Capítulo 8

Producción de Energía

Hay más de 100 enfermedades mitocondriales

Ataxia de Friedreich, causada por una mutación de un gen mitocondríal, resulta en debilidad muscular y problemas de visión

Los animales, plantas, protistas y hongos dependen de las mitocrondrias

Mitocondrias defectuosas pueden resultar en enfermedades letales

Temas de interés: Cuando las mitocondrias trabajan

p.123

Cuando las mitocondrias trabajan

Organismos fotosintéticos obtienen energía del sol

Animales obtienen energía de plantas u otros animales

En todos los casos, la energía se transforma a ATP

ATP es fuente universal de energía

Hacer ATP

Las plantas hacen ATP en fotosíntesis

Las células de otros organismos hacen

ATP metabolizando carbohidradtos,

grasas y proteínas

Vías liberadoras de Energía

Vía Aeróbica

Evolucionó después

Requiere oxígeno Empieza con

glicólisis en citoplasma

Se completa en mitocondria

Vía Anaeróbica

Evolucionó primero No requiere

oxígeno Empieza con

glicólisis en citoplasma

Se completa en el citoplasma

Inicia (glucólisis) en citoplasma

Termina en mitocondria

Inicia (glucólisis) en citoplasma

Termina en mitocondria

Respiración aeróbica

Vía anaeróbica

Fig. 8-2, p.124

Vías productoras de energía

Ecuación Respiración Aeróbica

C6H1206 + 6O2 6CO2 + 6H20 glucosa oxígeno dióxido carbono agua

Overview of Aerobic Respiration

CYTOPLASMA

Glucólisis

Cadena transportadora

electrones

Ciclo Krebs ATP

ATP

2 CO2

4 CO2

2

32

agua

2 NADH

8 NADH

2 FADH2

2 NADH 2 piruvatos

e- + H+

e- + oxígeno

(2 ATP netos)

glucosa

Producción Energía Promedio: 36 ATP

e-

e- + H+

e- + H+

ATP

H+

e- + H+

ATP2 4

Fig. 8-3, p. 135

La función de las coenzimas

NAD+ y FAD aceptan electrones e

hidrógenos

Transforman en NADH y FADH2

Entregan electrones a la cadena

transportadora de electrones

Un azúcar (C6H12O6)

Atomos unidos por uniones covalentes

Glucosa

In-text figurePage 126

Glucólisis en dos etapas

Reacciones endergónicas (inversión) ATP activa la glucosa y sus carbones

Reacciones exergónicas (cosecha) Los productos se parten en moléculas de

piruvato de tres carbones

Se forma ATP y NADH

GLUCOSA

glucosa

glucólisis

pyruvate

a segunda parte dela vía aeróbica

Fig. 8-4a, p.126

Glucólisis

ATP

ATP

invierte 2 ATP

REACCIONES ENDERGÓNICASDE GLUCÓLISIS

glucosa

ADP

ADP

P

P

P

P

glucosa–6–fosfato

fructosa–6–fosfato

fructosa–1,6–difosfato DHAP

Fig. 8-4b, p.127

Glucólisis

ATPADP

REACCIONES EXERGÓNICAS

NAD+

P

PGAL

1,3–difosfoglicerato

fosforilización anivel de sustrato

Pi

1,3–difosfoglicerato

ATP

NADHNADH

P

PGALNAD+

Pi

P PP P

3–fosfoglicerato 3–fosfoglicerato

P P

invierte 2 ATP

ADP

Fig. 8-4c, p.127

GLUCÓLISIS

produce 2 ATP

ATPADP

P

fosforilización a nivel de sustrato

2–fosfoglicerato

ATP

P

piruvato piruvato

ADP

P P

2–fosfoglicerato

H2O H2O

PEP PEP

Fig. 8-4d, p.127

Glicólisis

Energy-Requiring Steps

invierten 2 ATPReacciones endergónicas

glucosa

PGAL PGALPP

ADP

P

ATP

glucosa-6-fosfato

Pfructosa-6-fosfato

ATP

fructosa1,6-defosfatoP P

ADP

Figure 8-4(2)Page 127

Energy-Releasing

Steps

ADPATP

piruvato

ADPATP

piruvato

H2OP

PEP

H2OP

PEP

P

2-fosfoglicerato

P

2-fosfoglicerato

ADPATP

P3-fosfoglicerato

ADPATP

P3-fosfoglicerato

NAD+

NADHPi

1,3-difosfogliceratoP P

NAD+

NADHPi

1,3-difosfogliceratoP P

PGALP

PGALP

Figure 8-4 Page 127

Glucólisis: Ganancia Neta Energía

Reacciones endergónicas: 2 ATP invertidos

Reacciones exergónicas:2 NADH formados 4 ATP formados

Ganancia neta 2 ATP y 2 NADH

Reacciones secundarias

Reacciones preparación Piruvato se oxida a moléculas de acetil (2

carbonos) y dióxido de carbono NAD+ se reduce

Ciclo Krebs Las moléculas de acetil se oxidan a dióxido

de carbono NAD+ y FAD son reducidos

Fig. 8-5a, p.128

mitocondria

mitocondria

Reacciones secundarias

Fig. 8-5b, p.128

Reacciones secundarias

membrana interna de la

mitocondria

membrana externade la

mitocondria

matriz espaciointermembranoso

Fig. 8-6a, p.128

Reacciones secundarias

Dos piruvatos atraviesan la membrana interna mitocondria

espacio intermembranoso

NADH

NADH

FADH2

ATP

2

6

2

2

Ciclo Krebs

6 CO2

matriz mitocondrial

Ocho NADH, dos FADH 2, y dos ATP son la ganancia de la descomposición de dos piruvatos.

Los seis átomos de carbono del piruvato se difunden fuera de la mitocondria y la célula en forma de seis moléculas de CO2

Fig. 8-6b, p.128

Reacciones de Preparación

piruvato

NAD+

NADH

coenzyme A (CoA)

O O dióxido carbono

CoAacetil-CoA

Formación de acetil-CoA

acetil-CoA

(CO2)

piruvato

coenzima A NAD+

NADH

CoA

Ciclo KrebsCoA

NADH

FADH2

NADH

NADH

ATP ADP + grupo fosfato

NAD+

NAD+

NAD+

FAD

oxalacetato citrato

Fig. 8-7a, p.129

Reacciones preparación

glucosa

GLUCÓLISIS

PIRUVATO

CICLO KREBS

CADENA TRANSPORTADORAELECTRONES

Fig. 8-7b, p.129

Reacciones de

preparación

CicloKrebs

NAD+

NADH

=CoAacetil-CoA

oxalacetato citrato

CoA

H2O

malato isocitrato

H2O

H2O

FAD

FADH2

fumarato

succinato

ADP + grupo fosfatoATP

succinil-CoA

O O

CoANAD+

NADH

O ONAD+

NADH

a-ketoglutarato

Figure 8-6Page 129

Ciclo de Krebs

Productos

Coenzima A 2 CO2

3 NADH FADH2

ATP

Reactivos

Acetil-CoA 3 NAD+

FAD ADP y Pi

Resultados segunda etapa

Todas las moléculas de carbono del piruvato terminan en dióxido carbono

Las coenzimas se reducen (ganan electrones e hidrógenos)

Se forma una molécula de ATP Se regenera el oxalacetato de cuatro

carbonos

Reducción de coenzimas en dos etapas

Glucólisis 2 NADH Reacciones

preparación 2 NADH Ciclo Krebs 2 FADH2 + 6 NADH

Total 2 FADH2 + 10 NADH

Se da en mitocondria Coenzimas entregan electrones a la

cadena transportadora Cadena transportadora de electrones

produce un gradiente de iones H+ Flujo de H+ a favor de gradiente produce

ATP

Cadena transportadoraelectrones

glucosa

GLUCÓLISIS

piruvato

CILCOKREBS

CADENA TRANSPORTADORAELECTRONES

Fig. 8-8a, p.130

Fosforilización

Fig. 8-8b, p.130

ESPACIO INTERMEMBRANA

MATRIZ MITOCONDRIAL

Cadena transportadora Electrones ATP Sintetasa

ATP

H+

H+H+

H+

H+

H+

H+H+

H+H+

H+

H+H+

H+

H+

H+

H+

H+H+

H+

H+

H+

H+

H+

NADH + H+ NAD+ + 2H+ FAD + 2H+FADH2 2H+ + 1/2 02 H2O ADP + Pi

e-e- e-

Fosforilización

glucosa

glycolysis

e–

CICLOKREBS

cadenatransportadora

electrones

2 PGAL

2 pyruvate

2 NADH

2 CO2

ATP

ATP

2 FADH2

H+

2 NADH

6 NADH

2 FADH2

2 acetil-CoA

ATP2 CicloKrebs

4 CO2

ATP

ATP

ATP

36

ADP + Pi

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

Fig. 8-9, p.131

Fosforilización

Generando gradiente H+

NADH

espacio intermembrana

matriz mitocondrial

Produccción ATP: Modelo Quimiosmótico

ATP

ADP+Pi

MATRIZ MITOCONDRIAL

Importancia Oxígeno

Cadena transportadora electrones requiere oxígeno

Oxígeno recoge electrones de la cadena y los combina con H+ para formar agua

Resumen Ganancia de Energía(por molécula glucos)

Glucólisis 2 ATP

Ciclo Krebs y reacciones preparación 2 ATP

Cadena transportadora electrones 32 ATP

Ganancia energía varía

NADH formado en citoplasma no puede entrar a mitocondria

Entrega electrones a membrana mitocondrial

Membrana transporta NAD+ o FAD hacia interior mitocondria

Electrones entregados a FAD producen menos ATP que aquellos entregados al NAD+

686 kcal de energía se liberan

7.5 kcal se conservan en cada ATP

Cuando se forman 36 ATP, 270 kcal (36 X 7.5)

se capturan en ATP

Eficiencia = 270 / 686 X 100 = 39%

Mayoría energía se pierde en calor

Eficiencia de respiración aeróbica

No usan oxígeno

Produce menos ATP

Dos tipos

Fermentación

Transporte electrónes anaeróbicos

Vías anaeróbicas

Fermentación

Empieza con glucólisis

No metaboliza glucosa a agua y dióxido de

carbono

Produce sólo 2 ATP de la glucólisis

Pasos que siguen a glucólisis sólo regeneran

NAD+

C6H12O6

ATP

ATPNADH

2 acetaldehídos

electrones, hidrógeno forma NADH

2 NAD+

2

2 ADP

2 piruvato

2

4

cosecha

inversión

glucólisis

forma etanol

2 ATP net

2 etanol

2 H2O

2 CO2

Fig. 8-10d, p.132

FermentaciónAlchólica

Fig. 8-10a, p.132

FermentaciónAlchólica

Fig. 8-10b, p.132

FermentaciónAlchólica

Fig. 8-10c, p.132

Fermentación Alchólica

C6H12O6

ATP

ATPNADH

2 lactato

electrones, hidrógeno froma NADH

2 NAD+

2

2 ADP

2 piruvato

2

4

cosecha

inversión

glucólisis

lactate fermentation

2 ATP netos

Fig. 8-11, p.133

FermentaciónLáctica

Fig. 8-12, p.133

Fermentación Láctica

Cadena Transportadora anaeróbica

Realizan algunas bacterias Cadena transportadora de elctrones se da

en la membrana plasmática bacteriana El receptor final de electrones es un

compuesto del ambiente como los nitratos. No oxígeno

Ganancia ATP es baja

p.134

ALIMENTO

carbohidratoscomplejos

azúcares simples

piruvato

acetil-CoA

glucógenoGRASAS proteínas

aminoácidos

esqueletoscarbono

acidosgrasos

glicerol

NH3

PGAL

glucosA-6-fosfato

GLUCÓLISIS

CILCO KREBS

urea

Fig. 8-13a, p.135

Formas alternas de energía

ALIMENTO

GRASAS glucógenocarbohidrátos

complejos proteínas

azúcares simples(e.g., glucosa) aminoácidos

glucosa-6-fosfato carbono

NH3

urea

ATP

(2 ATP netos)

PGAL

glucólisisATP2

glicerolacidosgrasos

NADH piruvato

acetil-CoA

NADH CO2

CicloKrebs

NADH,FADH2

CO2

ATP

ATPATP

mucho ATP

aguaH+

e– + oxígeno

e–

4

ATP2

Fig. 8-13b, p.135

cadena transportadoraelectrones

Formas alternas de

energía

Orígen vida, atmósfera con poco oxígeno

Primeros organismos vías anaeróbicas

Después, fotosíntesis aumenta oxígeno

atmosférico

Aparecen células que usan el oxígeno como

aceptor final de electrones en cadena

transportadora

Evolución Vías Metabólicas

Procesos ligados

energía solar

augua+

dióxidocarbono

FOTOSÍNTESIS

RESPIRACIÓNAERÓBICA

moléculasazúcar oxígeno