Tema 3 El catabolismo

1º Bachillerato. Biología y Geología

1. Nutrición celular: Metabolismo 1

2. Características

3. El metabolismo celular Es el conjunto de procesos que tienen lugar en la célula. Mediante ellos, unas moléculas se transforman en otras. El objetivo es obtener materia y energía para llevar a cabo las funciones de nutrición , relación y reproducción . Así se mantiene diferente al entorno. Si pierde la capacidad para realizar estas reacciones, se iguala al entorno, es decir: muere.

4. Materia y energía La materia se utiliza para: crecer (incluido el desarrollo embrionario). renovar las estructuras (renovar células muertas, tejidos dañados, etc.). La energía se almacena en los enlaces de la materia orgánica compleja y se usa: moverse. mantener la temperatura. realizar reacciones endotérmicas (que requieren energía).

5. Síntesis de materia más compleja No se realiza de forma espontánea , sino con gasto de energía. Son reacciones de síntesis. Estas reacciones se engloban en la parte del metabolismo llamada Anabolismo . Hay dos fases: Anabolismo autótrofo. Es el paso de materia inorgánica a materia orgánica simple Anabolismo heterótrofo. Es el paso de Materia orgánica simple a materia orgánica compleja. Reacciones metabólicas

6. Degradación de materia orgánica a materia inorgánica. Se realizan de forma espontánea . Son reacciones de degradación Desprenden energía que se almacena en los enlaces del ATP . Estas reacciones se engloban en la parte del metabolismo llamada Catabolismo . Reacciones metabólicas

7. Anabolismo ENERGÍA DISPONIBLE PARA LAS FUNCIONES CELULARES ENERGÍA DEL SOL FOTOSÍNTESIS PRODUCCIÓN DE OXIGENO Y MOS NECESIDAD DE AGUA Y CO 2 LIBERACIÓN DE AGUA Y CO 2 RESPIRACIÓN CELULAR NECESIDAD DE OXÍGENO Y MOS CIRCULACIÓN GENERAL DE LA ENERGÍA EN LOS SERES VIVOS ENTRADA DE ENERGÍA SALIDA DE ENERGÍA PÉRDIDA EN FORMA DE CALOR ANABOLISMO AUTÓTROFO CATABOLISMO ENERGÍA PARA EL ANABOLISMO HTERÓTROFO EXCRECIÓN SALIDA DE MATERIA INDIVIDUO SALIDA DE MATERIA ECOSISTEMA ANAB HETEROT

8. Diferencias entre células autótrofas y heterótrofas Las células autótrofas presentan dos secuencias de reacciones anabólicas: en primer lugar, anabolismo autótrofo : paso de materia inorgánica a materia orgánica simple (fotosíntesis o quimiosíntesis ) en segundo lugar, anabolismo heterótrofo : síntesis de moléculas orgánicas complejas a partir de moléculas orgánicas sencillas. Las células heterótrofas sólo tienen anabolismo heterótrofo . El catabolismo es idéntico en ambos tipos de células.

9. CARACTERÍSTICAS DE LAS REACCIONES METABÓLICAS

10. Características 1- Son reacciones de oxidación-reducción ( redox ) 2- Están encadenadas 3- Están compartimentadas 4- Están catalizadas por enzimas

11. 1-OXIDACIÓN REDUCCIÓN

12. Oxidación-Reducción Las moléculas se oxidan cuando pierden electrones. Los electrones se pueden perder unidos a protones en forma de H. Las moléculas se reducen cuando ganan electrones. Los pueden ganar en forma de hidrógeno unidos a protones.

13. Transportadores intermedios En las reacciones de oxidación se libera energía y electrones (a veces acompañados de H+, formando Hidrógeno) Se precisan moléculas intermedias que almacenen y lleven los electrones (o el Hidrógeno) y la energía desde las reacciones catabólicas (que los desprenden) hasta las anabólicas (donde se necesitan). Esto es así porque ambos tipos de reacciones se dan en distintos lugares de la célula y en diferentes momentos.

14. Transportadores de energía Para transportar la energía se utiliza el ATP . El ATP es un nucleótido de Adenina con tres ácidos fosfóricos. Los enlaces que unen entre sí los grupos fosfato son muy energéticos y cuando se rompen [al pasar de trifosfato (ATP) a difosfato (ADP) y de difosfato a monofosfato (AMP)], liberan la energía almacenada. O HO — P — O — P — O — P — O H CH 2 OH OH H Adenina H H OH OH OH O O O

15. Adenosín-trifosfato (ATP) O HO — P — O — P — O — P — O H CH 2 OH OH H Adenina H H OH OH OH O O O ATP ATP + H 2 O → ADP + P i + energía ADP + H 2 O → AMP + P i + energía ADP AMP O HO — P — O — P — O H CH 2 OH OH H Adenina H H OH OH O O O HO — P — O H CH 2 OH OH H Adenina H H OH O Transportadores de energía

16. Transportadores de electrones Los electrones y/o hidrógenos que se desprenden en la oxidación, deben ser llevados hasta los lugares de la reducción. Para ello se usan intermediarios que: se reducen al captar electrones (o hidrógenos) de la sustancia que se ha oxidado. los transportan . los ceden (se oxidan) reduciendo a otra sustancia.

17. Transportadores de electrones Las sustancias que transportan hidrógeno o electrones más H + son, principalmente: NAD, NADP (NADH, NADPH, cuando transportan H) Hay también sustancias que transportan los electrones separados de protones, como tales electrones, pero esas no los vamos a ver.

18. NAD, NADP Son sustancias que captan los hidrógenos en las reacciones del catabolismo, transformándose en NADH y NADPH respectivamente, y los ceden en las reacciones del anabolismo, volviendo a su estado inicial. El NAD actúa en la respiración celular. El NADP, que es igual, pero con una molécula más de ácido fosfórico, actúa en la fase luminosa de la fotosíntesis.

19. NAD, NADP Adenina Nicotinamida NAD NADP Lugar de la reducción Curiosidad

20. NAD H NADP H NADH, NADPH Cuando captan H, en los lugares indicados, se transforman en NADH y NADPH H H Curiosidad

21. Transportadores de electrones

22. Otras características 2- Están encadenadas: El producto de una reacción es el sustrato de la siguiente. Los productos intermedios se denominan metabolitos . Las vías pueden ser lineales, ramificadas o cíclicas. 3- Están compartimentadas Distintas reacciones se llevan a cabo en orgánulos diferentes. 4- Están catalizadas por enzimas Las enzimas que actúan son específicas y las condiciones pueden ser diferentes en los distintos compartimentos.

23. CATABOLISMO

24. Características Conjunto de reacciones de transformación de moléculas orgánicas en otras moléculas orgánicas más simples o en moléculas inorgánicas. Los productos finales constituyen los productos de excreción . Son reacciones de oxidación y exergónicas .

25. La energía liberada se almacena en los enlaces del ATP y se utiliza para las actividades celulares o para fabricar moléculas más complejas en reacciones de reducción que requieren energía (anabolismo heterótrofo). Los electrones (o H) liberados se almacenan en sustancias transportadoras (NAD, etc.) para fabricar moléculas más complejas en reacciones de reducción que requieren electrones (anabolismo). Características

26. Catabolismo y Oxígeno. En función de su relación con el Oxígeno, las células pueden clasificarse en Aerobias : son la mayoría y utilizan el O 2 en la respiración celular obteniendo mucha energía. Anaerobias facultativas : Levaduras o muchas células de organismos superiores (musculares de animales). Normalmente son aerobias, pero si falta el O 2 siguen una vía anaerobia. Anaerobias estrictas : Tienen que vivir en ausencia de O 2 ya que les es nocivo. Son algunos microorganismos (bacterias de suelos profundos o fondos oceánicos).

27. Tipos de catabolismo Respiración : da lugar a sustancias inorgánicas . Utiliza el O 2 en la oxidación de la materia orgánica. La realizan las células eucariotas en las mitocondrias y algunas procariotas. Fermentación : da lugar a sustancias orgánicas. No utiliza el O 2 en la oxidación de la materia orgánica. La realizan células procariotas y algunas eucariotas como levaduras y células musculares de animales. Los productos finales son sustancias aún orgánicas (aunque más oxidadas que las iniciales ). Son reacciones anaerobias y liberan poca energía.

28. CATABOLISMO DE LA GLUCOSA

29. Catabolismo de la Glucosa La glucosa es el principal combustible de las células por lo que se estudia su catabolismo como ejemplo. Los organismos heterótrofos la incorporan tras convertir los alimentos en nutrientes (polisacáridos en monosacárido glucosa) Los autótrofos la sintetizan en la fotosíntesis a partir de materia inorgánica. La reacción global sería: C 6 H 12 O 6 (glucosa) + 6O 2 6CO 2 + 6H 2 O + energía (38 ATP) Esta reacción no se lleva a cabo directamente, sino en varias etapas

30. Destino de la glucosa glucosa Piruvato Glucógeno, almidón, Almacenamiento (anabolismo heterótrofo) (catabolismo) Glucolisis CO 2 , NADH, ATP Ciclo de Krebs NADH Cadena respiratoria H 2 O, ATP ATP

31. Glucolisis: La glucosa (6 C) se oxida en una serie de reacciones en una ruta metabólica llamada glucolisis de la que se desprende ATP y dos moléculas de ácido pirúvico (3 C) . Catabolismo de la Glucosa C1 C6 C2 C3 C4 C5 O Glucosa 2 piruvatos + 2 ATP +2 NADH 2 ATP 2 NADH

32. Glucolisis: balance Curiosidad

33. Piruvato : con oxígeno

34. glucosa 2 piruvatos 2 acetil-CoA 4 CO 2 + 4 H 2 O 2 CO 2 Aerobias glucólisis Ciclo de Krebs Células animales, vegetales y microorganismos independiente de O 2

35. Respiración celular La respiración celular o aerobia es el proceso que sigue el ácido pirúvico en presencia de oxígeno . Por este proceso, cada glucosa se oxida totalmente hasta CO 2 y H 2 O . En este proceso, el piruvato de la glucolisis (dos, en realidad) sigue la siguiente vía : Pierde un CO 2 para dar acetil Co A. El ácido acético entra al Ciclo de Krebs Transporte de los electrones (H) hasta llegar al O 2 para dar H 2 O

36. Descarboxilación oxidativa del piruvato Consiste en la transformación del piruvato en Acetil Co-A Para que esto suceda, el piruvato debe ingresar en la matriz mitocondrial. ácido pirúvico (3C) NAD CoA-SH NAD H 2 CO 2 Piruvato deshidrogenasa acetil CoA (2C)

37. El ciclo de Krebs

38. El Acetil Co A entra en el Ciclo de Krebs que consiste en una serie de reacciones cíclicas que reinician el ciclo al entrar otro Acetil-CoA. A lo largo de esas reacciones: Se desprenden 2 de CO 2 por ciclo (4 por glucosa + 2 de antes, los seis de la glucosa) Se desprenden moléculas de NADH que transportan los Hidrógenos desprendidos en la oxidación. Se desprende 1 ATP (2 por glucosa) El ciclo de Krebs

39. El ciclo de Krebs Curiosidad

40. Cadena transportadora de e - Se realiza con todas las moléculas reducidas de NADH desprendidas en los procesos anteriores. Estas moléculas se oxidan al ceder los e - a una serie de sustancias (la cadena de transporte) que se los van cediendo unas a otras, en una cadena redox hasta cedérselos (junto a H+) al O 2 para reducirlo y convertirlo en H 2 O. Todas las sustancias de la cadena están formando parte de la membrana de las crestas mitocondriales.

41. Cadena transportadora de e - Al pasar los electrones de una sustancia a otra, lo hacen a orbitales de menor energía por lo que se desprende la energía sobrante. Esa energía es suficiente para fabricar 3 moléculas de ATP por cada NADH. Con los que habíamos obtenidos en etapas anteriores, hacen un total de 38 por cada glucosa.

42. TRANSPORTE DE ELECTRONES Fosforilación oxidativa: Teoría quimiosmótica Curiosidad

43. Piruvato : sin oxígeno

44. Fermentación del piruvato Las células no utlizan O 2 por lo que no se puede oxidad totalmente a CO2 y H2O. La sustancia final es una molécula orgánica, aunque más oxidada de que el piruvato . Es un catabolismo parcial. Tiene lugar en el citosol. Se obtienen solo los dos ATP de la glucolisis

45. Fermentación del piruvato Según cuál sea la sustancia obtenida al final, tenemos dos tipos de fermentación: Alcohólica: las sustancias obtenidas al final son etanol y CO2. La realizan levaduras y la utilizamos para obtener pan y bebidas alcohólicas fermentadas (vino, cerveza y sidra) Láctica: Obtenemos al final ácido láctico. La realizan bacterias de la leche y nuestras células musculares.

46. Fermentación alcohólica Importancia: Bebidas fermentadas (vino, cerveza, sidra), en contraposición a las destiladas (con más alcohol y muy tóxicas) Pan. Glucolisis

47. La fermentacion láctica Importancia : Productos lácteos: mantequilla, queso, yogur, Células musculares: cuando se necesita mucha energía y el O 2 no es suficiente, las células obtienen un poco más de energía mediante este proceso. La acumulación de cristales de ácido láctico produce las “agujetas ” Glucolisis

48. Fin