BIOLOGÍA GENERALIng.MSC. Sigfredo Ramos Cortez

UNIDAD 2: ENERGÍA Y METABOLISMO

TEMA: LA FUENTE DE ENERGÍA PARA LAS CELULAS

SUBTEMAS:• La glucosa• El trifosfato de adenosina (ATP)

OBJETIVOS DE LA CLASE:• Comprender la importancia de la glucosa como fuente

principal de energía de los seres vivos y familiarizarse con su estructura molecular.

• Conocer la importancia del ATP como un compuesto para el almacenamiento de energía utilizable por las células

LA GLUCOSA• La fuente principal de energía para los

seres vivientes es la glucosa, un azúcar de seis carbonos.(C6H12O6 )

• La energía química se almacena en la glucosa y en otras moléculas orgánicas que pueden convertirse en glucosa.

• Las células usan esta energía para hacer trabajos como halar (las células mus culares), trasmitir impulsos (las células nerviosas), trasportar nutrientes (las células de la raíz vegetal) y sintetizar proteínas y otros compuestos necesarios para la célula.

EL TRIFOSFATO DE ADENOSINA• Cuando las células

degradan la glucosa, se libera energía que se libera en una serie de pasos controlados por enzimas. La mayor parte de la energía que se libera se almacena en otro compuesto químico: el trifosfato de adenosina o ATP.

EL TRIFOSFATO DE ADENOSINA• La adenosina tiene dos

partes: adenina (una base que aparece también en el ADN y el ARN) y ribosa (un azúcar de cinco carbonos que también aparece en el ARN).

• Tres grupos fosfato Cada uno de los cuales posee un átomo de fósforo unido a cuatro átomos de oxígeno. Algunos de los átomos de oxígeno están unidos al hidrógeno.

EL TRIFOSFATO DE ADENOSINA

• Las líneas onduladas entre los grupos fosfato. Estas líneas onduladas representan enlaces de alta energía. La energía almacenada en los compuestos está almacenada en los enlaces.

• Cuando una enzima separa el grupo fosfato terminal de una molécula de ATP, se libera una gran cantidad de energía que la célula utiliza. La molécula que queda cuando un ATP pierde un grupo fosfato es el difosfato de adenosina o ADP.

EL TRIFOSFATO DE ADENOSINA

• Una célula necesita continuamente energía, razón por la cual debe producir continuamente ATP, a partir de ADP, y el fosfato los cuales están en la célula.

• La energía que se necesita para formar ATP de estos materiales proviene del alimento, generalmente de la glucosa.

• El ATP que se forma es una fuente de energía más útil que lo era el alimento.

• El ATP se degrada y libera energía mucho más fácilmente que el alimento. Por lo tanto, el ATP es un portador valioso de energía química que la célula puede usar con facilidad.

BIOLOGÍA GENERALIng. Sigfredo Ramos Cortez

UNIDAD 2: ENERGÍA Y METABOLISMOTEMA: LA FUENTE DE ENERGÍA PARA LAS CELULAS SUBTEMAS:• La respiración celular (Glucólisis, Fermentación,

Respiración anaeróbica)OBJETIVOS DE LA CLASE:

• Analizar el proceso de la respiración celular que se lleva a cabo a través de la glucólisis, fermentación y respiración anaeróbica, enfatizando en sus materias primas, productos y lugar de la célula donde se realizan.

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RESPIRACIÓN (concepto general)

• Es el proceso fisiológico por el cual los organismos vivos toman oxígeno del medio circundante y desprenden dióxido de carbono.

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RESPIRACIÓN CELULAR• El término respiración se utiliza

también para el proceso de liberación de energía por parte de las células, procedente de la combustión de moléculas como los hidratos de carbono y las grasas.

• El dióxido de carbono y el agua son los productos que rinde este proceso.

RESPIRACIÓN CELULAR• Es el conjunto de reacciones bioquímicas

que ocurre en la mayoría de las células, en las que el ácido pirúvico producido por la glucólisis se desdobla a dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O) y se producen 36 moléculas de ATP.

Su fórmula general es:

C6H12O6 + 6O2 6H2O + 6CO2

y se liberan 36 moléculas de ATP

RESPIRACIÓN CELULAR• En las células eucariotas la respiraciónse realiza en las mitocondrias y ocurreen tres etapas que son estas:A. Glucólisis B. ciclo de Krebs C. Cadena de transporte de electrones• El objetivo final de la respiración celular esproducir la energía que la célula necesita pararealizar trabajo mecánico, químico y detransporte.

RESPIRACIÓN CELULAR• La respiración celular es una parte del

metabolismo, concretamente del catabolismo, en la cual la energía contenida en distintas biomoléculas, como los glúcidos o hidratos de carbono, es liberada de manera controlada.

• Durante la respiración una parte de la energía libre desprendida en estas reacciones exotérmicas, es incorporada a la molécula de ATP, que puede ser a continuación utilizado en los procesos endotérmicos, como son los de mantenimiento y desarrollo del organismo (anabolismo).

RESPIRACIÓN CELULAR

GLUCOLISIS (EL CICLO DEL

CITOSOL)

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LA GLUCOLISIS (el ciclo del citosol)• El citosol, también llamado hialoplasma, es el medio

acuoso del citoplasma en el que se encuentran inmersos los orgánulos celulares.

• La glucolisis tiene lugar en el citoplasma celular. • Se produce en la mayoría de las células vivas, tanto

en procariotas como en las eucariotas. • Consiste en una serie de diez reacciones, cada

una catalizada por una enzima determinada, que permite transformar una molécula de glucosa en dos moléculas de un compuesto de tres carbonos, el ácido pirúvico.(ganancia neta 2 ATP)

LA GLUCOLISIS (el ciclo del citosol)• EN LA PRIMERA FASE se

necesita energía, que es suministrada por dos moléculas de ATP, que servirán para fosforilar la glucosa y la fructosa.

• Al final de esta fase se obtienen, en la práctica dos moléculas de PGAL (fosfogliceraldehido), ya que la molécula de DHAP (dihidroxiacetona-fosfato), se transforma en PGAL.

LA GLUCOLISIS (el ciclo del citosol)• EN LA SEGUNDA FASE, que

afecta a las dos moléculas de PGAL (fosfogliceraldehido),, se forman cuatro moléculas de ATP y dos moléculas de NADH (NADH es la forma reducida del NAD+ o dinucleótido de nicotinamida adenina) .

• Se produce una ganancia neta de dos moléculas de ATP.

• Al final del proceso la molécula de glucosa queda transformada en dos moléculas de ácido pirúvico, es en estas moléculas donde se encuentra en estos momentos la mayor parte de la energía contenida en la glucosa.

RESPIRACIÓN CELULAR

El CICLO DE KREBS

RESPIRACIÓN CELULAR: INGRESO AL CICLO DE KREBS• El ácido pirúvico sale del

citoplasma, donde se produce mediante glucólisis y atraviesa las membranas externa e interna de las mitocondrias.

• El ácido pirúvico resultante de la glucólisis se oxida y forma el ácido acético que se combina con la coenzima A para formar el acetil coenzima A.

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RESPIRACIÓN CELULAR: EL CICLO DE KREBSSon una serie de reacciones que se

realizan en las mitocondrias y durante este ciclo se liberan 2 moléculas de CO2 por cada molécula de ácido pirúvico.

El ciclo ocurre de la siguiente manera:• La molécula de dos carbonos, ácido

acético, que se originó por el desdoblamiento de una molécula de ácido pirúvico, entra en una serie de reacciones químicas conocidas como el ciclo de Krebs

• El ácido acético ( C2) se combina con el ácido oxalacético ( C4) para dar origen al ácido cítrico (C6 ).

• El ácido cítrico (C6 ) pierde un CO2 y se origina el ácido cetoglutárico (C5 ).

• El ácido cetoglutárico (C5 ) pierde un CO2 y se transforma en ácido oxalacético (C4 ) que se combina nuevamente con el ácido acético para iniciar el ciclo.

BALANCE PARCIAL DE LA RESPIRACIÓN

PROCESO SUSTRATO PRODUCTOS

GLUCÓLISIS Glucosa

2 ácido pirúvico2 ATP (trifosfato de adenosina)2 NADH (dinucleótido de nicotinamida adenina reducido)

ENTRADA AL CICLO DE

KREBS2 ácido pirúvico

2 Acetil CoA2 CO2

2 NADH

CICLO DE KREBS

2 Acetil CoA

4 CO2

2 GTP (equivalentes a 2 ATP) (guanosín trifosfato) 6 NADH2 FADH2 (Flavín adenín dinucleótido reducido)

TOTAL (Glucosa)

6 CO22 ATP2 GTP

10 NADH2 FADH2

SourceNumber ATP Produced

Glycolysis 2 ATP

Transport of NADH into Matrix. -2 ATP

Krebs Cycle (ATP & GTP) 2 ATP

Electron Transport (NADH & FADH2)

34 ATP

   

NET TOTAL 36 ATP

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RESPIRACIÓN CELULAR: LA CADENA TRANSPORTADORA DE ELECTRONES (produce 32 moléculas de ATP)

• Durante el proceso de transferencia de carbonos que ocurre en el ciclo de Krebs no se obtuvo energía, es sólo a través de la transferencia del hidrógeno que la energía se libera en la respiración.

• Durante el ciclo de Krebs los hidrógenos y los electrones son transferidos al oxígeno desde ciertos productos del ácido cítrico.

• Cuando se está dando la transferencia de electrones, se efectúa la máxima liberación de energía y se captura en forma de ATP.

• Los electrones de los átomos de hidrógeno son transferidos por unas enzimas, conocida como cadena respiratoria.

• En el transcurso de la respiración se obtiene la energía de la glucosa, obteniéndose 36 moléculas de ATP.

RESPIRACIÓN CELULAR: LA CADENA TRANSPORTADORA DE ELECTRONES

• En esta representación de la cadena respiratoria, las moléculas que se indican: flavina mononucleótido (FMN), coenzima Q (CoQ) y los citocromos b, c, a y a3, son los principales transportadores de electrones de la cadena.

RESPIRACIÓN CELULAR: LA CADENA TRANSPORTADORA DE ELECTRONES

• Los electrones transportados por la NADH (dinucleótido de nicotinamida adenina reducido) entran en la cadena cuando son transferidos a la FMN (flavina mononucleótido), que entonces se reduce (azul). Casi instantáneamente, el FMN cede los electrones al CoQ.

• El FMN vuelve así a su forma oxidada (naranja), listo para recibir otro par de electrones, y la CoQ se reduce.

• CoQ entonces pasa los electrones al siguiente aceptor, y vuelve a su forma oxidada.

RESPIRACIÓN CELULAR: LA CADENA TRANSPORTADORA DE ELECTRONES

• El proceso se repite en sentido descendente. Los electrones, al pasar por la cadena respiratoria, van saltando a niveles energéticos sucesivamente inferiores.

• Los electrones que son transportados por el

FADH2 (Flavín adenín dinucleótido reducido) se encuentran en un nivel energético ligeramente inferior que los del NADH (dinucleótido de nicotinamida adenina reducido)

• . En consecuencia, entran en la cadena de transporte más abajo, a la altura de la CoQ.

• Los electrones finalmente son aceptados por el oxígeno, que se combina con protones (iones hidrógeno) en solución, y forman agua.

RESPIRACIÓN CELULAR: LA CADENA TRANSPORTADORA DE ELECTRONES

• Los electrones producidos en glucólisis y en el ciclo de Krebs pasan a niveles mas bajos de energía y se libera energía para formar ATP.

• El ultimo aceptador de electrones de la cadena es el oxigeno.

• En la cadena se producen 34 moléculas de ATP a partir de una molécula inicial de glucosa.

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RESPIRACIÓN CELULAR• La respiración celular se

divide en pasos y sigue distintas rutas en presencia o ausencia de oxigeno:– Respiración aeróbica- en

presencia de oxigeno.– Respiración anaeróbica-

en ausencia de oxigeno.

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RESPIRACIÓN ANAERÓBICA (FERMENTACIÓN)

• El ácido pirúvico puede tomar por una de varias vías:

Dos son anaeróbicas (sin oxígeno) y se denomina FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA y FERMENTACIÓN LÁCTICA.

La formación de alcohol a partir del azúcar se llama fermentación.

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RESPIRACIÓN ANAERÓBICA (FERMENTACIÓN).

• En este proceso se degrada la glucosa en ausencia del oxígeno, sus productos finales son el bióxido de carbono (CO2), alcoholes o ácidos lácticos, se libera poca energía metabólica y es realizada en bacterias , levaduras y células musculares.

RESPIRACIÓN ANAERÓBICA (FERMENTACIÓN). EJEMPLOS

• Por ejemplo, las células de las levaduras pueden crecer con oxígeno o sin él.

• Al extraer jugos azucarados de las uvas y al almacenarlos en forma anaerobia, las células de las levaduras convierten el jugo de la fruta en vino al convertir la glucosa en etanol. Cuando el azúcar se agota las levaduras dejan de fermentar y en este punto la concentración de alcohol está entre un 12 y un 17 % según sea la variedad de la uva y la época en que fue cosechada.

RESPIRACIÓN ANAERÓBICA (FERMENTACIÓN). EJEMPLOS

• Otras células, como por ejemplo los glóbulos rojos, las células musculares y algunos microorganismos transforman el ácido Pirúvico en ácido láctico.

• En el caso de las células musculares, la fermentación láctica, se produce como resultado de ejercicios extenuantes durante los cuales el aporte de oxígeno no alcanza a cubrir las necesidades del metabolismo celular. La acumulación del ácido láctico en estas células produce la sensación de cansancio muscular que muchas veces acompaña a esos ejercicios.

Fermentación alcohólica• El ácido pirúvico formado

en la glucólisis se convierte anaeróbicamente en etanol. En el primer caso se libera dióxido de carbono, y en el segundo se oxida el NADH (dinucleótido de nicotinamida adenina reducido) y se reduce a acetaldehído.

Fermentación alcohólica• Este tipo de fermentación

ocurre en levaduras y algunas bacterias.

• Produce CO2 y alcohol etílico, ambos son usados en la producción del pan y de la cerveza.

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Fermentación láctica• En esta reacción el NADH

se oxida y el ácido pirúvico se reduce transformándose en ácido láctico.

• Ocurre en algunas bacterias y gracias a este proceso obtenemos productos como el yogurt, queso, etc.

• Sucede también cuando hay deficiencia de oxigeno en le músculo humano.

CONCLUSIONES

• La fermentación sea ésta alcohólica o láctica ocurre en el citoplasma.

• La finalidad de la fermentación es regenerar el NAD+ permitiendo que la glucólisis continúe y produzca una provisión pequeña pero vital de ATP para el organismo.

• La respiración aeróbica se cumple en dos etapas: el ciclo de Krebs y el transporte de electrones y la fosforilación oxidativa (estos dos últimos procesos transcurren acopladamente).

• En las células eucariotas la respiración aeróbica tienen lugar dentro de las mitocondrias; en las procariotas se llevan acabo en estructuras respiratorias de la membrana plasmática.

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ORGANELO RESPONSABLE DE LA RESPIRACIÓN: MITOCONDRIAS

Atributos generales: • Están presentes en todas las células eucarióticas. • Tamaño: de 2.0 - 10.0 micras de longitud y de 0.5 - 1.0

micra de grosor. • Envuelta por una doble membrana. • La membrana interna está muy plegada. • Encargadas del proceso de respiración aeróbica celular.• Síntesis de ATP.• Hay numerosas por célula (varios cientos): de 200 a

3000.

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