T. 12: Catabolism aeróbico y anaeróbico. 1)Panorámica dl catab aeróbico: Catabolism comprend el metabolism d degradacio oxidativa d molec organics, cuya finalida s la obtencio d energ necesaria para q la cel realice sus funcione vitale. La célula debe disponer de una última molécula a la que pueda cederle los electrones o los hidrógenos desprendidos en las rutas de oxidación.
Según sea la naturaleza del aceptor de electrones los seres vivos pueden clasificar en aeróbicos o aerobios, si aceptor es el oxígeno molecular; o anaeróbicos o anaerobios, si es otra molécula. 1.1)Reacc Redox: Todas las transformaciones moleculares que desprenden energía en los procesos catabólicos son reacciones de oxidación. Toda oxidación requiere una reducción, por lo que estos procesos se denominan redox. Las oxidaciones van acompañadas de pérdidas de átomos de hidrógeno. Las moléculas que ceden átomos de hidrógeno se oxidan, mientras que las que los aceptan se reducen. La transferencia de electrones es un proceso catabólico se realiza en un orden preciso que viene determinado por el potencial de reducción de cada par redox, comenzando por el que tenga potencial más negativo. Cuanto mayor sea la diferencia entre el potencial de reducción del estado inicial y del estado final de la ruta catabólica, tanto mayor será la energía desprendida en el proceso. Los átomos de hidrógeno liberados en las reacciones de oxidación van acompañados de gran cantidad de energía que estaba almacenada en los enlaces de los que formaban parte. Los transportadores de hidrógeno son nucleótidos (NAD+, NADP+ o FAD) captan los átomos de hidrógeno liberados por las moléculas oxidadas y los transfieren a las moléculas aceptoras, que finalmente reducirán. 1.2)Proces catabolics en condicione aerobia: El catabolismo aerobio está formado por varias rutas metabólicas que conducen finalmente a la obtención de moléculas de ATP que podrán utilizarse en otros procesos que requieren aporte energético, como son las rutas del anabolismo. La energía que no se almacena se disipa en forma de calor. La glucosa y los ácidos grasos que entran en la célula son degradados, mediante la glucólisis y la b-oxidación respectivamente, a acetil-CoA. Las proteínas se descomponen en sus aminoácidos constituyentes, formando diferentes intermediarios. Finalmente, todos ellos entran en el ciclo de Krebs y la cadena respiratoria, produciendo CO2, H2O y ATP. 2)Glucólisis: Ocurr en el citoso, dnd a partí d una molec d glucosa (6C) se obtienen 2molec d ac piruvico(3C).
2.1)Balanc energetic: Se necesita la energía de dos moléculas de ATP para iniciar el proceso; sin embargo, una vez iniciado, se producen 2 moléculas de NADH y 4 de ATP. Por tanto, el balance total es de 2 moléculas de NADH y 2 de ATP por cada molécula de glucosa. 2.2)Etaps clav d glucolisi: a)En condiciones aerobias, el NADH extramitocondrial cede sus electrones a la cadena transportadora a través de la dihidroxiacetona fosfato, que se reduce a glicerol fosfato, el cual entra en la mitocondria, se reoxida mediante la reducción de un FAD, y sale de nuevo al citosol como dihidroxiacetona fosfato. Este proceso se denomina lanzadera de dihidroxiacetona. B)En condiciones anaerobias, el NADH extramitocondrial se oxida a NAD+, reducíéndose el ácido pirúvico. Se obtiene energía de forma anaeróbica y las reacciones
se llaman fermentaciones.
3)Respiracio célula(I). Ciclo Krebs: Mediante la respiración celular, el ácido pirúvico formado en la glucólisis se oxida completamente a CO2 y agua en presencia de oxígeno. Se desarrolla en dos etapas sucesivas: el ciclo de Krebs y la cadena respiratoria, asociada a la fosforilación oxidativa. En las células eucariotas el ciclo de Krebs tiene lugar en la matriz de la mitocondria en presencia de oxígeno. La membrana mitocondrial externa es permeable a la mayoría de las moléculas de pequeño tamaño, sin embargo la interna tiene una permeabilidad selectiva y controla el movimiento de iones hidrógeno. Ocurre en crestas mitocondriale y es indispensabl presencia oxig.
3.1)Etapa inicia. Oxidacio dl ac piruvico: Lo primero que ocurre tras la glucólisis es que el ácido pirúvico pasa desde el citoplasma a la matriz mitocondrial, atravesando las membranas. El ácido pirúvico sufre una oxidación, se libera una molécula de CO2 y se forma un grupo acetilo (CH3-CO). En esta reacción se forma una molécula de NADH. Como en la glucólisis el producto final eran dos moléculas de ácido pirúvico, lógicamente se formarán ahora dos de NADH por cada molécula de glucosa. Cada grupo acilo se une a un Coenzima A y se forma acetil-CoA. En este momento empieza el ciclo de Krebs.
)Ciclo Krebs: consist cadena cíclica d reaccione, en cada una d las cuale interviene una enzima especifica
3.3)Balanc energetic: En cada vuelta del ciclo se generan 3 moléculas de NADH, 1 de GTP y 1 de FADH2. Cada vuelta consume 1 grupo acetilo y regenera 1 ácido oxalacético. El GTP transfiere su grupo fosfato al ADP y se forma 1 ATP. Realmente en el ciclo de Krebs se obtiene poca energía en forma de moléculas fosforiladas, aunque si en forma de nucleótidos reducidos.
4)Respiracio célula(II).Cadena respiratoria: La molécula de glucosa que inició la glucólisis está completamente oxidada. Parte de la energía se ha usado en la síntesis de ATP; sin embargo, la mayor parte de la energía se encuentra en los electrones que aceptaron la NADH+H y el FADH2. Los electrones son conducidos a través de una cadena formada por aceptores. 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. 4.1)Cadena transport electronic: a)ls electrone captados x el NADH entran en la cadena cuando son transferidos al FMN que se reduce. B)El FMN cede los electr a la coenz Q. C)La coenz Q cede los electr al siguient aceptor, y vuelv a su forma oxidada. D)El proces s repit en sentido descendent. Al pasar ls electrone x la cadena respirat, van saltando a nivele energetics sucesivamnt inferiores. E)Ls electr llegan hasta el O2, que ls acepta y se combina cn 2prot para forma agua q sale d la mitoc. F)Tmbn s puede acceder lateralmnt a la cadena respiratoria. Ls electr del FADH2 entran en la cadena transportadora en un nivel energetic ligeramnt inferio a los dl NADH+; es deci, transfiere ls hidrógeno a la coenz Q.
4.2)Fosforilacio oxidativa.Proceso quimiosmotic: 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 el cual se produce ATP se explica por la teoría del acoplamiento quimiosmótico.
4.3)Acoplamient quimiosmotic: Los componentes de la cadena transportadora se encuentran ordenados en la membrana formando tres complejos enzimáticos diferenciados. Cuando los electrones van pasando de un nivel energético a otro inferior, los complejos enzimáticos emplean la energía que se libera para bombear protones desde la matriz mitocondrial al espacio intermembrana. Como la membrana interna es impermeable a los protones, el bombeo de estos consigue que se establezca un gradiente electroquímico entre la matriz y el espacio intermembrana, este es capaz de generar una fuerza protomotriz que proporciona energía aprovechable para hacer funcionar cualquier proceso que este acoplado a un canal por el que puedan circular los protones a favor de gradiente hacia la matriz. Las partículas F forman esos canales, a través d los cuale pueden fluir ls protone. Cuando el flujo d prot pasa trave d sta compleja estruct hacia matriz, se produc una rotacio en la partícula F y cataliza la sintesi dl ATP. Por cada 3prot q fluyen a través d complejo ATP-sintetas, s forma una molec d ATP. Como el flujo d prot es impulsado x el gradient, este proces tiene caract quimiosmotico.