El metabolismo. Catabolismo UNIDAD 10

Recursos para la explicación de la unidad El metabolismo celular Adenosín-trifosfato (ATP) Producción de energía en el catabolismo El catabolismo por respiración. Células eucariotas El catabolismo por fermentación Catabolismo de los lípidos

El metabolismo celular CATABOLISMO ANABOLISMO  Son reacciones de degradación.  Son reacciones de síntesis.  Son reacciones de oxidación.  Son reacciones de reducción.  Desprenden energía.  Precisan energía.  A partir de muchos sustratos diferentes se forman casi siempre los mismos productos, principalmente dióxido de carbono, ácido pirúvico y etanol.  A partir de unos pocos sustratos se pueden formar muchos productos, diferentes.  Es un conjunto de vías metabólicas divergentes.  Es un conjunto de vías metabólicas convergentes.

Adenosín – trifosfato (ATP) HO — P — O — P — O — P — O — H CH2 OH Adenina ATP ATP + H2O → ADP + Pi + energía (7,3 kcal/mol) O HO — P — O — P — O — H CH2 OH Adenina ADP ADP + H2O → AMP + Pi + energía (7,3 kcal/mol) O HO — P — O — H CH2 OH Adenina AMP

+ + + + + Producción de energía en el catabolismo A B + C Energía G1 ΔG = G2 – G1 < 0 A + B C + D + + + Energía ΔG = G2 – G1 < 0

e- y H+ transportados por NADH e- y H+ transportados por NADH y FADH2 El catabolismo por respiración. Células eucariotas e- y H+ transportados por NADH e- y H+ transportados por NADH y FADH2 Transporte de e- Quimiósmosis Fosforilación oxidativa Glucólisis Glucosa Ácido pirúvico Ciclo de Krebs

Glucólisis. Rutas que se pueden seguir glucosa glucólisis Aminoácidos Desaminación Lípidos β-oxidación 2 piruvatos anaerobias anaerobias aerobias 2 lactato 2 etanol + 2 CO2 2 CO2 2 acetil-CoA Fermentación a lactato en músculo, eritrocitos y bacterias anaeróbicas Fermentación alcohólica en levaduras Ciclo del ácido cítrico 4 CO2 + 4 H2O Otras vías distintas a la glucosa Células animales, vegetales y microorganismos

Glucólisis. La glucolisis es la ruta por medio de la cual los azucares de seis átomos de carbono (que son dulces) se desdoblan, dando lugar a un compuesto de tres átomos de carbono, el piruvato. Durante este proceso, parte de la energía potencial almacenada en la estructura de hexosa se libera y se utiliza para la síntesis de ATP a partir de ADP Podemos dividirla en dos fases: Fase de consumo de energía Fase de producción de energía Está presente en todas las formas de vida actuales. Es la primera parte del metabolismo energético y en las células eucariotas ocurre en el citoplasma.

Fosforilación a nivel de sustrato El catabolismo por respiración. Células eucariotas Fosforilación a nivel de sustrato GLUCÓLISIS

Glucólisis. Fase de consumo de energía 1ª etapa 2ª etapa 3ª etapa 4ª etapa Glucosa fosforilada a glucosa-6-fosfato por medio de la enzima hexoquinasa Glucosa-6-fosfato a fructosa-6-fosfato por medio de la enzima glucosa-6P-isomerasa Fructosa-6-fosfato fosforilada a fructosa-1,6-fosfasto por medio de la enzima fosfofructoquinasa Fructosa-1,6-fosfato hidrolizada a gliceralheído-3-fosfato y dihidroxiacetona-fosfato por medio de la enzima aldolasa ATP ADP ATP ATP

Glucólisis. Fase de producción de energía 5ª etapa 6ª etapa 7ª etapa 8ª etapa Pi + NAD+ NADH+ Dihidroxiacetona-fosfato a gliceralhedído-3-fosfato por medio de la enzima triosa fosfato isomerasa Gliceralhedído-3-fosfato a 1,3 bisfosfo-D-glicerato por medio de la enzima G3P-deshidrogenasa 1,3 bisfosfo-D-glicerato a 3 fosfo-D-glicerato por medio de la enzima fosfoglicerato quinasa 3 fosfo-D-glicerato a 2 fosfo-D-glicerato por medio de la enzima fosfoglicerato mutasa x2 ADP ATP

Glucólisis. Fase de producción de energía 9ª etapa 10ª etapa 2 fosfo-D-glicerato a fosfoenolpiruvato por medio de la enzima enolasa fosfoenolpiruvato a piruvato por medio de la enzima piruvato quinasa ADP ATP H2O

= El rendimiento total de la glucólisis es de 2 ATP y 2 NADH Glucólisis. Rendimiento energético Glucosa + 4ADP + 2Pi + 2ATP + 2NAD+  2 Piruvato + 4ATP + 2NADH + 2ADP + 2H+ + 2H2O = Glucosa + 2ADP + 2Pi + 2NAD+  2 Piruvato + 2ATP + 2NADH + 2H+ + 2H2O El rendimiento total de la glucólisis es de 2 ATP y 2 NADH ∆G°’= -73,3 KJ/mol

Fosfotriosa isomerasa Glucólisis. RESUMEN Fosforilación hexocinasa 1 Isomerización fosfohexosaisomerasa 2 Fosforilación fosfofructocinasa 3 Ruptura aldolasa 4 5 Isomerización Fosfotriosa isomerasa

Glucólisis. RESUMEN 6 7 8 9 10 Oxidación y Fosforilación Gliceraldehido 3- fosfato deshidrogenasa 6 Fosforilación a nivel del sustrato Fosfoglicerato cinasa 7 Isomerización fosfogliceratomutasa 8 Deshidratación Enolasa 9 Fosforilación a nivel del sustrato Piruvato cinasa 10

PIRUVATO Vía aeróbica Vía anaeróbica (o ácido pirúvico) CICLO DE KREBS El ciclo de Krebs o ciclo del ácido cítrico. PIRUVATO (o ácido pirúvico) Vía anaeróbica Mediante fermentación láctica, obtenemos dos molécula de L-LACTATO gracias a la acción de la enzima lactato deshidrogenasa. Mediante fermentación alcohólica, obtenemos dos moléculas de ACETALDEHÍDO gracias a la acción de la enzima piruvato descarboxilasa. Vía aeróbica CICLO DE KREBS

El ciclo de Krebs o ciclo del ácido cítrico. Deshidrogenación Deshidratación e hidratación Hidratación CICLO DE KREBS Descarboxilación oxidativa Fosforilación a nivel de sustrato Deshidrogenación Descarboxilación oxidativa

Piruvato deshidrogenasa El ciclo de Krebs o ciclo del ácido cítrico. Piruvato deshidrogenasa ACETIL-COA ACETALDEHIDO Descarboxilación del piruvato. Se pasa de una molécula de 3C a otra de 2C. Se desprende CO2 y se reduce el NAD+ con 2e- y H+

El ciclo de Krebs o ciclo del ácido cítrico.

El ciclo de Krebs o ciclo del ácido cítrico. CITRATO

El ciclo de Krebs o ciclo del ácido cítrico.

El ciclo de Krebs o ciclo del ácido cítrico. CO2 + NADH NAD+

El ciclo de Krebs o ciclo del ácido cítrico. CO2 + NADH S-CoA + NAD+

El ciclo de Krebs o ciclo del ácido cítrico. GTP + CoA-SH GDP + Pi

El ciclo de Krebs o ciclo del ácido cítrico. FADH2 FAD+ No podemos distinguir los carbonos del CoA al ser simétrica la molécula….

El ciclo de Krebs o ciclo del ácido cítrico. H2O L-MALATO

El ciclo de Krebs o ciclo del ácido cítrico. NADH C14 C14 NAD+ L-MALATO

El ciclo de Krebs o ciclo del ácido cítrico. BALANCE TOTAL DE ENERGÍA E INTERMEDIARIOS REDUCIDOS GLUCÓLISIS 2xATP + 2xNADH (cada glucosa da lugar a dos moléculas de gliceraldehido) DESCARBOXILACIÓN DEL PIRUVATO 2xNADH (dos piruvatos a Acetil-CoA) CICLO DE KREBS 6xNADH + 2xGTP + 2xFADH2 (tenemos dos vueltas por glucosa)

TRANSPORTE DE ELECTRONES El catabolismo por respiración. Células eucariotas TRANSPORTE DE ELECTRONES Compuesto por: 4 complejos proteicos (bombean H+ al trasladar los e- y bajar su nivel de energía. Solo la I, III y IV) 2 transportadores (ubiquinona y el citocromo-c) ATP-sintetasa: realiza fosforilación oxidativa

TRANSPORTE DE ELECTRONES El catabolismo por respiración. Células eucariotas TRANSPORTE DE ELECTRONES Se crea un gradiente de H+. Éstos vuelven a la matriz mitocondrial produciendo un cambio estructural que favorece la unión del ADP al Pi

TRANSPORTE DE ELECTRONES El catabolismo por respiración. Células eucariotas TRANSPORTE DE ELECTRONES Al final del complejo IV, es necesario el oxígeno como aceptor de los electrones, uniéndose a H+ y dando lugar a una molécula de H2O

El ciclo de Krebs o ciclo del ácido cítrico. BALANCE TOTAL DE ENERGÍA (Cada NADH dará lugar a 3ATP, cada FADH2 a 2 ATP) GLUCÓLISIS 2xATP + 2xNADH = 2x3 = 6ATP SUBTOTAL = 8ATP DESCARBOXILACIÓN DEL PIRUVATO 2xNADH = 2x3 = 6ATP CICLO DE KREBS 6xNADH=6x3=18ATP + 2xGTP=2ATP + 2xFADH2=2x2=4ATP SUBTOTAL= 24ATP EN GLOBAL TODO EL PROCESO RESPIRATORIO 8ATP + 6ATP + 24ATP = 38ATP COSAS A TENER EN CUENTA: Para introducir los 2NADH procedentes de la glucólisis en la mitocondria, se necesita energía (sólo rinde 2ATP/NADH) 6ATP + 6ATP + 24ATP = 36ATP

El ciclo de Krebs o ciclo del ácido cítrico. BALANCE TOTAL DE ENERGÍA (Cada NADH dará lugar a 3ATP, cada FADH2 a 2 ATP) GLUCÓLISIS 2xATP + 2xNADH = 2x3 = 6ATP SUBTOTAL = 8ATP DESCARBOXILACIÓN DEL PIRUVATO 2xNADH = 2x3 = 6ATP CICLO DE KREBS 6xNADH=6x3=18ATP + 2xGTP=2ATP + 2xFADH2=2x2=4ATP SUBTOTAL= 24ATP EN GLOBAL TODO EL PROCESO RESPIRATORIO 8ATP + 6ATP + 24ATP = 38ATP COSAS A TENER EN CUENTA: Para introducir los 2NADH procedentes de la glucólisis en la mitocondria, se necesita energía (sólo rinde 2ATP/NADH) 6ATP + 6ATP + 24ATP = 36ATP … Y OTRA REALIDAD … Realmente cada NADH produce 2,5 ATP, y cada FADH2 1,5 ATP… 5ATP + 5ATP + 20ATP = 30ATP

FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA FERMENTACIÓN BUTÍRICA El catabolismo por fermentación FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA FERMENTACIÓN LÁCTICA FERMENTACIÓN BUTÍRICA FERMENTACIÓN PÚTRIDA

CICLO DE OXIDACIÓN DE LOS ÁCIDOS GRASOS Catabolismo de los lípidos CICLO DE OXIDACIÓN DE LOS ÁCIDOS GRASOS