Producción de Energía Biológica Respiración Celular Producción de Energía Biológica Ing. Agr. M. Sc. Manuel de Jesús Martínez Ovalle Profesor Titular, Facultad de Agronomía, USAC

Metabolismo Transformación de energía en las células La suma de todos los procesos químicos ocurriendo en un organismo al mismo tiempo Referido al manejo de recursos materiales y energéticos dentro de la célula Las Reacciones pueden degradar moléculas grandes convirtiéndolas en unidades mas pequeñas o construir moléculas mas grandes a partir de componentes más pequeños

Rutas Anabólicas (Biosintéticas) Rutas que consumen energía para construir moléculas mas grandes, complicadas a partir de otras más simples Polimerización Fotosíntesis 6CO2 +6H20 + light  C6H1206 + 6O2 Bióxido de Carbono, una molécula baja en energía, es convertida en carbohidratos, una molécula alta en energía

Rutas Catabólicas Rutas que liberan energía al degradar moléculas complejas en compuestos mas simples Respiración Celular C6H1206 + 6O26CO2 +6H20 + ENERGIA Carbohidrato, una molécula alta en energía, es “digerido” en bióxido de carbono, una molécula baja en energía Las Células usan la energía liberada para hacer ATP

Metabolismo metabolismo = reacciones en la célula catabolismo = energía liberada, moléculas degradadas o partidas a mas pequeñas anabolismo: energía requerida, moléculas sintetizadas Esteroides anabólicos -  sínteris de proteínas en células  construcción de tejido (esp. músculo)

Reacciones endergónicas: exergónicas: requieren energía (energía entra) toman energía exergónicas: energía es producida (energía ya existe) dan energía Simply a new way to represent earlier graphics using new symbols from the text.

Reacciones Endergónicas + When low-energy compounds are combined or modified to produce high-energy compounds,energy must be supplied from an outside source. Otherwise, the reaction just won’t happen. Some of the energy from the outside source is stored in the products in the form of high energy bonds. Productos de alta Energía Reactantes de baja Energía energía A B +

ATP es el portador universal de la energía para la vida Simply a new way to represent earlier graphics using new symbols from the text.

ADP ATP ATP ~ ~ A P A P ~ ~ OH P O P OH O NH2 C HC CH N H2C H NH2 C HC Ribose H2C H N HC C CH NH2 Adenine A P ~ ADP P OH O ~ Ribose H2C H N HC C CH NH2 Adenine A P ~ ATP

Síntesis de ATP: Endergónica ~ + Simply a new way to represent earlier graphics using new symbols from the text. energía A P ~ + Pi

Degradación de ATP: Exergónica Energético Pi ~ Simply a new way to represent earlier graphics using new symbols from the text. A P ~ A P ~

ATP Molécula energética usada para “bombear” energía entre reacciones catabólicas y anabólicas La energía es liberada del ATP a través de la pérdida de los grupos fosfato Nucleótido con tres grupos fosfatos unidos al azúcar ribosa

ATP Energía es liberada del ATP mediante la pérdida de grupos fosfatos

Fosforilación Cuando el ATP pasa un grupo fosfato a otra molécula se llama fosforilación Las moléculas fosforiladas tienen “más” energía y pueden hacer el trabajo de la célula ¿Como hacemos nosotros ATP? Respiración Celular

¿Que es respiración celular? Respiración Celular : la formación de ATP a través de la degradación de alimentos Respiración Celular Aeróbica Fermentación

Los Tres Estados de la Respiración Celular Aeróbica C6H1206 + 6O26CO2 +6H20 + ENERGIA La respiración celular aeróbica tiene 3 fases: Glicolisis en el citosol Ciclo de Krebs en la matriz del mitocondria Cadena Transportadora de Electrones En la membrana interna del mitocondria

Estructura del Mitocondria Este organelo produce la mayoría de ATP para la célula Organelo con doble membrana, interna y externa El Ciclo de Krebs se lleva a cabo en la matriz del mitocondria espacio bordeado por la membrana interna La Cadena del Transporte de Electrones se ubica a través de la membrana interna entre la matriz y el espacio intermembranal

Glicolisis Esta parte de la respiración celular se lleva a cabo en el citoplasma celular Cada molécula de Glucosa es convertida en 2 moléculas de piruvato Requiere energía y libera energía Producción neta de energía es 2 ATP y 2 NADH Enzimas ayudan en toda la ruta

Ciclo de Krebs Cada molécula de piruvato (carbohidrato) es completamente oxidada y convertida en bióxido de carbono La energía liberada de estas reacciones resulta en la formación de 1 molécula de ATP y 3 moléculas de NADH Colectivamente, 2 ATP y 6 NADH son hechos a partir de los 2 piruvatos. NADH será usado en la cadena del transporte de electrones.

Cadena Transportadora de Electrones Usa NADH Durante el transporte de electrones en la cadena, H+ es movido en contra de un gradiente. La energía necesaria para ello es provista por los electrones acarreados por el NADH

¿Que sucede a lo largo de la membrana interna del mitochondria? La pérdida de electrones del NADH resulta en la adición de energía a la bomba de proteinas en la membrana resultando en un H+ siendo movido del interior hacia el exterior de la membrana interna Esto sucede muchas veces creando un desbalance (gradiente) de H+. El Oxígeno “hala” los electrones para mantenerlos moviéndose

¿Que sucede a lo largo de la membrana interna del mitochondria? ATP se produce como consecuencia de que los iones H+ son “metidos” de regreso dentro de la matriz del mitocondria por una proteína diferente (ATP sintetasa). La energía liberada por la “corriente” de H+ es usada por esta enzima para hacer ATP (semejante a una corriente de agua en un riachuelo al ser usada para girar las aspas de un molino). Ultimadamente, la respiración aeróbica produce ~36 moléculas de ATP de cada molécula individual de glucosa.

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¿Porqué necesitamos oxígeno? Oxígeno es requerido por todo organismo que posee mitocondrias porque éste es usado para mantener “corriendo” la Cadena Transportadora de Electrones Oxígeno “hala” los electrones de la cadena y se combina con 2 H+ para formar H20

¿Que sucede si no tenemos oxígeno? Sin plantas y bacterias para hacer oxígeno, nosotros aún seríamos capaces de hacer ATP de los azúcares (aunque poco) Modificationes de la glicolisis llamadas reacciones de fermentación son usadas para liberar energía

Reacciones de la Fermentación Estas reacciones producen solamente 2 ATP por molécula de glucosa y deben regenerar NAD+ resultando en la formación de, ya sea: 2 Etanoles y 2 CO2 ó 2 Acido lácticos

¿Qué pasa con otros alimentos? Las Proteínas, Carbohidratos y Lípidos pueden todos ser utilizados para energía siguiendo la hidrólisis Los Aminoácidos son convertidos en compuestos intermedios incluyendo piruvato, 2-, y moléculas 4-carbonadas Los Carbohidratos entran a la glicolisis en el principio o en el medio Los componentes de los lípidos: Glicerol entra como una molécula 3-carbonada Acidos grasos entran como moléculas 2-carbonadas