RESPIRACIÓN CELULAR

1. RESPIRACIÓN CELULAR CÓMO OBTIENEN ENERGÍA LAS CÉLULAS

2. La respiración celular es el proceso por el cuál las células oxidan moléculas orgánicas para obtener energía • Para entender este proceso tenemos que considerar ciertas cuestiones.. • La energía se encuentra contenida en los enlaces químicos de las moléculas. • Cuando una molécula se rompe (u oxida) libera energía. Si esta energía no es capturada por otra molécula, se libera en forma de calor, como ocurre en la combustión. • El proceso de respiración celular consta de varias vías metabólicas relacionadas entre sí. • Cada reacción química que se produce está catalizada por una enzima específica que reconoce el “sustrato” con el que se va a asociar y lo transforma en “producto”. • En una vía metabólica el producto de una enzima constituye el sustrato de la siguiente enzima.

3. ¿Qué es una vía metabólica? • Veamos el siguiente ejemplo teórico: • La enzima 1 transforma el sustrato A en el producto B • La enzima 2 utiliza el producto de la enzima 1 como su propio sustrato y lo transforma en el producto C • La acción de la enzima 2 depende de la actividad de la enzima 1. Evidentemente, si la enzima 1 no actuara, no transformaría A en B y, en consecuencia, la enzima 2 tampoco podría actuar. Cuando esto sucede la vía metabólica se interrumpe. ENZIMA 1 ENZIMA 2 A B C

4. Veamos un ejemplo de respiración celular: la oxidación completa de la glucosaPRIMER PASO: LA GLUCÓLISIS El primer paso de oxidación, llamado GLUCÓLISIS, se produce en el citoplasma de las células de todos los seres vivos. Esta vía metabólica, catalizada por numerosas enzimas, rompe la molécula de glucosa en dos moléculas de ácido pirúvico. En este proceso se obtienen 2 ATP como ganancia neta de energía (esto significa que fue necesario gastar 2 ATP para el inicio de las reacciones y se ganaron 4 ATP finales, con lo cuál la ganancia neta o final es de 2 ATP). Se producen coenzimas reducidas. ACIDO PIRÚVICO GLUCOSA ACIDO PIRÚVICO

5. ¿Qué son las coenzimas? ¿Qué significa que estén reducidas? • Las coenzimas son moléculas capaces de colaborar con las enzimas en las reacciones químicas. • En el ejemplo de la glucólisis, la coenzima que actúa se llama NAD (nicotinamín adenín dinucleótido). • El NAD puede aceptar electrones y protones o cederlos, según los requerimientos de la reacción química. • Cuando el NAD acepta protones y electrones se REDUCE, cuando los cede se OXIDA. • En la glucólisis, dos moléculas de NAD se reducen y tendrán una importante función en los pasos siguientes.

6. 1 GLUCOSA 2 NAD 2 ADP + 2 P 2 ATP 2 NADH+H+ 2 ACIDO PIRÚVICO VEAMOS UNA SÍNTESIS DE LO OCURRIDO HASTA EL MOMENTO • 1 Molécula de glucosa (que tiene 6 carbonos) se rompe en 2 moléclas de ácido pirúvico (que tiene 3 carbonos). • Se producen 2 ATP de ganancia neta. • Se reducen 2 coenzimas NAD a NADH+H+

7. ¿QUÉ PASA CON EL ÁCIDO PIRÚVICO? • El destino del ácido pirúvico es diferente de acuerdo al organismo o el tipo de célula donde se produce la glucólisis. En muchas bacterias u hongos, el ácido pirúvico sigue una vía de FERMENTACIÓN, mientras que en otros organismos se produce la respiración celular. • La fermentación es una vía anaeróbica, esto es, se produce sin la necesidad de oxígeno. • La respiración celular requiere de oxígeno. • Existen organismos, como las levaduras, que si están en presencia de oxígeno pueden realizar la respiración celular o, si carecen de éste, pueden fermentar. • En la respiración celular se ganan 38 ATP por glucosa oxidada, mientras que en la fermentación sólo se obtienen 2 ATP por glucosa oxidada.

8. ACIDO PIRÚVICO + NADH+H+ ETANOL + CO2 + NAD ACIDO PIRÚVICO + NADH+H+ ACIDO LÁCTICO + NAD El ácido pirúvico en la fermentación: FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA La fermentación alcohólica, que se produce por ejemplo en las levaduras con las que hacemos el pan, tiene como objetivo volver a oxidar el NAD (que se había reducido en la glucólisis) para que esté disponible para una nueva glucólisis. Cuando hacés pizza y le ponés levadura a la harina, éstas hacen fermentación que produce el gas CO2, que hace que la masa se infle….. FERMENTACIÓN LÁCTICA En este caso también se utiliza el NAD reducido y se obtiene como producto un NAD oxidado. Este proceso, se produce por ejemplo en nuestros glóbulos rojos y en nuestras células musculares en condiciones de ejercicio intenso. Pensemos que los glóbulos rojos deben transportar el oxígeno a las células del cuerpo y no podrían hacerlo si lo utilizan. En el caso de las células musculares constituye una señal de alarma, pues el ácido láctico produce calambres y nos obliga a detener la actividad.

9. El ácido pirúvico en la respiración aeróbica: la mitocondrias ACIDO PIRUVICO • El ácido pirúvico ingresa en la mitocondria, donde se decarboxila, es decir, pierde un carbono en forma de dióxido de carbono. • Como esta es una reacción de oxidación, libera protones y electrones que son capturados por la coenzima NAD. • El NAD se reduce y se transforma en NADH+H+ • El grupo acetilo es conducido a la siguiente reacción, el ciclo de Krebs, por la coenzima A NAD CO2 NADH+H+ ACETILO

10. Crestas mitocondriales Matriz mitocondrial Espacio intermembrana Acido oxalacético Membrana externa 3 NAD 3 NADH+H+ Acetil – Coenzima A 1 FAD 1 FADH2 Coenzima A 1 GDP + P Acido Cítrico 1 GTP Siguiente reacción: el ciclo de Krebs • En la matriz mitocondrial existen enzimas que catalizan una serie de reacciones químicas llamadas Ciclo de Krebs. • La molécula aceptora de este ciclo, el ácido oxalacético, recibe el grupo acetilo que le entrega la coenzima A. • El ácido oxalacético se combina con el grupo acetilo y forma otro compuesto, el ácido cítrico. • El ciclo de Krebs consiste en la oxidación del ácido cítrico que vuelve a restablecer la molécula original de ácido oxalacético, por lo que constituye un ciclo. • En esta vía oxidativa se reducen coenzimas NAD y FAD y se conserva parte de la energía en una molécula de GTP (equivalente al ATP).

11. H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ e e e e NADH+H+ NAD ADP + P CICLO DE KREBS O2 ATP La obtención de energía: la cadena de transporte de electrones y la producción de ATP • Veamos este proceso por etapas…. • Las coenzimas, por el ejemplo el NADH +H+, pierden sus electrones y protones al chocar contra la cresta mitondrial y se oxidan, transformándose nuevamente en NAD. • Los electrones son transportados por aceptores, que se encuentran en la membrana de la cresta, hasta el aceptor final que es el oxígeno (O2). • Los electrones se acumulan en el espacio intermembrana formando un gradiente electroquímico. • Cuando el gradiente es elevado, los electrones pasan a la matriz mitocondrial atravezando una enzima llamada ATP sintetasa. • La energía del gradiente electroquímico se utiliza para sintetizar ATP. • Finalmente, el oxígeno se une a los protones en la matriz mitocondrial y forma agua.

12. ALGUNOS DATOS INTERESANTES ….. • Por cada coenzima NADH+H+ que se oxida se produce la energía suficiente para sintetizar 3ATP • Por cada coenzima FADH2 que se oxida se produce la energía suficiente para sintetizar 2ATP • El GTP (guanosín tri fosfato) tiene la misma cantidad de energía que el ATP, por lo tanto decimos que son energéticamente equivalentes.

13. TOTAL TOTAL TOTAL PRODUCE PRODUCE PRODUCE HAGAMOS ALGUNAS CUENTAS …. • ¿CUÁNTA ENERGÍA SE OBTIENE AL OXIDAR AERÓBICAMENTE UNA MOLÉCULA DE GLUCOSA? 2 ATP 8 ATP GLUCÓLISIS 2 NADH+H+ DECARBOXILACIÓN OXIDATIVA 2 NADH+H+ 6 ATP CONSIDERANDO LOS DOS ÁCIDOS PIRÚVICOS DE LA GLUCÓLISIS 6 NADH+H+ CICLO DE KREBS 24 ATP CONSIDERANDO LOS DOS GRUPOS ACETILO DE LA DECARBOXILACIÓN 2 FADH2 2 GTP 38 ATP Y ESTOS 38 ATP REPRESENTAN MÁS DE LA MITAD DE ENERGÍA QUE TENÍA LA MOLÉCULA DE GLUCOSA ORIGINALMENTE. PODEMOS AFIRMAR QUE NUESTRAS MITOCONDRIAS SON MÁS EFICIENTES PARA OBTENER ENERGÍA QUE CUALQUIER MÁQUINA TÉRMICA!!!!

14. ¿TE ACORDÁS DÓNDE ACTÚA EL OXÍGENO? • Todos sabemos que sin oxígeno, cualquier organismo aeróbico se muere, pero, ¿por qué? • Si volvés a mirar los gráficos anteriores podrás observar que el oxígeno es el último aceptor de la cadena de transporte de electrones. Si no estuviera no se produciría el gradiente electroquímico y la enzima ATP sintetasa no podría sintetizar ATP. Entonces, gracias al oxígeno podemos producir energía.

15. O2 ATP HAGAMOS UNA SÍNTESIS DE LA RESPIRACIÓN AERÓBICA GLUCÓLISIS CITOPLASMA DECARBOXILACIÓN CICLO DE KREBS MITOCONDRIAS CADENA DE TRANSPORTE DE ELECTRONES Y PRODUCCIÓN DE ATP