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FLUJO CATABOLICO DE
SUSTANCIAS Y ENERGIA
      DR OROZCO
INTRODUCCION
 En los procesos catabólicos, las biomoléculas se
 oxidan a CO, y H2O, y parte de la energía que se
 libera queda retenida en forma de energía
 química en las moléculas de ATP.
INTRODUCCION
 Al proceso de oxidación de proteínas, glúcidos y
  lípidos, hasta la formación de CO2 y H2O, lo
  denominaremos flujo catabólico de sustancia y
  energía; su función principal es la obtención de
  energía utilizable por la célula.
 Para estudiar este proceso lo dividimos en 3 partes:

 La primera es aquélla en la cual las macromoléculas
  se hidrolizan, y quedan libres sus componentes o
  precursores
 La segunda, todos estos precursores, ya sea que
  provengan de lípidos, glúcidos o proteínas, quedan
  transformados en un reducido numero de metabolitos
  comunes;
 La tercera corresponde a una única vía degradativa
  final, a CO2 y H2O.
INTRODUCCION
 En la tercera fase se capta, en forma de ATP, la
  mayor parte de la energía que se libera en los
  procesos catabólicos y donde el 02, cumple su
  función (respiración celular.)
 Es en la mitocondria donde ocurre esta última
  parte del flujo catabólico de sustancia y energía,
  con el máximo de eficiencia y economía.
NECESIDADES ENERGETICAS
DEL ORGANISMO
 Existen diversos procesos en el organismo que
  requieren energía. Ellos son la síntesis de
  biomoléculas, el transporte activo de compuestos a
  través de las membranas, la trasmisión del impulso
  nervioso, y la contracción muscular, entre otros.
 Los donantes energéticos son las moléculas ricas en
  energía cuya hidrólisis es exergónica; y entre todas
  las moléculas de este tipo, el ATP es el transportador
  energético universal.
NESECIDADES ENERGÉTICAS DEL
ORGANISMO
  Se ha calculado que cada molécula de ATP
   podrían liberar entre 7,3 hasta 12 kcal.
  Un hombre adulto de peso promedio (70-80
   kilos)requeriría recibir, en condiciones basales,
   unas 2 000 kcal diarias.
  Por lo tanto si las utilizara todas, estaría
   consumiendo, aproximadamente, la energía
   liberada por 260 moles de ATP.
FUENTES DE ENERGÍA
 Las fuentes exógenas de energía son los
  alimentos
 El valor calórico de las proteínas es de 5,3 kcal.
  g1, el de los glúcidos de 4,1 kcal g', y el de las
  grasas de 9,3.
FUENTES DE ENERGÍA
 Si a un animal alimentado solamente con uno
  de estos compuestos se le determina, en un
  respirómetro, la relación entre la cantidad de
  CO2 que se produce y la cantidad de 02 que se
  consume, por unidad de tiempo, se observa
  que en las grasas esta relación es de 0,75 y en
  los glúcidos de 1
 Esta relación recibe el nombre de cociente
  respiratorio
FUENTES DE ENERGIA
 La oxidación total ocurre de modo diferente en
  los organismos vivos.
 Fundamentalmente porque en éstos la liberación
  del contenido energético se lleva a cabo por
  pasos graduales:
 Además, un porciento de ella se conserva, y el
  proceso tiene lugar a temperatura constante
REACCIONES DE HIDROLISIS
 La cantidad de energía que se libera en las reacciones de
  hidrólisis depende de la diferencia entre el contenido
  energético de los reactantes y el de los productos, y a su
  vez, el contenido energético de un compuesto depende de
  su estructura molecular.
 Por ejemplo, la hidrólisis del ácido fosfo-enolpirúvico se
  acopla a la síntesis del ATP en una reacción catalizada por
  la enzima piruvico quinasa.
 El componente exergónico del acoplamiento es la
  hidrolisis del primer compuesto mencionado, y el
  componente endergónico es la síntesis del ATP
ENERGIA DE HIDROLISIS DEL
ATP
 Los enlaces cuya hidrólisis libera más energía
 son los enlaces anhídrido fosfóricos.
REACCIONES DE OXIDO
REDUCCION
 Recordemos que la reducción de una molécula implica
  adición de electrones, mientras que la oxidación trae como
  consecuencia la pérdida de ellos
 En los organismos vivos, las reacciones de oxidación-
  reducción -o reacciones redox- producen frecuentemente
  traspasos de hidrógeno u oxígeno.
 Si una molécula se oxida puede perder hidrógeno o ganar
  oxígeno y, por el contrario, al reducirse se puede ganar
  hidrógeno o perder oxígeno.
REACCIONES DE OXIDO
REDUCCIÓN
 En las reacciones redox también intervienen
 las enzimas y, frecuentemente, uno de los
 componentes de estas reacciones es un
 cofactor que funciona en el transporte de
 hidrógenos -protón más electrón- entre esa
 reacción y una posterior:
MITOCONDRIA
 La mitocondria es un organelo vesicular
 Consta de 2 membranas: la externa, que la recubre
  por completo; y la interna, que se repliega en su
  interior en forma de crestas.
 Entre ambas membranas se encuentra el llamado
  espacio intermembranoso, y al material que queda
  dentro de la membrana interna se le denomina
  matriz.
MITOCONDRIA
 El tamaño, forma, volumen, distribución
  y orientación celular de las mitocondrias
  varía continuamente, en dependencia
  del tejido y de su actividad funcional.
 Su tamaño promedio es de 2 ʯm de
  largo por 0,5 de ancho.
MITOCONDRIA
 La membrana interna es muy rica en un
  fosfolípido, el difosfatidil glicerol o
  cardiolipina, que representa el 10% de
  todos los fosfolípidos que aquélla
  contiene, esto hace impermeable la
  membrana interna, al paso de casi
  todos los iones y de la mayoría de las
  moléculas sin carga.
 No ocurre así en la membrana externa,
  que es permeable al paso de iones y
  moleculas menores de 10 000 dalton.
Flujo catabolico de sustancias y energia
SISTEMAS TRANSPORTADORES
DE LA MITOCONDRIA
 TRANSPORTE DE HIDROGENO
 La mayoría de los cofactores de oxidación-
  reducción que participan en el catabolismo son
  sustratos de los transportadores de electrones de
  la cadena respiratoria, la cual está localizada en
  la membrana interna de la mitocondria.
 Debido a su peso molecular, los cofactores no
  pueden atravesarla, pero existen mecanismos
  que permiten el paso de los hidrógenos que
  aquéllos portan
SISTEMAS TRANSPORTADORES
  DE LA MITOCONDRIA
 TRANSPORTE DE HIDROGENO
 1. Lanzadera del glicerol fosfato
 unidireccional
SISTEMAS TRANSPORTADORES
DE LA MITOCONDRIA
 TRANSPORTE DE HIDROGENO
 2. Lanzadera del acido malico-aspartico
 bidireccional
SISTEMAS TRANSPORTADORES
DE LA MITOCONDRIA
 TRANSPORTE ADP-ATP
 El ATP y el ADP son 2 de los compuestos que no atraviesan la
  membrana interna.
 Existe un transportador específico para ellos: el intercambiador
  ATP-ADP.
 Esta proteína es un dímero de subunidades idénticas de 29 D, y
  comprende el 6% de toda la proteína de la membrana interna
  mitocondrial.
 El intercambio es electro génico, pues entra ADP y saca ATP
SISTEMAS TRANSPORTADORES
DE LA MITOCONDRIA
 TRANSPORTE DE FOSFATO
 Para que la síntesis mitocondrial de ATP se lleve
 a cabo se requiere la presencia de ADP, pero
 también de Pi
SISTEMAS TRANSPORTADORES
DE LA MITOCONDRIA
 TRANSPORTE DE CA
 En la mitocondria, este ion tiene 2
  transportadores, uno para su entrada y otro para
  su salida de este organelo.
 El de salida es un antiporte con Na. Funciona
  siempre e independientemente de las
  concentraciones de Calcio.
 Se ha observado la existencia de este
  transportador fundamentalmente en el músculo,
  corazón y cerebro.
 El transportador de entrada para el Calcio es
  mayor que las concentraciones de este ion en el
ESQUEMA GLOBAL DE
OBTENCIÓN DE ENERGIA POR LA
CÉLULA
 HIDROLISIS DE LAS MACROMOLÉCULAS
 Los nutrientes pueden tener un origen exógeno o
  endógeno.
 Los primeros ingresan al organismo con la
  dieta, son hidrolisados en el tubo digestivo por
  las enzimas y dan como productos sus
  monómeros constituyentes.
 Éstos se absorben por la mucosa intestina1,son
  transportados por la sangre y así llegan a las
  diferentes células del organismo.
 Los segundos, son endógenos, resultan
  hidrolizados por las enzima lisosomales y los
  otros sistemas hidrolíticos celulares y sus
  precursores; se producen intracelularmente.
ESQUEMA GLOBAL DE
OBTENCIÓN DE ENERGIA POR LA
CÉLULA
 FORMACIÓN DE METABOLITOS COMUNES
ESQUEMA GLOBAL DE
OBTENCIÓN DE ENERGIA POR LA
CÉLULA
 VIA DEGRADATIVA FINAL COMUN
 Esta ocurre en la mitocondria, parte en la membrana interna y
  parte en la matriz mitocondrial.
 Se producen por el ciclo de Krebs, la cadena transportadora de
  electrones y la fosforilación oxidativa. Al conjunto de los 2
  últimos procesos se le denomina cadena respiratoria.
 El aceptor final de los electrones es el O2 que transportado por
  la hemoglobina difunde a la célula y a la mitocondria a través de
  todas las membranas.
Flujo catabolico de sustancias y energia

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Flujo catabolico de sustancias y energia

  • 1. FLUJO CATABOLICO DE SUSTANCIAS Y ENERGIA DR OROZCO
  • 2. INTRODUCCION  En los procesos catabólicos, las biomoléculas se oxidan a CO, y H2O, y parte de la energía que se libera queda retenida en forma de energía química en las moléculas de ATP.
  • 3. INTRODUCCION  Al proceso de oxidación de proteínas, glúcidos y lípidos, hasta la formación de CO2 y H2O, lo denominaremos flujo catabólico de sustancia y energía; su función principal es la obtención de energía utilizable por la célula.  Para estudiar este proceso lo dividimos en 3 partes:  La primera es aquélla en la cual las macromoléculas se hidrolizan, y quedan libres sus componentes o precursores  La segunda, todos estos precursores, ya sea que provengan de lípidos, glúcidos o proteínas, quedan transformados en un reducido numero de metabolitos comunes;  La tercera corresponde a una única vía degradativa final, a CO2 y H2O.
  • 4. INTRODUCCION  En la tercera fase se capta, en forma de ATP, la mayor parte de la energía que se libera en los procesos catabólicos y donde el 02, cumple su función (respiración celular.)  Es en la mitocondria donde ocurre esta última parte del flujo catabólico de sustancia y energía, con el máximo de eficiencia y economía.
  • 5. NECESIDADES ENERGETICAS DEL ORGANISMO  Existen diversos procesos en el organismo que requieren energía. Ellos son la síntesis de biomoléculas, el transporte activo de compuestos a través de las membranas, la trasmisión del impulso nervioso, y la contracción muscular, entre otros.  Los donantes energéticos son las moléculas ricas en energía cuya hidrólisis es exergónica; y entre todas las moléculas de este tipo, el ATP es el transportador energético universal.
  • 6. NESECIDADES ENERGÉTICAS DEL ORGANISMO  Se ha calculado que cada molécula de ATP podrían liberar entre 7,3 hasta 12 kcal.  Un hombre adulto de peso promedio (70-80 kilos)requeriría recibir, en condiciones basales, unas 2 000 kcal diarias.  Por lo tanto si las utilizara todas, estaría consumiendo, aproximadamente, la energía liberada por 260 moles de ATP.
  • 7. FUENTES DE ENERGÍA  Las fuentes exógenas de energía son los alimentos  El valor calórico de las proteínas es de 5,3 kcal. g1, el de los glúcidos de 4,1 kcal g', y el de las grasas de 9,3.
  • 8. FUENTES DE ENERGÍA  Si a un animal alimentado solamente con uno de estos compuestos se le determina, en un respirómetro, la relación entre la cantidad de CO2 que se produce y la cantidad de 02 que se consume, por unidad de tiempo, se observa que en las grasas esta relación es de 0,75 y en los glúcidos de 1  Esta relación recibe el nombre de cociente respiratorio
  • 9. FUENTES DE ENERGIA  La oxidación total ocurre de modo diferente en los organismos vivos.  Fundamentalmente porque en éstos la liberación del contenido energético se lleva a cabo por pasos graduales:  Además, un porciento de ella se conserva, y el proceso tiene lugar a temperatura constante
  • 10. REACCIONES DE HIDROLISIS  La cantidad de energía que se libera en las reacciones de hidrólisis depende de la diferencia entre el contenido energético de los reactantes y el de los productos, y a su vez, el contenido energético de un compuesto depende de su estructura molecular.  Por ejemplo, la hidrólisis del ácido fosfo-enolpirúvico se acopla a la síntesis del ATP en una reacción catalizada por la enzima piruvico quinasa.  El componente exergónico del acoplamiento es la hidrolisis del primer compuesto mencionado, y el componente endergónico es la síntesis del ATP
  • 11. ENERGIA DE HIDROLISIS DEL ATP  Los enlaces cuya hidrólisis libera más energía son los enlaces anhídrido fosfóricos.
  • 12. REACCIONES DE OXIDO REDUCCION  Recordemos que la reducción de una molécula implica adición de electrones, mientras que la oxidación trae como consecuencia la pérdida de ellos  En los organismos vivos, las reacciones de oxidación- reducción -o reacciones redox- producen frecuentemente traspasos de hidrógeno u oxígeno.  Si una molécula se oxida puede perder hidrógeno o ganar oxígeno y, por el contrario, al reducirse se puede ganar hidrógeno o perder oxígeno.
  • 13. REACCIONES DE OXIDO REDUCCIÓN  En las reacciones redox también intervienen las enzimas y, frecuentemente, uno de los componentes de estas reacciones es un cofactor que funciona en el transporte de hidrógenos -protón más electrón- entre esa reacción y una posterior:
  • 14. MITOCONDRIA  La mitocondria es un organelo vesicular  Consta de 2 membranas: la externa, que la recubre por completo; y la interna, que se repliega en su interior en forma de crestas.  Entre ambas membranas se encuentra el llamado espacio intermembranoso, y al material que queda dentro de la membrana interna se le denomina matriz.
  • 15. MITOCONDRIA  El tamaño, forma, volumen, distribución y orientación celular de las mitocondrias varía continuamente, en dependencia del tejido y de su actividad funcional.  Su tamaño promedio es de 2 ʯm de largo por 0,5 de ancho.
  • 16. MITOCONDRIA  La membrana interna es muy rica en un fosfolípido, el difosfatidil glicerol o cardiolipina, que representa el 10% de todos los fosfolípidos que aquélla contiene, esto hace impermeable la membrana interna, al paso de casi todos los iones y de la mayoría de las moléculas sin carga.  No ocurre así en la membrana externa, que es permeable al paso de iones y moleculas menores de 10 000 dalton.
  • 18. SISTEMAS TRANSPORTADORES DE LA MITOCONDRIA  TRANSPORTE DE HIDROGENO  La mayoría de los cofactores de oxidación- reducción que participan en el catabolismo son sustratos de los transportadores de electrones de la cadena respiratoria, la cual está localizada en la membrana interna de la mitocondria.  Debido a su peso molecular, los cofactores no pueden atravesarla, pero existen mecanismos que permiten el paso de los hidrógenos que aquéllos portan
  • 19. SISTEMAS TRANSPORTADORES DE LA MITOCONDRIA  TRANSPORTE DE HIDROGENO  1. Lanzadera del glicerol fosfato  unidireccional
  • 20. SISTEMAS TRANSPORTADORES DE LA MITOCONDRIA  TRANSPORTE DE HIDROGENO  2. Lanzadera del acido malico-aspartico  bidireccional
  • 21. SISTEMAS TRANSPORTADORES DE LA MITOCONDRIA  TRANSPORTE ADP-ATP  El ATP y el ADP son 2 de los compuestos que no atraviesan la membrana interna.  Existe un transportador específico para ellos: el intercambiador ATP-ADP.  Esta proteína es un dímero de subunidades idénticas de 29 D, y comprende el 6% de toda la proteína de la membrana interna mitocondrial.  El intercambio es electro génico, pues entra ADP y saca ATP
  • 22. SISTEMAS TRANSPORTADORES DE LA MITOCONDRIA  TRANSPORTE DE FOSFATO  Para que la síntesis mitocondrial de ATP se lleve a cabo se requiere la presencia de ADP, pero también de Pi
  • 23. SISTEMAS TRANSPORTADORES DE LA MITOCONDRIA  TRANSPORTE DE CA  En la mitocondria, este ion tiene 2 transportadores, uno para su entrada y otro para su salida de este organelo.  El de salida es un antiporte con Na. Funciona siempre e independientemente de las concentraciones de Calcio.  Se ha observado la existencia de este transportador fundamentalmente en el músculo, corazón y cerebro.  El transportador de entrada para el Calcio es mayor que las concentraciones de este ion en el
  • 24. ESQUEMA GLOBAL DE OBTENCIÓN DE ENERGIA POR LA CÉLULA  HIDROLISIS DE LAS MACROMOLÉCULAS  Los nutrientes pueden tener un origen exógeno o endógeno.  Los primeros ingresan al organismo con la dieta, son hidrolisados en el tubo digestivo por las enzimas y dan como productos sus monómeros constituyentes.  Éstos se absorben por la mucosa intestina1,son transportados por la sangre y así llegan a las diferentes células del organismo.  Los segundos, son endógenos, resultan hidrolizados por las enzima lisosomales y los otros sistemas hidrolíticos celulares y sus precursores; se producen intracelularmente.
  • 25. ESQUEMA GLOBAL DE OBTENCIÓN DE ENERGIA POR LA CÉLULA  FORMACIÓN DE METABOLITOS COMUNES
  • 26. ESQUEMA GLOBAL DE OBTENCIÓN DE ENERGIA POR LA CÉLULA  VIA DEGRADATIVA FINAL COMUN  Esta ocurre en la mitocondria, parte en la membrana interna y parte en la matriz mitocondrial.  Se producen por el ciclo de Krebs, la cadena transportadora de electrones y la fosforilación oxidativa. Al conjunto de los 2 últimos procesos se le denomina cadena respiratoria.  El aceptor final de los electrones es el O2 que transportado por la hemoglobina difunde a la célula y a la mitocondria a través de todas las membranas.