El documento describe los procesos catabólicos que ocurren en las células, incluyendo la glucólisis, el ciclo de Krebs, la cadena transportadora de electrones y la fosforilación oxidativa. También describe las fermentaciones láctica y alcohólica, así como la β-oxidación de ácidos grasos. El catabolismo degrada moléculas orgánicas para liberar energía en forma de ATP que se utiliza en otros procesos celulares.

1. Metabolismo celular imágenes CATABOLISMO CATABOLISMO María Núñez. IES Miguel de Cervantes. Móstoles. 09-10 Metabolismo celular imágenes CATABOLISMO CATABOLISMO

2. Metabolismo Concepto . Tipos de reacciones metabólicas: catabólicas y anabólicas, interdependencia entre ellas. Clasificación de los organismos en relación con los tipos de metabolismo : Autótrofos (fotosintéticos o fotoautótrofos y quimiosintéticos o quimioautótrofos) y heterótrofos (quimioheterótrofos). Reacciones de óxido-reducción en el metabolismo celular : Reconocimiento de este tipo de reacciones en el metabolismo. Relación entre el grado de oxidación o reducción de los compuestos orgánicos y su contenido energético. Función de los coenzimas NAD+, NADP+, FMN y FAD en el metabolismo . Ejemplos de rutas metabólicas donde se obtienen estos coenzimas reducidos y oxidados. Función del ATP en el metabolismo celular : Sistema ATP/ADP como sistema de transferencia de energía en los seres vivos. Representación esquemática de la molécula de ATP. Distintos mecanismos de obtención de ATP: fosforilación a nivel del sustrato (ej. glucólisis, ciclo de Krebs), fosforilación mediante enzimas ATP-sintetasas (respiración aerobia y fotosíntesis).

3. sustancia AB (rica en E)  sustancia A (pobre en E) + sustancia B (pobre en E) + Energía sustancia C (pobre en E) + sustancia D (pobre en E) + Energía  sustancia CD (rica en E) CATABOLISMO ANABOLISMO

4. Clasificación de los organismos en relación con los tipos de metabolismo QUIMIOORGANÓTROFOS o QUIMIOHETERÓTROFOS Bacterias quimioheterótrofas, Protozoos, Hongos, Animales. FOTOORGANÓTROFOS o FOTOHETERÓTROFOS Bacterias purpúreas no sulfuradas HETERÓTROFO = ORGANÓTROFO (moléculas orgánicas) QUIMIOLITÓTROFOS o QUIMIOAUTÓTROFOS Bacterias del H 2 , del H 2 S, del Fe, desnitrificantes... (Quimiosíntesis) FOTOLITÓTROFOS o FOTOAUTÓTROFOS Bacterias fotosintéticas, Cianobacterias, Algas, Plantas. (Fotosíntesis) AUTÓTROFO = LITÓTROFO (CO 2 , H 2 S, S, NH 3 , H 2 … mat. mineral) E. QUÍMICA DE REACCIONES REDOX LUZ ENERGÍA Fuentes de materias primas: CARBONO y otros bioelementos

5. Reacciones de óxido-reducción en el metabolismo celular

6. NAD+ (coenzima oxidado) + XH2 (sustrato reducido)  NADH (coenzima reducido) + H+ + X (sustrato oxidado) Función de los coenzimas NAD+, NADP+, FMN y FAD en el metabolismo Los coenzimas reducidos forman el “ poder reductor ”, es decir, tienen capacidad para ceder electrones, por lo que reducirán a otras sustancias. CoA-SH + CH3 – COOH  CH3 – CO – S – CoA (acetil-CoA) + H2O. FAD + XH2  FADH2 + X.

7. Función del ATP en el metabolismo celular El ATP y otros nucleótidos trifosfatados (TPN: GTP, UTP, CTP...) sirven para acumular y transportar la energía química desprendida en los procesos catabólicos o procedente del exterior (energía solar) para utilizarla en la realización de múltiples funciones celulares: contracción muscular, transporte activo, transmisión del impulso nervioso, biosíntesis...

8. ATP + H2O  ADP + Pi + E (7,7 Kcal./mol ATP) ADP + H2O  AMP + Pi + E (7,7 Kcal./mol ADP) El ATP se puede considerar la principal moneda energética de los seres vivos. Podemos decir que “ los combustibles metabólicos serían el dinero en el banco y el ATP el dinero o moneda corriente que se lleva en el bolsillo ”

9. Fosforilación o recarga del ATP La formación del ATP se llama también fosforilación o recarga del ATP . La fosforilación (por transferencia de grupos fosfato) del ADP para dar ATP y agua es un proceso endergónico (no espontáneo) que requiere aporte energético. Por ello tiene lugar en las células acoplado a procesos exergónicos.

10. FOSFORILACIÓN A NIVEL DE SUSTRATO Reacción de la glucólisis en la que se realiza una fosforilación a nivel de sustrato La energía necesaria para la recarga del ATP se obtiene de la oxidación de sustratos previamente enriquecidos en energía.

11. FOSFORILACIÓN OXIDATIVA Fosforilación asociada a un gradiente quimiosmótico y a una cadena transportadora de electrones

12. La fosforilación oxidativa ocurre en la membrana mitocondrial interna, donde se sitúan los complejos enzimáticos de la cadena respiratoria y las ATP-sintetasas.

13. FOTOFOSFORILACIÓN Fosforilación asociada a un gradiente quimiosmótico y a una cadena transportadora de electrones

15. Catabolismo es el conjunto de reacciones de degradación (por oxidación) de moléculas orgánicas reducidas en otras más sencillas, se libera la energía química de sus enlaces y transformándola en ATP que se usará en procesos celulares como: contracción muscular, transporte activo en las membranas, transmisión de impulso nervioso, producción de calor, división celular, en el anabolismo… También se obtiene moléculas más sencillas. En las respiraciones 

16. Tipos de procesos catabólicos Aceptor final es un compuesto orgánico. Láctica, alcohólica… Bacterias y hongos (levaduras). En ciertas condiciones células de eucariotas. Anoxidativa Aceptor final de e - es el O 2 Oxidativa Fermentación (oxidación incompleta, en los productos finales hay compuestos orgánicos) Aceptor final de e - es un compuesto inorgánico, no el O 2 : NO 3 -  NO 2 - ; SO 4 =  S = ; CO 2  CH 4 . Menos extendida, solo ciertas bacterias. Anaerobia Aceptor final de e - el O 2 . La degradación del sustrato que se oxida es total, dando CO 2 y H 2 O. Muy extendida Aerobia Respiración (oxidación completa, productos finales inorgánicos) CATABOLISMO

17. Esquema del catabolismo de la glucosa , con sus dos vías: aerobia (respiración celular aerobia de la glucosa) y anaerobia (fermentación). Tomado de “Biología” Helena Curtis . http://iescarin.educa.aragon.es/estatica/depart/biogeo/varios/BiologiaCurtis/Indice%20de%20secciones.htm

18. RESPIRACIÓN CELULAR OXIDATIVA o RESPIRACIÓN AEROBIA DE LA GLUCOSA Se distinguen una serie de fases: I. GLUCÓLISIS , II. DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA , III. CICLO DE KREBS , IV. CADENA RESPIRATORIA y FOSFORILACIÓN OXIDATIVA . Tiene lugar en el citoplasma y en la mitocondria de células eucariotas (en procariotas en los mesosomas). Cada molécula de glucosa se degrada totalmente a CO 2 y H 2 O obteniéndose en esta respiración gran cantidad de energía (38 ATP por molécula de glucosa) C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 + 6 H 2 O  6 CO 2 + 12 H 2 O + 456 kcal. (38 ATP)

19. Glucosa (C6H12O6)  2 ácido pirúvico (CH3 – CO -COOH) + 2 (NADH + H+) + 2 ATP (4 producidos – 2 gastados) GLUCÓLISIS : tiene lugar en el citoplasma celular Dihidroxiacetona-3-P

20. GLUCÓLISIS : balance C 6 H 12 O 6  2 ác. Pirúvico + 2 [NADH + H+] + 2 ATP (4 ATP formados - 2 ATP gastados)

21. DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA Y ACTIVACIÓN DEL ÁCIDO ACÉTICO Ácido pirúvico + NAD+ + Co-SH  Acetil-CoA (ác. acético activado) + NADH + H+ + CO2 Ocurre en la mitocondria y hay que recordar, para hacer el balance global, que tenemos dos moléculas de ácido pirúvico.

23. CADENA RESPIRATORIA Y FOSFORILACIÓN OXIDATIVA . Se realizan en las crestas mitocondriales y en las partículas F o ATP-sintetasas, respectivamente.

24. ATP-sintetasas Hipótesis quimiosmótica. Mitchell. 1961.

25. BALANCE DE LA RESPIRACIÓN AEROBIA DE LA GLUCOSA En el caso de los músculos esqueléticos, hígado y riñón, el nº de ATP es de 34, ya que la lanzadera que introduce los 2 NADH de la glucólisis en la cadena respiratoria lo hace en el complejo II, por lo que en vez de 3 ATP por vector se obtienen solo 2, en total 4 + 2 de la glucólisis. 38 ATP Total de ATP que se forman a partir de una molécula de glucosa (4 + 18 + 2) 24 ATP 2 ATP 2 FADH 2  (Fosf. ox.) 2 x 2 = 4 6 (NADH + H + )  (F. ox.) 6 x 3 = 18 2[2 CO 2 + ATP + FADH 2 + 3 (NADH + H + )] 2 ácido acético (2C) Ciclo de Krebs 6 ATP 2 (NADH + H + )  (Fosf. Ox.) 2 x 3 = 6 ATP 2 acetil-CoA + 2 CO 2 + 2 (NADH + H + ) 2 ácido pirúvico (3C) Descarboxilación oxidativa y activación acético (6 + 2) 8 ATP 2 ATP 2 (NADH + H + )  (Fosf. ox.) 2 x 3 = 6 ATP 2 ác. pirúvico + 2 ATP + 2 (NADH + H + ) Glucosa (6C) Glucólisis Total ATP ATP por fosforilación a nivel de sustrato Coenzimas trasportadoras a la cadena respiratoria y ATP de fosforilación oxidativa Productos finales Sustratos iniciales Proceso

26. Fermentadores en una bodega ¿CH 3 -CH 2 OH (alcohol etílico) + O 2  CH 3 -COOH (ácido acético) + H 2 O? FERMENTACIONES Fermentación alcohólica Fermentación láctica

27. Pasteur y la fermentación Pasteur se dedicó a investigar el proceso de la fermentación y logró demostrar que se producía alcohol en la fermentación debido a las levaduras y que la producción de sustancias que agrian el vino se debe a que hay organismos como las bacterias. En Francia hubo un gran problema económico debido a la acidificación del vino y la cerveza, a la que Pasteur demostró que se podía eliminar las bacterias calentando las soluciones azucaradas iniciales hasta una temperatura elevada. Esto lo aplicó a la conservación de la leche y se conoce actualmente como pasteurización .

28. β-oxidación de los ácidos grasos o hélice de Lynen Acetil-CoA + (NADH + H+) + FADH2 + resto acilo de 2C menos que el anterior nº vueltas = [nº átomos de C / 2] – 1

31. VISIÓN GLOBAL DEL METABOLISMO (ANABOLISMO Y CATABOLISMO) EN SUS TRES ETAPAS

32. Enlaces de metabolismo celular : Apuntes de introducción al metabolismo . http:// www .2bachillerato.es/ biologia /tema13/ tema13 . pdf Apuntes de metabolismo celular . http:// www.educa.madrid.org / web / ies.rayuela.mostoles / deptos / dbiogeo /recursos/Apuntes/ ApuntesBioBach2 /4- FisioCelular / Metabolismo.htm Apuntes y actividades de metabolismo. IES El Pinar. http:// personales.ya.com / geopal / biologia _2b/unidades/unidad2_4. htm#t4intro Bioenergética de Universidad de Salamanca . http:// web.usal.es / ~evillar / ObjetivosBioenergetica.htm Biografía de Hans Krebs en Historia de la Medicina . http:// www.historiadelamedicina.org / krebs.html Cadena respiratoria. Blog Temas de Bioquímica . http :// temasdebioquimica.wordpress.com /2008/11/19/substancias-que-interfieren-a-la-cadena-respiratoria/ Catabolismo celular . Hiperbiologia.net. http:// www.hiperbiologia.net /metabolismo/met2. htm Colegio San Cayetano, apuntes. http:// perso.wanadoo.es /sancayetano2000/ biologia / apu /h2o. htm Diabetes . http:// www.fundaciondiabetes.org / diabetesinfantil / la_diabetes / que_es_la_diabetes.htm Ejercicios de metabolismo. http:// www.educa.madrid.org / web / cc.nsdelasabiduria.madrid / bio_ejercicios.htm#metabolismo Introducción al metabolismo en Genomasur . http:// laguna.fmedic.unam.mx / ~evazquez /0403/ resinf.html Fermentaciones, historia . http:// perso.wanadoo.es /frs88/ tpn / desc / fermenta.htm Glucólisis en Bioquímica Médica . http:// themedicalbiochemistrypage.org / spanish / glycolysis - sp.html Glucólisis a fondo en Genomasur . http:// www.genomasur.com /lecturas/Guia09. htm Glucólisis y respiración. Curtis. http:// iescarin.educa.aragon.es / estatica / depart / biogeo /varios/ BiologiaCurtis / Seccion%202 /2%20- %20Capitulo%208 . htm La mitocondria humana . http:// www.lab314 . com / index.htm Metabolismo de glúcidos. Universidad Salamanca . http:// web.usal.es / ~evillar / degradac.htm Metabolismo en Fisicanet . http:// www.fisicanet.com.ar / biologia / metabolismo.php Metabolismo, presentaciones del profesor Jano . http:// www.slideshare.net / profesorjano / presentations Presentaciones metabolismo en auladenaturales . http ://auladenaturales.wordpress.com/2010/02/09/imagenes-para-fisiologia-celular-catabolismo/ Reacciones redox en Fisicanet . http:// www.fisicanet.com.ar / biologia /metabolismo/ap05_ oxido_reduccion.php Vinagre: fabricación, historia… http://www.gelatine.org/es/health/specials/154_1375.htm