solo para docentes de ciencias

2. «Conocimiento
didáctico para
favorecer la
Explicación del
mundo viviente
basado en
conocimientos sobre
mecanismos de los
seres vivos…»
MECANISMOS DE LOS SERES VIVOS (BIOLOGÍA)
 Niveles de organización y clasificación de los seres vivos.
 Química de los seres vivos: Elementos necesarios para la vida. Función
y características estructurales de biomoléculas orgánicas:
carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos (ADN y ARN)
 Distinción de células procariota y eucariota. La célula eucariota:
organización, estructura y función especializada de distintos tipos de
célula. Mecanismos de intercambio entre célula y ambiente.
 Metabolismo celular: Respiración (glicólisis y fermentación,
respiración aeróbica). Fotosíntesis (estructura de los sistemas
fotosintéticos, pigmentos fotosintéticos, reacciones)
 Funciones de los seres vivos: nutrición, reproducción y relación.
Sistemas involucrados.
 Homeostasis. Salud y enfermedad.
 Fases del ciclo celular, etapas de la mitosis. Alteraciones genéticas
 Reproducción sexual: comportamiento cromosómico durante la
meiosis y su función (gametogénesis y variabilidad del material
genético). Alteraciones genéticas
 Mutación y su efecto en las proteínas y las posibles alteraciones
asociadas
 Etapas del flujo de información genética, desde el gen hasta la
proteína
 Aplicaciones de la biotecnología
MÓDULO I

3. Sesión 04
METABOLISMO ENERGÉTICO
Docente: Dr. José L. Santillán Jiménez
CIENCIA Y TECNOLOGÍA
PREPARACIÓN INTENSIVA PARA NOMBRAMIENTO
2022, Y ASCENSO DE ESCALA MAGITERIAL 2023

4. SESIÓN 4:
¨METABOLISMO ENERGÉTICO.
ANABOLISMO (FOTOSÍNTESIS, QUIMIOSÍNTESIS),
CATABOLISMO (FERMENTACIÓN, RESPIRACIÓN)¨
GRUPO EDUCATIVO CHÁVARRY Dr. José L. Santillán Jiménez 942525816

5.  CÉLULAS: miocitos o fibras musculares
 Son alargadas, por lo que reciben el nombre de
fibras musculares.
ESTRUCTURA DE UN MIOCITO

6.  SARCOLEMA o membrana celular
 Presenta receptores, invaginaciones y a las placas motoras
terminales. Los receptores serán ocupados por un
neurotransmisor (acetilcolina).
 Las invaginaciones del sarcolema al interior de la fibra se llaman
sarcotúbulos o Túbulos T.
Miofibrilla

7.  SARCOPLASMA o citoplasma
 Presenta filamentos formados por proteínas contráctiles que permiten a
la fibra disminuir su longitud y aumentar su diámetro transverso:
Miofibrillas
 Presenta organoides, como:
 Mitocondrias (sarcosomas)
 Retículo endoplasmático liso (retículo sarcoplásmico) y granular.
 Ribosomas, aparato de Golgi, e inclusiones
 Además el pigmento mioglobina y gránulos de glucógeno.

8.  NÚCLEO
 Múltiples y periféricos
Miofibrillas
Miofilamentos
Fibra
muscular
Núcleos
Estriaciones
Sarcolema
Sarcoplasma
Músculo  Fascículo  Fibra muscular 
Miofibrillas  Miofilamento

9. MITOCONDRIAS
Las mitocondrias (gr. mitos: filamento;
chondrios: partícula, gránulo) Son
organelos característicos de las células
eucarióticas, y se postula que son
resultado de un evento endosimbiótico.
Las mitocondrias son llamadas “la central
de bioenergía de la célula” debido a
que en ellas se produce una serie de
reacciones de óxido-reducción cuya
energía libre es utilizada para la síntesis
de ATP.
Estas reacciones de oxido-reducción que
ocurren en la mitocondria generan el
grueso del ATP producido por conversión
de glucosa a CO2.

10. TAMAÑO:
El tamaño es variable.
En promedio miden 3m de largo y tienen
un diámetro de 0,5m.
En el músculo cardíaco se han descrito
mitocondrias de hasta 10 m de largo.
 FORMA:
La forma de las mitocondrias es variable, en general son
cilíndricas o granulares.
Ej. en células de embriones jóvenes, tienen forma casi esférica,
pero en fibroblastos son estructuras alargadas.
La forma varía según la posición que ocupan en la célula. Así,
en los enterocitos, el condrioma tiene una disposición bipolar: en
el polo apical son cilíndricas, y en el polo basal son granulares.
Condrioma (conjunto de mitocondrias)

11. DISTRIBUCIÓN:
El condrioma se reparte uniformemente en el
citoplasma, pero preferentemente se ubica
alrededor del núcleo o en el citoplasma periférico.
Se distribuyen dentro de la célula en relación con
los lugares donde la aplicación de fuente de energía
es más intensa: en la base (entre los pliegues) de
los túbulos contorneados distales del riñón,
adosadas a las miofibrillas en el músculo estriado,
en la pieza intermedia de los espermatozoides,
etc...
NUMERO:
El número varía según el tipo celular y el estado
funcional.
En células hepáticas se estima que hay 1, 000
mitocondrias/célula, pero en las células del
corazón, los túbulos distales del riñón son muy
abundantes.
Los fibroblastos, linfocitos y espermatozoides tienen
pocas mitocondrias, coincidiendo con una
respiración de baja intensidad.
En los eritrocitos hay falta de mitocondrias.

12. Membrana
externa
Membrana
interna
Cresta
Matriz
Espacio
intermembrana
ULTRAESTRUCTURA:

13. a) Membrana Externa:
La membrana externa es lisa y no plegada contiene un 60% de proteínas y un 40% de
lípidos, con un gran contenido de colesterol y fosfatidinilinositol y escasa cardiolipina
Presenta numerosas proteínas transmembranosas multipaso llamadas porinas, que
forman canales acuosos por las que pasan libremente iones y moléculas con pesos
mmoleculares de hasta 5 Kda.
Además, contiene enzimas (p.e. monoamino oxidasa).

14. b) Espacio Intermembranoso (perimitocondrial):
Espacio situado entre ambas membranas, el
contenido de solutos es similar al del citosol,
aunque posee una elevada concentración de H+
c) Membrana Interna:
La membrana interna tiene un 80% de
proteínas y un 20% de lípidos, contiene
cardiolipina en abundancia, lo que la
hace impermeable a los iones y a la
sacarosa.
Presenta plegamientos que da lugar a
crestas (lat. crista: peine).
 Las crestas se orientan perpendiculares
al eje longitudinal de la mitocondria,
pero en determinadas células, como
algunas neuronas, lo hacen paralelas al
eje longitudinal; en el miocardio y grasa
parda, las crestas son curvas; en las
glándulas suprarrenales y células de
Leydig son tubulares.

15.  En la membrana interna se localizan
diversas proteínas transportadoras que
permiten el pasaje selectivo de iones y
moléculas desde el espacio intermem-
branoso a la matriz mitocondrial y en
sentido inverso.
 Los componentes de la cadena
transportadora de electrones (o cadena
respiratoria).
NADH deshidrogenasa (I), succinato
deshidrogenasa (II), b-c1 (III) y
citocromo oxidasa (IV)
 La ATP sintetasa, un complejo
proteico que presenta 2 partes: una
transmembranosa (porción F0), que
tiene un túnel para el pasaje de H+ y otro
orientado hacia la matriz mitocondrial
(porción F1) que realiza la fosforilación
oxidativa.
Ca2+

16. d) Cámara Interna:
Está ocupada por un material proteínico relativamente denso, que comúnmente se
denomina matriz mitocondrial.
Entre las moléculas que se encuentran en la matriz están:
 El complejo enzimático piruvato deshidrogenasa
 Las enzimas del ciclo de Krebs, excepto la succinato Dhasa
 Oxígeno, ADP, fosfato
 Las coenzimas A (CoA) y NAD+
 Las enzimas de la β-oxidación de los ácidos grasos
 La enzima superóxido dismutasa (transforma radicales libres de oxígeno
producidos en la reducción de éste).
 Gránulos densos (osmiófilos) de unos 50nm
 Varias copias de una molécula de ADN circular
 Trece tipos de RNAm; dos tipos de RNAr, 22 tipos de RNAt
 Mitorribosomas (55S; subunidades: 25 y 35S).

17. Reacciones químicas en la mitocondria
Hay tres grupos de reacciones que ocurren en la membrana interna y la matriz:
1- Oxidación del piruvato o ácidos grasos a CO2 acoplada a la reducción de los
compuestos portadores de electrones NAD+ y FAD a NADH y FADH2.
2- Transferencia de electrones desde el NADH y FADH2 al O2: ocurren en la membrana
interna y están acopladas al transporte de protones y a la generación de una
diferencia de potencial electroquímico de H+ a través de dicha membrana .
3- Atrapamiento de la energía almacenada en el gradiente electroquímico de protones
para la síntesis de ATP por el complejo ATPasa F0F1

18. ATP
NADH
ATP
2 ATP
2 ATP
NAD+
Pi
3-fosfoglicerato
2-fosfoglicerato
PEP
ADP
1,3-difosfoglicerato
P
P
P
P
P
piruvato
H2O
glucosa
glucosa-6-fosfato
ATP
ATP
ADP
2 ATP
fructosa-6-fosfato
fructosa-1,6-difosfato
ADP
NAD+
NADH
P P
P
P
P
P
P P
ATP
ATP
ADP
P
P
P
Pi
ADP
ADP
Gliceraldehído 3-fosfato
La glucólisis es una serie de reacciones
químicas, en la que intervienen 10
enzimas consecutivas localizadas en el
citosol, da molécula de glucosa que
posee 6 átomos de carbono, da lugar a
dos moléculas de piruvato, que constan
de 3 carbonos cada uno.
Gliceraldehído 3-fosfato
1,3-difosfoglicerato
3-fosfoglicerato
2-fosfoglicerato
PEP
piruvato
H2O

19. Transporte de piruvato y Acil-CoA a la mitocondria
Por acción de un complejo enzimático
llamado piruvato deshidrogenasa, pre-
sentes en las mitocondrias, cada piruvato
(3C) se convierte en un acetilo, que es
una molécula que contiene 2 carbonos.
El acetilo se une a una coenzima A
(CoA), con la que forma la Acetil CoA.

20. oxaloacetato
malato
citrato
isocitrato
a-cetoglutarato
fumarato
succinato
CoA
succinil–CoA
ATP
NADH
NADH
NADH
NADH
FADH2
NAD+
NAD+
FAD
NAD+ CoA
CoA
H2O
H2O
H2O
ADP + grupo fosfato
(del GTP)
CICLO DE KREBS
PASOS
PREPARATORIOS
piruvato
NAD+
CoA
Acetyl–CoA
coenzima A (CoA)
(CO2)
Ciclo del ácido cítrico
El paso final de la oxidación de los
carbohidratos y lípidos se produce en el ciclo
del ácido cítrico o ciclo de Krebs.
Son una serie de reacciones catalizadas por
enzimas que se encuentran en la matriz
mitocondrial. Aquí es fundamental el acetil CoA.
Primero, un residuo acetilo del acetil CoA se
condensa con una molécula de oxaloacetato
para dar citrato.
Luego, a través de una secuencia de
reacciones (etapas 2 a 8) cada molécula de
citrato es convertida en oxaloacetato perdiendo
2 moléculas de CO2 en el proceso.
En el ciclo, cuatro pares de electrones son
removidos de los átomos de carbono: tres pares
de e- son transferidos a tres moléculas de NAD+
para formar 3NADH + 3H+ y un par es
transferido al aceptor FAD para formar FADH2.

21. Fosforilación oxidativa
La fosforilación oxidativa es el proceso en cual se forma ATP como resultado de la
transferencia de electrones desde el NADH o FADH2 al O2 por medio de una serie de
transportadores de electrones en la membrana mitocondrial interna.
Las reacciones de la glucólisis y del ciclo de Krebs producen la conversión de 1 molécula
de glucosa en 6 de CO2 y la reducción de 10 NAD+ a 10 NADH y 2 FAD a 2 FADH2.
El NADH y el FADH2 transfieren
electrones a la cadena respiratoria
ubicada en la membrana mitocondrial
interna constituida por tres grandes
complejos enzimáticos: el complejo I
NADH deshidrogenasa (NADH-CoQ
reductasa) , el complejo III citocromo
b-c1 (CoQ-citocromo c reductasa) y
el complejo IV citocromo c oxidasa.

22. Cálculo de la energía ganada en
unidades de ATP.
En la glucólisis hay una ganancia
neta de 2 ATP, y se generan 2
NADH, que por ser citosólicos
producen 6 ATP en total.
Los dos piruvatos se convierten en
dos acetilos. El proceso genera 2
NADH. Por cada NADH la
fosforilación oxidativa produce 3
ATP, esta etapa rinde 6 ATP.
En el ciclo de Krebs cada acetilo
genera 1 ATP, 3 NADH y 1 FADH2.
Cada NADH genera 3 ATP, y por
cada FADH2, 2 ATP, a los 2 ATP
surgidos de las dos vueltas del
ciclo de Krebs deben sumársele
los 18 ATP aportados por los 6
NADH más los 4 ATP aportados
por los 2 FADH2, lo que hace un
total de 22 ATP.
Por lo tanto, la ganancia de
energía por molécula de glucosa
es de 36-38 ATP
6
6
4
18
TOTAL
36-38

23. FUNCIONES PARTICULARES DE ALGUNAS MITOCONDRIAS
 Las mitocondrias de las células pro-
ductoras de hormonas esteroideas
(células de Leydig, corteza supra-
rrenal, y células de la granulosa)
intervienen en la síntesis de estas
hormonas junto con el RE Liso.
 Remueve calcio del citosol, cuando
la concentración de este ión
aumenta en el citosol a niveles
peligrosos para la célula.
 Participa en la muerte celular
programada
 La capacidad de las mitocondrias de la grasa parda para transformar la energía en
calor.
 Las mitocondrias de hígado, poseen enzimas que intervienen en varios pasos de la
degradación de compuestos nitrogenados hasta convertirse en úrea.

24. REPRODUCCION DE LAS MITOCONDRIAS
Las mitocondrias se reproducen:
 Para sustituir a mitocondrias
viejas que terminan siendo
degradadas en el citolisosoma
 Para responder al aumento
de las necesidades
metabólicas de la célula, o
 Previo a la mitosis.
Se piensa que la división de
las mitocondrias, pueda tener
lugar por 3 mecanismos:
 Bipartición
 Estrangulación
 Gemación
Las mitocondrias se dividen
durante todo el ciclo celular.

25. DNA MITOCONDRIAL
 El ADN es circular y carece de
histonas.
 Posee un sólo origen de replicación.
 Es muy pequeño, sólo posee 37 genes.
 Solo 22 RNAts son requeridos para la
síntesis de proteínas mitocondriales.
 El código genético es diferente, tal que 4
de los 64 codones tienen diferente
“significado” comparados con los
codones de otros genomas.
 En células humanas ambas cadenas del
DNA mitocondrial son transcritas en una
región promotora única en cada cadena
y produce 2 RNAs:
 Cadena pesada de RNA: procesa a
2 RNAr, varios RNAt, y ~10 poliA-
RNAm.
 Cadena ligera de RNA: procesa a 8
RNAt y una pequeña poliA-RNAm.
 El RNAm mitocondrial no contiene el
“cap” de las células eucariotas.

26. GENOMA MITOCONDRIAL Vs. GENOMA NUCLEAR HUMANO

27. ORIGEN DE LAS MITOCONDRIAS
La presencia de DNA, de los
varios tipos de RNA y de un
mecanismo de autorreproduc-
ción propio, además de otros
datos, sugieren que las
mitocondrias se originaron de
bacterias aeróbicas que
establecieron un relación
simbiótica con células
eucariontes anaeróbicas en los
principios de la vida en la
Tierra.

29. PLASTIDIOS O PLASTOS (membrana
doble)
 Son organelos limitados por membrana que
se encuentra en plantas y algas.
 Los plastidios maduros son de dos tipos:
 CROMOPLASTOS: cloroplastos
 LEUCOPLASTOS

30. Cloroplasto (Cloro = verde):
 Plastidio que contiene clorofila y en los
cuales tiene lugar la fotosíntesis.
 En su interior las membranas forman
tilacoides y lamelas, todo rodeado de un
coloide denso llamado estroma.

31.  La fotosíntesis se lleva a cabo en el
cloroplasto

32.  Presenta tres sistemas de membranas (externa,
interna y tilacoidal) y tres compartimientos
(intermembranal, estroma e intratilacoidal).

33.  Los tilacoides se unen formando las
GRANA.

34.  Los cloroplastos y demás plastidios tienen
su origen en los proplastidios

35.  Presenta ADN circular y ribosomas por lo
cual es semiautónoma. Cuando se
encuentran en baja luminosidad se
desorganizan formando Etioplastos.

36. Se cree que tanto las
mitocondrias como los
cloroplastos provienen de
procariotas parasitarios

37. Cromoplasto (Cromo = color):
 Contienen pigmentos de diversas
naturaleza están unidas asociados con el
color de las flores, frutos y otros órganos
vegetales.

38. Leucoplasto (leuco = blanco)
 Almacén de almidón, en algunas
ocasiones proteínas o aceites.
 Son de tres clases:
- amiloplastos,
- proteinoplastos y
- oleoplastos
 Abundan en órganos de
almacenamiento como semillas,
raíces, tallos y frutos.

39. GRANAS
Tilacoides ESTROMA

41. Cuadrícula diferencial entre la Fotosfosforilación A y C.

42. Fase oscura o ciclo de CALVIN-BENSON

43. Cuadrícula diferencial entre F. Luminosa Y F. Oscura.
CARACTERÍSTICAS FASE LUMINOSA FASE OSCURA
Sinonimias Fotoquímica, R. Hill
Escotoquímica, R.
Blackman o
R. Clavin-Benson
Tiempo de
ocurrencia
Día Día y Noche
Lugar de
ocurrencia
Tilacoide de las Granas Estroma
REACCIONES
Fotoexitación Fosforilación Rubilosa
Fotolisis de H2O Carboxilación RuBP
Fotofosforilación del ADP Reducción del PGA
Fotoreducción del NADP Biosíntesis orgánica
Productos Oxígeno, ATP, NADP.H2
PGAL, RuBP,
Macromoléculas

44. Fórmula global de los siguientes procesos fotosintéticos:
1. En Plantas y algas
a) n (CO2) + 2n (H2O)  (CH2O)n + n (H2O) + n (1/2 O2)
2. En Bacterias
a) n (CO2) + 2n (H2S)  (CH2O)n + (H2O) + n (1/2 S2)
QUIMIOSÍNTESIS BACTERIANA
a) Nitrosomonas + 2 NH4 + 3O2  NO-
2 + H2O + EQ
b) Nitrobácter + 2 NO2
- + O2  NO-
3 + EQ
c) Tiobacillus + 2H2 S + O2  _____ + EQ
d) Galliónella + 4FeCO2 + O2  _____ + EQ
Ejemplos de bacterias y escriba los productos que se obtienen cuando
dichas bacterias actúan sobre un determinado sustrato:

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