bioquÍmica bÁsica

PROPEDÉUTICO DE ODONTOLOGÍA

BIOQUÍMICA BÁSICA

Dagmar Stojanovic de Malpica Ph D Escuela de Biología, Facultad de Ciencias, U.C.V.

2012

UNIDAD V. PANORÁMICA DEL METABOLISMO CENTRAL

PROPEDÉUTICO DE ODONTOLOGÍA, UCV

D. Stojanovic de Malpica, Ph D

CONCEPTOS BÁSICOS



Metabolismo

§  Los seres vivos son máquinas químicas §  Obtienen sus componentes y energía mediante

reacciones químicas §  Al conjunto de reacciones químicas en un ser

vivo se denomina metabolismo §  La inmensa mayoría de las reacciones químicas

se producen en el interior de la célula §  Por ello es imprescindible conocer el

metabolismo celular para comprender el metabolismo general de un individuo



Mapa metabólico en una célula

La célula tiene un intricado mapa de reacciones químicas, no obstante existen rutas comunes con un mismo destino e interconectadas con otros destinos



Catabolismo

§  Reacciones químicas conducentes a la degradac ión de nutr ientes orgán icos (carbohidratos, aminoácidos y grasas, ricos en energía libre) en productos sencillos (CO2, H20 y NH3)

§  Son exergónicas §  Parte de la energía liberada se utiliza para: Sintetizar ATP, NADH + H+, NADPH + H+ , y

FADH2

Mantener la direccionalidad de las reacciones



Anabolismo §  Reacciones químicas conducentes a la síntesis

de macromoléculas (polisacáridos, proteínas, ácidos nucleicos) a partir de moléculas precursoras sencil las (monosacáridos, aminoácidos, nucleótidos )

§  Son endergónicas §  Requieren del suministro de energía como

ATP y NADPH + H+



Nutrientes que contienen energía libre: Carbohidratos

Grasas Proteínas

Catabolismo

Productos finales carentes de

Energía: CO2 H2O NH3

Energía química

Proteínas Polisacáridos Ácidos Nucleicos Lípidos

Moléculas Precursoras:

Aminoácidos Azúcares

Bases Nitrogenadas

Anabolismo

El ATP vincula el catabolismo con el anabolismo



Enzima 1 Enzima 2 Enzima 3 Enzima 4 Enzima 5

Rutas metabólicas y metabolitos

§  Serie de reacciones químicas consecutivas que transforman unas moléculas en otras conducentes a un producto final

§  Cada reacción consecutiva es catalizada por una enzima diferente

§  El producto de la acción de una enzima es el sustrato para la acción de la siguiente enzima

§  Las rutas metabólicas pueden ser catabólicas o anabólicas §  Intermediarios metabólicos (metabolitos): los productos B, C, D

y E son metabolitos



Catabolismo convergente:

Anabolismo divergente:

Ruta cíclica

Las rutas catabólicas son convergentes Las rutas anabólicas son divergentes

Intermediario común

Ciclo del ácido cítrico (ciclo de Krebs)

PROPEDÉUTICO DE ODONTOLOGÍA, UCV D. Stojanovic de Malpica, Ph D

Metabolito anfibólico §  Pueden ser utilizados tanto para la síntesis

(anabolismo) como para la degradación (catabolismo) §  Por ejemplo, el acetato es consumido en la ruta cíclica

del ácido cítrico, y sirve como precursor en la síntesis de lípidos

§  Varios de los intermediarios del ciclo del ácido cítrico (Ciclo de Krebs) también cumplen una función dual, participan tanto en reacciones catabólicas como en reacciones anabólicas



Homeostasis y la regulación del metabolismo

§  Los organismos vivos no se encuentran en equilibrio con el ambiente

§  No obstante, se encuentran en estado estacionario, dinámico porque mantienen una concentración constante de sus componentes, a expensas del intercambio de nutrientes y energía con el ambiente, y eliminación de productos de desecho

§  Cuando el estado estacionario se perturba por algún cambio circunstancial interno o en el ambiente, el flujo de metabolitos a través de las rutas metabólicas se altera (cambio de velocidad) y dispara mecanismos regulatorios, intrínsecos a cada ruta, con el efecto neto de regresar el organismo a su estado estacionario (homeostasis)



Reacción limitada por la actividad de la enzima

Reacción limitada por el sustrato

La regulación del flujo de una ruta metabólica se establece en los pasos en el cuales las reacciones están limitadas por la actividad de la enzima (enzimas regulatorias o alostéricas P.e. la reacciones B →C; E →F, H →I, la concentración del sustrato no está en equilibrio con el producto porque la reacción es demasiado lenta (limitada por la actividad de la enzima), por lo que el sustrato se acumula (B, E, H); son mayoritariamente exergónicas e irreversibles; la única manera de aumentar la velocidad de flujo es aumentando la actividad de la enzima (regulación alostérica) que puede ser intrínseca a la ruta o estar bajo el control por hormonas

Las reacciones restantes (A→B, C→D y D→E, F→G→H) están limitadas por el sustrato; son catalizadas por enzimas no regulatorias muy activas (flechas azules) tan pronto reciben el sustrato lo conv ierten en producto; la concentración del sustrato y del producto son próximas a las que existen en el equilibrio (reversibles)

Toda ruta metabólica posee por lo menos una reacción limitante de flujo que determina el flujo de la vía y que, de a cuerdo a él, se adecúan las velocidades de las otras reacciones de la ruta

Regulación del flujo de una ruta metabólica




CATABOLISMO



RESPIRACIÓN CELULAR



La respiración celular §  Se refiere a los procesos catabólicos que

ocurren dentro de la célula, que convierten la energía química de los nutrientes orgánicos en otra forma de energía química, conocida como ATP

§  El ATP es la moneda energética requerida por la célula para realizar trabajo celular

§  Puede ocurrir en presencia de oxígeno (respirac ión aeróbica) o en ausencia (respiración anaeróbica)



Respiración aeróbica

§  La mayoría de las células procariotas, y eucariotas realizan la respiración aeróbica

§  Es una forma de respiración celular que requiere oxigeno molecular (O2)

§  Es un proceso redox exergónico en el que los nutrientes orgánicos se oxidan en presencia de O2, a CO2 y H20 y la energía liberada se utiliza para la síntesis de ATP

§  La mayoría de las células emplea la respiración celular aeróbica para obtener energía a partir de la glucosa

§  La glucosa entra a la célu la a través de transportadores específicos localizados en la membrana plasmática



Glucosa (C6H1206) + 6 O2 →6 CO2 +6H20 +Energía (38 ATP)

ΔG´o = -2840 kJ/mol = el 40% de la energía es

aprovechada por las células para sintetizar 38 ATP

§ El CO2 se produce por la eliminación de átomos de hidrógeno de la glucosa § El agua se forma cuando el oxigeno acepta los átomos de hidrógeno § Dado que la transferencia de átomos de hidrógeno es equivalente a la transferencia de electrones, se trata de una reacción redox donde la glucosa se oxida y el oxígeno se reduce

Oxidación

Reducción

Reacción global de la respiración aeróbica PROPEDÉUTICO DE ODONTOLOGÍA, UCV


En las células la oxidación de la glucosa no es una combustión simple

§  Esta reacción en la células no ocurre en un solo paso porque de ser así la energía se liberaría solo como calor, el cual no puede ser aprovechado por la célula

§  La respiración aeróbica se efectúa a través de una serie de reacciones redox consecutivas en las cuales los átomos de hidrógeno de la glucosa son transferidos al oxígeno (vía coenzimas reducidas, NADH + H+ y FADH2 ) en una serie de pasos

§  Durante estos pasos la energía se libera en pequeñas

fracciones que es utilizada para la síntesis de ATP a partir de ADP + Pi; este proceso está bajo el control de enzimas específicas



Cadena respiratoria

El catabolismo de la glucosa

Fosforilación oxidativa


¿En cuál (es) lugar (es) de la célula ocurre la respiración aeróbica

§  Procariotas: en el citoplasma y la membrana plasmática

§  Eucariotas: en el citoplasma y la mitocondria



Distintos estructuras de la mitocondria participan en la respiración aeróbica

Cresta ADN

Matriz mitocondrial Ribosomas

Membrana externa

Membrana interna mitocondrial

Espacio intermembrana



Fosforilación oxidativa Cadena respiratoria

El catabolismo de la glucosa PROPEDÉUTICO DE ODONTOLOGÍA, UCV D. Stojanovic de Malpica, Ph D

Las cuatro fases consecutivas de la respiración aeróbica

Fase Ubicación Condición I. Glucosa → Piruvato (Glicolisis)

Citoplasma

Anaeróbica

II. Piruvato→ AcetilCoA

Matriz

Mitocondrial

Anaeróbica

III. Oxidación del AcetilCoA por las enzimas del Ciclo del ácido cítrico

Matriz

Mitocondrial

Anaeróbica

IV. Transporte de electrones (NADH + H+

y FADH2) al oxígeno por la cadena respiratoria acoplado a la síntesis de ATP, a partir de ADP + Pi por la ATP sintasa (fosforilación oxidativa)

Membrana interna

mitocondrial

Aeróbica



FASE 1: LA GLICOLÍSIS



La glicólisis es una ruta catabólica que consiste de diez reacciones consecutivas

Estas reacciones se pueden dividir en dos fases: § Fase I: preparatoria o de inversión de energía (las reacciones desde la 1 al 5)

§ Fase II: ganancia de energía (las reacciones desde la 6 a la 10)



Fase 1: inversión de ATP para la escisión de la glucosa en dos aldotriosa-fosfato

Glucosa (6C)

2 ATP (3C)

(3C)

2 Gliceraldehído 3-P (G3P) + 2 ADP



1: Fosforilación

2: Isomerización

3: Fosforilación

4: Clivaje aldol

5: Isomerización

Reacciones de la Fase I de la glicólisis: inversión de ATP y clivaje de la glucosa

6C

3C 3C


Fase II. Ganancia de energía Conversión del G3P en piruvato

2 G3P 2 Piruvato 4 ATP 2 NADH + 2H+

4 ADP +4Pi

2 NAD+



Reacciones de la Fase II de la glicólisis

2 X

6

7

8

9

10

Reacción 6: oxidación- deshidrogenación del G3P Reacción 7: fosforilación a nivel de l sustrato Reacción 8: isomerización Reacción 9:deshidratación

Reacción 10: fosforilación a nivel del sustrato


Reacción 6: oxidación-deshidrogenación del G3P

El grupo aldehído es deshidrogenado a un grupo carboxilo que contiene en enlace anhidrido a un grupo fosfato (acil-fosfato)

El 1,3 bifosfoglicerato, es un compuesto fosfato de alta energía (∆G´o hidrólisis del grupo acil fosfato = - 49 kJoules/mol)



Fosforilación a nivel sustrato (reacción 7)

§  La formación de ATP por transferencia de un grupo fosforil al ADP a partir de un sustrato, el 1,3 bifosfoglicerato se conoce como fosforilación a nivel del sustrato

§  Fosforilación es sinónimo de síntesis de ATP a partir de ADP +Pi; es endergónica ( ∆G´o = +30 kJoules/mol)

§  Las fosforilaciones a nivel del sustrato requieren de enzimas solubles y de intermediarios químicos (metabolitos) (En este caso el 1,3BPG)

(1,3 BPG)


Fosforilación a nivel sustrato (reacción 10)

§  En este paso ocurre la segunda reacción de fosforilación a nivel del sustrato

§  La energía para sintetizar el ATP proviene de la hidrólisis del grupo fosfato unido al C2 del fosfoenolpiruvato (∆G´o = - 62 kJoules/mol), un compuesto fosfato de alta energía



Sumatoria de las reacciones de la glicólisis Paso de la reacción ΔG´o

kJ/mol Fase I: 1. Glucosa + ATP → Glucosa-6-fosfato +ADP -16.7 2. Glucosa-6-fosfato ↔ Fructosa-6-fosfato 1,7 3. Fructosa-6-fosfato + ATP → Fructosa-1,6- bifosfato + ADP -14,2 4. Fructosa-1,6- bifosfato ↔ dihidroxiacetona-fosfato + gliceraldehído-3- fosfato

23,8

5. Dihidroxiacetona-fosfato ↔ gliceraldehído-3-fosfato 7,5

(I)   Glc + 2 ATP → 2 gliceraldehído-fosfato + 2 ADP + 2,1 Fase II: 6. (2) Gliceraldehído-3-fosfato + (2) NAD++ (2) Pi ↔ (2 ) 1,3-bifosfoglicerato + ( 2) NADH + (2) H+

12,6

7. (2) 1,3-bifosfoglicerato + (2) ADP ↔ (2) 3-bifosfoglicerato + (2)ATP -37,6 8. (2) 3-bifosfoglicerato ↔ (2) 2-fosfoglicerato 8,8 9. ( 2) 2-fosfoglicerato ↔ (2) fosfoenolpiruvato + (2) H20 15 10. (2) Fosfoenolpiruvato + (2) ADP → (2) piruvato + (2)ATP -62,8

( II) 2 gliceraldehído-fosfato + 4 ADP + 2Pi + 2 NAD+ → 2 piruvato + 4 ATP + 2NADH + 2H+

-64

Reacción global (III): (I )+ (II) ∑ΔG´o = -62 Glc + 2 NAD++ 2 ADP + 2Pi → 2 piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H20


La reacción global de la glicólisis Fase I. Inversión de energía o fase preparatoria

C6H1206 + 2 ATP → 2 G3P + 2 ADP Fase II. Rendimiento energético: 2 G3P + 4 ADP + 2 Pi + 2NAD+ → 2 Piruvato + 4 ATP + + 2 NADH + 2H+ + 2H20

Reacción global ( I + II): C6H1206 + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ → 2 Piruvato + 2 ATP + + 2 NADH + 2 H+ + 2 H20



El piruvato (C3H3O3)

§  En la glicolisis se producen dos moléculas de piruvato:

Glucosa (C6H12O6) 2 piruvato (C6H6O6) §  La conversión de glucosa a piruvato libera ~5% de la

energía química potencial de la molécula de glucosa; parte de la energía de la oxidación se conserva como 2ATP y 2 NADH+2H+; el resto de la energía original está presente en los 2 piruvatos


DESTINO DEL PIRUVATO



DEPENDE DE LA RUTA UTILIZADA PARA REOXIDAR EL

NADH



¿Por qué se debe reoxidar el NADH a NAD+? §  Para que la glicolisis se pueda repetir es necesario reoxidar el

NADH citosólico a NAD+

§  El citoplasma tienen cantidades limitadas de NAD+

§  Existen dos formas de reoxidar el NADH citosólico: Respiración anaeróbica Respiración aeróbica §  La respiración aeróbica requiere de una membrana plasmatica

(bacterias) o de una mitocondria (eucariotas) y de la presencia de oxígeno

§  La membrana interna mitocondrial es impermeable al NADH citosólico, por lo que es reoxidado a nivel de la membrana interna mitocondrial (sistema de lanzaderas)

§  La matriz mitocondrial también tiene una cantidad limitada de NAD+



Glucosa

2 Piruvato + 2 NADH + H+

2 Acetil-CoA

6C02 +6H20 + 36 o 38 ATP

2 NAD+ + 2 Etanol + CO2 2 Lactato + 2 NAD+

Glicólisis

Respiración anaeróbica Respiración anaeróbica

6 O2

Respiración aeróbica

Fermentación láctica Contracción muscular vigorosa; glóbulos rojos; otras células; algunos microorganismos

Fermentación alcohólica Levadura

En muchas bacterias, plantas y animales

NAD+

NAD+ ←NADH FAD ←FADH2

Reutilización del NAD+ Reutilización del NAD+

2 ATP



FASE II. OXIDACIÓN DEL PRIUVATO A ACETIL-COA



OXIDACIÓN DEL PIRUVATO



El piruvato es transportado hacia la mitocondria, y liberado dentro de la matriz mitocondrial



Oxidación del piruvato

Reacción global: 2 Piruvato + 2NAD++2CoASH →2Acetil-CoA + 2NADH + 2 H+ + 2 CO2 2 Piruvato (C6H6O6) 2 Acetil-CoA (C2H3O x 2 = C4H6O2)

Descarboxilación oxidativa 3C 2C



FASE III. OXIDACIÓN DEL ACETIL-COA POR LAS ENZIMAS EL CICLO

DEL ÁCIDO CÍTRICO



§  Se efectúa la oxidación de los dos acetil-CoA §  En cada vuelta del ciclo se oxida un acetil-CoA y se

liberan 2 CO2

§  En dos vueltas se oxidan los dos Acetil-CoA, por lo se liberan 4 C02, en este punto se ha oxidado totalmente la glucosa

§  La energía de la oxidación se conserva como: Por Acetil-CoA: 2 Acetil-CoA: 3 NADH+ 3H+ x 2 = 6 NADH + 6 H+

1 FADH2 x 2 = 2 FADH2 1 ATP x 2 = 2ATP §  Se regenera el oxalacetato, el iniciador del ciclo

Resumen del ciclo de Krebs PROPEDÉUTICO DE ODONTOLOGÍA, UCV


Resumen del ciclo del ácido cítrico

Oxalacetato



El ciclo del ácido cítrico

§  También se conoce como ciclo de Krebs o ciclo de los

ácidos tricarboxílicos (TCA) §  Ocurre en ausencia de oxígeno §  Consta de ocho reacciones consecutivas §  Cada reacción es catalizada por una enzima

específica §  Todas las enzimas -excepto una- se encuentran en

la matriz mitocondrial: La succinato deshidrogenasa es una proteína

parcialmente embebida en la membrana interna mitocondrial, su sitio activo (lado catalítico) se encuentra expuesto hacia la matriz mitocondrial



Reacciones del ciclo del ácido cítrico PROPEDÉUTICO DE ODONTOLOGÍA, UCV D. Stojanovic de Malpica, Ph D

La primera reacción del ciclo del ácido cítrico

2C 4C 6C



Fases de la respiración aeróbica

Productos

I. Glicólisis 2 Piruvato 2 NADH + 2 H+ 2 ATP citosol

II. Oxidación del piruvato (dos por glucosa)

2 Acetil-CoA 2 NADH + 2H+

2 CO2 matriz mitocondrial

III. Oxidación del Acetil-CoA en el ciclo del ácido cítrico (dos por glucosa)

4CO2 6 NADH + 6 H+ 2 FADH2 2 ATP matriz mitocondrial

Conservación de la energía en la respiración aeróbica

Las coenzimas (10 NADH + H+ y 2 FADH2) contienen la mayor parte de la energía libre que tenía la molécula de

glucosa



¿CUÁL ES EL DESTINO DE LAS COENZIMAS NADH Y FADH2 ?



Los NADH Y FADH2, deben ser oxidados de nuevo

Para ello, tienen que ceder sus electrones a otras moléculas



Fosforilación oxidativa Cadena respiratoria

El catabolismo de la glucosa PROPEDÉUTICO DE ODONTOLOGÍA, UCV


§  Las coenzimas reducidas donan sus electrones a la cadena respiratoria en la membrana interna mitocondrial, la cual transporta los electrones hasta el oxígeno que se reduce a agua

§  La transferencia de electrones esta acoplada a la síntesis de ATP (fosforilación oxidativa)

Fase IV. Transporte de electrones y fosforilación oxidativa



La cadena respiratoria §  También se conoce como cadena transportadora de electrones

(CTE)

§  Consiste de un conjunto transportadores de electrones situados en la membrana interna de la mitocondria en células eucariotas; en bacterias aeróbicas se localiza en la membrana plasmática

§  Una unidad de respiración mitocondrial consiste de una CTE y una ATP sintasa, la enzima responsable de la síntesis del ATP

§  La función de la unidad de respiración es sintetizar ATP a expensas de la transferencia de energía aportada por las coenzimas reducidas

§  La CTE está formada por cuatro complejos enzimáticos (I, II, III y IV), el citocromo c y la ubiquinona o coenzima Q



Complejos enzimáticas I, II, III y IV §  Las proteínas de los complejos I, III, y IV son proteínas

integrales de la MIM §  Las proteínas del complejo II están parcialmente embebidas

del lado interno de la membrana MIM §  Subunidades proteínicas específicas de los complejos

enzimáticos contienen los grupos prostéticos (uno o más) responsables de las reacciones redox en los complejos enzimáticos, tales como: FAD, centros de Fe-S, el FMN, el ión cobre

§  En caso de varios grupos prostéticos en un mismo complejo enzimático la transferencia de electrones se efectúa secuencialmente; posteriormente son transferidos al próximo componente de la cadena respiratoria



NADH+H+ NAD+


Matriz mitocondrial

FADH2+H+ FAD 2H+ + 2e-

+1/2O2 →H20

La cadena transportadora de electrones o cadena respiratoria en la membrana interna mitocondrial

Q y Cit c son los componentes móviles de la cadena respiratoria



NADH+H+ NAD+


Matriz mitocondrial


+1/2O2 →H20

Q y Cit c son los componentes móviles de la cadena respiratoria

FMN → Fe-S Fe-S

Cit b→ FeS → cit c1 aa

aa3

Cu2A

Cu2+B

Transferencia de electrones mediante reacciones redox en los grupos prostéticos de los componentes de la cadena

respiratoria



Reacciones redox en el complejo I PROPEDÉUTICO DE ODONTOLOGÍA, UCV


La ubiquinona o coenzima Q

§  Es una benzoquinona

§  Es un lípido soluble con una larga cadena isoprenoide

§  Cataliza reacciones redox

del tipo: AH2 + Q → A + QH2 §  Es una molécula pequeña que

se mueve con relativa facilidad en la MIM de un componente a otro



Secuencia de la transferencia de electrones en la cadena respiratoria

Complejo I

Complejo II

Complejo III

Complejo IV

NADH deshidrogenasa: acepta un par de protones y dos electrones del NADH + H+ y los transfiere a la coenzima Q

Succinato deshidrogenasa (ciclo del ácido cítrico): acepta un par de protones y dos electrones del FADH2 y los transfiere a la Coenzima Q

Oxidoreductasa (citocromo b-C1): cataliza el paso secuencial de electrones procedentes de QH2 (ubiquinol) al citocromo b, citocromo c1 y luego al citrocromo C

Citocromo oxidasa: formado por los citocromos a y a3; recogen un par de electrones del citocromo C y los ceden a un átomo de oxígeno que junto con dos H+

de la Matriz forma agua



NADH+H+ NAD+


Matriz mitocondrial


+1/2O2 →H20

FMN → Fe-S Fe-S

Cit b→ FeS → cit c1 aa

aa3

Cu2A

Cu2+B

Transporte de electrones en la CTE



Los citocromos §  La mayoría son proteínas integrales de la membrana interna

mitocondrial §  Contienen un grupo hemo que consiste de un anillo de

porfirina que contiene un átomo de Fe2+ central coordinado a cuatro átomos de nitrógeno

§  El átomo de hierro participa en reacciones de oxido reducción del tipo F2+ → Fe3+

§  Existen varios tipos de citocromos según la clase de grupo hemo que presenten (b, c, c1, , a , a3)

§  Los grupos hemos varían en estructura y tipo de grupos químicos unidos al anillo de porfirina, están unidos fuertemente a la proteína (grupos prostéticos)

§  El citocromo c es una proteína globular que se encuentra en el lado externo de la membrana interna mitocondrial; contiene el grupo hemo c unido covalentemente a la proteína; es la única proteína móvil de la cadena respiratoria



Estructura del grupo hemo de los citocromos



Flujo de electrones en la cadena respiratoria

§  La transferencia de electrones en la cadena respiratoria requiere que todos componentes de la cadena transportadora de electrones se encuentren en estado oxidado

§  Las coenzimas transportadoras de electrones NAD+ y FAD deben estar en estado reducido, como: NADH + H+ y FADH2, respectivamente

§  El orden de transferencia de electrones esta determinado por el potencial de oxido de reducción

(Eo) de todos los componentes de la cadena respiratoria que participan en la reacción redox



Flujo de electrones en la CTE



¿Porqué el NADH y el FADH2, no ceden "directamente" sus electrones al oxígeno y utilizan tantos "intermediarios" ? § Porque la reducción directa del oxígeno a agua puede ser explosiva § La CTE permite que la energía aportada por el NADH se libere gradualmente, de forma controlada, que se aprovecha para sintetizar ATP



Inhibidores de la cadena respiratoria



La FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

(QUIMIÓSMOSIS)



La Fosforilación oxidativa (FO) se

refiere a la síntesis de ATP acoplada al transporte de electrones en la CTE



La hipotésis quimiosmótica de Mitchell §  Peter Denis Mitchell (1920-1992), Bioquímico Inglés fue

galardonado con el Premio Nobel de Química en el año 1978

§  Peter Mitchell propuso la "hipótesis quimiosmótica" en 1961

§  La teoría sugiere que la mayor parte de la energía necesaria para sintetizar ATP en la respiración celular, proviene de un gradiente electroquímico existente entre la membrana interna y el espacio intermembrana de la mitocondria

§  El gradiente electroquímico se forma por la transferencia de los electrones desde el NADH y el (FADH2) al oxígeno molecular en la cadena respiratoria



Modelo quimiosmótico de Mitchel: mecanismo de la FO

ATPsintasa

4 H+ 4 H+ 2H+


La ATP sintasa: Matriz Mitocondrial

Membrana interna mitocondrial



Número de moléculas de ATP sintetizadas a partir del NADH + H+ y el FADH2 por la ATP

sintasa El retorno de cuatro (4) H+ desde el espacio intermembrana hacia la matriz mitocondrial, a través de Fo de la ATP sintasa permite la síntesis de un ATP:

4H+ + ADP + Pi → ATP

NADH + H+ = 3 ATP (10 H+ bombeados por la CTE) FADH 2 = 2 ATP (6 H+ bombeados por la CTE)



Etapa respiración celular

Productos

Cantidad total de ATP

producidos

Glicólisis 2 NADH + H+ 2 ATP citosol

4 ó 6* 2

Oxidación del piruvato (dos por glucosa)

2 NADH + 2H+

matriz mitocondrial 6

Ciclo del ácido cítrico (dos Acetil-CoA por glucosa)

6 NADH + 6 H+ 2 FADH2 2 ATP matriz mitocondrial

18 4 2

Rendimiento total por molécula de glucosa oxidada 36-38 ATP

Rendimiento energético de la respiración celular

*Depende del tipo de lanzadera del NADH citosólico a la MIM Eficiencia: el 40% de la energía libre de la oxidación de la glucosa se conserva en los 36-38 ATP sintetizados



Resumen de la respiración aeróbica PROPEDÉUTICO DE ODONTOLOGÍA, UCV


La cadena respiratoria

Animación: http://dl.dropbox.com/u/46910322/METABOLISMO/CADENA_transp.swf



METABOLISMO CENTRAL



Proteínas Polisacáridos Lípidos Catabolismo de Combustibles orgánicos

Aminoácidos Glucosa Glicerol Ácidos Grasos

Digestión

Piruvato

Acetil CoA

Ciclo de

Krebs

Productos comunes de degradación

NH3 H2O CO2

Productos finales del catabolismo

Síntesis de ATP ATP

O2

Moneda Energética

∑NADH +2H+

∑FADH2



Rendimiento de la oxidación de combustibles orgánicos ricos en energía libre

Tipo de nutriente orgánico ∆G´o

ATP

Glucosa + 6 O2 → 6CO2 + 6 H20

-2840

36-38

Palmítico + 23 O2 → 16CO2 + 16 H20

-9770

110

(Alanina): Piruvato + 3 O2 → 3 CO2 + 3H20 -1400? 15



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