Catabolismo.

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1 Catabolismo

2 Metabolismo Conjunto de procesos químicos que se producen en la célula catalizados por enzimas y que tienen por objetivo la obtención de materia y energía para sustentar las diferentes funciones vitales.

3 Fases del metabolismo celular
ANABOLISMO CATABOLISMO  Son reacciones de degradación.  Son reacciones de síntesis.  Son reacciones de oxidación.  Son reacciones de reducción.  Desprenden energía (contenida en los enlaces químicos), exotérmicos. Se almacena en el ATP. AG<0  Precisan energía (ATP), endotérmicos. AG>0 (No espontáneos)  A partir de unos pocos sustratos se pueden formar muchos productos, diferentes.  A partir de muchos sustratos diferentes se forman casi siempre los mismos productos, principalmente dióxido de carbono, ácido pirúvico y etanol.  Es un conjunto de vías metabólicas divergentes.  Es un conjunto de vías metabólicas convergentes.  Se forma materia orgánica compleja a partir de otra más sencilla. (fabricación de H.C, lípidos… renovación estructuras…)  Consisten en la transformación de moléculas orgánicas complejas en otras más sencillas.  Se genera poder reductor (NADH + H+).  Se precisa poder reductor.  Tiene lugar tanto en autótrofos como heterótrofos.  Algunas exclusivas de autótrofos, otras ocurren tanto en autótrofos como heterótrofos.

4 El anabolismo y el catabolismo no son dos procesos aislados e independientes. Ambos procesos están conectados entre sí. El catabolismo libera energía que se utiliza en el anabolismo y suministra la materia prima necesaria que participa en los procesos anabólicos. Por ello, muchas de las reacciones van a ser pasos comunes a ambos procesos, aunque con distinta direccionabilidad. Vías anfibólicas: las que participan tanto en el catabolismo como en el anabolismo

5 Características de las reacciones metabólicas
Las reacciones metabólicas están acopladas energéticamente a través del ATP. Analogía que muestra el concepto de reacción acoplada. Reacción acoplada Reacción NO acoplada

6 El ATP se puede sintetizar de tres formas diferentes:
fosforilación a nivel de sustrato fosforilación oxidativa: membrana interna de mitocondrias fotofosforilación: transformación de la energía lumínica en las membranas de los tilacoides.

7 El ATP en el Metabolismo

8 Las reacciones metabólicas son reacciones de oxidorreducción
Oxidación: pérdida de electrones de un átomo o molécula. Las oxidaciones van acompañadas de pérdidas de átomos de hidrógeno o de su electrón Ocurren de forma simultánea Reducción: ganancia de electrones de un átomo o molécula.

9 Cuando un sustrato reducido es oxidado, el NAD+ se reduce según la ecuación siguiente:
NAD H e– NADH H+ Esta reacción solamente representa una parte del proceso redox; siempre hay un metabolito que cede los electrones para que otro compuesto, la coenzima, en este caso el nucleótido, los capte.

10 MOLÉCULAS ACEPTORAS de H (se reducirán)
MOLÉCULAS DADORAS de H (se oxidan) MOLÉCULAS ACEPTORAS de H (se reducirán) H H NAD+ NADP+ FAD (transportadores de H)

11 CARACTERÍSTICAS DE LAS REACCIONES REDOX
El potencial redox indica la facilidad o dificultad en ceder o captar electrones. Un potencial redox muy electronegativo indica mucha facilidad para ceder electrones, es decir para oxidarse. Así se libera energía que es captada para formar ATP. REACCIONES REDOX COMPUESTO OXIDADO COMPUESTO REDUCIDO A BO + AO B + AO B AH B + A BH + A BH e- A B + A+ B- + A+ B- CARACTERÍSTICAS DE LAS REACCIONES REDOX HIDRÓGENO ELECTRONES ENERGÍA OXIDACIÓN REDUCCIÓN ELIMINACIÓN ELIMINACIÓN LIBERACIÓN ADICIÓN ADICIÓN ALMACENAMIENTO

12 Las reacciones metabólicas están encadenadas, compartimentadas y son catalizadas por enzimas
El producto de una reacción es el sustrato de la siguiente. Los productos intermedios se denominan metabolitos. Las vías pueden ser lineales, ramificadas o cíclicas. Distintas reacciones se llevan a cabo en orgánulos diferentes. Las enzimas que actúan son específicas y las condiciones pueden ser diferentes en los distintos compartimentos. Todo lo anterior implica una mayor regulación y una mayor economía en el proceso.

13 Cada uno de los conjuntos de reacciones encadenadas que constituyen el metabolismo se denomina vía o ruta metabólica. Las rutas metabólicas pueden ser: lineales, ramificadas y cíclicas.

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16 Catabolismo. Características y tipos
Conjunto de reacciones de transformación de moléculas orgánicas en otras moléculas orgánicas más simples o en moléculas inorgánicas. Son reacciones de oxidación y exergónicas. Dos tipos: respiración y fermentación. Respiración: da lugar a productos inorgánicos respiración aerobia: presenta O2 como último aceptor de e- al unirse con los hidrógenos liberados en la oxidación. Rinde H2O. La realizan las células eucariotas y muchas procariotas. respiración anaerobia: presenta como último aceptor de e- sustancias inorgánicas diferentes del O2. Exclusivo de células procariotas. Fermentación: catabolismo parcial. El último aceptor de e- es una molécula orgánica, y los productos finales son sustancias orgánicas. Son reacciones anaerobias y liberan poca energía. La realizan células procariotas y algunas eucariotas como levaduras y células musculares de animales. Las células pueden clasificarse en aerobias, anaerobias facultativas y anaerobias estrictas

17 Catabolismo Respiración Fermentación Anaerobia Aerobia
Aceptor final el O2 Anaerobia Aceptor final molécula inorgánica distinta del O2 Oxidación total de la materia orgánica. Los productos de reacción no contienen energía. Se libera toda la energía. Fermentación Láctica Alcohólica Oxidación parcial de la materia orgánica. Los productos de reacción contienen todavía energía. Se libera poca energía El aceptor final de electrones es una molécula orgánica.

18 En el catabolismo suelen distinguirse tres fases:
• Fase I, fase inicial o preparatoria las grandes moléculas se degradan (polisacáridos a monosacáridos; los lípidos a ác. grasos y glicerina, y las proteínas a aminoácidos). • Fase II o fase intermedia, los productos de la fase I, son convertidos en una misma moléculas, más sencillas el Acetil-coenzima A (acetil CoA). • Fase III o fase final, en la que el acetil-CoA (se incorpora al ciclo de Krebs) da lugar a moléculas elementales CO2 y H2O.

19 El catabolismo de los glúcidos
En animales, mediante los procesos digestivos, los polisacáridos ingeridos son hidrolizados y convertidos en monosacáridos (glucosa, fructosa o galactosa). Las reservas de glucógeno del tejido muscular de los animales o las reservas de almidón de los vegetales también pueden ser hidrolizadas, cuando se requiere energía, en glucosa. La glucosa es el más abundante de los monosacáridos, y su proceso degradativo sirve de ejemplo del catabolismo respiratorio de los glúcidos. En su degradación total, hasta el aprovechamiento completo de toda la energía liberada, se distinguen dos fases: la glucólisis y la respiración. En la respiración se distinguen dos procesos, el ciclo de Krebs y el transporte de electrones en la cadena respiratoria.

20 Las reacciones de la glucólisis se llevan a cabo en el citoplasma.
GLUCOLISIS La glucólisis ("rotura de glucosa") es la secuencia de reacciones que convierten una molécula de glucosa (seis carbonos) en dos moléculas de piruvato (tres carbonos) produciendo ATP. Cada reacción es regulada por una enzima específica y en el proceso total hay una ganancia neta de dos moléculas de ATP. Las reacciones de la glucólisis se llevan a cabo en el citoplasma. Los ingredientes necesarios, como ADP, NAD+ y fosfato, se encuentran libremente en el citoplasma y se utilizan conforme se hace necesario. La glucólisis no requiere de oxígeno y puede realizarse en condiciones aerobias o anaerobias.

21 Glucólisis ORGANISMOS : tanto en procariotas como eucariotas
1 GLUCOSA 2 ÁCIDO PIRÚVICO LUGAR : citosol ORGANISMOS : tanto en procariotas como eucariotas OBJETIVO : obtener ATP y NADH ETAPAS : 9 o 10 BALANCE (por cada molécula de glucosa) : 2 moléculas de ácido pirúvico 2 moléculas de ATP 2 moléculas de NADH

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23 Etapa de activación. La glucosa, tras su activación y transformación en otras hexosas, se descompone en 2 gliceraldehído-3 P (3 C). Se necesita la energía aportada por dos moléculas de ATP. Glucosa + 2 ATP ▬► 2 gliceraldehído 3 P + 2 ADP

24 2 Gliceraldehído3P + 2NAD+ + 4 ADP + 2 Pi ▬►
Etapa de degradación. Las dos moléculas de gliceraldehído-3-fosfato se oxidan después, a través de una serie de reacciones, hasta rendir dos moléculas de ácido pirúvico. En esta oxidación se necesita como enzima NAD+ que se reduce a NADH. La energía liberada en el proceso es utilizada para fabricar cuatro moléculas de ATP. 2 Gliceraldehído3P + 2NAD+ + 4 ADP + 2 Pi ▬► ▬► 2 Ác. Pirúvico + 2 NADH + 2H+ + 4ATP

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26 Glucólisis - Resumen BALANCE TOTAL : 2 ATP y 2 NADH + 2 ÁCIDO PIRÚVICO
Etapa de activación ENERGÍA CONSUMIDA Etapa de degradación ENERGÍA PRODUCIDA BALANCE PARCIAL : - 2 ATP BALANCE PARCIAL : 4 ATP + 2 NADH BALANCE TOTAL : 2 ATP y 2 NADH + 2 ÁCIDO PIRÚVICO

27 Etapas clave de la glucólisis
La etapa 5 del proceso es un punto crucial de esta ruta metabólica. Es necesario que se oxide el NADH producido. Esta oxidación puede hacerse de dos formas: En presencia de oxígeno (respiración celular en las mitocondrias) El NADH extramitocondrial entra en la mitocondria. En ausencia de oxígeno (fermentaciones, en el citosol). El NADH extramitocondrial se oxida a NAD+ mediante la reducción del piruvato El balance energético de una u otra vía van a ser muy diferentes.

28 Destino del ácido pirúvico, producto final de la glucolisis
el aceptor final de electrones es una sustancia inorgánica, como por ejemplo el O2, NO3-, SO4-, etc., y el dador suele ser un compuesto orgánico tanto el dador como el aceptor final de electrones son dos compuestos orgánicos.

29 Destino del ácido pirúvico, producto final de la glucolisis
1) EN CÉLULAS ANAEROBIAS ESTRICTAS Realizan "fermentaciones“ sólo les aportan el 5% de la energía (2 ATP por molécula de glucosa) Ejemplo: en la fermentación láctica (Lactobacillus acidofilus y Sreptococcus lactis) pasa a ácido láctico (ácido 2-hidroxi-propanoico) (CH3-CHOH-CH2OH): 2) EN CÉLULAS ANAEROBIAS FACULTATIVAS Realizan excepcionalmente “fermentaciones” Ej. levaduras del genero Sacharomyces (eucariotas) realizan la fermentación alcohólica por la que la glucosa pasa a etanol y dióxido de carbono. Sólo produce 2 ATP. Ej. células musculatura esquelética ante ejercicios intensos y anaerobios realizan una fermentación láctica. 3) EN CÉLULAS AEROBIAS El pirúvico pasa al interior mitocondrial y en su matriz es degradado aún más, en presencia de O2 y desprende CO2.

30 Destino del piruvato y el NADH

31 El ácido pirúvico formado en la glucólisis entra por transporte activo en la Mitocondria donde el conjunto de enzimas sistema piruvato deshidrogenasa lo Transforma en AcetilCoA. 1.- El ácido pirúvico pasa a la matriz mitocondrial 2.- Ácido pirúvico  oxidación  Acetilcoenzima A (acetil CoA) BALANCE: 2 ácido pirúvico  2 NADH + 2 acetilCoA (la acetil CoA conecta la Glucólisis con el Ciclo de Krebs)

32 OBJETIVO : obtener energía y poder reductor
Ciclo de Krebs (ciclo de los ácidos tricarboxílicos o ciclo del ácido cítrico) LUGAR : matriz de la mitocondria (no se requiere O2) OBJETIVO : obtener energía y poder reductor ETAPAS : cadena cíclica de 8 reacciones BALANCE (por cada molécula de glucosa) : 2 moléculas de ATP 6 moléculas de NADH 2 moléculas de FADH2

33 Ácido -cetoglutárico
(se necesitan 2 vueltas para oxidar 1 molécula de glucosa) Por cada molécula de glucosa SE FORMAN: 2 GTP ( 2ATP) 6 NADH 2 FADH2 Glucosa Ácidos grasos Coenzima A Acetil-CoA Acetilo + Ácido oxalacético  Ácido cítrico Ácido málico Ácido oxalacético NAD + NADH Ácido cítrico Ácido fumárico H2O FAD FADH2 Ácido isocítrico NADH NAD + Ácido succínico Coenzima A NADH NAD + Coenzima A Ácido -cetoglutárico Succinil-CoA CO2 GDP GTP ATP ADP CO2

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35 Rendimiento del Ciclo de Krebs por una molécula de glucosa
2 Acetil CoA 6 H2O 6 NAD 2 FAD 2 GDP + Pi 4 CO2 2 H2O 6 NADH 2 FADH2 2 GTP Se ha transformado la materia orgánica en inorgánica. Los electrones han sido recogidos como (H) por coenzimas transportadoras de electrones (NAD y FAD). Se ha sintetizado una molécula de GTP, análoga al ATP.

36 Cadena Respiratoria La C6H12O6 que inició la glucólisis ya está oxidada La energía de sus enlaces se ha utilizado para producir: LA MAYORÍA ATP 2 de la glucólisis + 2 del Ciclo de Krebs En los transportadores de e- NADH + H+ y FADH2 OBJETIVO de la CADENA RESPIRATORIA : liberar la energía de los transportadores de e- para fabricar ATP

37 Cadena de transporte de e-
La molécula de glucosa está completamente oxidada y se ha obtenido: 2 ATP y 2 NADH en la glucólisis 2 NADH en la descarboxilación oxidativa 2 ATP, 6 NADH y 2 FADH2 en el Ciclo de Krebs Potencial más negativo -0,32 V Voltios - 0,4 + 0,4 + 0,8 NAD+ NADH + H+ 2e- + 2H+ La mayor parte de la energía está almacenada en los electrones almacenados por el NADH y el FADH2. FMN FMN CoQ 2e- + 2H+ En esta cadena los e- son transportados poco a poco desde aceptores con un potencial más negativo hacia otros con potencial menos negativo. COMPONENTES PRINCIPALES DE LA CADENA: los citocromos (prot+grupo hemo con 1 átomo de Fe). El átomo de Fe acepta y libera alternadamente 1e-, transfiriéndolo al siguiente citocromo del nivel energético inferior CoQ FAD FADH2 2e- + 2H+ 2H+ Cit b Cit b Cit c 2e- Cit c 2e- Los e- llegan hasta el O2 que se combina con dos H+ y forma H2O. El O2 es imprescindible para que no se bloquee el proceso. Cit a Cit a a3 2e- a3 También puede iniciarse la cadena a partir de los e- cedidos por el FADH2 en un nivel energético menor: -0,219 V. 2e- 2e- 2H+ + 1/2 O2 2e- H2O Potencial menos negativo +0,82 V

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40 Hipótesis quimiosmótica
Los protones son transferidos a través de la membrana, desde la matriz al espacio intermembrana, como resultado del transporte de electrones que se originan cuando el NADH cede un hidrogeno. La continuada producción de esos protones crea un gradiente de protones. La ATP sintetasa es un gran complejo proteico con canales para protones que permiten la re-entrada de los mismos. La síntesis de ATP se produce como resultado de la corriente de protones fluyendo a través de la membrana: ADP + Pi ---> ATP La energía liberada en la cadena transportadora se emplea para fabricar ATP en un proceso llamado FOSFORILACIÓN OXIDATIVA según la teoría del ACOPLAMIENTO QUIMIOSMÓTICO

41 Fosforilación oxidativa
Se calcula que se sintetizan: 3 ATP por cada NADH 2 ATP por cada FADH2 Matriz mitocondrial ATP ADP H+ Espacio intermembrana H+ F1 Matriz mitocondrial H+ FAD H2O NAD + F0 _ 2e- _ NADH H+ FADH2 2 H /2 O2 2e- CoQ H+ Cit c H+ Sistema III Sistema I Sistema II Espacio intermembrana H+ H+ H+ H+ H+ A medida que los e- van descendiendo a niveles energéticos menores, liberan energía que sirve para transportar H+ creando un gradiente electroquímico. Esta acumulación de H+ genera una fuerza protomotriz que impulsa los H+ a través de las ATP-sintetasa permitiendo sintetizar el ATP.

42 Forman canales por donde pasan los protones Están formados por:
Partículas F Forman canales por donde pasan los protones Están formados por: Complejo enzimático F1 Zona de anclaje Fo Por cada 3 protones que pasan se forma una molécula de ATP

43 RESUMEN – Oxidación de la glucosa
ETAPA 1 GLUCOLISIS (en el citoplasma) Proceso anaerobio en el que la glucosa (6C) se escinde en 2 moléculas de ácido pirúvico (3C), de manera similar a como hacen los organismos fermentadores. Se eliminan 4 H (4e- y 4 H+) que son aceptados por 2 moléculas de NAD+, sobrando 2 H+ que quedan libres en el citoplasma. Glucosa (6C) 2 Piruvato (3C) + 2NADH + 2H+ + 2ATP ETAPA 2 RESPIRACIÓN CELULAR (en la mitocondria) Etapa 2a: DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA Y CICLO DE KREBS (en la matriz) 2 Piruvato (3C) 2 Acetil-CoA (2C) + 2NADH + 2H+ + 2CO2 2 Acetil-CoA (2C) 4 CO2 (1C) + 6NADH + 6H+ + 2FADH2 Sigue oxidándose el ácido pirúvico: los átomos de C se oxidan a CO2. Los átomos de H (H+ y e- se utilizan para reducir: 6 NAD+  6 NADH y 2 FAD  2 FADH2 Etapa 2b: Transferencia electrónica y fosforilación oxidativa (en la membrana mitocondrial interna Cadena respiratoria: La oxidación de NADH y FADH2 obtenidos previamente libera e- que pasan por la cadena respiratoria hasta llegar al O2 y formar H2O. Fosforilación oxidativa: asociadas a la cadena anterior hay una serie de proteínas transportadoras que crean un gradiente de H+ que permitirá a las ATPasa fabricar ATP.

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45 Lanzadera del malato y del glicerato
La lanzadera del Malato rendirá tres moléculas de ATP y la del Glicerol dos moléculas de ATP

46 Glucosa + 6O2 + 38 ADP + 38 Pi  6 CO2 + 44 H2O + 38 ATP
Balance global de la respiración de la glucosa Los NADH + H+ generados en el citoplasma pasan al interior de la mitocondria y en la cadena de transporte electrónico rinden 2 o 3 ATP Los NADH + H+ que se generan en la matriz mitocondrial generan 3 ATP al pasar por la cadena electrónica. Los FADH2 formados en la matriz mitocondrial solo generan 2 ATP en la cadena de transporte de electrones. El GTP generado en el ciclo de Krebs se cuenta como un ATP Glucosa + 6O ADP + 38 Pi  6 CO H2O + 38 ATP Glucosa + 6 O2  6CO2 + 6 H2O Gº’ = -686 kcal/mol 38 ADP + 38 Pi  38 ATP + 38 H2O Gº’ = 7,3 kcal/mol x 38 = +263 kcal/mol Eficacia  (263 / 686) X 100 = 38%

47 2 ácido pirúvico 2 ATP 2 NADH OXIDACIÓN DE LA GLUCOSA (C6H12O6)
ETAPA I : Glucólisis ETAPA II : Respiración 2 ácido pirúvico 2 ATP 2 NADH Ciclo de Krebs (matriz mitocondrial) Cadena Respiratoria (crestas mitocondriales) CO2 H2O ATP

48 Respiración Anaerobica
Si en la respiración aeróbica el aceptor final de los electrones es el oxígeno, en la respiración anaeróbica (sin oxígeno) los aceptores finales de los electrones pueden ser: Fe3+, NO3-, SO42- y compuestos orgánicos. Sin embargo, esta respiración es menos eficaz ya que estos compuestos tienen un electropotencial menos positivo que el par O2/H2O que es de + 0,82 voltios y rinden menos ATP Este proceso se da en grupos de bacterias determinadas

49 Fermentación ● Conjunto de rutas metabólicas, que se realizan en el hialoplasma, por las cuales se obtiene energía por la oxidación incompleta de compuestos orgánicos. ● Los electrones liberados en esta oxidación son aceptados por un compuesto orgánico sencillo que es el producto final de la fermentación. ● El rendimiento energético es bajo.

50 El aceptor final de e- es una MOLÉCULA ORGÁNICA SENCILLA
FERMENTACIONES: El aceptor final de e- es una MOLÉCULA ORGÁNICA SENCILLA Fermentación ETÍLICA Fermentación LÁCTICA ETANOL (alcohol etílico) ÁCIDO LÁCTICO Las rutas de degradación de la glucosa en ausencia de O2 se llaman FERMENTACIONES Son propias de bacterias y levaduras También se producen en animales cuando el O2 escasea (exc. Neuronas que mueren) Energéticamente son poco rentables (2 ATP por cada molécula de C6H12O6)

51 Fermentación alcohólica
Realizada fundamentalmente por las levaduras Saccharomyces cerevisae (anaerobias facultativas)

52 Dependiendo de la especie de levadura se puede llegar a obtener cerveza (S. cerevisiae), vino (S. ellypsoideus), sidra (S. apiculatus) y pan (variedad purificada de S. cerevisiae)

53 Fermentación láctica Las bacterias que producen esta
fermentación se encuentran de forma natural en la leche sin esterilizar, son beneficiosas para el ser humano Fermentación láctica Bacterias anaerobias facultativas: Lactobacilos lactis, L. bulgaricus, L. casei. Streptococcus faecalis (en el intestino humano)

54 Los microorganismos que realizan esta fermentación son las bacterias de las especies Lactobacillus casei, L. bulgaricus, Streptococcus luctis y Leuconostoc citrovorum, obteniéndose de ello productos derivados de la leche como el queso, el yogur y el kéfir.

55 PROTEÍNAS GRASAS Aminoácidos Glicerol + Ácido Graso
Otras rutas catabólicas TRANSPORTE y β-OXIDACIÓN DE ÁCIDOS GRASOS OXIDACIÓN DE AMINOÁCIDOS CO2 H2O ATP PROTEÍNAS GRASAS Aminoácidos Glicerol + Ácido Graso Se desaminan (eliminación grupo amino) El grupo amino se excreta como urea El esqueleto de Carbono se convierte: Grupo Acetilo Compuesto que entra en la glucólisis Compuesto que entra en Ciclo Krebs Se cortan en fragmentos de 2 Carbonos En mitocondrias y peroxisomas Entran en Ciclo Krebs como Acetil-CoA

56 DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN DE LIPIDOS DE LA DIETA
1) Las sales biliares emulsionan las Grasas formando micelas. 4) Los TAG son incorporados con colesterol y Apolipoproteínas en los QUILOMICRONES. 5) Los QUILOMICRONES viajan por el Sistema Linfático y el Torrente sanguíneo hacia los Tejidos. 6) Los TAG entran a la célula, y se convierte en AG y glicerol 7) Los AG son Oxidados como combustible o re-esterificados para almacenamiento. 2) Lipasas intestinales degradan los Triglicéridos 3) Los Ácidos Grasos y otros productos de la digestión son tomados por la mucosa intestinal y convertidos en TAG.

57 Catabolismo de los lípidos
Tiene lugar en la matriz mitocondrial y los peroxisomas. Cada gramo de triglicérido contiene más del doble de kilocalorías que 1 g de glucosa o de aminoácidos. Las grasas son ricas en calorías porque contienen un gran número de átomos de hidrógeno. Tanto el glicerol como los ácidos grasos de las grasas neutras pueden utilizarse como combustible. El glicerol es fosforilado y luego oxidado a PGAL (gliceraldehído-3-fosfato) y entonces sigue la ruta de la glucólisis, pero el 95% de la energía de las grasas reside en los ácidos grasos. Grasas Glicerol Glucólisis Ácidos grasos -oxidación

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59 Catabolismo de los ácidos grasos
En el citosol los ácidos grasos son activados por el CoA. para formar acil graso CoA (el ácido graso no puede atravesar la membrana mitocondrial) 2. El acil graso CoA atraviesa la membrana de la mitocondria ayudado por enzimas 3. En la matriz se inicia la beta oxidación de los ácido grasos (hélice de Lynen) para formar Acetil CoA, que puede ser oxidado posteriormente en el ciclo de Krebs. El resultado de cada beta oxidación es formación de un ácido graso con 2 átomos de C menos que el anterior y dos coenzimas reducidos FADH2 y NADH+H+

60 1) Activación del ácido graso
Ocurre en el Citosol. La reacción es catalizada por la ACIL-CoASINTETASA. El pirofosfato es hidrolizado por una PIROFOSFATASA (esto hace que la reacción sea irreversible)

61 2) Transporte de Acil-CoA al interior de la mitocondria.
HSCoA Acil-carnitina Carnitina Carnitina Citosol Transportador de carnitina Espacio intermembrana Acil-carnitina Matriz mitocondrial Carnitina HSCoA Acil-CoA Acetil - CoA  - oxidación Ciclo de Krebs

62 3) beta oxidación de los ácido grasos (hélice de Lynen)
Los Acil-CoA que son largas cadenas hidrocarbonadas de ácidos grasos unidas a un coenzima A (HS-CoA) son fragmentadas mediante la hidrólisis y oxidación obteniendo: ▪ un Acetil-CoA (pequeña molécula de 2 carbonos con un CoA) que pasa al ciclo de Krebs una molécula de FADH2 y otra de NADH + H+ ▪ un nuevo acil-CoA con 2 carbonos menos que vuelve a empezar el ciclo hasta romperse completamente La -oxidación consigue que de un ácido graso saturado se liberen tantas unidades de Acetil-CoA como permita su número par de átomos de carbono. R - CH2 - CH2 - CO~S-CoA Acil-CoA FADH2 Oxidación Acil-CoA deshidrogenasa Acil -CoA con dos carbonos menos FAD Acetil-CoA HS-Coa Tiólisis Tiolasa R - CO - CH2 - CO~S-CoA  - cetoacil-CoA R - CH = CH - CO~S-CoA Enoil-CoA  - hidroxiacill-CoA deshidrogenasa Enoil-CoA hidratasa R - CH - CH2 - CO~S-CoA OH |  - hidroxiacil-CoA H2O NADH + H+ NAD+ Oxidación

63 En cada ciclo se pierden 2 átomos de C en forma de Acetil-CoA.
Para degradar completamente un ac. Graso de 16 C hacen faltan 7 ciclos de β-Oxidación. Nº de ciclos = (nº de C) – 1 2 En cada ciclo se produce 1 molécula de FADH2 y otra de NADH: FADH2= 2ATP NADH= 3ATP

64 Balance energético de la -Oxidación de los Ácidos Grasos
Por cada vuelta se obtiene: 1 FADH2, 1 NADH y 1 Acetil-CoA. Para el ácido palmítico, de 16 átomos de carbono (en siete vueltas) se obtiene: 7 FADH2, 7NADH y 8 AcetilCoA Por cada Acetil-CoA en el ciclo de Krebs se obtiene: 3NADH, 1 FADH2 y 1GTP. 3 x 3 ATP + 1 x 2 ATP + 1 GTP = 12 ATP 8 Acetil-CoA rinden 8 x 12 = 96 ATP ATP  AMP + PPi 2 ATP 7 FADH2 rinden 7 x 2 = 14 ATP ATP + AMP  2 ADP 7 NADH rinden 7 x 3 = 21 ATP PPi  2 Pi En total: = 131 ATP, pero se consumen dos ATP en la activación del ácido graso al final quedan 129 ATP. Con una eficacia en torno al 40%, como en la respiración de la glucosa.

65 Rendimiento de la β-oxidación de ácidos grasos. Ej. ácido caproico 6C
Nº de vueltas Nº de moléculas de acetil CoA producidas Moléculas reducidas por vuelta Rendimiento del Ciclo de Krebs Rendimiento de la fosforilación oxidativa Ácido graso de N carbonos N/2 - 1 N/2 1 NADH y 1 FADH2 /vuelta TOTAL (N/2-1) NADH (N/2-1) FADH2 Cada acetil CoA rinde 3 NADH 1 FADH2 y 1 GTP 1 NADH rinde 3 ATP y 1 FADH2 rinde 2 ATP Ácido caproico (6C, igual que la glucosa) 2 3 2 NADH 2 FADH2 9 NADH 3 FADH2 3 GTP 33 ATP 10 ATP 3ATP menos 2 ATP gastados en la activación = ATP

66 Movilización más rápida de glúcidos, antes glucógeno que grasas.
Glucosa 38 ATP, Ácido caproico 44 ATP ¿Por qué se prefieren los glúcidos? Movilización más rápida de glúcidos, antes glucógeno que grasas. Algunos tejidos sólo utilizan glucosa (nervioso, eritrocitos...) En anaerobiosis no funciona el ciclo de Krebs. En animales, los ácidos grasos no se transforman en glúcidos. Son insolubles y necesitan moléculas transportadoras. Tejido adiposo: Células blancas sólo producen ATP y células pardas que tienen desacoplada la cadena respiratoria por lo que producen en su oxidación más calor que ATP, fundamental en animales hibernantes y recién nacidos.

67 Formación de Cuerpos Cetónicos (Cetogénesis)
Después de la degradación de los ac. Grasos, el Acetil-CoA es oxidado en el Ciclo de Krebs. Para esto es necesaria la presencia de oxalacetato (1er intermediario del ciclo de Krebs). Si la cantidad de este es insuficiente, las unidades de acetil-CoA son utilizadas mediante una vía alternativa en la que se producen “Cuerpos Cetónicos” Estos compuestos se forman principalmente en el hígado, a partir de acetil-CoA mediante una serie de etapas.

68 CETOGENESIS Ocurre en HÍGADO El 1er paso es la inversa de la última etapa de la b-oxidación. El acetoacetatil-CoA se condensa con otro acetil-CoA para dar HMG-CoA. El HMG-CoA se rompe formando acetoacetato y Ac-CoA. El Acetoacetato puede originar los otros cuerpos cetónicos.

69 Formación y exportación de cuerpos cetónicos (hígado)
Los cuerpos cetónicos se forman y exportan desde el Hígado. En condiciones energéticamente desfavorables, el oxalacetato se deriva hacia la Gluconeogénesis, para liberar glucosa a la sangre. El ciclo de Krebs trabaja muy lentamente en el Hígado. Gotas de lípidos Hepatocito Acetoacetato y b-hidroxibutirato exportados como energía para: corazón, músculo, riñón y cerebro. Glucosa exportada como combustible para cerebro y otros tejidos.

70 Catabolismo de los aminoácidos
Las proteínas y los péptidos extracelulares tienen que hidrolizarse primero a aminoácidos para poder usarse como fuente energética. En las proteínas hay 20 aminoácidos con diversos esqueletos carbonados, por lo que hay 20 rutas catabólicas distintas para la degradación de los aminoácidos. Estas veinte rutas catabólicas de los aminoácidos convergen en 5 puntos de entrada al ciclo de Krebs: acetil coenzima A, -cetoglutarato, succinil-CoA, fumarato u oxaloacetato. En el hombre los aminoácidos sólo aportan del 10% al 15% de la producción energética corporal, por lo que sus rutas degradativas son mucho menos activas que la glucólisis y la oxidación de los ácidos grasos. En cambio, los animales carnívoros pueden obtener hasta el 90% de sus necesidades energéticas a partir de la oxidación de los aminoácidos ingeridos

71 Catabolismo de proteínas

72 Las proteínas no se usan como fuente de energía, pero los aminoácidos que sobran tras la síntesis de proteínas pasan a ser usados como combustible celular. Estos se separan en grupos amino (excretados con la orina) y cadenas carbonadas que se incorporan en diversos momentos del catabolismo y son degradadas hasta CO2 en la respiración mitocondrial. Las reacciones por las cuales se separan los grupos amino de los aminoácidos (AAc) son la Transaminación y la Desaminación, originando cetoácidos como el pirúvico e intermediarios del ciclo de Krebs.

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77 Nucleótidos Catabolismo de los ácidos nucléicos
Los ácidos nucléicos se degradan a mononucleótidos por acción de las nucleasas. Los mononucleótidos son degradados posteriormente para utilizar los componentes: Nucleótidos ácido fosfórico síntesis de ATP pentosas metabolismo de los glúcidos bases nitrogenadas síntesis de ácidos nucleicos o degradación Hidrólisis

78 INTERCONEXIONES DE LAS RUTAS CATABÓLICAS

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