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El ciclo de Krebs y el ATP como componente
- 3. Anabolismo Parte constructiva del metabolismo Seforman moléculas complejas a partir de moléculas más sencillas. Requiere aporte de energía en forma de ATP Catabolismo Parte destructiva del metabolismo Forma moléculas sencillas a partir de moléculas más complejas. Pueden producir energía en forma de ATP Metabolismo : Conjunto de reacciones químicas que permiten a los seres vivos intercambiar materia y energía con el entorno.
- 4. METABOLISMO -Cada reacción notiene lugar de manera aislada si no que proporciona un sustraro para la siguiente. -De este modo se crean vías en las que el producto final de cada una de ellas forma un sustrato para otras, produciendo un proceso continuo -Cada vía metabólica contiene, habitualmente una reacción que es esencialmente irreversible y que limita la velocidad de funcionamiento de dicha vía. -La mayoría de las vías metabólicas tienen lugar en distintos compartimentos de las células.
- 5. Los seres vivosson sistemas abiertos: Intercambian materia y energía con el entorno. Son esencialmente máquinas químicas. Regulados por enzimas Han de construirse a sí mismos: Obtener energía y materiales Necesitan energía para •Transporte de sustancias •Movimientos •Transformar la materia para adecuarla a su estructura Unidad de energía el ATP. Donador inmediato de energía ATP --> ADP+Pi + 7.3 Kcal/mol El ATP ha de regenerarse constantemente. No vale de almacén de energía. Por ejemplo el ATP en una célula muscular activa se consume en menos de 1 segundo Los metabolitos de reserva pueden proporcionar energía otros pocos segundos Luego el ATP debe regenerarse por el metabolismo ATP total humano 100 g Consumo en reposo 40 Kg/día Carrera de 2 horas 60 Kg Ejercicio intenso 0.5 Kg/min
- 6. Fuente de Energía ATP:moneda universal de Energía en los sistemas biológicos. Grupo alimenticio Unidad metabolizada Transformación convergente Carbohidratos Glucosa ENERGÍA en ATP Grasas (Lípidos) Ácidos grasos Proteínas Aminoácidos Base nitrogenada Pentosa 3 grupos fosfato
- 7. ATP RIBOSA P P P ADENINA GRUPO FOSFATO enlacesde alta energía 8000 kcal/mol P Enlaces de alta energía 8000 kcal/mol La energía almacenada en los enlaces fosfato del ATP se liberan a través de un procesos catabólico. Proceso catabólico: Transformación de una molécula compleja en otras mas sencillas con liberación de energía.
- 8. ATP ADP RIBOSA P P P ADENINA ATP RIBOSA P PP ADENINA 8000 kcal de E° Fósforo libre ADP ADP + P + E°
- 9. Funciones del ATP •Transporte activo en las membranas celulares, para el movimiento de solutos en contra del gradiente de concentración. De toda la utilización de ATP por las células, se le atribuye a este proceso un 30% de participación.
- 10. Funciones del ATP •Síntesis de compuestos químicos (anabolismo); muchos de los procesos bioquímicos requieren energía para ejecutarse. El ATP provee la energía para la ejecución de dichas reacciones. Se atribuye a estos proceso un 70% de participación en el uso global de ATP a niveles celulares. • Trabajo mecánico, específicamente movimiento muscular, de cilios - flagelos y movimientos ameboides.
- 11. Podemos afirmar ,sin exagerar que el ATP es la substancia bioquímica más importante. En promedio un adulto genera diariamente la suficiente energía metabólica para sintetizar su propio peso en ATP.
- 12. Metabolismo Energético: Síntesisdel ATP El lugar donde se sintetiza el ATP radica en las crestas mitocondriales -El gradiente de protones se produce como resultado de la entrada de NADH (producido en las reacciones de oxido- reducción ) a la cadena transportadora de electrones . Los protones se acumulan en el espacio intermembrana hasta un gradiente de concentración tal que pueden ser utilizados para producir ATP. -Los Protones (indicados por +) entran nuevamente en la matriz mitocondrial a través de los canales que forma el complejo enzimático de la ATP sintetasa. Esta entrada se acopla a la síntesis de ATP a partir de ADP y Fosfato (Pi).
- 13. Quimiósmosis en lasmitocondrias La síntesis de ATP en las mitocondrias se conoce como quimiósmosis. Los portadores de electrones formados en la glucólisis y el ciclo de Krebs (NADH y FADH2) depositan sus electrones en el sistema de transporte de electrones de la membrana interna. A medida que pasan a través del sistema de transporte de electrones, los electrones proporcionan energía para bombear iones hidrógeno a través de la membrana interior, desde la matriz al compartimento intermembranoso.
- 14. Quimiósmosis en lasmitocondrias Este proceso de bombeo aumenta la concentración de H+ en el compartimento intermembranoso y reduce la concentración de H+ en la matriz; por consiguiente, se forma un gradiente de H+ a través de la membrana interna. La membrana interna de una mitocondria es permeable a los H+ solo en los canales acoplados con enzimas sintetizadoras de ATP. El movimiento de iones hidrógeno hacia el lado bajo de su gradiente de concentración, a través de estos poros, es el motor de la la síntesis de ATP
- 15. -Todos los gruposalimenticios (carbohidratos, lípidos y proteínas) pueden transformarse en ATP. Sin embargo los procesos que atraviesan son diferentes. Carbohidratos Lípidos Proteínas Glucosa Ac.grasos Aminoácidos Piruvato Acetoacetato Acetil CoA Todos estos procesos ocurren en el citoplasma En un primer paso, todos los grupos alimenticios se simplifican al dividirse en sus compuestos más sencillos, tal es el caso de los diversos carbohidratos que acaban simplificándose en glucosa, o las proteínas en aminoácidos.
- 16. • Posteriormente estas"unidades menores" o simplificadas sufren transformaciones para convertirse en piruvato (o ácido pirúvico) para el caso de los carbohidratos y en acetoacetato para el caso de los lípidos y las proteínas. • Al final de este proceso que ocurre en el citoplasma celular, tanto el piruvato como el acetoacetato se transforman en acetil CoA, compuesto que ingresa a las mitocondrias para participar en la síntesis de ATP. Acetil CoA Ciclo de Krebs NADH FADH Cadena Respiratoria ADP ATP Todos estos procesos ocurren en las mitocondrias
- 18. • En unsegundo paso, que ocurre en las mitocondrias, el acetil CoA es utilizado en un proceso denominado "Ciclo de Krebs" (en honor a Hans Krebs su descubridor), del cual resultan principalmente dos tipos de compuestos denominados NADH y FADH, los cuales son "vehículos biológicos de transferencia de electrones". • Es pues durante este ciclo de Krebs que se libera bastante energía en procesos de oxido-reducción, de la cual concluyen estos "transportadores de electrones". Posteriormente el NADH y FADH ingresan a un proceso denominado "cadena respiratoria" del cual ya resulta la síntesis de ATP.
- 19. Glucólisis, el metabolismode los carbohidratos. La glucólisis es la vía metabólica encargada de oxidar la glucosa y así obtener energía para la célula. Conceptualmente podemos definirla como "la conversión metabólica de los azúcares en compuestos más sencillos", para este caso en ácido pirúvico o piruvato. Es la vía inicial del catabolismo de carbohidratos, y tiene tres funciones principales: -La generación de moléculas de alta energía (ATP y NADH) como fuente de energía celular en procesos de respiración aeróbica (presencia de oxígeno) y anaeróbica (ausencia de oxígeno). -La generación de Piruvato que pasará al Ciclo de Krebs, como parte de la respiración aeróbica. -La producción de intermediarios de 6 y 3 carbonos, los que pueden ser ocupados por otros procesos celulares. Cuando hay ausencia de oxígeno, luego que la glucosa ha pasado por este proceso, el piruvato sufre de fermentación, una segunda vía de adquisición de energía que, al igual que la glucólisis, es poco eficiente. El tipo de compuesto obtenido de la fermentación suele variar con el tipo de organismo. En los animales, el piruvato fermenta a lactato y en levadura, el piruvato fermenta a etanol.
- 21. Fermentación Láctica La realizanmuy diversas células como - Bacterias. Lactobacillus . Producen la acidificación de la leche. - Células animales en anaerobiosis. Por ejemplo las musculares en ejercicio intenso. El ácido láctico va a hígado para formar nueva glucosa Fermentación Alcohólica La realizan entre otras células las levaduras del género Saccharomyces
- 22. Glucólisis, el metabolismode los carbohidratos. La glucólisis puede dividirse en tres etapas: -Activación e Isomerización. -Fraccionamiento -Recuperación de energía PRIMERA FASE: Siendo la glucosa una molécula bastante estable lo primero que se busca es desestabilizarla a través del proceso de activación durante el cual se incrementa la energía contenida en la glucosa mediante un enlace fosfato, transformándola en Fosfato-glucosa. Posteriormente se isomeriza a fosfato-fructosa, el cual es activado por otro enlace fosfato, formando la difosfato-fructosa, producto final de esta primera etapa. Glucosa ATP ADP Hexocinasa ACTIVACIÓN Fructosa-6-P Fructosa-1,6-DiP ATP ADP Fosfofructocinasa ACTIVACIÓN Glucosa-6-P Fosfoglucoisomerasa ISOMERIZACIÓN
- 23. SEGUNDA FASE: FRACCIONAMIENTO. LaDiFosfato-Fructosa es un compuesto mas inestable que la glucosa y se encuentra cargado de energía (a raíz de los enlaces fosfato), por lo cual se encuentra listo para fraccionarse. La DiFosfato-Fructosa se fracciona por acción de la enzima aldolasa quedando como producto de esta ruptura dos compuestos de 3 carbonos y un fósforo cada uno: el FosfatoGlicerAldehido o PGAL y la FosfatoDiHidroxiAcetona o PDHA. aldolasa isomerasa de triosa ISOMERIZACIÓN Fructosa 1,6 -Di-P PGAL PDHA PGAL PGAL FRACCIONAMIENTO
- 24. TERCERA FASE: RECUPERACIÓNDE ENERGÍA. Los PGAL resultantes del fraccionamiento ingresan a un nuevo ciclo en el cual son oxidados (o sea liberan electrones) a través de una reducción de NAD en NADH, absorben Fósforo y reaccionan a través de la enzima SH. De esta forma se transforman en Difosfoglicerato cuya molécula tiene un enlace fosfato energizado y otro enlace con P sin energía. El Difosfoglicerato "cargado" de energía en su enlace fosfato, libera un P transformando una molécula de ADP en ATP, transformándose en Fosfoglicerato, molécula con un solo átomo de P pero que carece de un enlace fosfato energizado. Este Fosfopiruvato libera su P energizado, para convertir una molécula de ADP en ATP a través de la enzima piruvatocinasa. El producto final de esta reacción es el Piruvato o ácido pirúvico. PGAL NAD NADH Enz SH Pi Oxidación del PGAL y cargado de un átomo de P DiFosfoglicerato 1,3 ADP ATP liberación de un enlace fosfato para formar ATP Fosfoglicerato H2O oxidación con formación de agua, para cargar el enlace de fósforo y formar un enlace fosfato Fosfopiruvato Piruvato ADP ATP piruvatocinasa liberación de un enlace fosfato para formar ATP TODO ESTE PROCESO X 2, RECUERDE LA TRANSFORMACIÓN DEL FDHA EN PGAL
- 25. RESUMEN Glucólisis Es importantehacer notar que el piruvato es el producto más importante de este proceso, los cuatro ATP´s que se forman son realmente un bajo aporte al global de la síntesis de ATP del organismo a través del metabolismo energético. Resumen de compuestos que ingresan y productos que salen del proceso Entradas: Glucosa + 2 ATP + 4 ADP + 2 Pi + 2 NAD Salidas: 2 piruvatos + 2 ADP + 4 ATP + 2 NADH + H2O