Nutrición celular METABOLISMO CATABOLISMO.

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1 Nutrición celular METABOLISMO CATABOLISMO

2 Nutrición Materia Energía inorgánica orgánica luz fotolitotrofos
Incorporación de materia y energía, transformarla y eliminar los residuos. Se utiliza para crecimiento, renovación y para la realización de cualquier actividad. Materia Energía inorgánica orgánica luz fotolitotrofos fotoorganotrofos química quimiolitotrofos quimioorganotrofos

3 Tipos de nutrición Autótrofa: los nutrientes son sustancias inorgánicas y los productos sustancias orgánicas. Requiere aporte energético. Según éste: fotosíntesis (luz). Necesitan pigmentos como la clorofila. diferentes bacterias, protoctistas (algas) y plantas quimiosíntesis (energía química). Sólo la realizan algunos grupos de bacterias. Heterótrofa: incorporan materia orgánica. Materia y energía se obtienen al mismo tiempo. Lo realizan muchos grupos de bacterias, algunos protoctistas, hongos y células animales. Los heterótrofos necesitan a los autótrofos. Los autótrofos son los productores y los heterótrofos los consumidores y descomponedores.

4 Etapas de la nutrición I
Incorporación de nutrientes: En autótrofas: agua por ósmosis gases por difusión simple iones por transporte mediado; pasivo o activo En heterótrofas: las sustancias inorgánicas del mismo modo. Las orgánicas: orgánicas sencillas por transporte mediado orgánicas complejas por endocitosis. En algunos casos la digestión es externa.

5 Etapas de la nutrición II
Conjunto de reacciones en el interior de la célula o metabolismo. Hay dos tipos: catabolismo y anabolismo Catabolismo, produce energía a través de la oxidación. Anabolismo, produce materia orgánica mediante la reducción. Requiere energía. Hay otras formas que no necesitan reducción Catabolismo XY X+Y energía H(2H+ + 2e-) X+Y XY Anabolismo XY moléculas reducidas, X e Y moléculas oxidadas.

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7 Características de las reacciones metabólicas
Las reacciones metabólicas están acopladas energéticamente a través del ATP. 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. X-P ADP ATP X

8 Las reacciones metabólicas son reacciones de oxidorreducción
Una molécula se oxida si pierde electrones al tiempo que otra molécula gana esos electrones y se reduce. 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. OXIDACIÓN REDUCCIÓN Pérdida de e-, conlleva aumento del número de oxidación: Cu Cu2+ Ganancia de e-, conlleva disminución del número de oxidación: Cu Cu+ Pérdida de hidrógeno: R-H R Incorporación de hidrógeno: R R-H Incorporación de oxígeno: R R-O Pérdida de oxígeno: R-O R

9 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.

10 Diferencias entre células autótrofas y heterótrofas
Las células autótrofas presentan dos secuencias: en primer lugar anabolismo autótrofo (fotosíntesis y quimiosíntesis) y en segundo lugar anabolismo heterótrofo (síntesis de moléculas orgánicas complejas a partir de moléculas orgánicas sencillas). Las células heterótrofas sólo tienen anabolismo heterótrofo. El catabolismo es idéntico en ambos tipos de células. Eliminación de productos de desecho Proceso denominado excreción celular. En células heterótrofas mediante exocitosis. En células autótrofas se acumulan en el interior de vacuolas.

11 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

12 C6H12O6 (glucosa) + 6O2 6CO2 + 6H2O + energía
Respiración aerobia Catabolismo total de cualquier forma de molécula orgánica que se oxida hasta CO2, libera energía e hidrógenos que son captados por el O2 para rendir H2O. Generalmente los sustratos son glúcidos y lípidos. La glucosa es la molécula más utilizada y la reacción global sería: C6H12O6 (glucosa) + 6O CO2 + 6H2O + energía Esta reacción no se lleva a cabo directamente, pues se perdería la mayor parte de la energía en forma de calor. A continuación vamos a ver las reacciones catabólicas de glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.

13 Incorporación de glúcidos
Polisacáridos Glucosa 1- P Glucosa 1-P + glucógeno (n-1) glucosas Glucógeno (n glucosas) Glucógeno fosforilasa Glucosa

14 Glucólisis 2 ác. pirúvico Glucosa Glucosa 1-P ATP Glucosa 6-P ADP
Fosfoglucomutasa (isomerasa) isomerasa Hexoquinasa ADP Fructosa 6-P ATP fosfofructoquinasa ADP Fructosa 1,6 diP 2 ác. 2 fosfoglicérico aldolasa 2H2O 2H2O GA3P DHAP enolasa 2 Pi isomerasa 2 ác. 2 fosfoenolpirúvico 2 NAD isomerasa 2 ADP 2 ATP 2 NADH2 Fosfogliceraldehido deshidrogenasa quinasa quinasa 2 ác. 1,3 fosfoglicérico 2 ác. 3 fosfoglicérico 2 ác. pirúvico 2 ADP 2 ATP

15 Requerimientos y productos de la GLUCÓLISIS
GLUCOSA 2 ATP 2 Pi 2 NAD 2 ÁC. PIRÚVICO 4 ATP 2 NADH2 RENDIMIENTO: 2 ATP 2 NADH2 CITOSOL O HIALOPLASMA

16 Destino del Ác. Pirúvico
Anaerobiosis (sin O2) en el citosol Aerobiosis (con O2) en la mitocondria Fermentación Respiración

17 Fermentación: características
No requieren O2 como último aceptor de e-. El aceptor final es una molécula orgánica. Es un catabolismo parcial. Rendimiento energético escaso

18 Fermentación. Ejemplos
lactosa Glucosa 2 ATP 2 NADH2 Glucosa Galactosa 2 ác. pirúvico 2 ATP 2 NADH2 Piruvato descarboxilasa 2 CO2 2 ác. pirúvico 2 acetaldehido 2 NAD 2 NAD 2 ác. láctico 2 etanol Fermentación láctica: Lactobacillus bulgaricus Streptococcus lactis Fermentación alcohólica: Saccharomyces Otras fermentaciones: butírica, propiónica,... Fermentación pútrida o putrefacción: con proteínas; producen sustancias de mal olor como cadaverina, escatol, etc. Fermentación acética: oxidación de etanol a ác. Acético. Acetobacter.

19 Descarboxilación oxidativa entrada en la mitocondria (con O2)
ác. pirúvico Piruvato deshidrogenasa NAD NADH2 CoA-SH CO2 acetil CoA

20 Ciclo de Krebs, ciclo del ác. cítrico o ciclo de los ác
Ciclo de Krebs, ciclo del ác. cítrico o ciclo de los ác. Tricarboxílicos (matriz mitocondrial) CoA-SH acetil CoA H2O ác. cítrico H2O ác. oxalacético ác.cisaconítico NADH2 NAD H2O ác. L - málico ác. isocítrico H2O NAD ác. fumárico NADH2 FADH2 FAD ác. oxalsuccínico NAD ác. succínico GDP+Pi CoA-SH GTP CO2 H2O CoA-SH succinil CoA ác. α- cetoglutárico CO2 NADH2

21 Rendimiento del Ciclo de Krebs
Acetil CoA 3 H2O 3 NAD 1 FAD 1 GDP + Pi 2 CO2 1 H2O 3 NADH2 1 FADH2 1 GTP Se ha transformado la materia orgánica en inorgánica. Los electrones han sido recogidos como (H2) por coenzimas transportadoras de electrones (NAD y FAD). Se ha sintetizado una molécula de GTP, análoga al ATP.

22 Fosforilación Oxidativa Cadena respiratoria y transporte de electrones (Crestas Mitocondriales)
-400 -300 -200 -100 100 200 300 400 500 600 700 800 Potencial Redox (mV) Dirección del flujo de electrones Energía libre (Kcal) NADH2 C.I ox 0,27 volt. 12,2 Kcal. NAD C.I H2 CoQ FADH2 C. II CoQ H2 C.III FAD C. IIH2 0,22 volt. 9,9 Kcal. C.III2- C2- C 0,53 volt. 23,8 Kcal. C. I. flavoproteína y otras proteínas. Ubiquinona o CoQ. C. III. : citocromos b y c1. C = citocromo c. C. IV.: citocromos a y a3. C. IV2- C. IV 2H+ + 1/2O H2O

23 Fosforilación oxidativa: Teoría quimiosmótica
citosol membrana externa mitocondrial mb. interna mitocondrial matriz mitocondrial espacio intermembranoso H+ H+ H+ 3H+ C. I. CoQ C. III. C F 2H+ ADP+ Pi ATP NADH2 (2H+ + 2e-) NAD C. IV. H+ 2H+ H2O 2e- O2- 1/2O2

24 Catabolismo de lípidos. Ácidos grasos
Triglicérido glicerol Ácidos grasos NAD NAD.2H Pi Gliceraldehido-P a la β-oxidación o hélice de Lynen en la mitocondria a la glucolisis...

25 β-oxidación o hélice de Lynen en la mitocondria
R-CH2–CH2–CH2–CH2-COOH CoA-SH Carnitina Entrada en la mitocondria 2 ADP + Pi 2 ATP R-CH2–CH2–CH2–CH2-CO-SCoA FAD2H FAD R-CH2–CH2–CH=CH-CO-SCoA H2O R-CH2–CH2-CO-SCoA R-CH2–CH2–CHOH-CH2-CO-SCoA CoA-SH NAD R-CH2–CH2-COOH NAD2H H2O R-CH2–CH2–CO-CH2-CO-SCoA CH3-CO-SCoA

26 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 NAD2H y FAD2H/vuelta TOTAL (N/2-1) NAD2H (N/2-1) FAD2H Cada acetil CoA rinde 3 NAD2H 1 FAD2H y 1 GTP 1 NAD2H rinde 3 ATP y 1 FAD2H rinde 2 ATP Ácido caproico(6C, igual que la glucosa) 2 3 2 NAD2H 2 FAD2H 9 NAD2H 3 FAD2H 3 GTP 33 ATP 10 ATP 3ATP menos 1 ATP gastados para entrar= ATP

27 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.

28 Catabolismo de proteínas
Aminoácidos Renovación molecular Proteasas internas y externas energética Desaminación oxidativa: alanina, oxalacético... Transaminación descarboxilación aa1 cetoácido NAD NAD2H transaminasas NH3 cetoácido aa2 amina Pirúvico, acetil CoA,... En vegetales se reutiliza, en animales debe eliminarse: amoniotélicos, ureotélicos y uricotélicos. Ciclo de Krebs