C O L I G I O LOS AROMOS

Prof: Sandra Cisternas A . Guía preparatoria de Biología. CURSO:3°Medio U n i d a d : Metabolismo celular Nombre A l u m n o (a):

Fecha: 31 de Julio-2012

E n primer término se estudiarán los procesos por los cuales las moléculas combustibles (aquellas que poseen mucha energía química potencial) son degradadas, y "de qué m o d o parte de la energía que se libera es conservada en el A T P . Estos procesos son: a) fermentación, que se realiza en condiciones anaeróbicas (en ausencia de oxígeno molecular); es el tipo más sencillo y primitivo de obtención de energía para uso celular (debe tenerse en cuenta que los primeros o r g a n i s m o s probablemente surgieron bajo u n a atmósfera carente de 0 ); 2

b) respiración aeróbica, u n mecanismo más complejo y evolucionado que el anterior, y en cuyo curso las moléculas orgánicas son degradadas en forma completa hasta dióxido de carbono y agua; en este proceso, los átomos de hidrógeno obtenidos por las oxidaciones que se llevan a cabo son aceptados, en última instancia, por oxígeno molecular ( 0 ) ; 2

c) respiración anaeróbica, u n proceso particular de algunas bacterias por el cual las moléculas orgánicas son degradadas por completo, pero los hidrógenos obtenidos

L a r e d u c c i ó n en l o ¡ sistemas b i o l ó g i c o s es, c u general, u n a h i d r o g e n a c i ó n , es d e c i r , la g a n a n c i a de u n á t o m o de h i d r ó g e n o o . l o o u e es e o u i v a l p n t f . la e»n,nri> H » ñas prot ó n m á s su electrón c o i T e s p o n d i e n t e . L a e n z i m a q u e c a t a liza U hldrogcnución debe presentar u n a coenziniH r e d u c i da (por ejemplo, N A D P r e d u c i d o , representado c o m o N A D P i i ) c a p a z de c e d e r h i d r ó g e n o s . 5

en estas oxidaciones son aceptados por iones nitrato ( N 0 " ) o sulfato (SO„ ;, en ausencia de 0 . 3

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Estos procesos de degradación se efectúan en pasos sucesivos, de manera gradual, para poder acoplar c o n mayor eficiencia esas reacciones a las de formación de A T P . Además, de este m o d o es más fácil controlar la marcha del proceso. Analizaremos c o n mayor detalle la fermentación y la respiración aeróbica. A m b a s comienzan c o n u n a serie común de reacciones q u e d e n o m i n a r e m o s glucólisis (oete término se utiliza a veces c o m o nombre genérico para la degradación de la glucosa).

GLUCOLISIS Características generales: Es u n a etapa parcial del catabolismo de la glucosa. Se realiza en el hialoplasma o matriz citoplasmática y puede llevarse a cabo en ausencia de 0 . 2

Ecuación global G L U C O S A + 2 A D P + 2 P, + 2 N A D •* -» 2 A C I D O P I R U V I C O + 2 A T P + 2 N A D H Rendimiento energético global + 2 A T P . . . partiendo directamente de glucosa libre. o bien + 3 A T P . . . partiendo de glucosa proveniente de la ruptura del glucógeno. Incluimos en este ítem ' + 2NADH. .. esta coenzima reducida contiene energía potencial que, en algunos casos, puede aprovecharse para sintetizar A T P (esto será explicado más adelante).

RESPIRACION AEROBICA Características generales: E l proceso total consta de cuatro etapas: a) glucólisis b) ciclo de Krebs, o del ácido cítrico, o de los ácidos tricarboxílicos c) cadena respiratoria o de transporte de electrones d) fosforilación oxidativa. Es el mecanismo productor de energía celular en: ""^•jrocariontes aeróbicos 3n general, todas las células eucarionte¡con adecuada disponibilidad de 0 . 2

Localización intracelular: E n procarion¿s, el proceso se realiza en la matriz citoplasmática, excepto las etapas de cadena respiratoria y fosforilación oxidativa, que están ligadas a estructuras respiratorias de la membrana plasmática. E n eucariontes, los procesos se realizan: a) glucólisis, en el hialoplasma; b) ciclo de Krebs, en la matriz de la mitocondria; c) cadena respiratoria y d) fosforilación oxidativa, en la membrana de las crestas de la mitocondria.

Ecuación global GLUCOSA + 6 0 •+ 6 C 0

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2

+ 38 A D P + 38 P¡ •*

+ 6 H O + 38 A T P 2

Rendimiento energético global: + 38 A T P . E n realidad, esta cifra sería la de máximo aprovechamiento. A u n q u e en la práctica es menor, por convención utilizaremos este dato.

Esquema bioquímico aeróbica

de la respiración

a) Glucólisis (Fig. 64); b) C i c l o de Krebs (Fig. 66): E n la respiración aeróbica, el ácido pirúvico (en lugar de reducirse c o m o ocurría en la fermentación) es oxidado en una reacción donde se "reduce simultáneamente ¡a coenzima N A D . Además se decarbo-Xila, quedando convertido en un radÍcaLde_J2 carbonos (acetilo), que se asocia a la

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coenzima A . Luego, bajo la..forma-de acefil-CoX_ e n t r a b a la mitocondria para realizar el ciclo de Krebs. E n la matriz mitocondria), una molécula de 4 carbonos (áci'do oxalacético) se une c o n el grupo acetilo que le transfiere la coenzima A , y forma u n compuesto de 6 carbonos, el ácido cítrico. El ácido cítrico inicia una serie de pasos, durante los cuales la molécula original se reordena y continúa oxidándose (en consecuencia, se reducen otras moléculas de N A D a N A D H y, en u n paso particular, F A D a F A D H ) ; además ocurren dos decarboxilaciones. C o m o resultado de esta serle de reacciones, vuelve a obtenerse la molécula inicial de 4 carbonos, el ácido oxalacético. E l proceso completo puede describirse entonces como u n ciclo, desde oxalacético a oxalacético, donde 2 átomos de carbono sé adicionan como acetilo, y 2 átomos de carbono (pero no los mismos) se pierden c o m o C 0 . Dado que, por cada molécula de glucosa inicial se habían obtenido 2 de ácido pirúvico y , por lo tanto, 2 de acetil-CoA, deben cumplirse dos recorridos del ciclo de Krebs por molécula de glucosa. E n consecuencia, los productos obtenidos 2

de este proceso son el doble de lo indicEdo en el esquema de la F i g . 66. Observando el balance parcial (Fig. 67) que corresponde al ciclo de Krebs, se c o m p r u e b a q u e e n este proceso no Se obtiene energía directamente bajo la forma de A T P (excepto en el paso en que se obtiene G T P , que es equivalente al A T P ) . E n cambio, se obtienen ciertas cantidades de coenzimas reducidas ( N A D H y F A D H ) , y es a .través de la oxidación posterior de éstas que se obtendrá la energía para sintetizar A T P . E n esto consisten los dos próximos pasos.

A C I D O PIRUVICO