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TEMA 11. METABOLISMO
 CELULAR: CATABOLISMO I
                                                        I.E.S. Ricardo Bernardo
                                             Departamento de Biología-Geología
                                                                      Belén Ruiz
http://biologiageologiaiesricardobernardobelenruiz.wordpress.com/2o-bachillerato/2o-biologia/
EL METABOLISMO: CONCEPTO

METABOLISMO la nutrición de las células supone una serie de
complejos procesos químicos catalizados por enzimas que tienen
como finalidad la obtención de materiales y/o energía para el
mantenimiento de la vida.
El metabolismo va a poder descomponerse en dos series de
reacciones:
–Anabolismo. procesos bioquímicos que se producen en la célula
y que tienen como finalidad la obtención de sustancias orgánicas
complejas a partir de sustancias más simples con un consumo
energía. Son anabólicos, por ejemplo, la fotosíntesis, la síntesis de
proteínas o la replicación del ADN.
–Catabolismo. En estos procesos las moléculas complejas son
degradadas formándose moléculas más simples. Se trata de
procesos destructivos generadores de energía; como por ejemplo:
la glucolisis.
METABOLISMO desempeña cuatro funciones específicas:.
–Obtener energía química del entorno, a partir de la luz solar o
de la degradación de moléculas ricas en energía.
–Transformar las moléculas nutrientes en precursores de las
macromoléculas celulares.
–Sintetizar las macromoléculas celulares a partir de los
precursores.
–Formar y degradar las biomoléculas         necesarias para las
funciones      especializadas   de   las   células   (hormonas,
neurotransmisores..)
EL METABOLISMO SE LLEVA A CABO MEDIANTE RUTAS METABÓLICAS:
–Las reacciones del metabolismo están ligadas en una trama de secuencias llamadas rutas metabólicas.
–Una ruta metabólica es una secuencia de reacciones bioquímicas que relacionan entre sí dos tipos de compuestos
importantes, el compuesto inicial de la ruta y el producto o productos finales. Entre ambos, los productos de
transformación sucesivos se denominan intermediarios metabólicos o metabolitos. El conjunto de enzimas que
catalizan la ruta es un sistema multienzimático.
–Aunque comprende centenares de reacciones diferentes, las rutas metabólicas centrales son pocas e idénticas en
la mayor parte de los organismos.
–Las rutas metabólicas pueden ser lineales, ramificadas o cíclicas.
LAS RUTAS METABÓLICAS ESTÁN REGULADASA
COMPARTIMENTACIÓN DE LOS PROCESOS METABÓLICOS
                 CELULARES
SISTEMAS MULTIENZIMÁTICOS
CATABOLISMO Y ANABOLISMO
CATABOLISMO⇒ Degradación de moléculas orgánicas
            – (Rutas convergentes) ⇒ Procesos exergónicos
    – Finalidad :
         ATP
         Poder reductor (NADPH y NADH)
         12 precursores bioquímicos
            – Catabolismo aerobio (O2) y anaerobio (No O2)
ANABOLISMO ⇒ Síntesis de moléculas orgánicas complejas
            – (Rutas divergentes) ⇒ Procesos endergónicos
Simultaneidad y Sincronización
Conservación evolutiva de las rutas centrales (análisis general)
Participación de metabolitos intermediarios (Catabolismo-anabolismo):
    – Papel de ATP/ADP (“moneda” o “vector” de energía)
    – Papel de NADH, NADPH, FADH2 (poder reductor)
        • Fuente indirecta de energía
        • Fuente de materia (H+ y e- )     Para la síntesis
CATABOLISMO Y
       ANABOLISMO

 Conservación evolutiva de las rutas
   centrales (análisis general)
CATABOLISMO Y ANABOLISMO

Participación de metabolitos
intermediarios (Catabolismo-anabolismo):
 – Papel de ATP/ADP (“moneda” o
   “vector” de energía)
 – Papel de NADH, NADPH, FADH2 (poder
   reductor)                           Para la
                                       síntesis
      Fuente indirecta de energía
      Fuente de materia (H+ y e- )
TIPOS DE METABOLISMO

             Tipos de organismos en función de su metabolismo


                Luminosa                       Fotótrofos

 Fuente                                            Quimioorganotrofos
de energía    Oxidación de                            (c. orgánicos)
              compuestos       Quimiotrofos
               químicos                              Quimiolitotrofos
                                                     (c. inorgánicos)

                  CO2                         Autótrofos
 Fuente
   de
Carbono       Compuestos
                                              Heterótrofos
               orgánicos
EL CATABOLISMO
FORMAS DE OBTENCIÓN DE ENERGÍA EN EL CATABOLISMO
TIPOS DE CATABOLISMO

Tipos:
  Respiración celular: Fosforilación oxidativa y
  Fosforilación a nivel de sustrato
     Aerobia
     Anaerobia
  Fermentaciones: Fosforilación a nivel de sustrato
    “RECICLADO DE COENZIMAS”
EL CATABOLISMO ESQUEMA GENERAL




 Membrana
 externa




Membrana    Matriz         Cresta            Espacio
interna     mitocondrial   mitocondrial      intermembranal
PRINCIPALES VÍAS
    PARA EL
CATABOLISMO DE
   GLÚCIDOS
CATABOLISMO DE LOS GLUCIDOS: LA RESPIRACIÓN CELULAR
          AEROBIA DE GLÚCIDOS O AZÚCARES

 Fases y Localización DEGRADACIÓN
 DE GLÚCIDOS :
    – Glucogenolisis: POLÍMEROS →
      MONÓMEROS
        • Glucógeno → n glucosa- 1P
    – Glucolisis:
        Citoplasma
        A partir de glucosa: Proceso general:
          C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O
           + 686 kcal /mol
    – C. Krebs:
        Matriz mitocondrial
    – Fosforilación oxidativa:
        Membrana interna (crestas
           mitocondriales)
1. GLUCÓLISIS O RUTA DE EMBDEN-MEYERHOF: OXIDACIÓN
                PARCIAL DE LA GLUCOSA
CITOSOL EN PROCARIOTAS Y EUCARIOTAS
Etapas:
     Activación: Consumo de 2 ATP : Glucosa → GAL3P
     Oxidación: Aldehído a Ácido: GAL3P → 3 PG
        • (GAL 3P-deshidrogenasa ⇒ 2 NADH + 2 ATP )
     Restitución: Produce 2 ATP: 3 PG → P




               Activación:                   Oxidación:        Restitución:
           Consumo de 2 ATP :             Aldehído a Ácido:   Produce 2 ATP:
             Glucosa → GAL3P              GAL3P → G3 P        3 PG → P
1. FOSFORILACIÓN DE LA GLUCOSA
2. CONVERSIÓN DE LA G-6P EN F-6P
3. FOSFORILACIÓN DE LA F-6P A F 1-6 DP
4. ROTURA DE LA F 1-6 DP EN DHAP Y G-3P
5. INTERCONVERSIÓN DE LAS TRIOSAS FOSFATOS
6. 0XIDACIÓN DEL G-3P A 1,3DPG
7. TRANSFERENCIA DEL P DESDE EL 1-3 DPG AL ADP
8. CONVERSIÓN DEL 3-PG A 2-PG.
9. DESHIDRATACIÓN DEL 2-PG A PEP.
10. TRANSFERENCIA DEL P DESDE EL PEP AL ADP.
BALANCE ENERGÉTICO
                                            DE LA GLUCÓLISIS




1Glucosa + 2 NAD++ 2ADP + 2 Pi → 2 Ac. Pirúvico + 2 ATP + 2 NADH +2H+
2 - DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA DEL PIRUVATO

El piruvato obtenido de la glucolisis es transportado desde el citoplasma
hasta la MATRIZ mitocondrial, mediante transportadores específicos.

Una vez dentro de la mitocondria, el complejo multienzimático piruvato-
deshidrogenasa se     encarga de la descarboxilación oxidativa del
piruvato para obtener ácido acético

2 Piruvato + 2 NAD+ + 2 CoA-SH → 2 Acetil CoA + 2 CO2 + 2 NADH + H +
                                          Piruvato deshidrogenasa-
                                  descarboxilasa



      “Acetil CoA → Punto de encuentro de las encrucijadas
                                        metabólicas”
2. CONDICIONES AEROBIAS: DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA DEL PIRUVATO
3- EL CICLO DE KREBS o DE LOS AC. TRICARBOXÍLICOS
 1    molécula     de     GTP
  (convertible en ATP).
 3 Moléculas de NADH y 1
  molécula de FADH2 que
  posteriormente permitirán
  la síntesis de ATP mediante
  la fosforilación oxidativa.
 2   moléculas     de     CO2,
  correspondientes al ácido
  acético y la recuperación
  de la coenzima A.
4- CADENA RESPIRATORIA: TRANSPORTE ELECTRÓNES Y
            FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
FOSFORILACIÓN OXIDATIVA:           Sistemas Ia, Ib, II, III: complejos
                                    multienzimáticos
Es el mecanismo de síntesis de
                                      Cadena redox:
ATP en la respiración.
Ocurre en la membrana interna            Aceptor final : O2 ⇒ H2O
mitocondrial.                               Reciclado de Coenzimas
El AP se obtiene al unir ADP a
Pi utilizando la energía donada
por el NADH+H+ y el FADH2.
Proceso:
      Transporte electrónico.
      Formación del gradiente
         quimiosmótico.
      Síntesis de ATP.
http://recursostic.educacion.es/ciencias/biosfera/web/alumno/2bachillerato/Fisiologia_celular/contenidos5.htm
La molécula de glucosa que inició la glucólisis está
completamente oxidada. Parte de su energía se ha         Los electrones procedentes de la glucólisis,
invertido en la síntesis de ATP. Sin embargo, la mayor   de la oxidación del ácido pirúvico y del
parte de la energía está en los electrones capturados    ciclo de Krebs se encuentran en un nivel
por el NAD+ y el FAD.                                    energético aún muy alto. En el transporte
                                                         de electrones éstos son conducidos a
                                                         través de una cadena con múltiples y
                                                         sucesivos aceptores. Cada uno de los
                                                         cuales es capaz de aceptar electrones a un
                                                         nivel ligeramente inferior al precedente.
                                                         Los transportadores pueden existir en dos
                                                         estados de oxidación próximos, pasando
                                                         del uno al otro según acepten o
                                                         desprendan electrones.

                                                         Cada par redox sólo puede recibir
                                                         electrones de otro par que tenga
                                                         potencial de reducción más negativo y
                                                         solo puede cederlos al par que lo
                                                         tenga menos negativo. El potencial
                                                         mas negativo de la cadena
                                                         respiratoria es el NAD+ con -0,32
                                                         voltios. En el otro extremo está el
                                                         agua con +0,82 voltios.
Sistemas Ia, Ib, II, III,
  + ATPasa (V)




Nota: El sistema I
puede desglosarse en
dos, los complejos
NADH deshidrogenasa
y FADH2 Succinato
deshidrogensa, en este
caso tendríamos 5
sistemas    principales.
(En la PAU ha caído así)
FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
                    TEORÍA QUIMIOSMÓTICA DE MITCHELL

                                                       Cuando los electrones se
                                                       mueven por la cadena
                                                       transportadora     salen    a
                                                       niveles           energéticos
                                                       inferiores y van liberando
                                                       energía. Esta energía se
                                                       emplea para fabricar ATP, a
                                                       partir de ADP, en el proceso
                                                       de fosforilación oxidativa
                                                        Por cada dos electrones que
                                                        pasan del NADH al oxígeno
                                                        se forman 3 moléculas de
                                                        ATP.     Por    cada     dos
                                                        electrones que pasan desde
                                                        el FADH2 al oxígeno forman
                                                        2 de ATP. El mecanismo por
 Caída electrónica ⇒ energía libre para transporte     el cual se produce ATP se
activo de H+                                            explica por la teoría del
 ATPasa ⇒ síntesis de ATP (fosforillación oxidativa    acoplamiento
                                                        quimiosmótico.
BALANCE ENERGÉTICO:
                         36/38 ATP




PROCESO GLOBAL: Glucosa + 6 O2 → 6 CO2 + 6H2O   + 38 ATP (máximo)
Lanzaderas
LA
RESPIRACIÓN
  CELULAR
  AEROBIA
CATABOLISMO DE GLÚCIDOS: LA RESPIRACIÓN CELULAR
                  ANAEROBIA
  RESPIRACIÓN CELULAR ANAEROBIA
     Aceptor final diferente al oxígeno
     Ej: SO42-        H2S
     Fosforilación oxidativa



                   Cadena de transporte
 NADH              Electrónico (redox)     SO42-


 NAD+                                       H2S + O2
 (COENZIMA
  RECICLADO)
                          ATP
CATABOLISMO DE GLÚCIDOS: LAS FERMENTACIONES

 CONCEPTO
    Localización:
                                                 RENDIMIENTO
      Citoplasma                                  ENERGETICO
    Fosforilación:                               Balance de ATP: 4 – 2 =
      A nivel de sustrato                         2ATP
    Aceptor de electrones:
      Compuesto orgánico
                                                 Rendimiento
    Oxidación incompleta                         comparado:
                                                  11 % Glucolisis (2 ATP)
                                                  40 % Respiración (38 ATP)

                      Nº de ATP            Incremento de Energía libre entre reactivos y
                                                             productos
  Glucolisis   2 x 7,3 Kcal/mol.= 14,6        - 137 Kcal/mol.          Rendimiento = 11%
 Respiración   38 x 7,3 Kcal/mol.= 277,4      - 686 Kcal/mol.         Rendimiento = 40 %
LA FERMENTACION ALCOHÓLICA

Concepto:
    Glucosa + 2 (ADP + Pi) → 2 Etanol + 2 CO2 + 2 ATP
    Aceptor final: acetaldehído (reciclado de coenzimas)
    Importancia: cerveza, vino, pan, ron (Saccharomyces)
LA FERMENTACION LÁCTICA

CONCEPTO:
    Concepto: Glucosa + 2 (ADP + Pi)             2 Ácido láctico (C3) + 2 ATP
    Aceptor final: Piruvato (reciclado de coenzimas)
    Importancia: prod. lacteos: mantequilla, queso, yogur, “músculo” ⇒
     “agujetas”
    (Lactobacillus bulgáricus, streptococus termophilus, Lactococcus, etc.)
Esquema general de las VIAS
DEGRADATIVAS DE LA GLUCOSA
CATABOLISMO DE LOS LÍPIDOS
Grasas:
    Hidrólisis (lipasas) ⇒ Ac. Grasos + Glicerol
    Ac. Grasos: β-oxidación ⇒
       n Acetil CoA → C. Krebs
              (ej. Palmitico 16C ⇒ 8 AcetilCoA)
    Glicerol → GAL3P → Piruvato → Acetil CoA → C. Krebs
Objetivos:
    1 precursor metabólico (acetil CoA)
    Poder reductor: Cada β-oxidación: 1FADH2 y 1NADH
    Energía : (ejemplo ac. Palmítico ⇒ 130 ATPs )
CATABOLISMO DE LAS PROTEÍNAS Y
        AMINOÁCIDOS
   No es una fuente energética adecuada para la célula. Tienen otras funciones y el

    consumo energético para su síntesis es elevada, a la par que generan muchos

    residuos peligrosos para la célula.
   Proceso:
      Hidrólisis de las proteínas para liberar aminoácidos mediante enzimas

        específicas: proteasas o peptidasas.
      Catabolismo de los aminoácidos:

           Eliminación del grupo amino: transaminación, desaminación oxidativa

               (genera amoníaco).
           Oxidación de la cadena carbonada. Tras         el adecuado proceso se

               introduce y oxida en el ciclo de Krebs.
Proteínas → Aminoácidos (digestión)
Aminoácidos:
    Desaminación .⇒ - NH2 (excreción o transaminación)
    Oxidación de la cadena carbonada ⇒ c. De Krebs, AcetilCoA,
                                               Piruvato
    Glucogénesis o Cetogénesis
                                         Cetogénesis
                                              o
                                         Glucogénesis
INTERCONEXIONES DE
     LAS RUTAS

  CATABÓLICAS
CATABOLISMO DE ÁCIDOS NUCLEICOS

 Los ácidos nucleicos (ADN y ARN) son hidrolizados por nucleasas
  que liberan los nucleótidos.


 Los nucleótidos por su parte son destruidos liberándose la pentosa,
  el fosfato y la base nitrogenada que les constituyen. Estos
  componentes suelen ser reutilizados para la síntesis de nuevos
  ácidos nucleicos.


 Cuando no son reutilizados, las bases nitrogenadas son degradadas
  hasta ácido úrico.
TEST DE REPASO

TEMA 6
¿De qué manera obtienen energía los seres vivos que viven en una
atmósfera pobre en oxígeno?.
 Por respiración celular anaerobia o por los distintos tipos de
 fermentaciones.
Relación entre el ciclo de Krebs y la glicólisis. ¿Qué papel juega
cada uno/a en el metabolismo? .

Son rutas degradativas consecutivas necesarias para la oxidación
total de la glucosa.
Glucolisis: Fase anaerobia
objetivo: 2ATP, poder reductor (2NADH) y 6          precursores.
C. Krebs: Fase aerobia ( no se produciría en ausencia de oxígeno)
    objetivo: GTP, 4 precursores y poder reductor (3NADH y
    1FADH2 )
Indica con un esquema la procedencia de los productos de la
degradación total de la glucosa en la respiración celular aerobia,
incluido el balance de ATPs.
         Proceso global:    Glucosa + 6 02 => 6 CO2 + 6H2O
Qué doble finalidad tiene el metabolismo en los seres vivos? Razona la respuesta y pon un
ejemplo de cada una de ambas facetas.

   Biosíntesis (Anabolismo),
   Energía, precursores y p. reductor (catabolismo)
Indica, por orden de actuación, las rutas metabólicas que intervienen en el siguiente
proceso, señalando que finalidad tiene cada una en el metabolismo.
Glucosa + 6 O2 ------> 6 CO2 + 6 H2O + 36 ATP
 Todas degradar m. orgánica por oxidación
 OBJETIVOS:
 1ºglucolisis:
             - (6 precursores metabólicos)
             - Produce 2 ATP por fosforilación a nivel de sustrato. (objetivo, energía)
             - Genera poder reductor en forma de 2 NADH. (objetivo)
 2º Descarboxilación del Piruvato:
             - Precurso: Acetil-CoA.
             -Poder reductor: NADH + H+
 3ºC. Krebs:
             - Poder reductor en forma de 3 NADH y 1 FADH2.
             - 4 precursores metabólicos .
             - Energía en forma de 1 GTP (convertible y equiparable al ATP)
 4º Transporte de e- y fosforilación Oxidativa:
             - Generar ATP
             - NAD+ y FAD reciclados (oxidados) para volverlos a utilizar, de otra manera se colapsaría el
 sistema
Indica que papel juegan en el metabolismo las siguientes moléculas:
NADH, citocromo C, Acetil CoA, ADP
            NADH (Fuente de H para biosíntesis y fuente indirecta de ATP por fosforilación
             oxidativa)
            Citocromo C: transportador de e- en cadena respiratoria
            Acetil CoA: Punto de encuentro de muchas rutas metabolícas: biosíntesis (ej de
             ácidos grasos, aminoácidos, etc.), producto intermediario en la degradación de
             glúcidos, lípidos, prótidos, etc.
            ADP: (vector energético→ ATP).

¿En qué punto del metabolismo convergen las rutas catabólicas de azucares y grasas? ¿en que parte de
la célula eucariótica se localiza dicha ruta? ¿cuáles son los productos finales de su degradación?
(Suponer presencia de oxigeno)

        Acetil CoA
        Matriz mitocondrial
        CO2 y H2O
¿De qué forma y en qué parte de la célula se produce el ATP? ¿en qué proceso se consume el ATP?
(tanto procesos catabólicos como anabólicos).
        Glucolisis (F. a nivel de S) en citosol, c. de Krebs GTP ≅ ATP en
       matriz m., cadena de T. e- (F. oxidativa) en crestas m.,
       (Fotofosforilación) en tilacoides .
        Consumo: Anabolismo (biosíntesis) + transporte activo (membranas)
       + contracción muscular.
¿Qué ruta degradativa siguen los ácidos grasos? ¿cuáles son los productos finales de su degradación en
presencia de oxígeno? ¿en qué punto conecta esta ruta degradativa con la de los azúcares? Razona la
respuesta.


       β-oxidación
       CO2 + H2O
       Acetil CoA

Representa mediante un esquema claro las rutas metabólicas generales utilizadas por la célula para
oxidar la glucosa en presencia y ausencia de oxígeno respectivamente. ¿Cuáles serán en cada caso los
productos finales de dichos procesos?



 a) Esquema de r. aerobia:
       (4 etapas) + esquema
 b) Fermentación:
   Fase oxidativa= glucolisis
   F. reductora⇒ reciclaje

 Productos:
 a) CO2 + H2O
 b) S. orgánica (ej. lactato)
Aunque los aminoácidos de la dieta deberían ser utilizados por el organismo para la
formación de proteínas no siempre ocurre así y en muchos casos pueden ser
catabolizados. ¿Qué beneficio puede obtener el organismo de la oxidación de un
aminácido? ¿qué productos de desecho se generarían tras la degradación total de los
aminoácidos en condiciones aeróbicas? Razona la respuesta:
   a) Beneficio: energía ante carencia de nutrientes energéticos.
   b) NH3 (x desaminación), CO2, H2O (x. degradación de cetoácidos). En
       ureotélicos el NH3 pasa a urea…
Dibuja una célula e indica en qué partes de la misma se localizan las distintas rutas
que intervienen en la degradación de los ácidos grasos en presencia de oxígeno. Pon
nombre a cada una de ellas.


                                                      1º β-oxidación
                                                      2º c. Krebs
                                                      3º cadena de TE
Define el concepto de respiración y fermentación respectivamente, e indica a
continuación las principales similitudes y diferencias existentes entre ambos. ¿Cuál es el
papel biológico de la fermentación? ¿qué tipo seres vivos dependen de ella
exclusivamente para obtener energía?. Pon dos ejemplos concretos.

  Respiración: Degradación de moléculas orgánicas hasta su oxidación total
  para la obtención de precursores metabólicos, poder reductor y energía
  química en forma de ATP. Como aceptor final de electrones actúa el
  oxígeno u otra sustancia inorgánica como el ión sulfato con el fin de
  reciclar los coenzimas a su forma oxidada.
  Fermentación: Degradación de moléculas orgánicas hasta su oxidación
  parcial para la obtención de precursores metabólicos, poder reductor y
  energía química en forma de ATP. Como aceptor final de electrones actúa
  un compuesto orgánico como el piruvato o el acetaldehido con el fin de
  reciclar los coenzimas a su forma oxidada.
  Similitudes y diferencias:
  Aceptores finales ≠ ,
  R: oxidación total con fosf. oxidativa y a nivel de sustrato (más ATP)
  F: oxidación incompleta con fosf a nivel de S..
  Papel de Fermentación: reciclaje de coenzimas para permitir nuevas
  oxidaciones. Anaerobios estrictos ej. Lactobacillus bulgáricus (bacteria) ,
  Sacharomyces cerevisiae (levadura)
Define el concepto de glucólisis: indica su localización celular y su función biológica. (o
define cualquier otra ruta).
 Concepto: Ruta catabólica de oxidación parcial de la glucosa a piruvato.
 Localización: Citosol
 Función biológica: ATP, NADH, y 6 precursores metabólicos
Identificar el proceso que aparece en la figura , indica su
localización celular y su función biológica. ¿qué le ocurre a
este proceso en ausencia de oxígeno?. Razona la respuesta.

   1º Transporte e- y fosforilación oxidativa (ATP) en cadena respiratoria
   2º Localización: Crestas mitocondriales.
   3º Se colapsan los procesos oxidativos, sin aceptor final no existe
   reciclaje de coenzimas a su forma oxidada. Y estos no están disponibles
   para nuevas oxidaciones.
Indicar el proceso que aparece en la figura, indica su localización
celular y su función biológica anabólica y catabólica. Indica tres
posibles orígenes del Aceti-CoA.
   1º Ciclo de Krebs
   2º Localización: Matriz mitrocondrial
   3º Funciones: GTP (catabólica), poder reductor (1FADH2, 3NADH, anabólica y
   cataboólica), 4 precursores (anabolica).
   4ºOrigen Acetil CoA: oxidación de: 1 piruvato, 2 ac. Grasos, 3 aminoácidos.
La disminución de grasas en la dieta no reduce necesariamente el riesgo de
padecer obesidad si se mantiene alta ingesta de hidratos de carbono. ¿Cómo
explicas este comportamiento a nivel metabólico?
 El exceso de glúcidos no utilizado se transforma en grasas en los
 hepatocitos del hígado y en los adipocitos. La oxidación parcial
 (catabolismo) de la glucosa produce precursores metabólicos para la
 síntesis de glicerol (a partir de 3 fosfoglicerato en la glucolisis) y ácidos
 grasos ( a partir de Acetil CoA).
Elabora un texto coherente (no más de diez líneas) referentes a la respiración
aerobia, en el que figuren los siguientes términos: 1º NADH, 4º ATP, 3º O2, 2º
cadena de transporte electrónico.

 La respiración aerobia constituye un proceso catabólico que permite la
 degradación, por oxidación total, de sustancias orgánicas. Los electrones y
 protones desprendidos en el proceso son captados por coenzimas oxidados
 para dar su forma reducida, como es el caso del NADH, estos coenzimas
 ceden sus electrones y protones a una cadena de transporte electrónico
 formada por moléculas transportadoras estratégicamente situados, lo que
 permite un transporte de e- a favor de gradiente de potencial redox, hasta un
 aceptor final que en este caso será el O2 para dar H2O. La energía liberada en
 la caída a niveles energéticos más bajos, es acoplada a la fosforilación del
 ADP para dar ATP por fosforilación oxidativa.
Identifica el proceso que aparece en la figura.
Indica su localización celular y su función
biológica. ¿Qué le ocurre a este proceso en
ausencia de oxígeno? ¿Qué papel juega y
donde se forma el NADH que interviene en
este proceso?

 a) Transporte electrónico y fosforilación oxidativa (síntesis de ATP)
 b) Localización y función : En crestas mitocondriales (transporte e-), Síntesis de ATP que
 acaba en la matriz mitocondrial.
 c) Si no existe O2 como aceptor final de electrones el sistema se colapsa y los coenzimas
 reducidos (NADH y FADH2) no se reciclan en sus formas oxidadas (NAD+ y FAD) de
 manera que no están disponibles para que acepten nuevos electrones en las reacciones
 oxidativas de la glucolisis, descarboxilación del piruvato, ciclo de Krebs , beta-oxidación
 etc. y no se puede obtener energía. Cuando esto nos ocurre a algunos aerobios como
 nosotros, pòdemos recurrir a mecanismos de obtención de energía alternativos como es la
 fermentación láctica , proceso menos rentable que utiliza moléculas orgánicas como
 aceptor final de electrones (ej. piruvato para dar Lactato)
 d) El NADH, es el principal coenzima reducido y obtiene los electrones (e -) y protones (H+)
 de la oxidación de moléculas orgánicas, principalmente glucosa a traves de las distintas
 etapas de la respiración celular (glucolisis (citosol), descarboxilación del piruvato (matriz),
 ciclo de Krebs (matriz)) o ácidos grasos (β-oxidación (matriz), ciclo de Krebs (matriz)). El
 NAD+ acepta protones y electrones que son cedidos a la cadena respiratoria permitiendo
 la obtención de energía por fosforilación oxidativa.
¿Cuáles pueden ser los posibles orígenes del Ac. CoA con el que funciona el
ciclo de Krebs? ¿Cuál es la principal función metabólica de este ciclo?¿En qué
parte (estructura/orgánulo) de la célula tiene lugar?

  a) Ver gráfico
  b) Oxidación del acetil CoA procedente de las distintas rutas degradativas y
     producción de coenzimas reducidos (poder reductor)
  c) En matriz mitocondrial
Bibliografía y páginas web

   Biología. 2ºBachillerato. SANZ ESTEBAN, Miguel. SERRANO BARRERO, Susana.
    TORRALBA REDONDO. Begoña. Editorial Oxford.
   Biología. 2ºBachillerato. ALCAMÍ, José. BASTERO, Juan José. FERNÁNDEZ,
    Benjamín. GÓMEZ DE SALAZAR, José María. MÉNDEZ, Mª Jesús. SLÖCKER
    Javier. Editorial SM.
   http://www.biologia.edu.ar/bacterias/micro5.htm
   http://centros.edu.xunta.es/iesastelleiras/depart/bioxeo/lgazon/presen/bac2/bio/presf.html
   http://centros.edu.xunta.es/iesastelleiras/depart/bioxeo/lgazon/presen/bac2/bio/pdf/envcel.pdf
   http://cienciastella.com
   http://departamentobiologiageologiaiesmuriedas.wordpress.com/2o-bachillerato/biologia-2/
   http://docentes.educacion.navarra.es/~metayosa/bach2/2biometabo2.html
   http://www.educa.madrid.org/web/cc.nsdelasabiduria.madrid/Ejercicios/2b/Biologia/Enzimas/enzi
    mas.htm
   http://web.educastur.princast.es/proyectos/biogeo_ov/
   http://www.ehu.es/biomoleculas/an/an41.htm
   http://www.geocities.ws/batxillerat_biologia/glucids.htm
   http://hnncbiol.blogspot.com.es/2008/01/acidos
   http://www.juntadeandalucia.es/averroes/recursos_informaticos/concurso2001/accesit_4
   http://temabiomoleculas.blogspot.com.es/
   http://tertuliadeamigos.webcindario.com/biocou04.html
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Tema 11 metabolismocelularcatabolismo

  • 1. TEMA 11. METABOLISMO CELULAR: CATABOLISMO I I.E.S. Ricardo Bernardo Departamento de Biología-Geología Belén Ruiz http://biologiageologiaiesricardobernardobelenruiz.wordpress.com/2o-bachillerato/2o-biologia/
  • 2. EL METABOLISMO: CONCEPTO METABOLISMO la nutrición de las células supone una serie de complejos procesos químicos catalizados por enzimas que tienen como finalidad la obtención de materiales y/o energía para el mantenimiento de la vida. El metabolismo va a poder descomponerse en dos series de reacciones: –Anabolismo. procesos bioquímicos que se producen en la célula y que tienen como finalidad la obtención de sustancias orgánicas complejas a partir de sustancias más simples con un consumo energía. Son anabólicos, por ejemplo, la fotosíntesis, la síntesis de proteínas o la replicación del ADN. –Catabolismo. En estos procesos las moléculas complejas son degradadas formándose moléculas más simples. Se trata de procesos destructivos generadores de energía; como por ejemplo: la glucolisis.
  • 3. METABOLISMO desempeña cuatro funciones específicas:. –Obtener energía química del entorno, a partir de la luz solar o de la degradación de moléculas ricas en energía. –Transformar las moléculas nutrientes en precursores de las macromoléculas celulares. –Sintetizar las macromoléculas celulares a partir de los precursores. –Formar y degradar las biomoléculas necesarias para las funciones especializadas de las células (hormonas, neurotransmisores..)
  • 4.
  • 5.
  • 6. EL METABOLISMO SE LLEVA A CABO MEDIANTE RUTAS METABÓLICAS: –Las reacciones del metabolismo están ligadas en una trama de secuencias llamadas rutas metabólicas. –Una ruta metabólica es una secuencia de reacciones bioquímicas que relacionan entre sí dos tipos de compuestos importantes, el compuesto inicial de la ruta y el producto o productos finales. Entre ambos, los productos de transformación sucesivos se denominan intermediarios metabólicos o metabolitos. El conjunto de enzimas que catalizan la ruta es un sistema multienzimático. –Aunque comprende centenares de reacciones diferentes, las rutas metabólicas centrales son pocas e idénticas en la mayor parte de los organismos. –Las rutas metabólicas pueden ser lineales, ramificadas o cíclicas.
  • 7.
  • 8. LAS RUTAS METABÓLICAS ESTÁN REGULADASA
  • 9. COMPARTIMENTACIÓN DE LOS PROCESOS METABÓLICOS CELULARES
  • 11. CATABOLISMO Y ANABOLISMO CATABOLISMO⇒ Degradación de moléculas orgánicas – (Rutas convergentes) ⇒ Procesos exergónicos – Finalidad :  ATP  Poder reductor (NADPH y NADH)  12 precursores bioquímicos – Catabolismo aerobio (O2) y anaerobio (No O2) ANABOLISMO ⇒ Síntesis de moléculas orgánicas complejas – (Rutas divergentes) ⇒ Procesos endergónicos Simultaneidad y Sincronización Conservación evolutiva de las rutas centrales (análisis general) Participación de metabolitos intermediarios (Catabolismo-anabolismo): – Papel de ATP/ADP (“moneda” o “vector” de energía) – Papel de NADH, NADPH, FADH2 (poder reductor) • Fuente indirecta de energía • Fuente de materia (H+ y e- ) Para la síntesis
  • 12. CATABOLISMO Y ANABOLISMO  Conservación evolutiva de las rutas centrales (análisis general)
  • 13. CATABOLISMO Y ANABOLISMO Participación de metabolitos intermediarios (Catabolismo-anabolismo): – Papel de ATP/ADP (“moneda” o “vector” de energía) – Papel de NADH, NADPH, FADH2 (poder reductor) Para la síntesis  Fuente indirecta de energía  Fuente de materia (H+ y e- )
  • 14. TIPOS DE METABOLISMO Tipos de organismos en función de su metabolismo Luminosa Fotótrofos Fuente Quimioorganotrofos de energía Oxidación de (c. orgánicos) compuestos Quimiotrofos químicos Quimiolitotrofos (c. inorgánicos) CO2 Autótrofos Fuente de Carbono Compuestos Heterótrofos orgánicos
  • 15.
  • 17. FORMAS DE OBTENCIÓN DE ENERGÍA EN EL CATABOLISMO
  • 18. TIPOS DE CATABOLISMO Tipos:  Respiración celular: Fosforilación oxidativa y Fosforilación a nivel de sustrato  Aerobia  Anaerobia  Fermentaciones: Fosforilación a nivel de sustrato “RECICLADO DE COENZIMAS”
  • 19. EL CATABOLISMO ESQUEMA GENERAL Membrana externa Membrana Matriz Cresta Espacio interna mitocondrial mitocondrial intermembranal
  • 20. PRINCIPALES VÍAS PARA EL CATABOLISMO DE GLÚCIDOS
  • 21. CATABOLISMO DE LOS GLUCIDOS: LA RESPIRACIÓN CELULAR AEROBIA DE GLÚCIDOS O AZÚCARES Fases y Localización DEGRADACIÓN DE GLÚCIDOS : – Glucogenolisis: POLÍMEROS → MONÓMEROS • Glucógeno → n glucosa- 1P – Glucolisis: Citoplasma A partir de glucosa: Proceso general: C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 686 kcal /mol – C. Krebs: Matriz mitocondrial – Fosforilación oxidativa: Membrana interna (crestas mitocondriales)
  • 22. 1. GLUCÓLISIS O RUTA DE EMBDEN-MEYERHOF: OXIDACIÓN PARCIAL DE LA GLUCOSA
  • 23. CITOSOL EN PROCARIOTAS Y EUCARIOTAS
  • 24. Etapas:  Activación: Consumo de 2 ATP : Glucosa → GAL3P  Oxidación: Aldehído a Ácido: GAL3P → 3 PG • (GAL 3P-deshidrogenasa ⇒ 2 NADH + 2 ATP )  Restitución: Produce 2 ATP: 3 PG → P Activación: Oxidación: Restitución: Consumo de 2 ATP : Aldehído a Ácido: Produce 2 ATP: Glucosa → GAL3P GAL3P → G3 P 3 PG → P
  • 25. 1. FOSFORILACIÓN DE LA GLUCOSA
  • 26.
  • 27. 2. CONVERSIÓN DE LA G-6P EN F-6P
  • 28. 3. FOSFORILACIÓN DE LA F-6P A F 1-6 DP
  • 29.
  • 30. 4. ROTURA DE LA F 1-6 DP EN DHAP Y G-3P
  • 31. 5. INTERCONVERSIÓN DE LAS TRIOSAS FOSFATOS
  • 32. 6. 0XIDACIÓN DEL G-3P A 1,3DPG
  • 33.
  • 34.
  • 35. 7. TRANSFERENCIA DEL P DESDE EL 1-3 DPG AL ADP
  • 36. 8. CONVERSIÓN DEL 3-PG A 2-PG.
  • 37. 9. DESHIDRATACIÓN DEL 2-PG A PEP.
  • 38. 10. TRANSFERENCIA DEL P DESDE EL PEP AL ADP.
  • 39. BALANCE ENERGÉTICO DE LA GLUCÓLISIS 1Glucosa + 2 NAD++ 2ADP + 2 Pi → 2 Ac. Pirúvico + 2 ATP + 2 NADH +2H+
  • 40.
  • 41.
  • 42. 2 - DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA DEL PIRUVATO El piruvato obtenido de la glucolisis es transportado desde el citoplasma hasta la MATRIZ mitocondrial, mediante transportadores específicos. Una vez dentro de la mitocondria, el complejo multienzimático piruvato- deshidrogenasa se encarga de la descarboxilación oxidativa del piruvato para obtener ácido acético 2 Piruvato + 2 NAD+ + 2 CoA-SH → 2 Acetil CoA + 2 CO2 + 2 NADH + H + Piruvato deshidrogenasa- descarboxilasa “Acetil CoA → Punto de encuentro de las encrucijadas metabólicas”
  • 43. 2. CONDICIONES AEROBIAS: DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA DEL PIRUVATO
  • 44.
  • 45. 3- EL CICLO DE KREBS o DE LOS AC. TRICARBOXÍLICOS
  • 46.
  • 47.  1 molécula de GTP (convertible en ATP).  3 Moléculas de NADH y 1 molécula de FADH2 que posteriormente permitirán la síntesis de ATP mediante la fosforilación oxidativa.  2 moléculas de CO2, correspondientes al ácido acético y la recuperación de la coenzima A.
  • 48.
  • 49. 4- CADENA RESPIRATORIA: TRANSPORTE ELECTRÓNES Y FOSFORILACIÓN OXIDATIVA FOSFORILACIÓN OXIDATIVA:  Sistemas Ia, Ib, II, III: complejos multienzimáticos Es el mecanismo de síntesis de  Cadena redox: ATP en la respiración. Ocurre en la membrana interna  Aceptor final : O2 ⇒ H2O mitocondrial.  Reciclado de Coenzimas El AP se obtiene al unir ADP a Pi utilizando la energía donada por el NADH+H+ y el FADH2. Proceso:  Transporte electrónico.  Formación del gradiente quimiosmótico.  Síntesis de ATP.
  • 50.
  • 52. La molécula de glucosa que inició la glucólisis está completamente oxidada. Parte de su energía se ha Los electrones procedentes de la glucólisis, invertido en la síntesis de ATP. Sin embargo, la mayor de la oxidación del ácido pirúvico y del parte de la energía está en los electrones capturados ciclo de Krebs se encuentran en un nivel por el NAD+ y el FAD. energético aún muy alto. En el transporte de electrones éstos son conducidos a través de una cadena con múltiples y sucesivos aceptores. Cada uno de los cuales es capaz de aceptar electrones a un nivel ligeramente inferior al precedente. Los transportadores pueden existir en dos estados de oxidación próximos, pasando del uno al otro según acepten o desprendan electrones. Cada par redox sólo puede recibir electrones de otro par que tenga potencial de reducción más negativo y solo puede cederlos al par que lo tenga menos negativo. El potencial mas negativo de la cadena respiratoria es el NAD+ con -0,32 voltios. En el otro extremo está el agua con +0,82 voltios.
  • 53. Sistemas Ia, Ib, II, III, + ATPasa (V) Nota: El sistema I puede desglosarse en dos, los complejos NADH deshidrogenasa y FADH2 Succinato deshidrogensa, en este caso tendríamos 5 sistemas principales. (En la PAU ha caído así)
  • 54.
  • 55. FOSFORILACIÓN OXIDATIVA TEORÍA QUIMIOSMÓTICA DE MITCHELL Cuando los electrones se mueven por la cadena transportadora salen a niveles energéticos inferiores y van liberando energía. Esta energía se emplea para fabricar ATP, a partir de ADP, en el proceso de fosforilación oxidativa Por cada dos electrones que pasan del NADH al oxígeno se forman 3 moléculas de ATP. Por cada dos electrones que pasan desde el FADH2 al oxígeno forman 2 de ATP. El mecanismo por  Caída electrónica ⇒ energía libre para transporte el cual se produce ATP se activo de H+ explica por la teoría del  ATPasa ⇒ síntesis de ATP (fosforillación oxidativa acoplamiento quimiosmótico.
  • 56.
  • 57.
  • 58.
  • 59.
  • 60. BALANCE ENERGÉTICO: 36/38 ATP PROCESO GLOBAL: Glucosa + 6 O2 → 6 CO2 + 6H2O + 38 ATP (máximo)
  • 63.
  • 64. CATABOLISMO DE GLÚCIDOS: LA RESPIRACIÓN CELULAR ANAEROBIA  RESPIRACIÓN CELULAR ANAEROBIA  Aceptor final diferente al oxígeno  Ej: SO42- H2S  Fosforilación oxidativa Cadena de transporte NADH Electrónico (redox) SO42- NAD+ H2S + O2 (COENZIMA RECICLADO) ATP
  • 65. CATABOLISMO DE GLÚCIDOS: LAS FERMENTACIONES  CONCEPTO  Localización:  RENDIMIENTO Citoplasma ENERGETICO  Fosforilación: Balance de ATP: 4 – 2 = A nivel de sustrato 2ATP  Aceptor de electrones: Compuesto orgánico  Rendimiento  Oxidación incompleta comparado: 11 % Glucolisis (2 ATP) 40 % Respiración (38 ATP) Nº de ATP Incremento de Energía libre entre reactivos y productos Glucolisis 2 x 7,3 Kcal/mol.= 14,6 - 137 Kcal/mol. Rendimiento = 11% Respiración 38 x 7,3 Kcal/mol.= 277,4 - 686 Kcal/mol. Rendimiento = 40 %
  • 66.
  • 67. LA FERMENTACION ALCOHÓLICA Concepto:  Glucosa + 2 (ADP + Pi) → 2 Etanol + 2 CO2 + 2 ATP  Aceptor final: acetaldehído (reciclado de coenzimas)  Importancia: cerveza, vino, pan, ron (Saccharomyces)
  • 68. LA FERMENTACION LÁCTICA CONCEPTO:  Concepto: Glucosa + 2 (ADP + Pi) 2 Ácido láctico (C3) + 2 ATP  Aceptor final: Piruvato (reciclado de coenzimas)  Importancia: prod. lacteos: mantequilla, queso, yogur, “músculo” ⇒ “agujetas”  (Lactobacillus bulgáricus, streptococus termophilus, Lactococcus, etc.)
  • 69. Esquema general de las VIAS DEGRADATIVAS DE LA GLUCOSA
  • 70. CATABOLISMO DE LOS LÍPIDOS Grasas:  Hidrólisis (lipasas) ⇒ Ac. Grasos + Glicerol  Ac. Grasos: β-oxidación ⇒  n Acetil CoA → C. Krebs  (ej. Palmitico 16C ⇒ 8 AcetilCoA)  Glicerol → GAL3P → Piruvato → Acetil CoA → C. Krebs Objetivos:  1 precursor metabólico (acetil CoA)  Poder reductor: Cada β-oxidación: 1FADH2 y 1NADH  Energía : (ejemplo ac. Palmítico ⇒ 130 ATPs )
  • 71.
  • 72.
  • 73.
  • 74.
  • 75.
  • 76.
  • 77.
  • 78. CATABOLISMO DE LAS PROTEÍNAS Y AMINOÁCIDOS
  • 79. No es una fuente energética adecuada para la célula. Tienen otras funciones y el consumo energético para su síntesis es elevada, a la par que generan muchos residuos peligrosos para la célula.  Proceso:  Hidrólisis de las proteínas para liberar aminoácidos mediante enzimas específicas: proteasas o peptidasas.  Catabolismo de los aminoácidos:  Eliminación del grupo amino: transaminación, desaminación oxidativa (genera amoníaco).  Oxidación de la cadena carbonada. Tras el adecuado proceso se introduce y oxida en el ciclo de Krebs.
  • 80.
  • 81. Proteínas → Aminoácidos (digestión) Aminoácidos:  Desaminación .⇒ - NH2 (excreción o transaminación)  Oxidación de la cadena carbonada ⇒ c. De Krebs, AcetilCoA, Piruvato  Glucogénesis o Cetogénesis Cetogénesis o Glucogénesis
  • 82.
  • 83. INTERCONEXIONES DE LAS RUTAS CATABÓLICAS
  • 84.
  • 85.
  • 86.
  • 87.
  • 88.
  • 89. CATABOLISMO DE ÁCIDOS NUCLEICOS  Los ácidos nucleicos (ADN y ARN) son hidrolizados por nucleasas que liberan los nucleótidos.  Los nucleótidos por su parte son destruidos liberándose la pentosa, el fosfato y la base nitrogenada que les constituyen. Estos componentes suelen ser reutilizados para la síntesis de nuevos ácidos nucleicos.  Cuando no son reutilizados, las bases nitrogenadas son degradadas hasta ácido úrico.
  • 90.
  • 91.
  • 92.
  • 94. ¿De qué manera obtienen energía los seres vivos que viven en una atmósfera pobre en oxígeno?. Por respiración celular anaerobia o por los distintos tipos de fermentaciones. Relación entre el ciclo de Krebs y la glicólisis. ¿Qué papel juega cada uno/a en el metabolismo? . Son rutas degradativas consecutivas necesarias para la oxidación total de la glucosa. Glucolisis: Fase anaerobia objetivo: 2ATP, poder reductor (2NADH) y 6 precursores. C. Krebs: Fase aerobia ( no se produciría en ausencia de oxígeno) objetivo: GTP, 4 precursores y poder reductor (3NADH y 1FADH2 )
  • 95. Indica con un esquema la procedencia de los productos de la degradación total de la glucosa en la respiración celular aerobia, incluido el balance de ATPs. Proceso global: Glucosa + 6 02 => 6 CO2 + 6H2O
  • 96. Qué doble finalidad tiene el metabolismo en los seres vivos? Razona la respuesta y pon un ejemplo de cada una de ambas facetas. Biosíntesis (Anabolismo), Energía, precursores y p. reductor (catabolismo) Indica, por orden de actuación, las rutas metabólicas que intervienen en el siguiente proceso, señalando que finalidad tiene cada una en el metabolismo. Glucosa + 6 O2 ------> 6 CO2 + 6 H2O + 36 ATP Todas degradar m. orgánica por oxidación OBJETIVOS: 1ºglucolisis: - (6 precursores metabólicos) - Produce 2 ATP por fosforilación a nivel de sustrato. (objetivo, energía) - Genera poder reductor en forma de 2 NADH. (objetivo) 2º Descarboxilación del Piruvato: - Precurso: Acetil-CoA. -Poder reductor: NADH + H+ 3ºC. Krebs: - Poder reductor en forma de 3 NADH y 1 FADH2. - 4 precursores metabólicos . - Energía en forma de 1 GTP (convertible y equiparable al ATP) 4º Transporte de e- y fosforilación Oxidativa: - Generar ATP - NAD+ y FAD reciclados (oxidados) para volverlos a utilizar, de otra manera se colapsaría el sistema
  • 97. Indica que papel juegan en el metabolismo las siguientes moléculas: NADH, citocromo C, Acetil CoA, ADP  NADH (Fuente de H para biosíntesis y fuente indirecta de ATP por fosforilación oxidativa)  Citocromo C: transportador de e- en cadena respiratoria  Acetil CoA: Punto de encuentro de muchas rutas metabolícas: biosíntesis (ej de ácidos grasos, aminoácidos, etc.), producto intermediario en la degradación de glúcidos, lípidos, prótidos, etc.  ADP: (vector energético→ ATP). ¿En qué punto del metabolismo convergen las rutas catabólicas de azucares y grasas? ¿en que parte de la célula eucariótica se localiza dicha ruta? ¿cuáles son los productos finales de su degradación? (Suponer presencia de oxigeno)  Acetil CoA  Matriz mitocondrial  CO2 y H2O ¿De qué forma y en qué parte de la célula se produce el ATP? ¿en qué proceso se consume el ATP? (tanto procesos catabólicos como anabólicos).  Glucolisis (F. a nivel de S) en citosol, c. de Krebs GTP ≅ ATP en matriz m., cadena de T. e- (F. oxidativa) en crestas m., (Fotofosforilación) en tilacoides .  Consumo: Anabolismo (biosíntesis) + transporte activo (membranas) + contracción muscular.
  • 98. ¿Qué ruta degradativa siguen los ácidos grasos? ¿cuáles son los productos finales de su degradación en presencia de oxígeno? ¿en qué punto conecta esta ruta degradativa con la de los azúcares? Razona la respuesta.  β-oxidación  CO2 + H2O  Acetil CoA Representa mediante un esquema claro las rutas metabólicas generales utilizadas por la célula para oxidar la glucosa en presencia y ausencia de oxígeno respectivamente. ¿Cuáles serán en cada caso los productos finales de dichos procesos? a) Esquema de r. aerobia: (4 etapas) + esquema b) Fermentación: Fase oxidativa= glucolisis F. reductora⇒ reciclaje Productos: a) CO2 + H2O b) S. orgánica (ej. lactato)
  • 99. Aunque los aminoácidos de la dieta deberían ser utilizados por el organismo para la formación de proteínas no siempre ocurre así y en muchos casos pueden ser catabolizados. ¿Qué beneficio puede obtener el organismo de la oxidación de un aminácido? ¿qué productos de desecho se generarían tras la degradación total de los aminoácidos en condiciones aeróbicas? Razona la respuesta: a) Beneficio: energía ante carencia de nutrientes energéticos. b) NH3 (x desaminación), CO2, H2O (x. degradación de cetoácidos). En ureotélicos el NH3 pasa a urea… Dibuja una célula e indica en qué partes de la misma se localizan las distintas rutas que intervienen en la degradación de los ácidos grasos en presencia de oxígeno. Pon nombre a cada una de ellas. 1º β-oxidación 2º c. Krebs 3º cadena de TE
  • 100. Define el concepto de respiración y fermentación respectivamente, e indica a continuación las principales similitudes y diferencias existentes entre ambos. ¿Cuál es el papel biológico de la fermentación? ¿qué tipo seres vivos dependen de ella exclusivamente para obtener energía?. Pon dos ejemplos concretos. Respiración: Degradación de moléculas orgánicas hasta su oxidación total para la obtención de precursores metabólicos, poder reductor y energía química en forma de ATP. Como aceptor final de electrones actúa el oxígeno u otra sustancia inorgánica como el ión sulfato con el fin de reciclar los coenzimas a su forma oxidada. Fermentación: Degradación de moléculas orgánicas hasta su oxidación parcial para la obtención de precursores metabólicos, poder reductor y energía química en forma de ATP. Como aceptor final de electrones actúa un compuesto orgánico como el piruvato o el acetaldehido con el fin de reciclar los coenzimas a su forma oxidada. Similitudes y diferencias: Aceptores finales ≠ , R: oxidación total con fosf. oxidativa y a nivel de sustrato (más ATP) F: oxidación incompleta con fosf a nivel de S.. Papel de Fermentación: reciclaje de coenzimas para permitir nuevas oxidaciones. Anaerobios estrictos ej. Lactobacillus bulgáricus (bacteria) , Sacharomyces cerevisiae (levadura)
  • 101. Define el concepto de glucólisis: indica su localización celular y su función biológica. (o define cualquier otra ruta). Concepto: Ruta catabólica de oxidación parcial de la glucosa a piruvato. Localización: Citosol Función biológica: ATP, NADH, y 6 precursores metabólicos Identificar el proceso que aparece en la figura , indica su localización celular y su función biológica. ¿qué le ocurre a este proceso en ausencia de oxígeno?. Razona la respuesta. 1º Transporte e- y fosforilación oxidativa (ATP) en cadena respiratoria 2º Localización: Crestas mitocondriales. 3º Se colapsan los procesos oxidativos, sin aceptor final no existe reciclaje de coenzimas a su forma oxidada. Y estos no están disponibles para nuevas oxidaciones. Indicar el proceso que aparece en la figura, indica su localización celular y su función biológica anabólica y catabólica. Indica tres posibles orígenes del Aceti-CoA. 1º Ciclo de Krebs 2º Localización: Matriz mitrocondrial 3º Funciones: GTP (catabólica), poder reductor (1FADH2, 3NADH, anabólica y cataboólica), 4 precursores (anabolica). 4ºOrigen Acetil CoA: oxidación de: 1 piruvato, 2 ac. Grasos, 3 aminoácidos.
  • 102. La disminución de grasas en la dieta no reduce necesariamente el riesgo de padecer obesidad si se mantiene alta ingesta de hidratos de carbono. ¿Cómo explicas este comportamiento a nivel metabólico? El exceso de glúcidos no utilizado se transforma en grasas en los hepatocitos del hígado y en los adipocitos. La oxidación parcial (catabolismo) de la glucosa produce precursores metabólicos para la síntesis de glicerol (a partir de 3 fosfoglicerato en la glucolisis) y ácidos grasos ( a partir de Acetil CoA). Elabora un texto coherente (no más de diez líneas) referentes a la respiración aerobia, en el que figuren los siguientes términos: 1º NADH, 4º ATP, 3º O2, 2º cadena de transporte electrónico. La respiración aerobia constituye un proceso catabólico que permite la degradación, por oxidación total, de sustancias orgánicas. Los electrones y protones desprendidos en el proceso son captados por coenzimas oxidados para dar su forma reducida, como es el caso del NADH, estos coenzimas ceden sus electrones y protones a una cadena de transporte electrónico formada por moléculas transportadoras estratégicamente situados, lo que permite un transporte de e- a favor de gradiente de potencial redox, hasta un aceptor final que en este caso será el O2 para dar H2O. La energía liberada en la caída a niveles energéticos más bajos, es acoplada a la fosforilación del ADP para dar ATP por fosforilación oxidativa.
  • 103. Identifica el proceso que aparece en la figura. Indica su localización celular y su función biológica. ¿Qué le ocurre a este proceso en ausencia de oxígeno? ¿Qué papel juega y donde se forma el NADH que interviene en este proceso? a) Transporte electrónico y fosforilación oxidativa (síntesis de ATP) b) Localización y función : En crestas mitocondriales (transporte e-), Síntesis de ATP que acaba en la matriz mitocondrial. c) Si no existe O2 como aceptor final de electrones el sistema se colapsa y los coenzimas reducidos (NADH y FADH2) no se reciclan en sus formas oxidadas (NAD+ y FAD) de manera que no están disponibles para que acepten nuevos electrones en las reacciones oxidativas de la glucolisis, descarboxilación del piruvato, ciclo de Krebs , beta-oxidación etc. y no se puede obtener energía. Cuando esto nos ocurre a algunos aerobios como nosotros, pòdemos recurrir a mecanismos de obtención de energía alternativos como es la fermentación láctica , proceso menos rentable que utiliza moléculas orgánicas como aceptor final de electrones (ej. piruvato para dar Lactato) d) El NADH, es el principal coenzima reducido y obtiene los electrones (e -) y protones (H+) de la oxidación de moléculas orgánicas, principalmente glucosa a traves de las distintas etapas de la respiración celular (glucolisis (citosol), descarboxilación del piruvato (matriz), ciclo de Krebs (matriz)) o ácidos grasos (β-oxidación (matriz), ciclo de Krebs (matriz)). El NAD+ acepta protones y electrones que son cedidos a la cadena respiratoria permitiendo la obtención de energía por fosforilación oxidativa.
  • 104. ¿Cuáles pueden ser los posibles orígenes del Ac. CoA con el que funciona el ciclo de Krebs? ¿Cuál es la principal función metabólica de este ciclo?¿En qué parte (estructura/orgánulo) de la célula tiene lugar? a) Ver gráfico b) Oxidación del acetil CoA procedente de las distintas rutas degradativas y producción de coenzimas reducidos (poder reductor) c) En matriz mitocondrial
  • 105. Bibliografía y páginas web  Biología. 2ºBachillerato. SANZ ESTEBAN, Miguel. SERRANO BARRERO, Susana. TORRALBA REDONDO. Begoña. Editorial Oxford.  Biología. 2ºBachillerato. ALCAMÍ, José. BASTERO, Juan José. FERNÁNDEZ, Benjamín. GÓMEZ DE SALAZAR, José María. MÉNDEZ, Mª Jesús. SLÖCKER Javier. Editorial SM.  http://www.biologia.edu.ar/bacterias/micro5.htm  http://centros.edu.xunta.es/iesastelleiras/depart/bioxeo/lgazon/presen/bac2/bio/presf.html  http://centros.edu.xunta.es/iesastelleiras/depart/bioxeo/lgazon/presen/bac2/bio/pdf/envcel.pdf  http://cienciastella.com  http://departamentobiologiageologiaiesmuriedas.wordpress.com/2o-bachillerato/biologia-2/  http://docentes.educacion.navarra.es/~metayosa/bach2/2biometabo2.html  http://www.educa.madrid.org/web/cc.nsdelasabiduria.madrid/Ejercicios/2b/Biologia/Enzimas/enzi mas.htm  http://web.educastur.princast.es/proyectos/biogeo_ov/  http://www.ehu.es/biomoleculas/an/an41.htm  http://www.geocities.ws/batxillerat_biologia/glucids.htm  http://hnncbiol.blogspot.com.es/2008/01/acidos  http://www.juntadeandalucia.es/averroes/recursos_informaticos/concurso2001/accesit_4  http://temabiomoleculas.blogspot.com.es/  http://tertuliadeamigos.webcindario.com/biocou04.html  http://web.educastur.princast.es/proyectos/biogeo_ov