Catabolismo: Degradación oxidativa de moléculas orgánicas, para obtener energía que utilizará la célula para realizar sus funciones vitales. - La célula debe disponer de una molécula final, a la cual cederá los Electrones o Hidrógenos desprendidos en las rutas de oxidación. - Según el aceptor que tenga esta molécula, podrá ser aeróbico (con O2 de aceptor) o anaeróbico (con otro aceptor).

Reacciones redox: Transformaciones moleculares que desprenden energía en un proceso catabólico. - Transfieren electrones e hidrógenos de un compuesto a otro. - Todo proceso de oxidación requiere un proceso de reducción, por lo que estas reacciones se denominan reacciones de oxidación-reducción (redox). - El catabolismo aerobio está

formado por rutas metabólicas, con el fin de obtener ATP, para otros procesos que requieran energía.

- La energía no almacenada se disipa en forma de calor.

Glucólisis: Rotura de la molécula de Glucosa, para dar ácido pirúvico y ATP. - Se da en el citoplasma de la célula, y no necesita oxígeno. - Se divide en 9 etapas:

• E.1: Fosforilación de la Glucosa: [-1 ATP]. • E.2: Transformación del anillo de Glucosa en un anillo de Fructosa. • E.3: Fosforilación de la Fructosa: [-1 ATP]. • E.4: División de la molécula de Fructosa en dos triosas. • E.5: Oxidación (con NAD+) y fosforilación (con Pi) de las triosas: [+2 NADH]. • E.6: Desfosforilación de las moléculas: [+2 ATP]. • E.7: Reorganización de las moléculas. • E.8: Reorganización de las moléculas, liberando dos moléculas de agua. • E.9: Desfosforilación de las moléc., produciendo dos de ácido pirúvico [+2 ATP].

- Balance energético:

Glucosa + 2 ADP + 2P + 2 NAD → Acido pirúvico + 2 ATP + 2 NADH + 2H + 2 H2O

Glucólisis

BALANCE PARCIAL : - 2 ATP

ENERGÍA CONSUMIDA ENERGÍA PRODUCIDA

BALANCE PARCIAL : 4 ATP + 2 NADH

BALANCE TOTAL : 2 ATP y 2 NADH

- En la respiración celular, el ácido pirúvico formado en la glucólisis, se oxida en presencia de O2, a CO2 y H2O. - Este proceso de respiración se da en el Ciclo de Krebs y la Cadena respiratoria.

- En células eucariotas, el Ciclo de Krebs se realiza en la matriz mitocondrial, en presencia de oxígeno. En este proceso se obtiene mucha energía. - Si este proceso no está en presencia de oxígeno, se dará en el citoplasma proceso de fermentación. En este proceso se obtiene poca energía.

- La Cadena respiratoria se realiza en las crestas mitocondriales, en presencia de oxígeno.

Oxidación del ácido pirúvico: El ácido pirúvico formado en la glucólisis pasa a la matriz mitocondrial. - Una vez allí, sufre un proceso de oxidación, liberándose una molécula de CO2, y convirtiéndose en un grupo acetilo. - Además, una molécula de NAD+ se reduce para dar NADH. - Por cada molécula de glucosa de la glucólisis, se forman dos moléculas de ácido pirúvico, y dos moléculas de NADH. - Cada grupo acetilo formado, se une a un compuesto llamado coenzima A, formando el acetil-CoA, que se utilizará en el Ciclo de Krebs.

Ciclo de Krebs: - En cada vuelta del Ciclo de Krebs se producen tres moléculas de NADH, una molécula de GTP, y otra molécula de FADH2. - En cada vuelta del Ciclo de Krebs se consume un ácido acetilo, y se genera, que se utilizará para hacer otra vez el proceso. - Se necesitan dos vueltas del Ciclo de Krebs para oxidar por completo una molécula de glucosa, debido a que por cada molécula de glucosa sintetizada en la glucólisis se generan 2 de ácido pirúvico.

Ciclo de Krebs

Ácido cítrico

Ácido isocítrico

Ácido -cetoglutáricoSuccinil-CoA

Ácido succínico

Ácido fumárico

Ácido málico

Glucosa

Ácidos grasos

Ácido oxalacéticoH2O

Coenzima A

Coenzima A

FAD

FADH2

NADHNAD +

NADH

NAD +

Coenzima AAcetil-CoA

NAD + NADH

GDP

GTP

ATP

ADP

CO2

CO2

Cadena respiratoria: Etapa constituida por la Cadena transportadora de e-. - En esta etapa, la molécula de glucosa de la glucólisis está totalmente oxidada. - Su energía se ha utilizado para generar energía (ATP), pero aun mucha de la energía se encuentran en los electrones de FAD y NAD+.

- Durante el transporte de electrones, estos son conducidos por una cadena de aceptores de distinto potencial de reducción. - Cada uno de estos aceptores capta electrones del anterior aceptor. - Cada aceptor tiene un nivel de energía (Voltios) menor al anterior. - Cada vez que los electrones saltan a un nivel energético menor, se libera energía que será utilizada para fabricar ATP desde ADP y Pi en un proceso denominado fosforilación oxidativa. - Cada dos electrones que pasan por la cadena desde el NADH hasta el O2, se forman tres moléculas de ATP. - Cada dos electrones que pasan por la cadena desde el FADH2 hasta el O2, se forman dos moléculas de ATP.

Cadena de transporte electrónico

2e-

a3

a3

Cit c

H2O

Cit c

Cit c

Cit c

Cit b

Cit b

Voltios

- 0,4

0

+ 0,4

+ 0,8

FAD

FADH2

NADH

2e- + 2H+

2e- + 2H+

2e- + 2H+

2e-

2e-

2e-

2e-

CoQ

CoQ

FMN

FMN

2H+

2e-

2H+ + 1/2 O2

NAD + + H+

Fosforilación oxidativa

CoQ

FAH2

NADH

NAD + FAD

H+

H+

H+

2 H+ + 1/2 O2

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

ATPADP

H2O

2e-

2e-

_ __

_

F1

F0

Sistema I Sistema IISistema III

Matriz mitocondrial

Espacio intermembrana

Matriz mitocondrial

Espacio intermembrana

Cit c

Esquema general de la respiración celular

Cadena respiratoria

Acído pirúvico CITOSOL

MATRÍZ MITOCONDRIAL

CRESTAS MITOCONDRIALES

Membranas externa e interna

Balance energético total de la respiración celular:

• Glucólisis: 2 ATP - Cadena respiratoria: 2 NADH → 2 FADH2 (cedido) → 4 ATP - TOTAL: 2 ATP + 4 ATP = 6 ATP.

• Oxidación del ácido pirúvico: - Cadena respiratoria: 2 NADH → 6 ATP - TOTAL: 6 ATP

• Ciclo de Krebs: 2 GTP = 2 ATP - Cadena respiratoria: 6 NADH → 18 ATP 2 FADH2 → 4 ATP - TOTAL: 2 ATP + 18 ATP + 4 ATP = 24 ATP

ENERGÍA TOTAL: 6 ATP + 6 ATP + 24 ATP = 36 ATP

- Cada molécula de NADH que pasa por la Cadena respiratoria, genera tres moléculas de ATP. - Cada molécula de FADH2 que pasa por la Cadena respiratoria, genera dos moléculas de ATP.

Balance energético global

ATP32

Ciclode

Krebs

NADH2

NADH2

Acetil-CoA

Acetil-CoA

GlucosaGlucosa

Ácido pirúvicoÁcido

pirúvico

FADH22

NADH6

Cadena respiratoria

Cadena respiratoria

ATP2

ATP2

GlucólisisGlucólisis

- Cuando el catabolismo se desarrolla anaeróbicamente, es decir, cuando el ultimo aceptor de los Hidrógenos o los Electrones es una molécula orgánica distinta al oxigeno, la glucosa se degradara mediante fermentaciones.

- En un organismo pluricelular se pueden dar rutas aeróbicas y anaeróbicas, según las condiciones de oxígeno de la célula. Por ejemplo:

• En las células vegetales, en condiciones anaeróbicas, se oxida el NADH extramitocondrial formado en la glucolisis formando alcohol etílico. • En la fibra muscular estriada de los vertebrados, en condiciones anaerobias, forman ácido láctico para regenerar el NAD+. La mayor parte de rutas fermentativas son causadas gracias a diferentes microorganismos.

Fermentación etílica: Tipo de fermentación de la glucosa, dada por células vegetales, hongos y bacterias, cuyo producto final es el etanol, utilizado para fabricar bebidas alcohólicas. - En este proceso se oxidará el NADH extramitocondrial formado en la glucolisis, formando alcohol etílico. - Además, entre otros productos conseguidos en este proceso, podemos destacar el desarrollo de dos moléculas de ATP, ácido pirúvico y CO2.

Fermentación láctica: Tipo de fermentación en la cual se originará ácido láctico a partir del ácido pirúvico formado en la glucólisis, regenerando el NAD+, que se utilizará para continuar el proceso de glucólisis. - Este tipo de fermentación está dada por bacterias heterótrofas de medios aerobios y anaerobios, que pueden producir ácido láctico (homofermentativas), o ácido láctico y otras sustancias (heterofermentativas).

Fermentación etílica

CH3 - CH2OHEtanol

CH3 - CH2OHEtanol

G3PG3P

GlucosaGlucosa Dihidroxiacetonafosfato

Dihidroxiacetonafosfato

Ácido 1,3-bifosfoglicérico

Ácido 1,3-bifosfoglicérico ATP2

NADH

CO2

CH3 - CHOAcetaldehído

CH3 - CHOAcetaldehído

NAD + CH3 - CO - COOHÁcido pirúvico

CH3 - CO - COOHÁcido pirúvico

Fermentación láctica

CH3 - CHOH - COOHÁcido láctico

CH3 - CHOH - COOHÁcido láctico

GlucosaGlucosa

Dihidroxiacetonafosfato

Dihidroxiacetonafosfato

ATP2NADHNAD +

G6PG6P G3PG3P Ácido 1,3-bifosfoglicérico

Ácido 1,3-bifosfoglicérico

CH3 - CO - COOHÁcido pirúvico

CH3 - CO - COOHÁcido pirúvicoLáctico deshidrogenasa