Metabolismo parte II Respiración aerobia de la glucosa Catabolismo de lípidos

Metabolismo parte II

Respiración aerobia de la glucosaCatabolismo de lípidos

• La respiración es el proceso catabólico en el que se oxida totalmente la glucosa.

• El aceptor final de electrones es una molécula inorgánica, que en el caso de la respiración aerobia es el oxígeno.

• La respiración aerobia consta de varias etapas sucesivas:– Glucolisis: – Descarboxilación oxidativa del piruvato– Ciclo de krebs– Cadena de transporte electrónico.

Respiración aerobia de la glucosa

• Compartimento: matriz mitocondrial.• El ácido pirúvico procedente de la glucolisis pasa del citosol

hacia la matriz mitocondrial.• Se produce una descarboxilación oxidativa:– Pierde una molécula de CO2– Se oxida formando ácido acético

• El ácido acético es transferido a una molécula de coenzima A, formando acetil Co A.

• Estas reacciones están catalizadas por el complejo enzimático piruvato deshidrogenasa.

• Los electrones liberados son recogidos por el NAD+, que se reduce a NADH

Descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico

• Es una serie de reacciones que forman una ruta metabólica cíclica.

• Este ciclo es la ruta final de la oxidación del piruvato, ácidos grasos y cadenas de carbono de los aminoácidos.

• 2 átomos de carbono del acetil CoA se oxidan totalmente formando 2 moléculas de CO2

• Se lleva a cabo en la matriz mitocondrial .

• Cada reacción es catalizada por una enzima específica.

Ciclo de Krebs

Reacciones del ciclo de krebs1. Unión del acetil-S-CoA (2C) con el ácido oxalacético (4C) para formar el ácido

cítrico (6C). CITRATO SINTASA.2. El ácido cítrico se isomeriza a ácido isocítrico. ACONITASA3. El ácido isocítrico se descarboxila y se oxida perdiendo hidrógenos, con lo que

se forma el ácido α-cetoglutárico (5 C). ISOCIRATO DESHIDROGENASA4. El ácido α-cetoglutárico se descarboxila y deshidrogena, formándose succinil-

CoA (4 C) y necesitándose para la reacción la ayuda del CoA. α-CETOGLUTARATO DESHIDROGENSA

1. El succinil-CoA pierde el CoA y se transforma en ácido succínico, liberándose una energía que es suficiente para fosforilar una molécula de GDP y formar una de GTP. SUCCINATO TIOQUINASA

2. El ácido succínico se oxida a ácido fumárico. SUCCINATO DESHIROGENASA3. El ácido fumárico se hidrata y se transforma en ácido málico. FUMARASA4. El ácido málico se oxida y se transforma en ácido oxalacético, con lo que se

cierra el ciclo. MALATO DESHIDROGENASA

7

Como en el ciclo de Krebs penetra un compuesto de dos C (el acetil-S-CoA) y se producen dos descarboxilaciones (pasos 3 y 4), la molécula queda totalmente degradada.

Además, como en la glucólisis se forman dos moléculas de ácido pirúvico, para la degradación total de una molécula de glucosa son necesarias dos vueltas del ciclo de Krebs.

Los GTP se transforman posteriormente en ATP.

Balance energético del ciclo de Krebs

3 NADH 1 FADH2

1 GTP

3 NADH 1 FADH2

1 GTPAcetil CoAAcetil CoA

Como se obtienen 2 piruvatos por cada molécula de glucosa:

Acido PirúvicoAcido Pirúvico

6 NADH 2 FADH2

2 GTP

6 NADH 2 FADH2

2 GTP 2 Acetil CoA 2 Acetil CoA2 Acidos Pirúvicos2 Acidos Pirúvicos

• Es un conjunto de complejos proteicos situados en la membrana mitocondrial interna.

• Realizan el transporte de electrones desde los coenzimas reducidos (NADH, FADH2) hasta el oxígeno (respiración aerobia, el aceptor final de electrones es el O2, que se reduce formando H2O)

• En la cadena los electrones fluyen a favor de potencial de oxidorreducción.

Cadena de transporte de electrones. Cadena respiratoria

• Complejo I: NADH Deshidrogenasa• Coenzima Q.• Complejo II: Succinato deshidrogenasa• Complejo III: Citocromo b-c1• Complejo IV: citocromo oxidasa

Complejos proteicos de la cadena respiratoria

Complejos proteicos de la cadena respiratoria

La energía que se libera cuando pasan los electrones se utiliza para bombear protones desde la matriz mitocondrial al espacio intermembrana.

• Complejo I: NADH deshidrogenasa. Acepta los electrones del NADH y los pasa al coenzima Q

• El coenzima Q recibe los electrones de el complejo I y del complejo II.

• Complejo II, recibe los electrones del FADH2 y los cede al coenzima Q

• El coenzima Q pasa los electrones al complejo III, después al citocromo c y al complejo IV.

• Desde el complejo IV pasan los electrones al O2, que junto con los H+ de la matriz se forma H2O.

Los coenzimas reducidos se van a oxidar en la última etapa de la respiración, la cadena respiratoria.

Pasan por una cadena en la que se reducen y se oxidan diferentes moléculas, a medida que se van traspasando unas a otras los protones y los electrones procedentes del NADH y del FADH2.

FADH2FADH2

Cada transportador tiene un potencial de reducción (tendencia a dar electrones) inferior al anterior (y por tanto se oxida al ceder los e-) y superior al siguiente (se reduce al aceptar los e-).

Como la energía liberada durante la oxidación es mayor que la consumida para la reducción, en cada paso hay un sobrante de energía que se invierte en la síntesis de ATP.

.

• Según esta teoría, la energía liberada se invierte en provocar un bombeo de protones (H+) desde la matriz mitocondrial al espacio intermembrana.

• Se crea un gradiente electroquímico.

• Cuando los protones (H+) en exceso en el espacio intermembranoso vuelven a la matriz mitocondrial, lo hacen atravesando las partículas F o complejos enzimáticos ATP-sintasa, suministrándoles la energía necesaria para la síntesis de ATP.

• A partir de un NADH+H+ que ingresa en la cadena respiratoria se obtienen 3ATP.

• A partir de un FADH2 sólo se obtienen 2ATP, ya que el FADH2 se incorpora a la cadena respiratoria en el complejo coenzima Q reductasa.

• Al final de la cadena respiratoria aeróbica los hidrógenos se unen al oxígeno y forman agua.

Fosforilación oxidativa. Hipótesis quimiosmótica de Mitchell.

Partículas F

• Forman canales por donde pasan los protones

• Están formados por:

1. Complejo enzimático F1

2. Zona de anclaje Fo

• Por cada 3 protones que pasan se forma una molécula de ATP

Rendimiento energético del catabolismo por respiración de la glucosa:

•En la glucólisis por cada molécula de glucosa que es degradada se forman 2 moléculas de ácido pirúvico, 2 NADH y 2 ATP. •En el sistema piruvato-deshidrogenasa y en el ciclo de Krebs se producen 1 GTP (equivalente a 1 ATP), 4 NADH y 1 FADH2. Si las dos moléculas de ácido pirúvico obtenidas en la glucólisis inician el ciclo de Krebs, todos los productos de éste hay que multiplicarlos por dos: 2 GTP (equivalente a 2 ATP), 8 NADH y 2 FADH2. •Las coenzimas reducidas ingresan en la cadena respiratoria y se forma ATP.

GLUCOLISIS

Descarboxilación oxidativa

Ciclo de krebs

GLUCOSAGLUCOSA2 PIRUVATO

2 NADH2 ATP

2 PIRUVATO2 NADH2 ATP

2 PIRUVATO2 PIRUVATO 2 ACETIL CoA2 NADH

2 ACETIL CoA2 NADH

2 acetil Co A2 acetil Co A6 NADH2 GTP

2 FADH2

6 NADH2 GTP

2 FADH2

GLUCOSAGLUCOSA

GLUCOLISIS8 ATP

Descarboxilación oxidativa 6 ATP

Ciclo de krebs 24 ATP

38 ATP38 ATP

Rendimiento energético del catabolismo por respiración de la glucosa:

Proceso Citoplasma Matriz mitocondrial Transporte electrónico

Total

Glucolisis 2 ATP2 NADH 2x (3 ATP)

2 ATP 6 ATP

Respiración Ac. Piruvico a Ac. CoA

2 X (1NADH) 2 x (3ATP) 6 ATP

Ciclo de Krebs

2 X (1 GTP)2 X(3 NADH)2 X(1 FADH2)

6 x (3ATP)2 x (2ATP)

2 ATP 18 ATP4 ATP

Balance energético global (por molécula de glucosa) 38 ATP

• Muchos organismos dependen de otros nutrientes, además de la glucosa.

• Los seres humanos y otros animales obtienen más energía mediante la oxidación de los ácidos grasos provenientes de los triglicéridos que de la oxidación de la glucosa.

• En algunos casos también los aminoácidos de las proteínas pueden ser utilizados como combustible.

• Estos nutrientes se transforman en alguno de los intermediarios que intervienen en la glucólisis o en el ciclo del ácido cítrico.

CATABOLISMO DE OTROS NUTRIENTES

• Una de las funciones de los lípidos es energética (triacilglicéridos).

• Los acilglicéridos actúan como reserva energética (tanto en animales como en vegetales).

• En animales los triacilglicéridos se acumulan en el tejido adiposo.

• Los triacilglicéridos son hidrolizados en el citosol por enzimas llamadas lipasas, que separan los ácidos grasos de la glicerina.

Catabolismo de los lípidos

LipasasLipasas

• El glicerol (glicerina) es fosforilado y luego oxidado a gliceraldehído 3-fosfato, que se incorpora a la glucolisis.

• Los ácidos grasos deben pasar desde el citosol a la matriz mitocondrial (que es donde se produce la -oxidación.

• El acido graso ha de pasar a la matriz mitocondrial.

• Para atravesar las membranas mitocondriales se unen a una proteína transportadora específica llamada carnitina.

• La carnitina vuelve al citoplasma para reutilizarse.

Transporte de los ácidos grasos del citosol a la matriz mitocondrial

• El ácido graso se une al coenzima A, formando acil graso CoA.

• Esta reacción consume 2 ATP

Activación de los ácidos grasos

• Tiene lugar en la matriz mitocondrial. • El Acil graso CoA empieza el proceso de -oxidación

-oxidación de los ácidos grasos

Los ácidos grasos son convertidos en unidades de acetil Co A en un proceso que se denomina -oxidación porque el carbono destinado a ser oxidado es el carbono (el carbono siguiente al , que es el vecino al grupo ácido).

CH3-CH2-(CH2)n-CH2-CH2-COOH

El proceso, en cuatro pasos da como resultado un acil CoA con 2 carbonos menos, un acetil CoA que se incorpora al ciclo de Krebs, 1 molécula de FADH2 y 1 molécula de NADH (estas dos últimas pasan a la cadena de transporte electrónico).

El Acil CoA comienza un nuevo ciclo y así continúa hasta la total degradación del ácido graso. En general los ácidos grasos de los triglicéridos tienen número par de átomos de carbono, por lo que el número de moléculas de coenzima A producidas es igual a la mitad del número de átomos de carbono del ácido graso sometido a -oxidación.

• La oxidación es un ciclo de reacciones en las que la cadena carbonada de los ácidos grasos experimenta una serie de reacciones sucesivas en las que se van escindiendo unidades de 2 carbonos (acetil CoA).

• Este acetil CoA se dirige al ciclo de krebs para oxidarse totalmente.

• Cada vuelta de la -oxidación produce un acil graso CoA (con 2 átomos de carbono menos), 1 FADH2 y 1NADH (que van a la cadena de transporte)

1. deshidrogenación: es una oxidación por deshidrogenación de los átomos de carbono y del acil graso CoA, formando un doble enlace y dando lugar a enoil CoA. Se reduce el FAD, dando FADH2.

2. hidratación: entra una molécula de H2O, produciendo saturación del doble enlace, formando un grupo hidroxilo (OH). Se forma hidroxiacil CoA

3. oxidación: la deshidrogenación del carbono produce -cetoacil-CoA. Se reduce el NAD+ produciendo NADH.

4. Tiolisis: entra una molécula de Coenzima A y produce la ruptura del enlace entre el carbono y del -cetoacil-CoA.se libera 1 molécula de acetil CoA (entra en el ciclo de krebs) y se produce 1 molécula de acil graso Co A con dos carbonos menos que vuelve a dar otra vuelta en la -oxidación

Etapas de la -oxidaciónEtapas de la -oxidación

Rendimiento de la oxidación de ácido palmítico (16C)

Activación del acido

graso

Ciclo de Krebs Cadena respiratoria

- 2 ATP -2 ATP

8 Acetil Co A 8* ( 3 NADH + 1 FADH2 + 1 GTP) = (12 ATP) * 8

96 ATP

7 NADH 3 ATP * 7 21 ATP

7 FADH2 2 ATP * 7 14 ATP

TOTAL 129 ATP