TEMA 12 CATABOLISMO.

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1 TEMA 12 CATABOLISMO

2 1. CATABOLISMO CONCEPTO. Conjunto de reacciones químicas del metabolismo celular, en el que a patir de moléculas orgánicas, mediante degradación oxidativa se obtiene energía que normalmente se conserva en forma de enlaces de alta energía en el ATP, proporcionando ésta a la célula para que realice sus funciones. En las reacciones de oxidación, tiene que existir una última molécula aceptora de electrones, si esta molécula es el O₂ hablamos de metabolismo aerobio o aeróbico. Si se trata de otra molécula, hablamos de organismos anaerobios.

3 Reacciones redox Las transformaciones moleculares que desprenden energía en los procesos catabólicos, son reacciones de oxidación. Son procesos en los que una molécula transfiere un átomo o elerctrón a otra, por lo cual una molécula se oxida a la vez que otra se reduce. ( las que ceden se oxidan mientras que las que aceptan se reducen) Por eso se habla de reacciones redox. Los átomos liberados ( generalmente hidrógeno) van acompañados de una gran cantidad de energía que los mantenía unidos en los enlaces que formaban. Estos hidrógenos se suelen ceder a Transportadores de hidrógenos que son nucleótidos no nucleicos como el NAD⁺, NADP⁺, FAD , que captan los hidrógenos liberados por las moléculas que se han oxidado y los transfieren a las moléculas aceptoras que finalmente se reducirán ( A ESTO LE LLAMAMOS PODER REDUCTOR)

4 VÍAS DEL CATABOLISMO A partir de los nutrientes y su digestión se obtienen principalmente monosacáridos, ácidos grasos y glicerina, aminoácidos y nucleótidos, que entran en rutas catabólicas para obtener energía. El resultado final es común: CO₂,H₂O y ATP

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6 2. CATABOLISMO DE AZÚCARES
CATABOLISMO AEROBIO La realizan la mayoría de los seres vivos( aerobios) y se produce una oxídación completa de la glucosa. Se inicia con una glucolisis en el CITOPLASMA( proceso anaerobio) y continua en la mitocondria con el ciclo de Krebs, la cadena transportadora de electrones y la fosforilación oxidativa. El balance energético es alto y se obtienen 38 moléculas de ATP CATABOLISMO ANAEROBIO La realizan los seres vivos anaerobios y se produce una degradación incompleta de la glucosa. Se inicia con la glucolisis en el hialoplasma y continúa con una fermentación también en el hialoplasma. El balance energético es pobre, ya que sólo se obtienen 2 moléculas de ATP.

7 3. GLUCOLISIS CARACTERÍSTICAS PROCESO GLOBAL
Se realiza en el CITOPLASMA ( citosol) Es un proceso anaerobio. Es un proceso universal y lo realizan todos los seres vivos. Todos los azúcares de reserva entran en esta ruta. PROCESO GLOBAL Una molécula de glucosa se degrada en dos moléculas de tres carbonos, ácido pirúvico y se obtienen dos moléculas de ATP y dos coenzimas reducidas NADH

8 ETAPAS Es un proceso que posee diez etapas - FASE DE LAS HEXOSAS. La glucosa de seis carbonos se convierte en dos moléculas de gliceraldehido 3 fosfato de tres carbonos pasando primeramente por una fructosa 6 fosfato( de 6 carbonos también) En el proceso se utilizan dos moléculas de ATP. - FASE DE LAS TRIOSAS. Las dos moléculas de Gliceraldehido 3 fosfato se transforman en dos de ácido pirúvico, para lo que se utilizan dos moléculas de coenzima NAD que almacena hidrógenos en dos de NADH+ H, además se obtiene cuatro moléculas de ATP

9 Balance de la glucolisis
Balance energético, fórmula global GLUCOSA + 2 ADP+ 2Pi+2NAD⁺ Ácido Pirúvico+ 2ATP+2NADH+2H⁺+2H₂O

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12 4. DESTINO DEL PIRÚVICO CONDICIONES AEROBIAS
El ácido pirúvico procedente de la glucolisis debe pasar a la matriz de la mitocondria. Un complejo multienzimático , piruvato-deshidrogenasa y sus coenzimas NAD y CoA, provocan una descarboxilación del pirúvico y una oxidación en la que la coenzima NAD, capta los electrones y protones y se transforma en NADH +H y se obtiene Acetil CoA.

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14 CONDICIONES ANAEROBIAS
El ácido pirúvico se reduce utilizando los NADH + H formados en la glucolisis.

15 5. FERMENTACIONES FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA
Se realiza en el citoplasma celular y es un proceso anaerobio. Algunos organismos pluricelulares pueden seguir ruta aerobia y anaerobia. Ejemplo ,algunas plantas que realizan fermentación alcohólica, o el músculo estriado que realiza fermentación láctica. FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA La realizan los hongos (levaduras) Saccharomyces cerevisiae y algunas bacterias y células vegetales. Transforman el pirúvico (3C) en etanol(2C) previa una descarboxilación y la intervención de la coenzima reducida NADH + H que aporta los electrones y protones. Interviene en la fabricación de alcoholes y bollería

16 FERMENTACIÓN LÁCTICA La realizan las bacterias pertenecientes generalmente al género Lactobacillus. ( Existen algunas Homofermentativas y Heterofermentativas) También se realiza en ciertos tejidos animales como el músculo esquelético en condiciones anaerobias. El Pirúvico se transforma en ácido láctico con la intervención de la enzima láctico-deshidrogenasa y la coenzima NADH + H que aporte los electrones y protones. Intrviene en la fabricación de derivados lácteos.

17 BALANCE ENERGÉTICO DE FERMENTACIÓN.
El rendimiento energético son dos ATP, procedentes de la glucolisis, ya que al no haber oxígeno, los NADH no pasan a la cadena respiratoria, sino que se utilizan para reducir al pirúvico.

18 6. CICLO DE KREBS PROCESO. BALANCE
Se realiza en la matriz de la mitocondria y también se denomina ciclo del ácido cítrico o de los ácidos tricarboxílicos. Se produce la oxidación completa del acetil-CoA hasta moléculas de CO2 . Es un conjunto cíclico de reacciones, que se inicia con la unión del acetilCoA (2C) con un ácido oxalacético OAA (4C) , formándose una molécula de ácido cítrico (6C). Se continua hasta regenerar el OAA y obtener 2 moléculas de CO2 , las coenzimas NAD y FAD recogen electrones y se obtienen 3NADH+H y 1 FADH2 , además se obtiene una molécula de GTP. BALANCE Cada molécula de glucosa requiere dos vueltas al ciclo y se obtienen 2GTP, NADH+H , 2 FADH2 y 4 moléculas de dióxido de carbono

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21 FUNCIONES. CARÁCTER ANFIBÓLICO
-Oxidación completa del acetil-CoA hasta dióxido de carbono. - Obtención de poder reductor NADH y FADH2 , de los que se obtendrá energía en la fosforilación oxidativa. - Obtención de energía en forma de GTP, por fosforilación ( que posterior mente se transforma en ATP) - Obtención de precursores metabólicos para la síntesis de moléculas orgánicas. CARÁCTER ANFIBÓLICO.( entre anabólico y catabólico) En el ciclo de Krebs ingresan moléculas de acetil-CoA, procedentes del catabolismo de azúcares, ácidos grasos y aminoácidos, obteniéndose energía , coenzimas reducidas y dióxido de carbono. Es el fin de las rutas catabólicas. Al mismo tiempo de algunos intermediarios del ciclo de Krebs parten rutas anabólicas y se pueden sintetizar, aminoácidos, ácidos grasos, porfirinas… Por todo esto se dice que es una encrucijada metabólica.

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23 7. CADENA RESPIRATORIA CADENA TRANSPORTADORA ELECTRONES
La molécula que inició la glucolisis, se encuentra completamente oxidada, aunque la mayor parte de la energía se encuentra en los electrones aceptados por las coenzimas, que se encuentran en estado reducido. (poder reductor obtenido) Los electrones se transfieren a través de una cadena transportadora de electrones, situada en la membrana interna de la mitocondira. Está formada por la NAD, FAD, CoQ y una serie de citrocromos, que mediante reacciones de oxidación -reducción hacen llegar a los electrones hasta el oxígeno que se combina con dos protones para formar agua.

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25 FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
Los electrones que se mueven a través de la cadena transportadora van saltando a niveles energéticos inferiores y se libera energía que se emplea en fosforilar al ADP y acumularla en forma de enlaces de alta energía en el ATP Por cada molécula de NADH+H se forman tres moléculas de ATP Por cada molécula de FADH2 se forman dos moléculas de ATP

26 Acoplamiento quimiosmótico.
Hoy sabemos que el mecanismo de la fosforilación oxidativa depende de la generación de un gradiente de protones H+ a través de la membrana mitocondrial interna. Los componentes de la cadena transportadora de electrones se encuentran ordenados en la membrana formando 3 complejos enzimáticos diferenciados que son además bombas de protones, cuando los electrones pasan de un aceptor a otro estos complejos enzimáticos bombean protones de la matriz mitocondrial al espacio intermembrana.( unos 10H+ por cada par de electrones) Aparecen aquí los complejos F que son complejos que acoplados a una ATP sintetasa (ATPasa) volverán a bombear los protones a la matriz mitocondrial, produciendo fosforilación por cada 3 protones bombeados y por tanto síntesis de ATP .

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28 8. BALANCE ENERGÉTICO. R. AEROBIA
GLUCOLISIS Se producen 2 moléculas de ATP. Se producen 2 moléculas de NADH, que según el sistema de entrada en la mitocondria se obtiene 2 x 2 = 6 ATP Por tanto de la glucolisis se obtienen 8 ATP. ENTRADA EN LA MITOCONDRIA La conversión de Pirúvico a Acetil conezima A en la matriz mitocondrial, rinde 2 moléculas de NADH x 3 = 6 ATP CICLO DE KREBS. Por cada acetil-CoA se obtienen 3NADH x 3 = 9 ATP, 1 FADH2 x 2 = 2 ATP y un GTP que es como 1 ATP. Por tanto en total 12 ATP. Como la glucosa genera dos moléculas de acetil-CoA 12ATP x 2 = 24 ATP Balance total . Se obtienen 38 ATP

29 9. CATABOLISMO DE LÍPIDOS
Los lípidos son unas moléculas de las que se obtiene más energía que de los azúcares. Se almacenan en gotas de grasa en los adipocitos. Se utilizan cuando la célula necesita aporte extra de energía. Las grasas primeramente deben romperse en el citoplasma en glicerina y ácidos grasos. La glicerina se convierte en 3- fosfogliceraldehido, intermediario del ciclo de Krebs. Los ácidos grasos se cortan en fragmentos de dos carbonos en la matriz mitocondrial y peroxisomas a través de la beta- oxidación. Formándose acetil-CoA que entra en el ciclo de Krebs. El acido graso pierde 2 C por cada vuelta de ciclo de beta oxidación así que rendirá tantos Acetil-CoA en función del número de carbonos de la cadena. Los ácidos grasos se unen a la CoA para activarse y entrar en la matriz de la mitocondria o peroxisomas. En la membrana interna de estas se encuentra la carnitina que ayuda a la entrada.

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31 BETA OXIDACIÓN Una vez el Acil-CoA en la matriz se inicia la beta-oxidación. En este proceso se rompe la molécula de acil-CoA en una de acetil-CoA (2C) y una molécula de acil-CoA de dos carbonos menos de los que tenia ( variará en función de la longitud del ácido graso) El acetil-CoA entra en el ciclo de Krebs y el acil-CoA entra en una nueva beta-oxidación, hasta romperse completamente en moléculas de acetil-CoA

32 BALANCE ENERGÉTICO (Ejemplo 14C)
De este acil-CoA se obtienen 7 acetil-CoA ( porque se trata de una cadena de 14C). Cada acetil -CoA entra en el ciclo de Krebs y se obtiene de cada una 12 ATP. Además se obtienen NADH y FADH2 que entran el al cadena transportadora de electrones.

33 10. CATABOLISMO DE PROTEINAS
Los aminoácidos que no se utilizan para la síntesis de proteínas, pueden utilizarse para obtener energía. El primer paso es la desaminación del grupo amino que se transforma en urea y se elimina . El cetoácido que queda tiene dos posibilidades según del tipo que sea. Unos se transforman en acetil-CoA y entran en el ciclo de Krebs y otros entran en algún intermediario del ciclo

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