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7/17/2019 Resumen Temas 10 y 11 Metabolismo
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BIOLOGA 2 BACHILLERATO. METABOLISMO. UNIDADES 10 Y 11 (texto Anaya)
1.
Metabolismo. Generalidades
1.a Concepto de Metabolismo: conjunto de reacciones qumicas que tienen lugar en las clulas, mediante lascuales obtienen energa y la utilizan, para regenerar las molculas y las estructuras que se degradan, as como
para el crecimiento y el mantenimiento de todas las actividades vitales1. b La energa en el metabolismo:Reacciones exergnicas:
Se producen de forma espontnea
Son reacciones de degradacin
Se libera energa
Los productos son menos energticos que los reactivos
Corresponden al catabolismoReacciones endergnicas:
No son espontneas
Son reacciones de sntesis
Se consume energa
Los productos son ms energticos que los reactivos
Corresponden al anabolismo1. c Fuente de energa en los seres vivos
Tipos de organismos segn su forma de obtener energa, su formade nutricin o metabolismo:
Tipos de organismos segnsu metabolismo
Fuente de energa Fuente decarbono
Fuente dehidrgeno
Ejemplos
Fotolitotrofos o fotoauttrofoso auttrofos fotosintticos
luz CO2 procede desustanciasinorgnicas (H2O,H2S)
Plantas, algas, cianobacterias, bacteriasfotosintticas (bacterias verdes del azufre ybacterias prpuras del azufre)
Quimiolititrofos oquimioauttrofos oquimiosintticos
reaccionesqumicas deoxidacin, demolculasinorgnicas
CO2 procede desustanciasinorgnicas (H2O,H2S)
Bacterias quimiosintticas: bacterias delnitrgeno, bacterias incoloras del azufre ,bacterias del hierro, bacterias del hidrgen
Fotoorganotrofos ofotohetertrofos
luz Molculasorgnicas
Procede demolculasorgnicas
Bacterias prpuras no sulfreas
Quimiorganotrofos oquimiohetertrofos ohetertrofos
reaccionesqumicas deoxidacin, demolculasorgnicas
Molculasorgnicas
Procede demolculasorgnicas
Animales, protozoos, hongos, muchasbacterias hetertrofas
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1. d Las rutas metablicas y los enzimas
Cada reaccin qumica es catalizada por un enzima especfico
Las reacciones qumicas se organizan en rutas metablicas: el producto de una reaccin es el sustrato de lasiguiente
Las rutas metablicas estn interconectadas y encadenadas. Pueden ser:Lineales, cclicas, ramificadasConvergentes: propias del catabolismo
Divergentes: propias del anabolismo
1. e Reacciones del Metabolismo. Comprende dos tipos de procesos: anabolismo (procesos de sntesis) ycatabolismo (procesos de degradacin)
Catabolismo Anabolismo
Fase degradativa
Molculas complejas orgnicas complejas y reducidas seconvierten en molculas sencillas oxidadas
Procesos exergnicos: liberan energa libre, utilizada parasintetizar ATP
Reacciones de oxidacin: se liberan electrones e hidrgenosricos en energa, que se conservan en forma de NADH,NADPH, FADH2(coenzimas transportadores de electrones)
Rutas convergentes
Fase constructora o de biosntesis
Molculas sencillas y oxidadas se convierten enmolculas orgnicas complejas y reducidas
Procesos endergnicos: gastan energa libre,procedente de la hidrlisis de ATP a ADP + P
Reacciones de reduccin: se consumen electrones ehidrgenos cedidos por NADH, NADPH, FADH2.
Rutas divergentes
Ambos (catabolismo y anabolismo) noocurren ni de forma simultnea, ni en elmismo lugar
Estn acoplados: la transferencia de energa esmediante intermediarios (ATP y coenzimastransportadores de hidrgenos)
Las reacciones del metabolismo estnencadenadas en rutas metablicas. Cadareaccin es catalizada por una enzimaespecfica.
Son procesos redox (oxidacin-reduccin)
Ejemplos de rutas metablicas
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1. f Reacciones de oxidacin-reduccin
Oxidacin: prdida de electrones. En el catabolismo las molculas orgnicas se oxidan a otras mssencillas, o a CO2 y H2O
Reduccin: ganancia de electrones. En el anabolismo las molculas orgnicas se sintetizan mediantereduccin de otras ms sencillas
Ambos procesos estn acoplados
La transferencia de electrones va acompaada de la transferencia de H+
La transferencia de electrones desde el catabolismo (oxidaciones) al anabolismo (reducciones) se producea travs de intermediarios: coenzimas NAD+, NADP+, FAD
2. Intermediarios transportadores
2. a Transportadores de electrones. Coenzimas (son nucletidos): NAD+/NADH+H, NADP+/NADPH+H,FAD/FADH2
NAD+ + H2 NADH + H+forma oxidada forma reducida
Forma oxidada (NAD+): interviene como aceptor de electrones y H+ en la gluclisis, ciclo de Krebs, beta-oxidacin de cidos grasos.
Forma reducida (NADH+H+) interviene en la cadena respiratoria para la sntesis de ATP, al ceder los electronesy H+, que sern transportados hasta el O2
NADP+ + H2 NADPH + H+forma oxidada forma reducida
Forma oxidada (NADP+): interviene en la fase luminosa de la fotosntesis como aceptor de electrones y H+,procedentes del agua (va fotosistema II)Forma reducida (NADPH+H+): interviene como dador de electrones y H+ en procesos anablicos, como lasntesis de cidos grasos, y la reduccin del CO2 en el ciclo de Calvin (fase oscura de la fotosntesis)
FAD + H2 FADH2forma oxidada forma reducida
Forma oxidada (FAD): interviene como aceptor de electrones y H+ en el ciclo de Krebs y en la beta oxidacinde cidos grasosForma reducida (FADH2): interviene en la cadena respiratoria para la sntesis de ATP, al ceder los electrones yH+, que sern transportados hasta el O2
Reacciones redox
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2. b Transportadores de gruposCoenzima A: transporta grupos acilo procedentes de los cidosorgnicos (por ej. los cidos grasos) en el metabolismo. Suabreviatura en HS-CoA. El cido se une al grupo-SH (enlacetioster). Este enlace es altamente energtico.
2. c Transportadores de energa: ATP y ADPSon nucletidos con varios grupos fosfato que se unen entre smediante enlaces ricos en energa.
Esta energa se acumula al formarse el enlace P - P, y se liberacuando se rompe este enlace por hidrlisis.
Son molculas transportadoras de energa.
ATP (adenosn trifosfato) y ADP (adenosn difosfato
ATP + H2O ADP + P + ENERGA
ADP + H2O AMP + P + ENERGA
La energa liberada en la hidrlisis del ATP se utiliza para:
Sntesis de biomolculas (anabolismo)
Trabajo mecnico: contraccin muscular, ciclosis, divisin celular
Transporte activo a travs de las membranas
Creacin de potenciales de membrana: transmisin del impulso nervoso
Produccin de calor
3.
Mecanismos de sntesis de ATP en la clula: son tres mecanismos
Fosforilacin a nivel de sustrato
Fosforilacin acoplada al transporte electrnico, que puede ser- Fosforilacin oxidativa, en la cadena respitatoria- Fotofosforilacin, en la fotosntesis
3. a Fosforilacin a nivel de sustratoUn sustrato fosforilado muy rico enenerga, es hidrolizado, y la energaliberada se emplea en transferir el grupofosfato al ADP para originar ATPLa fosforilacin a nivel de sustratoocurre en la gluclisis y en el ciclo deKrebs
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3. b Fosforilacin acoplada al transporte electrnico:
La sntesis de ATP se produce como consecuencia del transporte electrnico, que tiene lugar, en la cadenarespiratoria (mitocondrias) y en la fotosntesis (cloroplastos).
En las cadenas de transporte electrnico intervienen coenzimas transportadores de electrones y protenas
Se producen sucesivas reacciones redox
Los electrones circulan de un nivel energtico superior a otro inferior.
En este transporte se libera energa utilizada para bombear protones de un compartimiento a otro, en lasmitocondria o en los cloroplastos (hiptesis quimioosmtica que se ver ms adelante)
Los protones tienden a volver al compartimento inicial (a travs de la ATP sintetasa) a favor de ungradiente electroqumico y liberndose energa. Esta energa es utilizada por la ATP sintetasa (situada en lamembrana interna de las mitocondrias y en la membrana de los tilacoides) para sintetizar ATP a partir deADP + P
Fosforilacin oxidativa: se produce en la cadenarespiratoria (proceso), en la membrana interna de lamitocondria (localizacin)Fotofosforilacin: se produce en la fase luminosa de la
fotosntesis (proceso), en la membrana de los tilacoides(localizacin)La enzima ATP sintetasa se localiza en la membranainterna de las mitocondrias (partculas F) y en lamembrana de los tilacoides. Sintetiza ATP a partir deADP + P.
4. Catabolismo
Las molculas orgnicas (combustibles) se oxidan (pierden electrones) a travs de reacciones exergnicas
de oxidacin -reduccin.
Los electrones son transferidos desde las molculas orgnicas ricas en energa hasta un aceptor final con unnivel energtico inferior. Segn sea este aceptor las clulas pueden ser:
- Clulas aerobias: la mayora de las clulas, el oxgenoes el aceptor final de electrones- Clulas anaerobias estrictas: algunas bacterias, el aceptor final de electroneses una molcula orgnica- Clulas anaerobias facultativas: las levaduras y algunas bacterias, a veces las clulas de organismos superiores.Utilizan el oxgeno como aceptor final de los electrones, pero cuando falta el oxgeno utilizan la va anaerobia(aceptor final de electrones una molcula orgnica)
4.a Catabolismo de la glucosa: principal combustible de la clulaProcedencia de la glucosa:Hetertrofos:
A partir de los glcidos tomados en los alimentos
A partir del glucgeno almacenado (glucogenolisis)
A partir de otros compuestos (gluconeognesis)Auttrofos:
Se sintetiza a partir de la materia inorgnica en la fotosntesis
A partir del almidn almacenado (glucogenolisis)
A partir de otros compuestos (gluconeognesis)
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Fase
PreparatoriaFosforilacin de Glucosa y
su conversin a
Gliceraldehido 3-fosfato
Primera
Reaccin
importante
Glucosa 6-fosfato
Segunda
Reaccin
importante
Fructosa 6-fosfato
Ruptura de
Una hexosa
(6C), en dos
Triosas (3C)
Fructosa 1,6-difosfato
Gliceraldehido 3-fosfato
Dihidroxo-acetona-fosfato+
Glucosa a) Fase
PreparatoriaFosforilacin de Glucosa y
su conversin a
Gliceraldehido 3-fosfato
Primera
Reaccin
importante
Glucosa 6-fosfato
Segunda
Reaccin
importante
Fructosa 6-fosfato
Ruptura de
Una hexosa
(6C), en dos
Triosas (3C)
Fructosa 1,6-difosfato
Gliceraldehido 3-fosfato
Dihidroxo-acetona-fosfato+
Glucosa a)
Fases de la oxidacin o catabolismo de la glucosa1 fase: gluclisis
En la mayora de los seres vivos
Una molcula de glucosa se transforma en 2 molculasde cido pirvico
Ocurre en el citosol.
No depende del oxgeno
Se forma poca energa (ATP)
Es una ruta comn en el catabolismo aerobio y anaerobio2 fase: hay dos posibilidades. Segn sea el destino del cidopirvico:
En condiciones anaerobias (en ausencia de oxgeno) :ocurre una fermentacin
El pirvico se transforma en otras molculas orgnicassencillas, la oxidacin no es total
El aceptor de electrones es una molcula orgnica
En el citosol
Se forma poca cantidad de ATP
En condiciones aerobias. Ocurre la respiracin
celular (respiracin aerobia)
El pirvico es oxidado completamente a CO2+ H2O
El O2es el aceptor final de electrones
Se realiza en las mitocondrias
Se forma ms cantidad de energa (ATP)
CATABOLISMO AEROBIO DE LOS GLCIDOS (GLUCOSA)
A. Gluclisis (son 10 reacciones) (ver Pg 175 texto Anaya). El nombre de las enzimas no es necesario saberlo. Fase preparatoria (fase de 6 carbonos):
reacciones de 1-5
Transformacin de un monosacrido de 6 carbonos (hexosa) en 2 monosacridos de 3 carbonos (triosas).
Fase de beneficios (fase de 3 carbonos)
Reacciones de 6-10
Transformacin de dos triosas en dos molculas de cido pirvico
Se obtiene 2ATP y 2 NADH + 2H+
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Gluclisis: fase preparatoria. (Las 5 primeras reacciones)
1. Primera Fosforilacin
2. Isomerizacin
3. SegundaFosforilacin
4. Ruptura de un monosacrido de 6 carbonos en dos monosacridos de 3 carbonos
5. IsomerizacinA partir de este momentohay que multiplicar todo por2, porque tenemos dosmolculas de gliceraldehdo3 P.
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Gluclisis: fase de beneficios (de la reaccin 6 a la 10).Partimos de dos molculas de gliceraldhdo 3 fosfato
6. Oxidacin (o deshidrogenacin) y fosforilacin
7.Fosforilacin a nivel de sustrato: Formacin de ATP
8. Isomerizacin
9. Prdida de agua
10. Fosforilacin a nivel de sustrato: formacin de ATP
(X 2)
(X 2)
(X 2)
(X 2)
(X 2)
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Se consume Se produce
1 molcula de glucosa2ADP2NAD+
2 cido pirvico (piruvato)2 ATP2 NADH + 2H+
Localizacin de la gluclisis: en el citosol. En todas las clulasFinalidad:
Transformar una molcula de glucosa en 2 de cido pirvico
Formacin de poder reductor: NADH + H+
Formacin de energa (ATP): es escasa la obtencin directa de ATP. La Energa reside en las coenzimas2NADH + 2H+
La gluclisis es una ruta comn en el catabolismo aerobio y en el anaerobio
El NADH+ H+ formado en la gluclisis debe reoxidarse a NAD+.Hay dos caminos.Va aerobia: se incorpora a la cadena respiratoria (respiracin celular) en las mitocondriasVa anaerobia: se incorpora a una fermentacin
B. Continuacin del CATABOLISMO AEROBIO DE LOS GLCIDOS. RESPIRACIN CELULARLocalizacin:
En las mitocondrias en las clulas eucariotas
En el citoplasma y en la membrana plasmtica en las clulas procariotasProcesos
Descarboxilacin oxidativa del cido pirvico a acetil coenzima A
Ciclo de los cidos tricarboxlicos (c. de Krebs)
Transporte electrnico y fosforilacin oxidativa (cadena respiratoria)
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B.IDESCARBOXILACIN OXIDATIVA DEL CIDO PIRVICO
Se produce en la respiracin aerobia, tras la gluclisis, y previo al c. de Krebs
El cido pirvico entra en la matriz mitocondrial
Se transforma en acetil CoA
El acetil coenzima A se incorpora al ciclo de Krebs,
TRANSFORMACIN DE PIRVICO EN ACETIL COENZIMA A:Descarboxilacin oxidativa
Localizacin del proceso: Matriz mitocondrial en las clulas eucariotas. Citoplasma en procariotas
Tipo de clula: Procariotas aerobias, y todas las clulas eucariotasFinalidad: Transformar el cido pirvico en acetil Coenzima A (que se incorporar al ciclo de Krebs).Formacinde poder reductor (1NADH)
B.IICICLO DE KREBS O CICLO DE LOS CIDOS TRICARBOXLICOS (o ciclo del cido ctrico)
En la matriz mitocondrial. Son 8 reacciones Se produce la oxidacin total del acetil coenzima A a CO2ehidrgenos unidos a coenzimas (NADH+H+ y FADH2)Localizacin del proceso: Matriz mitocondrial en las clulas eucariotas. Citoplasma en procariotas.Tipo de clula: Procariotas aerobias, y todas las clulas eucariotas
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Finalidad: Oxidacin del cido actico. Formacin de poder reductor (3NADH y 1FADH2). Formacin deenerga (1GTP = ATP), es escasa obtencin directa de ATP. La Energa reside en las coenzimas NADH /FADH2Importancia del proceso: es una ruta comn del catabolismo
de todas las biomolculas. Es una ruta anfiblicaporque, adems de ser una va de numerosas rutas catablicas, tambin interviene en rutas anablicas.
1. Sntesis
2. Isomerizacin
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3. Descarboxilacinoxidativa
4. Descarboxilacinoxidativa
5. Fosforilacin a nivelde sustrato
6. Deshidrogenacin(oxidacin)
7. Adicin de agua
8. Deshidrogenacin uoxidacin
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BALANCE DEL CICLO DE KREBS. En una vuelta completa, porcada cido actico que ingresa (acetil CoA):
Importancia del ciclo de Krebs - Es una ruta comn del catabolismo de todas las biomolculas.- Tiene carcter anfiblico
Carcter anfiblico del ciclo de KrebsTiene carcter anfiblico, porque, adems de ser una va denumerosas rutas catablicas, tambin interviene en rutas
anablicas. Presenta una doble funcin en el metabolismo celular: Funcin catablica: El acetil coenzima A procede de:
Oxidacin de la glucosa
Oxidacin de cidos grasos
Oxidacin de algunos aa . En el ciclo de Krebs convergen el catabolismo de glcidos, lpidos y aa
Funcin anablicaAlgunos intermediarios del ciclo de Krebs son precursores en la sntesis de:
Aminocidos y bases nitrogendas
cidos grasos
Glcidos (glucosa)
Consume ProduceAcetil coenzima A
3 NAD+
FADGDP + P (ADP + P)3H2O
2 CO23NADH + 3H+
FADH2GTP (ATP)
3H2O
Carcteranfiblicodel ciclo deKrebs
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B.III TRANSPORTE ELECTRNICO Y FOSFORILACIN OXIDATIVA. CADENA RESPIRATORIALocalizacin:
En las crestas mitocondriales (membrana interna de la mitocondria) en las clulas eucariotas
En la membrana plasmtica en las clulas procariotasTipo de clula: Procariotas aerobias, y todas las clulas eucariotas
Finalidad: obtener energa (ATP)Proceso:
Las molculas de NADH + H* y de FADH2generadas en el catabolismo contienen electrones de alta energa.
Estos electrones e hidrgenos, son transportados por una cadena de transporte electrnico hasta el O2, que sereduce a H2O
En la cadena de transporte electrnico intervienen citocromos, y otras protenas y coenzimas comotransportadores de electrones
Los transportadores de electrones se agrupan en cuatro complejos, localizados en la membrana interna de lasmitocondrias, donde tambin se localiza la enzima ATP sintetasa..
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Complejo I: NADH2/NAD+ y coenzima Q-
Complejo II: FADH2/FAD ycoenzima Q
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Complejo III: citocromo b ycitocromo c-
Complejo IV: citocromo a ycitocromo a3
Los electrones fluyen de untransportador a otro mediante reaccionesde oxidacin- reduccin. Pasan de unnivel energtico superior a otro inferior,hasta que los electrones llegan al O2
Se genera energa (ATP):fosforilacin oxidativa.
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Sntesis de ATP: Fosforilacin oxidativa.La hiptesis quimiosmtica explica lasntesis de ATP en la fosforilacinoxidativa:-La energa liberada por el transporte deelectrones desde el NADH o FADH2hasta el O2, es utilizada por algunos
componentes de la cadena respiratoriapara bombear protones (H+) desde lamatriz mitocondrial hasta el espaciointermembrana. As, se genera ungradiente electroqumico en lamembrana mitocondrial interna.-Debido a este gradienteelectroqumico,los protones tienden avolver a la matriz a favor de dichogradiente. Como la membrana interna esimpermeable a los protones, solo puedenretornar a travs de la ATPsintetasa. La energa liberada por el flujo de protones, se aprovecha por la ATP
sintetasa para generar ATP a partir de ADP +P.
Por cada dos electrones que pasan desde el NADH hasta el oxgeno
se forman 3 molculas de ATP a partir de 3ADP ms 3P. Sinembargo, por cada dos electrones que pasan del FADH2 y entran enla cadena en un nivel energtico menor, se forman dos molculas de ATP.
EJEMPLO: BALANCE GLOBAL DE LA RESPIRACIN AEROBIA DE UNA MOLCULA DE GLUCOSA
Los NADH + H+ generados en el citoplasma (en la gluclisis) pasan al interior de la mitocondria y en la cadena detransporte electrnico rinden 3 ATP (en las clulas de hgado, rin y corazn). A veces solo 2 ATP (en las clulasde msculo y cerebro).
Los NADH + H+ que se generan en la matriz mitocondrial general 3 ATP al pasar por la de transporte deelectrones.
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
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CATABOLISMO DE LOS GLCIDOS (glucosa) EN EUSENCIA DE OXGENO(ANAEROBIO)
Catabolismo de glucosa en ausencia de oxgeno (anaerobio). Fermentaciones
La degradacin de la glucosa es incompleta. Los productos finales son molculas orgnicas (cidolctico o etanol) que an conservan energa.
El aceptor final de los electrones no es el oxgeno, es una molcula orgnica (pirvico o acetaldehdo),que se reduce y origina el producto final de cada fermentacin.
El rendimiento energtico es 2 ATP por molcula de glucosa. Los 2NADH son consumidos para reducir
el piruvato o el acetaldehdo.
Localizacin en el citosol
Realizadas por organismos anaerobios estrictos (algunas bacterias) y anaerobios facultativos (levadurasy algunas bacterias).
A Fermentacin lctica
Tipo de clulas: Se produce en muchasbacterias (bacterias lcticas), comoLactobacillus bulgaricus yStreptococcus casei,, yexcepcionalmenten en el msculo
esqueltico humano.
Es responsable de la produccin deproductos lcteos acidificados: yogur,quesos, cuajada, crema cida, etc.
Localizacin: citosol
Finalidad: Transformar cada molcula decido pirvico, procedente de lagluclisis, en cido lctico.
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B. Fermentacin alcohlica
Tipo de clulas: Se produce en levaduras del gnero Saccharomyces cerevisiae y Sacchar omyces elipsoideus
Es importante en la alimentacin humana, ya que es la base de la elaboracin del pan, cerveza, vino y otrosproductos
Localizacin: citosol
Finalidad: Transformar cada molcula de cido pirvico, procedente de la gluclisis, en etanol (alcohol etlico)
DIFERENCIAS ENTRE RESPIRACIN AEROBIA Y FERMENTACIN
BALANCE DE LA FERMENTACIN LCTICA(en el citosol)Glucosa + 2ADP + 2P 2 cido lctico + 2 ATP
BALANCE DE LA FERMENTACIN ALCOHLICA(en el citosol)Glucosa + 2ADP + 2P 2 etanol + 2CO2+ 2 ATP
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4.b Catabolismo de lpidosEl primer paso es la hidrlisis de las grasas de reserva (triacilglicridos) mediante la enzima lipasa, en el citosol.Los cidos grasos obtenidos, pasan a la mitocondria donde son degradados mediante la beta-oxidacin.La glicerina se incorpora a la gluclisis, transformndose en una triosa.
Los cidos grasos han de ser activados y unidos al coenzima A, para se transportados al interior de las mitocondrias.
-Oxidacin de los cidos grasos o hlice de Lynen
Localizacin: En la matriz mitocondrial en eucariotas, o en el citoplasma de procariotas
Tipo de clulas: Procariotas aerobias, y todas las clulas eucariotas
Finalidad: Transformar los cidos grasos en acetil coenzima A
Proceso:-
Al cido graso activado, unido al coenzima A, entra en la matriz mitocondrial-
La -oxidacin es una secuencia repetida de cuatro reacciones, representada en sucesivas vueltas de
hlice.-
En cada vuelta se separa una fragmento de dos carbonos (acetil coenzima A), y un cido graso condos carbonos menos que se vuelve a incorporar a la -oxidacin
-
El proceso se repite hasta que se oxida completamente el cido graso-
El acetil coenzima A se incorpora al ciclo de Krebs-
El NADH + H+ y el FADH2, se incorporan a la cadena respiratoria
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El acil coenzima A obtenido tiene dos carbonos menos y vuelve a comenzar la beta-oxidacinEl acetil coenzima A obtenido se incorpora al ciclo de Krebs
Balance de la beta-oxidacin: por cada vueltaSe consume Se produce
Una molcula de acil coenzima A (cido graso unidoal coenzima A)Se consume una molcula de H2O en cada vuelta
Una molcula de acetil coenzima A que se incorporaal ciclo de KrebsUna molcula de NADH + H+Una molcula de FADH2Un molcula de acil coenzima A (cido graso unido aHS-CoA) con 2 carbonos menos.
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EJEMPLO: balance de la beta-oxidacin del cido palmtico
Balance de la beta-oxidacin (en la matriz mitocondrial)Acil coenzima A + H2O + FAD + NAD+ Acil coenzima A (con 2 carbonos menos)+ acetil coenzima A +
+FADH2 + NADH+ H*
Beta-oxidacin (o deshidrogenaci
(o deshidrogenacin)
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4.c Catabolismo de protenas (aminocidos)Las protenas desempean algunas de las funciones msimportantes de las clulas por lo que no son combustiblesmetablicos habituales, aunque si lo son en condiciones deayuno o ejercicio prolongado, en las que las clulas nodisponen de otras biomolculas para obtener energa, y
tambin son degradadas para llevar a cabo su renovacinnatural.El catabolismo de las protenas se inicia mediante la accinde las proteasas que hidrolizan los enlaces peptdicos y danlugar a la liberacin de los aminocidos.Los aminocidos pueden seguir varios caminos:
-
Ser utilizados para formar nuevas protenas (anabolismode protenas o traduccin)
-
Ser destinados a otras rutas metablicas-
Ser oxidados para producir energa, siguiendo una seriede rutas metablicas que confluyen en el ciclo de Krebs.
5. Anabolismo5. a Generalidades:
Conjunto de procesos constructivos en la clula
Sntesis de molculas complejas a partir de molculas sencillas
Son procesos endergnicos: gastan energa (ATP)
Reacciones de reduccin: se consumen electrones e hidrgenos cedidos por NADH +H*, NADPH+H* yFADH2.
Rutas divergentes
Ciclo deKrebs
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5. b Rutas anablicas en organismos auttrofosAnabolismo auttrofo= proceso de sntesis de molculas orgnicas sencillas a partir de molculas inorgnicas,utilizando una fuente de energa. Segn la fuente de energa puede ser:
Fotosntesis:
Si la fuente de energa es la luz
Organismos auttrofos fotosntticos (o fotoauttrofos): plantas, algas, cianobacterias y algunasbacterias
Quimiosntesis:
Si la fuente de energa es la energa qumica liberada en reacciones exergnicas (de oxidacin)
Organismos auttrofos quimiosintticos (o quimioauttrofos): algunas bacterias (bacterias del nitrgeno,bacterias incoloras del azufre, bacterias del hierro y bacterias del hidrgeno).
Estas bacterias tienen gran importancia en los ciclos biogeoqumicos
A.FOTOSNTESIS
Es un proceso reductor
Dador de hidrgeno: el agua en la mayora, u otros (H2S)
Aceptor de los hidrgenos: CO2 en la mayora, u otros Organismos fotosintticos: plantas, algas, cianobacterias, algunas bacterias Localizacin celular de la fotosntesis:Clulas eucariotas (plantas y algas): en los cloroplastosCianobacterias: en los tilacoides y en el citoplasmaBacterias fotosintticas: en la membrana plasmtica y en el citoplasma . Finalidad: sntesis de molculas orgnicas sencillas a partir de molculas inorgnicas Importancia de la fotosntesis
Cambio producido en la atmsfera primitiva, que en un principio era reductora (sin oxgeno)
Sntesis de materia orgnica, como base de los ecosistemas
Liberacin de oxgeno a la atmsfera
Retirada de CO2de la atmsfera
Fotosntesis oxignica
Dador de hidrgenos : H2O
Se desprende oxgeno molecular: O2
Aceptor de hidrgenos: CO2
Plantas (Metafitas), algas y cianobacterias
Fotosntesis anoxignica
Dador de hidrgeno no es el agua: es el H2S (sulfuro de hidrgeno)
No se libera oxgeno. Se forma azufre
Algunas bacterias: bacterias verdes del azufre y bacterias prpuras del azufre (viven en aguassulfuradas); bacterias purpreas no sulfreas; y algunas arqueobacterias
Es el tipo de fotosntesis ms primitiva
LA FOTOSNTESIS MANTIENE LA VIDA EN LA TIERRA
12H2S + 6CO2 + energia luminosa Glucosa + 6H2O + 12 S
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Diferencias entre fotosntesis oxignica y anoxignica
A.I Fotosntesis oxignica: Organismos: plantas (Metafitas), algas, cianobacterias
Localizacin: - cloroplastos en plantas y algas-
tilacoides y citoplasma en cianobacterias
Fase luminosa Fase oscura. Ciclo de Calvin
Finalidad: transformacin de la energa luminosa enqumica
En presencia de luz
En la membrana de los tilacoides
Se consume H2O (fotlisis)
Se libera O2
La energa luminosa se transforma en energaqumica (ATP): fotofosforilacin
Se genera poder reductor :NADPH + H+
Finalidad: sntesis de materia orgnica a partir demateria inorgnica
No depende de la luz
En el estroma del cloroplasto
El CO2atmosfrico se reduce a glucosa y otrasmolculas orgnicas.
Se utiliza el ATP y NADPH + H+ producidos en lafase luminosa
Fotosntesis 0xignica Fotosntesis Anoxignica
Proceso
Faseluminosa
Se libera O2Utiliza H2OTienen fotosistemas I y II
No se libera O2; (S)No utiliza H2O; ( utilizan H2S)Solo tienen fotosistema I
Fase oscura La fase oscura es similar en ambas
Seres vivos y pigmentos
Metafitas y algas verdes: clorofilas a y bcarotenos, xantofilasAlgas rojas: clorofila a, carotenos,ficocianina y ficoeritrinaAlgas pardas: clorofilas a y c, carotenos yxantofilasCianobacterias: clorofila a, ficocianina
ficoeritrina
Bacterias verdes del azufre,prpuras del azufre y prpurasno sulfreas:bacterioclorofila
Arqueobacterias:bacteriorrodopsina
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Fase luminosa En los tilacoides de los cloroplastos
Intervienen:
Los pigmentos fotosintticos agrupados en los fotosistemas
La cadena transportadora de electrones
La ATP sintetasa cloroplstica
Se requiere la captacin de luz Se consume H2O y se libera O2 Se produce energa qumica (ATP) o fotofosforilacin; y NADPH + H+
En la membrana delos tilacoides
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Captacin de luz
Cuando un rayo de luz pasa a travs de un prisma, se rompe en colores. Los colores constituyen elespectro visible.
Cada pigmento absorbe ciertas longitudes de onda yrefleja las no absorbidas, lo que produce su color.
La clorofila es verde porque refleja la mayor parte dela luz verde que incide sobre ella.
Los colores del espectro que la clorofila absorbe mejorson el violeta, el azul y el rojo. La luz verde no es tanimportante para ella.
Los carotenos y xantofilas absorben luz con longitudesde onda que la clorofila no puede absorber
Los pigmentos se agrupan en la membrana del tilacoide formando los FOTOSISTEMAS
Fotosistemas: agrupaciones de pigmentos fotosintticos. Estn compuestos por: Molculas antena:
Son molculas de pigmentos colectoras de luz
Clorofila a y b, carotenos, xantofilas
Transfieren la excitacin hasta el centro de reaccin
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Centro de reaccin:
Clorofila diana, que recibe la energa de la luz absorbida por los pigmentos antena, y es la nicacapaz de transferir un electrn a un aceptor (iniciando un transporte de electrones)
Dador primario de electrones
Aceptor primario de electrones
Hay dos fotosistemas en plantas (Metafitas), algas y cianobacterias:
Fotosistema I (PSI):la clorofila del centro de reaccin de este fotosistema se llama P700, porquepresenta un mximo de absorcin de luz a 700 nm
Fotosistema II (PSII): la clorofila del centro de reaccin de este fotosistema se llama P680, porquepresenta un mximo de absorcin de luz a 680 nm
La captacin de un fotn por una molcula del complejo antena hace saltar un electrn hacia un orbital de mayorenerga, lo que favorece la transferencia de energa a otra molcula cercana, y as, mediante una reaccin encadena, esa energa llega hasta una de las molculas de clorofila del centro de reaccin, la cual responde
liberando un electrn de alta energa que es captado por una molcula, el aceptor primario de electrones. Elhueco electrnico que queda en la clorofila del centro de reaccin es ocupado por un electrn de baja energa queprocede de un dador de electrones como puede ser el agua u otras molculas o transportadores de electrones.
Los electrones liberados por lasmolculas de clorofila del centro dereaccin se incorporan a una cadenade transporte de electrones, quepuede ser no cclico o cclico.
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Transporte no cclico de electrones. Fotofosforilacin no cclica
Intervienen fotosistemas I y II
Se consume H2O (fotlisis del agua), y se libera O2
Se produce poder reductor: NADPH + H+
Se produce energa qumica (ATP): fotofosforilacin no cclica
Se produce un transporte de electrones desde el H2O hasta el NADP+ a travs de una cadena detransportadores de electrones
Se utiliza la energa luminosa captada por los pigmentos de ambos fotosistemas, que estn acoplados a lacadena de transporte electrnico
Mediante la fotlisis del agua, esta cede los electrones a los huecos electrnicos del centro de reaccindel fotosistema II, y se libera O2
Esquema en Z del transporte no cclico
- Cada electrn liberado por el PS II,por la llegada de un fotn, es recogidopor un aceptor primario Q (la feofitina)y, a partir de l, cae hasta el PS I pormedio de una cadena de transporte
formada por la plastoquinona (PQ), elcomplejo citocromo b6-f y la -plastocianina (PC).- En el paso por el complejo citocromob6-f se libera energa para la sntesis deATP.- Cada electrn liberado por el PS I esrecogido por un aceptor primario, laclorofila A0, y de l cae hasta laferredoxina para ser entregado alNADP+ que se reducir a NADPH +H*.
- Los dos impactos fotnicos sucesivos, en el PS II y PS I, logran transformar los electrones del H2O, se bajopoder reductor, en electrones del NADPH + H*, de alto poder reductor.
Transporte cclico de electrones. Fotofosforilacin cclica
Interviene el FSI
No hay consumo de agua, ni se libera O2
No hay formacin de poder reductor (NADPH + H+)
Se produce energa qumica (ATP): fotofosforilacin cclica
El electrn activado por la luz, del FSI, viaja por la cadena detransportadora de electrones y vuelve al FSI
FSIAceptor primario (clorofila
A0)Ferredoxinacomplejo citocromo b6-
fplastocianinaFSI
Al pasar los electrones por el complejo citocromo b6-f segenera ATP (fotofosforilacin cclica)
El transporte cclico se produce cuando escasea el NADP+en los cloroplastos.Es una va caracterstica de las bacteriascon fotosntesis anoxignica (bacteria verdes del azufre ypurpreas del azufre).
Fotofosforilacin. Hiptesis quimiosmtica
El mecanismo de formacin de ATP es similar al queocurre en la mitocondria
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Como consecuencia del transporte de electrones por la cadena de transportadores, el complejo citocromob6-f bombea protones desde el estroma hacia el espacio intratilacoide (lumen).
Se genera un gradiente electroqumico debido a la acumulacin de protones en e l espacio intratilacoide.
Los protones tienden a regresar hacia el estroma. La membrana del tilacoide es impermeable a los protones.
Los protones regresan al estroma a travs de la ATP sintetasa. La energa liberada permite la sntesis deATP a partir de ADP + P
Balance de la fase luminosa de la fotosntesis
A:II Fase oscura de la Fotosntesis. Ciclo de Calvin
Localizacin
En el estroma del cloroplasto en eucariotas (plantas y algas)
En el citoplasma en procariotas (cianobacterias y bacterias) Finalidad:
Sntesis de molculas orgnicas sencillas a partir de molculas inorgnicas.
Se realiza tanto en presencia como en ausencia de luz
Se produce la reduccin del CO2 (principal sustrato) para transformarlo en monosacridos sencillos,precursores del resto de las molculas orgnicas.
Se utiliza el ATP (energa qumica) y el NADPH +H+ (poder reductor) sintetizados en la faseluminosa.
Tambin se reducen otros sustratos:
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-Los nitratos son reducidos a amoniaco que se incorpora al la funcin amino de los aminocidos ybases nitrogenadas
-Los sulfatos son reducidos a H2S que se incorpora a los aminocidos con azufre
Esta fase ocurre de forma similar en la fotosntesis anoxignica y oxignica
La materia orgnica se almacena o se distribuye al resto de la planta
Etapas del ciclo de Calvin
En cada vuelta se reduce una molcula de CO2
Para sintetizar una molcula de Glucosa se requieren 6 vueltas
1 fase: fijacin del CO2o carboxilacin.-El CO2se une a la ribulosa 1,5-bifosfato-Se forman dos molculas de 3 carbonos: el cido 3 fosfoglicrico-Intervine el enzima ribulosa 1,5-difosfato carboxilasa oxigenasa (Rubisco). Enzima ms abundante en lanaturaleza
2 fase: reduccin del cido 3-fosfoglicrico a gliceraldehdo 3-fosfato.
- Se utiliza el NADPH + H
formado en la fase luminosa,para la reduccin.- En esta reaccin se consumeenerga, el ATP producido enla fase lumninosaCada seis vueltas del ciclo deCalvin se producen 12 degliceraldehdo 3-fosfato, de lascuales: 2 de G3P se empleanpara producir GLUCOSA y 10de G3P se emplean pararegenerar 6 molculas ribulosa
5-fosfato
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3 fase: Formacin de glucosa y regeneracin de ribulosa 1,5-difosfato
Cada seis vueltas del ciclo de Calvin se producen 12 molculas de gliceraldehdo 3-fosfato, de las cuales:- 2 de G3P se emplean para producir 1 molcula de GLUCOSA- 10 de G3P se emplean para regenerar 6 molculas de ribulosa 5-fosfato. Estas sern fosforiladas a ribulosa1,5-difosfato, gastando 6 ATP
A partir de G3P se originan el resto de las molculas orgnicas, incorporndose a las diferentes rutas delmetabolismo:
- sntesis de monosacridos disacridos y polisacridos- sntesis de cidos grasos triacilglicridos- sntesis de aminocidos protenas
FACTORES QUE REGULAN LA FOTOSNTESISLa velocidad a la que ocurre la fotosntesis es variable. Depende de factores ambientales:
Intensidad de la luz: la velocidad de la fotosntesis aumenta a medida que aumenta la intensidad de la luzhasta alcanzar un valor mximo caracterstico de cada especie
Temperatura: con el aumento de la temperatura la velocidad aumenta hasta cierto punto y luegodisminuye. La desnaturalizacin de las enzimas, por efectos del calor, lleva a una disminucin en lavelocidad de la fotosntesis.
Concentracin de CO2: a alta concentracin de CO2 aumenta la velocidad de la fotosntesis.
Cantidad de agua: Si disminuye se cierran los estomas y baja el CO2 , por lo que desciende la velocidad dela fotosntesis.
Fase luminosa Fase oscuraconsume produce consume produce
LuzH2OADP +PNADP+
ATPO2NADPH+H*
ATPNADPH +H*CO2
Compuestoorgnicossencillos(monosacraa, cidosgrasos)
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B. QUIMIOSNTESIS
Proceso anablico auttrofo
Finalidad: sntesis de compuestos orgnicos a partir de compuestos inorgnicos
Se utiliza como fuente de energa, la energa qumica que se desprende de las oxidacin de compuestosinorgnicos
Organismos: Realizado por bacterias quimiosintticas (quimioauttrofos o quimiolitotrofos): bacterias
del nitrgeno, bacterias incoloras del azufre, bacterias del hierro, bacterias del hidrgeno y del metano.
Muchos de los compuestos reducidos que utilizan, como el NH3y H2S, son sustancias procedentes de ladescomposicin de la materia orgnica
Al oxidarlas las transforman en sustancias minerales, nitratos y sulfatos, que pueden ser absorbidas porlas plantas. Cierran, pues, los ciclos biogeoqumicos, posibilitando la vida en el planeta.
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Con la energa obtenida con la oxidacin de los anteriores sustratos inorgnicos, las bacterias quimiosintticasobtienen ATP y poder reductor (NADPH) que posteriormente se emplean para la asimilacin reductora delcarbono, nitrgeno formando molculas orgnicas.
Los electrones arrancados a estos sustratos ingresan en unacadena transportadora de electrones,anloga a la delarespiracin mitocondrial;como en ella, el aceptor final de los electrones es eloxgeno,y se producelafosforilacin oxidativa,que genera ATP.
Para generar poder reductor, en forma decoenzimas reducidos (sobre todoNADH), una parte del ATP generadose utiliza para provocar untransporte inverso de electrones en la misma cadena transportadora.
Los organismos quimiolittrofos son auttrofos para elcarbono,es decir, pueden incorporarlo a partir de carbonoinorgnico en forma de (CO2). La fijacin deldixido de carbono a la materia orgnica se realiza medianteelciclo de Calvin,de una manera similar a lafase oscura de la fotosntesis.
Ecuacin general de la quimiosntesis (ejemplo)6CO2+6 O2+ 24H2SC6H12O6+ 24S + 18H2O
Glucosa
(Usando como molcula oxidable elsulfuro de hidrgeno)
http://es.wikipedia.org/wiki/Cadena_transportadora_de_electroneshttp://es.wikipedia.org/wiki/Respiraci%C3%B3n_mitocondrialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Diox%C3%ADgenohttp://es.wikipedia.org/wiki/Fosforilaci%C3%B3n_oxidativahttp://es.wikipedia.org/wiki/Coenzimahttp://es.wikipedia.org/wiki/NADHhttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Transporte_inverso_de_electrones&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Carbonohttp://es.wikipedia.org/wiki/Di%C3%B3xido_de_carbonohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_de_Calvinhttp://es.wikipedia.org/wiki/Fase_oscurahttp://es.wikipedia.org/wiki/Sulfuro_de_hidr%C3%B3genohttp://es.wikipedia.org/wiki/Sulfuro_de_hidr%C3%B3genohttp://es.wikipedia.org/wiki/Fase_oscurahttp://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_de_Calvinhttp://es.wikipedia.org/wiki/Di%C3%B3xido_de_carbonohttp://es.wikipedia.org/wiki/Carbonohttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Transporte_inverso_de_electrones&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/NADHhttp://es.wikipedia.org/wiki/Coenzimahttp://es.wikipedia.org/wiki/Fosforilaci%C3%B3n_oxidativahttp://es.wikipedia.org/wiki/Diox%C3%ADgenohttp://es.wikipedia.org/wiki/Respiraci%C3%B3n_mitocondrialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Cadena_transportadora_de_electrones -
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METABOLISMO CELULAR
NDICE (UNIDADES 10 Y 11 TEXTO ANAYA)
1.
Metabolismo. Generalidades1. a Concepto de Metabolismo1. b La energa en el metabolismo
1. c Fuente de energa en los seres vivos1. d Las rutas metablicas y los enzimas1. e Reacciones del Metabolismo1. f Reacciones de oxidacin-reduccin
2. Intermediarios transportadores2. a Transportadores de electrones2. b Transportadores de grupos
3. Mecanismos de sntesis de ATP en la clula3. a Fosforilacin a nivel de sustrato3. b Fosforilacin acoplada al transporte electrnico:
4. Catabolismo4. a Catabolismo de la glucosa:
CATABOLISMO AEROBIO DE LOS GLCIDOS (GLUCOSA)A.
GluclisisB.
Continuacin del CATABOLISMO AEROBIO DE LOS GLCIDOS. RESPIRACINCELULAR
B.IDESCARBOXILACIN OXIDATIVA DEL CIDO PIRVICOB.IICICLO DE KREBS O CICLO DE LOS CIDOS TRICARBOXLICOS (o ciclo
del cido ctrico)B.III TRANSPORTE ELECTRNICO Y FOSFORILACIN OXIDATIVA.
CADENA RESPIRATORIA
CATABOLISMO DE LOS GLCIDOS (glucosa) EN EUSENCIA DE OXGENO (ANAEROBIO)A. Fermentacin lctica
B. Fermentacin alcohlica4. b Catabolismo de lpidos: beta oxidacin de los cidos grasos4. c Catabolismo de protenas (aminocidos)
5. Anabolismo5. a Generalidades:5. b Rutas anablicas en organismos auttrofos
A.FOTOSNTESISA.I Fotosntesis oxignica:A:IIFase oscura de la Fotosntesis. Ciclo de Calvin
B.QUIMIOSNTESIS