CATABOLISMO
El catabolismo es el conjunto de reacciones metabólicas de degradación de moléculas complejas a sencillas para producir energía y poder reductor.
Reacciones de degradación
Se transforman las moléculas orgánicas complejas en otras más sencillas
Reacciones exotérmicas
Liberan energía que es utilizada para sintetizar ATP a partir de ADP + Pi
Reacciones de oxidación
Las moléculas orgánicas se oxidan perdiendo e – y H+ que se usan para reducir coenzimas como el NAD + y FAD.
Reacciones convergentes
A partir de una gran cantidad de compuestos iniciales, se originan unos pocos productos finales.
ANABOLISMO
El anabolismo es el conjunto de reacciones químicas mediante las cuales se originan moléculas complejas a partir de moléculas simples usando energía y poder reductor procedente del catabolismo.
Reacciones de síntesis
A partir de moléculas sencillas, se originan moléculas más complejas.
Reacciones endotérmicas
Necesitan energía que procede de la hidrólisis del ATP a ADP + Pi.
Reacciones de reducción
Distintas moléculas se reducen a partir de e- y H+ cedidos por coenzimas como el NADPH.
Rutas divergentes
A partir de unos cuantos compuestos iniciales se forman una gran variedad de productos finales.
COENZIMAS
Los/as coenzimas son cofactores orgánicos que intervienen en determinadas reacciones enzimáticas transfiriendo grupos químicos.
Las más importantes son:
- ATP: transfiere grupos fosfato
- NAD+/NADH: nicotín-adenín-dinucleótido
- NADP+/NADPH: nicotín-adenín-dinucleótido-fosfato
- FMN/FMNH2: flavínmononucleótido
- FAD/FADH2: flavín-adenín-dinucleótido
ATP
Nucleótido importante que es capaz de almacenar energía en sus enlaces éster fosfórico. Estos enlaces liberan la energía cuando se hidrolizan.
El ATP actúa como intermediario energético (o moneda energética) en los seres vivos:
- Las reacciones exotérmicas biológicas van ligadas a la formación de ATP (CATABÓLICAS).
- El ATP puede ser transportado a cualquier parte de la célula donde se requiera energía como: anabolismo, contracción muscular, división celular…(ANABÓLICAS)
En ocasiones se usan otras monedas energéticas como GTP
La síntesis de ATP se puede realizar por dos vías:
A) Fosforilación a nivel de sustrato:
Se produce en la glucólisis y el ciclo de Krebs
B) Fosforilación acoplada al transporte de electrones:
Fosforilación oxidativa, en las mitocondrias.
Fotofosforilación, en los cloroplastos.
CATABOLISMO
RESPIRACIÓN
Respiración celular o aerobia:
- Proceso aerobio.
- El aceptor de electrones es el O2.
- En eucariotas y procariotas.
Respiración anaerobia:
- Proceso anaerobio.
- El aceptor de electrones es un compuesto inorgánico diferente al oxigeno (NO- ; sulfatos; azufre…).
- Es un proceso raro. Sólo se produce en algunas procariotas
FERMENTACIÓN
Los organismos aeróbicos son aquellos que utilizan el oxígeno como aceptor final de electrones en la respiración celular.
Los organismos anaeróbicos son aquellos que no utilizan el oxígeno como aceptor final de electrones durante el catabolismo, sino un compuesto orgánico (fermentación) o un compuesto inorgánico diferente al oxígeno (respiración anaeróbica).
Degradación
Productos finales
Síntesis de ATP
Último aceptor
Seres vivos que la realizan
RESPIRACIÓN
Total
Compuestos inorgánicos
Fosforilación a nivel de sustrato y asociada a una c.t.e.
El O2 en la respiración aerobia.
Eucariotas y Procariotas
Un compuesto inorgánico diferente al O2 en la respiración anaerobia.
Procariotas
LA GLUCOSA: EL PRINCIPAL COMBUSTIBLE
En heterótrofos:
- De la digestión de los polisacáridos de los alimentos.
- Gluconeogénesis: por transformación a partir de otras moléculas orgánicas no glucídicas (como el ácido láctico).
En autótrofos:
- La sintetizan (fotosíntesis o quimiosíntesis).
CATABOLISMO RESPIRATORIO DE LA GLUCOSA
1ª fase: glucólisis, tiene lugar en el citoplasma.
2ª fase: respiración celular, en la mitocondria. Comprende 3 fases:
- 1ªfase: descarboxilación oxidativa del piruvato a acetil-CoA
- 2ªfase: ciclo de Krebs
- 3ª fase: transporte de electrones y fosforilación oxidativa
GLUCÓLISIS
Glucólisis: Conjunto de reacciones metabólicas mediante las cuales una molécula de glucosa (6 C) se convierte en dos moléculas de ácido pirúvico (3 C) y se obtiene ATP y poder reductor (NADH).
Tiene lugar en el citoplasma celular. No requiere la presencia de oxígeno (anaerobio).
Durante el proceso se produce: o ATP por fosforilación a nivel de sustrato. o Poder reductor (NADH + H+).
Su eficacia energética es baja, solo 2 ATP por cada molécula de glucosa.
1glucosa+2NAD++2Pi+2ADP → 2piruvato+2NADH+2H++2ATP
Balance de la glucólisis:
Por cada molécula de glucosa se obtienen:
- 2moléculas de ácido pirúvico.
- 2moléculas de ATP.
- 2moléculas de NADH
Como el NAD+ se encuentra en concentraciones limitadas en la célula, la glucólisis se interrumpiría muy pronto por falta de NAD+, a menos que pueda reoxidarse el NADH.
La oxidación del NADH se hace por dos caminos:
En la respiración celular o mitocondrial.
En la fermentación.
RESPIRACIÓN CELULAR O MITOCONDRIAL
Materia orgánica + O2 →CO2 + H2O + energía
Obtención del acetil-coenzima A, a partir de:
- Acido pirúvico que procede de la glucólisis, de la glicerina que se incorpora al ciclo respiratorio y de la degradación de ciertos aminoácidos. El acetil-CoA se obtiene por descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico.
- Ácidos grasos, procedentes del catabolismo de las grasas, que se transforman en acetil-CoA en la propia matriz mitocondrial, a través de la β-oxidación.
Oxidación completa del acetil- CoA en la matriz mitocondrial, por medio del ciclo de Krebs.
Transporte de los electrones desprendidos en las oxidaciones anteriores y recogidos por coenzimas, hasta el oxígeno, proceso que se realiza en las crestas mitocondriales. La energía perdida por los electrones es recuperada, en parte, en la fosforilación oxidativa de las moléculas de ADP, que pasan a ATP.
DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA DEL PIRÚVICO
El piruvato de la glucólisis entra en la matriz mitocondrial donde sufre una descarboxilación, liberando una molécula de CO2, a la vez que es oxidado por NAD+ que se reduce a NADH+ H+.
Como resultado se forma un grupo acetilo que se une a una coenzima A formando un acetil-CoA.
CICLO DE KREBS
Vía catabólica central en todos los organismos aerobios que oxida grupos acetilo hasta convertirlos en CO2 produciendo ATP, NADH y FADH2.
Balance energético del ciclo de Krebs:
TRANSPORTE DE ELECTRONES Y FOSFOLIRACIÓN OXIDATIVA
Los electrones de alta energía de las moléculas de NADH y FADH2 son transportados por una cadena de transporte electrónico hasta el O2, que los acepta y se combina con dos protones para formar agua.
La c.t.e. se localiza en la membrana interna mitocondrial y está formada por: 4 grandes complejos proteicos I, II, III y IV
Según la hipótesis quimiosmótica:
- La energía liberada por los electrones en su viaje desde los NADH o FADH2 hasta el O2 se utiliza para bombear H+ desde la matriz al espacio intermembranoso.
- Los protones se acumulan en el espacio intermembranoso creando un gradiente electroquímico de H+.
- El retorno de H+ a la matriz sólo puede hacerse a través de la ATP-sintetasa que usa la energía acumulada en dicho gradiente para formar ATP a partir de ADP + Pi.
En la fosforilación oxidativa, cada par de electrones que son cedidos desde el NADH hasta la molécula de O2 proporcionan energía para formar 3 ATP. Cuando los electrones proceden del FADH2, se obtienen 2 moléculas de ATP.
Rendimiento energético del catabolismo aerobio de la glucosa Proceso Coenzimas reducidas Moléculas de ATP
Glucólisis 2NADH 6
Descarboxilación piruvato 2NADH 6
Ciclo de Krebs 6NADH 2FADH2 2GTP (equivalentes a 2ATP) 18 4