Apuntes EVAU sobre el catabolismo aeróbico y anaeróbico PDF

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Este documento incluye la información sobre el catabolismo aerobio y anaerobio que debemos conocer para selectividad. Incluye cada una de sus fases y procesos en los que se divide cada uno de ellos....

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TEMA 12 CATABOLISMO AERÓBICO Y ANAERÓBICO METABOLISMO Conjunto de reacciones químicas y procesos energéticos que se producen en el interior de un ser vivos para su automantenimiento. -

Todas las reacciones metabólicas son REDOX

¿Para qué necesitamos energía? Para realizar las funciones vitales celulares.

DOS TIPOS DE METABOLISMO

1. CATABOLISMO -Hay distintos tipos, distintos procesos catabólicos. -Siempre el objetivo final es obtener energía. Vamos a realizar reacciones de degradación oxidativa. -Cómo obtenemos la energía: mediante reacciones químicas tipo REDOX (reacciones reducción oxidación) -El catabolismo se realiza mediante reacciones de degradación oxidativa de moléculas orgánicas para obtener energía necesaria para las funciones vitales de la célula. Esas funciones se dicen que son de reducción oxidativa. ●

DEGRADACIÓN OXIDATIVA. Todas las moléculas orgánicas tienen una energía y el metabolismo consiste en sacar la energía de las moléculas orgánicas. las sometemos a reacciones químicas y poco a poco las vamos degradando energéticamente. Lo que hacemos es oxidar las moléculas y nos vamos quedando con la energía que acumulan las moléculas orgánicas. ○

De moléculas orgánicas (lípidos, proteínas, glúcidos) obtenemos energía a través de la degradación oxidativa. Esa energía sirve para realizar las funciones vitales de las células.

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Cada tipo molécula orgánica tiene su ruta para obtener la energía

REACCIONES REDOX. Una molećula se oxida (libera energía) y otra, se reduce (se carga de energía). Siempre tenemos una molécula que se oxida, otra energía la va a captar: la energía no se disipa. ■

Oxidación: Se mide en pérdida de hidrógeno, pérdida de electrones.

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Reducción: ganancia de hidrógeno, ganancia de electrones.

-Clasificación. Cuando una molécula se oxida cede electrones, cede hidrógeno...el catabolismo lo vamos a clasificar en función de quién sea el último que se queda con los electrones (en algún momento para la cadena): aceptor. CATABOLISMO DE LA GLUCOSA (es el que estudiamos con detalle) ●

CATABOLISMO AEROBIO. Cuando el último aceptor de electrones es oxígeno. Estas reacciones químicas necesitan oxígeno. Fabrica energía en presencia de oxígeno. ○

Respiración celular (se fabrica mucha energía, la forma más efectiva de fabricar energía a partir de moléculas orgánicas en presencia de oxígeno)

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CATABOLISMO ANAEROBIO. cuando el último aceptor no es el oxígeno, es otra molécula orgánica. Las reacciones no necesitan oxígeno. Fabrica energía sin presencia de oxígeno. ○

Fermentaciones (en función del tipo de molécula orgánica que puede captar esos electrones): ■

Láctica. Cuando el ácido láctico se queda con los electrones

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Acética. Cuando el ácido acético se queda con los electrones

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Etílica. Cuando el ácido acético se queda con los electrones

CATABOLISMO DE LA GLUCOSA Cogemos la molécula de la glucosa y obtenemos energía. -

En los humanos: solo las células musculares de forma puntual y durante un tiempo muy reducido, pueden realizar fermentación. El resto de las células humanas, siempre hacen catabolismo anaerobio.

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Otros organismos pueden elegir cuál hacer.

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CATABOLISMO AEROBIO ○

Respiración celular. Diferenciamos en organismos eucarióticos y procarióticos para ver donde lo hacen ■

En las procarióticas: todo se hace en el citoplasma (no hay otra estructura).

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En las eucarióticas: PASOS 1. GLUCÓLISIS -Se realiza en el citosol. -Conjunto de reacciones de oxidación-reducción químicas que se producen en el citosol de la célula en las que una molécula de glucosa se va a transformar en dos moléculas de ácido pirúvico y se va a fabricar a su vez energía (2 moléculas de ATP y 2 moléculas de NADH). -ATP es energía y NADH es nucleótido que acumula poder reductor, con una pequeña transformación también es energía -Moléculas iniciales: glucosa. Necesitamos ADP y fósforo (para tener ATP. Para que haya NADH tiene que haber NAD. -Moléculas finales: 2 ácido pirúvico, 2 de ATP, 2 de NADH -Pasamos de la glucosa de 6 átomos de carbono a tener dos moléculas de 3 carbonos ácido pirúvico. En el balance global se fabrica ATP (nucleótido que almacena energía) y poder reductor. Nucleótidos no nucleicos: NADH se reduce cuando otra molécula se oxida. El NADH cuando tenemos reacciones químicas en las que se libera energía (cuando una molécula se oxida el NADH se reduce y acumula poder reductor, tiene la capacidad de oxidarse y que otra molécula se reduzca) El NADH se transforma muy fácilmente en ATP.Hemos transformado un poco la glucosa y hemos obtenido energía y ácido pirúvico. El ácido pirúvico es una molécula que aún tiene mucha energía acumulada por eso no hemos terminado.

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2. RESPIRACIÓN CELULAR Podemos seguir degradando oxidativamente el ácido pirúvico. -Lo hacemos en la mitocondria pero antes de entrar a la mitocondria hay que transformar el ácido pirúvico porque las mitocondrias no dejan pasar al ácido pirúvico. Dentro de la mitocondria, pero cada una de las fases las ubicamos en una parte de la mitocondria. Podemos considerar respiración celular todo lo que ocurre dentro de la mitocondria. 1. Oxidación del ácido pirúvico. -La realizamos en la matriz mitocondrial. -Tenemos ácido pirúvico y este ácido se va a oxidar gracias a la enzima (coenzima A), se oxida a acetil S-CoA (otra molécula orgánica). -Participa la coenzima A y otra enzima que se llama piruvato deshidrogenasa. En esta reacción química se va a desprender CO2. Se fabrica también NADH. Obtenemos 2 acetil S-CoA y 2 moléculas de NADH.

Con el NADH acumulamos poder

reductor que posteriormente transformaremos en energía. 2. Ciclo de krebs. -Conjunto

de

reacciones

cíclicos,

de

acciones

oxidación-reducción. El elemento que tengo al principio se transforma y al final tenemos que volver a tenerlo porque sino el ciclo se rompería. -Ciclo de Krebs: serie de reacciones cíclicas, cada una de ellas controlada/regulada por un enzima específica y en ese ciclo de Krebs lo que vamos a hacer es degradar completamente el acetil S-coA.

-En la matriz mitocondrial. -El acetil co-A es el que se puede transformar.

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-Entra una molécula de acetil co-A la modificamos y cuando termina de transformarse entra la otra molécula. Por cada molécula de glucosa necesitamos dos vueltas del ciclo de Krebs (tenemos dos moléculas de acetil-Coa. -Cuando hemos terminado tenemos: CO2 que es materia inorgánica, poder reductor y energía (moléculas inorgánicas, nucleótidos con poder reductor y energía). Ya no tenemos moléculas orgánicas a las que sacar energía. Hemos terminado de degradar oxidativamente la glucosa inicial, ya no hay más energía que seguir sacando. De forma que obtenemos como productos finales, por cada molécula de acetil-coA que entra: -

2 moléculas de CO2

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1 molécula de FADH (nucleótido que acumula poder reductor)

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1 molécula de GTP (igual que al ATP, se fabrica)

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3 moléculas de NADH (poder reductor, almacenan energía que hay que transformar) Como

entran

dos

moléculas

de

acetil-coA

obtendremos el doble de lo anterior GTP, NADH, FADH ——-> energía En el ciclo de krebs se regenera la molécula inicial y se desprende. -No obtenemos ninguna molécula orgánica que podamos seguir degradando. 3. Cadena respiratoria o cadena de transporte electrónico -Para transformar todos los nucleótidos con poder reductor en energía. Necesitamos obtener la energía que hemos acumulado del NADH y FADH a lo largo de las reacciones.

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-La célula utiliza ATP para moverse, el NADH y FADH hay que transformarlo en ATP. -Se produce en la membrana interna de la mitocondria, normalmente concretamente en las crestas mitocondriales Participan los complejos F que se encuentran en las crestas mitocondriales. -Cadena de transferencia de electrones y protones a través de diferentes moléculas que se van a oxidar y reducir y el último elemento de esa cadena va a ser el oxígeno (por eso estamos en una cadena aerobia). -DEFINICIÓN CADENA RESPIRATORIA: Conjunto de moléculas que van a transportar electrones y protones oxidándose y reduciéndose y el último aceptor de los electrones en esa cadena es el oxígeno. A las moléculas que solo transportan electrones se les llama complejos citocromos. A las que transportan electrones y protones: siempre tienen una propiedad NADH deshidrogenasa (quitar los hidrógenos al NADH). AL final los hidrógenos se bombean, salen de la cadena y ese transporte de electrones, el último que se queda con ellos es el oxígeno (para la cadena). En las crestas mitocondriales, dentro de ella se produce esa cadena de transporte. El oxígeno se queda con los electrones, el transporte de electrones solucionado se lo queda el oxígeno. ¿QUÉ hacemos con los hidrógenos? a la vez que vamos pasando los electrones (los hemos bombeado), los protones que tiene el NADH cuando se ha oxidado a NAD, se han bombeado al espacio intermembrana. Los electrones se van a la cadena respiratoria, el hidrógeno se

Todos esos

hidrógenos que hemos bombeado. -Fosforilar: añadir un fósforo. FOSFORILACIÓN OXIDATIVA. Gracias a ella resulta que cojo los NADH los meto en la

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cadena respiratoria y saco 32 de ATP más los dos de la glucólisis más. Los dos del ciclo de krebs: 36 de ATP por una molécula de glucosa. -Son una serie de moléculas o complejos que se dedican a transportar electrones. Cuando una sustancia se oxida (pierde electrones o pierde hidrógenos) cuando se reduce (gana electrones o gana hidrógenos). Cuando oxidamos en el primer paso la glucosa, el NADH se redujo (cogió la energía que cedió la glucosa). Cuando el ácido pirúvico se oxida, esos electrones e hidrógenos se los queda el NADH. Tenemos que oxidar el NADH y FADH para quedarnos con la energía que tienen. El que se reduce es el que se queda con la energía, los electrones y los protones. Estamos en una ruta aerobia: el último que se queda con los electrones es el oxígeno. EL oxígeno se queda con los electrones y ahí acaba la cadena de transporte electrónico. Al oxidar el NADH los electrones transforman el oxígeno e hidrógeno

los protones se bombean hacia el espacio

intermembrana ... cuando el gradiente ATP (molécula energética para realizar funciones vitales) y nucleótidos con poder reductor que hay que transformar en energía. Vamos a transformar los nucleótidos a través de la cadena respiratoria, se van transportando electrones y protones. Hay moléculas que transportan los dos y otras solo electrones. Los protones van pasando desde la matriz mitocondrial hasta el espacio intermembrana: gradiente quimiosmótico (en un sitio hay menos y en otro mas, gradiente: distintas concentraciones, quimiosmótico v¡porque vamos a hacer un proceso de osmosis para equilibrar ). Los

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protones van a ser bombeados a la matriz mitocondrial a través de las partículas F. ahí hay unas enzimas que se dedican a fabricar ATP Conforme se bombean los protones se sintetiza ATP. FOSFORILACIÓN oxidativa: la energía para unir los fósforos la saco de la energía que salgo en las oxidaciones que he hecho durante todo el tiempo. AL final de toda la respiracion celular obtenemos ato de la glucólisis, del ciclo de krebs y de la cadena respiratoria. -Degradación total de la materia orgánica /glucosa. La glucosa tiene 6 átomos de carbono y al final, hemos transformado una molécula orgánica en inorganicas (las inorgánicas no las podemos oxidar más, no se puede sacar más energía): he bajado la glucosa al nivel energético más bajo. Por eso tiene una gran rentabilidad energética , porque es una degradación total, se saca toda la energía que se puede sacar. (el Co2 ya no lo podemos oxidar).

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CATABOLISMO ANAEROBIO Algunos tipos de bacterias, en los vertebrados (en nosotros por ejemplo algunos tipos de células musculares en cortos periodos de tiempo). -La gran mayoría son bacterias. PERO NO TODAS SOLO HACEN ANAEROBIA (algunas depende de si hay oxígeno, otras solo aerobio y otras solo anaerobio). Algunas bacterias: aerobias facultativas: -

Si hay oxígeno vía aerobia (alta rentabilidad energética porque es una degradación total de la materia orgánica) Obtenemos materia inorgánica y energía (36 molećulas de ATP) SI ES UNA BACTERIA LA RESPIRACIÓN CELULAR SE HACE EN EL CITOPLASMA

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Si no hay oxígeno, vía anaerobia (baja rentabilidad energética porque es una degradación parcial de la materia orgánica. No le sacamos toda la energía)

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Obtenemos materia orgánica (de la que podríamos sacar más energía) y energía (4 o 6 moléculas de ATP). Algunas células vegetales también vía anaerobia.

RESPIRACIÓN CELULAR Transforma glucosa en energía, (la glucosa es la molécula más rentable, los demás solo los vamos a nombrar. Es la que más rendimiento y la que más facilidad oxidativa tiene) 1. Glucólisis 2. Respiración celular 2.1. Ciclo de Krebs 2.2. Cadena respiratoria

Todas las fermentaciones empiezan por una glucólisis. Se realiza en en el citosol, serie de degradaciones de degradación oxidativa en la que la glucosa la transformamos en 2 moléculas de ácido pirúvico, 2 de NADH y 2 de ATP. FERMENTACIÓN: vía anaerobia del catabolismo de la glucosa en que se produce una degradación parcial y obtenemos una molécula orgańica. ❏ FERMENTACIÓN ETÍLICA. ●

La última molécula orgánica que capta los electrones es el etanol.

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Ejemplos de organismos que la realizan: algunos tipos de bacterias, las levaduras (dentro de los hongos) y algunos tipos de células vegetales)

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Primero glucólisis, fermentación: último aceptor los electrones sería el etanol.

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Tiene una gran aplicación industrial en la fabricación de bebidas alcohólicas y en la fabricación de pan

❏ FERMENTACIÓN LÁCTICA ●

Tipo de fermentación en la que la última molécula orgánica que capta los electrones es el ácido láctico.

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La realizan: lactobacillus obtiene energía degradando la glucosa, obtienen energía con la glucólisis y cuando reducen el NADH que se fabrica el último aceptor de electrones es el ácido láctico.

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Se usan para fabricar productos lácteos: leche, queso, yogurt… gran aplicación industrial.

❏ FERMENTACIÓN ACÉTICA ●

La molécula orgánica que es el último aceptor de electrones es el ácido acético.

1.TODO LO QUE LLEVAMOS HASTA AHORA CATABOLISMO DE LA GLUCOSA 2.CATABOLISMO DE GRASAS -

Sacamos energía de los ácidos grasos para obtener acetil-coA. Los depósitos de grasas son altamente rentables pero hay que trabajar para obtener la energía. Al final lo que obtenemos lo vamos a meter en el ciclo de Krebs.

3.CATABOLISMO DE PROTEÍNAS -

Primero transformamos las proteínas, después lo metemos en el ciclo de krebs y luego en la cadena respiratoria. -

Proteínas formadas por aminoácidos, la parte del NH3 hay que eliminarla por los riñones, por la orina y ………...CONTINUARÁ

2. ANABOLISMO -Hay distintos tipos, distintos procesos anabólicos. -El objetivo es transformar sustancias simples en sustancias más complejas, transformar moléculas sencillas en moléculas más complejas.

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-EJEMPLO fotosíntesis.

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