Respiración celular

RESPIRACIÓN

CELULAR

Universidad Nacional Autónoma de Honduras

UNAH

Msc. Dilcia Sánchez

Energía

• El sol es la fuente primordial de casi toda la energía que

sustenta la vida.

• Los organismos fotosintéticos capturan la energía solar a

través del proceso de la fotosíntesis.

• Los animales reciben la energía a través de las cadenas

alimenticias.

• La energía se define como la capacidad de realizar un trabajo.

Existen dos tipos: Cinética y Potencial.


ATP: Adenosin Trifosfato

• Es la molécula portadora de energía más importante en las células vivas.

• La molécula de ATP es un nucleótido compuesto por:

1. Una base Nitrogenada (Adenina)

2. Una azúcar pentosa (Ribosa)

3. Tres grupos Fosfato


• El ATP almacena la energía dentro de sus enlaces químicos y la

transporta hacia los lugares en que se realizan reacciones químicas.

• Los tres grupos fosfatos del ATP están unidos por enlaces inestables

muy energéticos, que al romperse por hidrólisis liberan energía.

• Cuando el ATP pierde grupos fosfatos se forma:

1. AMP: Adenosin monofosfato. (1 grupo fosfato).

2. ADP: Adenosin difosfato. (2 grupos fosfatos).

3. ATP: Adenosin trifosfato. (3 grupos fosfato).


• El ATP tiene una corta duración en las células, ya que

continuamente se descompone en ADP y fosfato.

• Las moléculas más estables como el glucógeno almacenan energía

durante periodos más largos.

• El ATP es utilizado en los siguientes procesos biológicos:

1. Anabolismo.

2. Bioluminiscencia.

3. Trabajo mecánico.

4. Trabajo eléctrico.

5. Producción de calor.

6. Transporte Activo.


NAD y FAD: Aceptores primarios.

• NAD: nicotinamida adenina dinucleotido.

• FAD: flavina adenina dinucleotido.

• Ambos compuestos capturan los hidrógenos que

provienen de la oxidación de la glucosa.

• Su fórmula oxidada es NAD+ y FAD.

• Su fórmula reducida es NADH2 y FADH2

• Cuando NAD + transporta hidrógenos desde el

citoplasma produce 2 ATP. Y cuando los

transporta desde la mitocondria produce 3 ATP.

• Cuando FAD participa en el proceso produce

solamente 2 ATP. FAD

NAD


Reacciones en la respiración celular

Deshidrogenación. Son reacciones en las que se extraen átomos de

hidrógeno.

Descarboxilación. Son reacciones en las que se extraen de los sustratos

moléculas de CO2.

Fosforilación y Desfosforilación. Son reacciones en las cuales se

agregan o transfieren fosfatos inorgánicos a los sustratos.

Hidratación y Deshidratación. Son reacciones en las cuales se libera o se

introduce una molécula de agua al sustrato.

Preparación. Son reacciones en las cuales se experimentan

transposiciones en las moléculas.


Respiración celular

• Es un proceso catabólico

• Es un mecanismo por etapas altamente enzimático.

• Es un proceso REDOX.

• Se puede realizar en condiciones aeróbicas o anaeróbicas.

• Se realiza en el citoplasma y las mitocondrias de todas las células.

C6H12O6 + 6O2 + 6H2O 6CO2 + 12H2O + 36 ATP.

“ La respiración celular es el proceso catabólico, realizado por todos los

seres vivos, a través del cual las células utilizan oxígeno, producen dióxido

de carbono y convierten la energía de las moléculas alimenticias en forma

biológicamente útiles como el ATP. ”

Fórmula química de la respiración celular


Fases de la respiración celular Respiración

Celular

Aeróbica

Glucólisis

Formación AcetilCoA

Ciclo de Krebs

STE

Anaeróbica

Glucólisis

Fermentación

Láctica

Alcohólica

• La respiración celular puede

desarrollarse en condiciones aeróbicas

y anaeróbicas.

• Las condiciones aeróbicas necesitan

oxígeno en cambio las anaeróbicas no.

• La glucólisis se lleva a cabo en el

citoplasma de la célula.

• Las fases de formación AcetilCoa, ciclo

de Krebs y sistema transportador de

electrones (STE) se realizan en las

mitocondrias.

• La fermentación se lleva a cabo en el

citoplasma celular.


Respiración aeróbica

• Los nutrientes se catabolizan a dióxido de carbono y agua para

obtener energía a partir de una molécula de glucosa.

• Se realiza en cuatro fases:

1. Glucólisis

2. Fase de transición

3. Ciclo de Krebs

4. Sistema transportador de electrones.

Glucólisis Formación AcetilCoa

Ciclo de Krebs

STE


Glucólisis

• Se lleva a cabo en el citoplasma de la célula y se realiza

generalmente en condiciones anaeróbicas.

• Inicia con el desdoblamiento de una molécula glucosa y termina con

la producción de 2 moléculas de piruvato.

• La glucólisis es catalizada por 10 enzimas diferentes.

• Los átomos de hidrógeno de la glucosa son transferidos al aceptor

NAD, el cual los lleva al STE localizado en la membrana interna de la

mitocondria.


Glucólisis

• La glucólisis se realiza en dos fases:

1. Inversión de ATP. Los grupos fosfatos del ATP se

utilizan para fosforilar a la glucosa y producir dos

isómeros. Por esta producción de dos moléculas se dice

que los procesos siguientes en la respiración celular son

dobles.

2. Producción de ATP. Se produce ATP a nivel de sustrato

y la captación de hidrógenos por parte de NAD.


Glucólisis

ATP

ADP

La glucólisis comienza con una reacción de preparación, en la cual la glucosa recibe

un grupo fosfato de una molécula de ATP. Esta última sirve como fuente del fosfato y

la energía necesaria para unir este grupo a la molécula de glucosa. (Una vez que

ocurre esto, el ATP se convierte en ADP y se une al fondo común de ADP de la célula,

hasta que se convierte de nuevo en ATP). La glucosa fosforilada se denomina

glucosa-6-fosfato. (Nótese que el grupo fosfato se une al carbono 6). La fosforilación

de la glucosa la vuelve químicamente mas reactiva. Hexocinasa

1

La glucosa-6-fosfato es objeto de otra reacción preparatoria, la transposición

de sus átomos de hidrógeno y oxígeno. En esta reacción se convierte en su

isómero, fructosa-6-fosfato. Fosfoglucoisomerasa

2

Glucosa

O

CH₂OH

H H

H

HO

OH

OH

H

OH H

Glucosa-6-fosfato

O

CH₂OH

H H

H

HO

OH

OH

H

OH H

P

Glucólisis Formación

AcetilCoA

Ciclo de

Krebs

Transp. De

electrones

Citoplasma Mitocondria Mitocondria

Mitocondria


Glucólisis

ATP

ADP

En siguiente término, otra molécula de ATP dona un grupo fosfato con lo que se

forma fructosa-1,6-fosfato. Hasta este punto se han invertido dos moléculas de ATP

en el proceso, sin que se produzca ninguna. Los grupos fosfato están unidos a los

carbonos 1 y 6, y la molécula está lista para su disociación Fosfofructocinasa

3

A continuación, la fructosa-1,6-bisfosfato se divide en dos azúcares de tres

carbonos, el gliceraldehido-3-fosfato (G3P) y el fosfato de dihidroxiacetona. Aldolasa

4


AcetilCoA

Ciclo de

Krebs

Transp. De

electrones


Mitocondria

Fructosa-6-fosfato

CH₂OH

H

CH₂OH

H

HO

O

H OH

H

O

P

Fructosa-1,6-bisfosfato

CH₂

H

H

HO

O

H OH

H

O P O CH

₂ P O


Isomerasa

Glucólisis

Dos NADᶧ

Dos NADH

Cada molécula de gliceraldehido-3-fosfato es objeto de deshidrogenación, con

el NADᶧ como aceptor del hidrógeno. El producto de esta reacción muy

exergónica es el fosfoglicerato, que reacciona con el fosfato inorgánico

presente en el citosol, con lo que se genera 1,3-bisfosfoglicerato

Deshidrogenasa de gliceraldehido-3-fosfato

6


AcetilCoA

Ciclo de

Krebs

Transp. De

electrones


Mitocondria

Fosfato de dihidroxiacetona

CH₂ P O

CH₂OH

C O El fosfato de dihidroxiacetona puede convertirse

enzimáticamente en su isómero, gliceraldehido-3-

fosfato, para su metabolismo ulterior en la glucólisis.

Isomerasa

5

Gliceraldehido-3-fosfato G3P

H

P O CH₂OH

C O

CHO

H

Dos moléculas de gliceraldehido-3-fosfato (G3P)

C

C C O

H

H₂C

O P

P

O

Dos moléculas de 1-,3-

bisfosfoglicerato

Pi

Uno de los fosfatos del 1,3-bisfosfoglicerato reacciona con el ADP y

forma ATP. Esta transferencia de un fosfato desde un intermediario

fosforilado al ATP se denomina fosforilación a nivel de sustrato. Fosfoglicerocinasa

7

Dos ATP

Dos ADP


Glucólisis Glucólisis Formación

AcetilCoA

Ciclo de

Krebs

Transp. De

electrones


Mitocondria

C

H

C O

H

H₂C

O P

O

O

Dos moléculas de 3-

fosfoglicerato El 3-fosfoglicerato se transpone en 2-fosfoglicerato por cambio

enzimático de la posición del grupo fosfato. Se trata de una

reacción preparatoria. Fosfogliceromutasa

8

C

H

C

O

H

H₂C

O P

O

O

Dos moléculas de 2-

fosfoglicerato Luego, se extrae una molécula de agua, lo que da por

resultado la formación de un doble enlace. El producto,

fosfoenolpiruvato (PEP), tiene un grupo fosfato unido por un

enlace inestable (línea ondulada). Enolasa

9

H₂O


Glucólisis Glucólisis Formación

AcetilCoA

Ciclo de

Krebs

Transp. De

electrones


Mitocondria

C

C

CH

₂

O P

O

O

Dos moléculas de

fosfoenolpiruvato

Cada una de las dos moléculas de PEP transfiere su grupo fosfato al

ADP, con lo que se generan ATP y piruvato. Esta es una reacción de

fosforilación a nivel de sustrato, como el paso 7 anterior. Piruvatocinasa

10

Dos ATP

Dos ADP

C

C

CH

₃

O

O

O

Dos moléculas de piruvato

Los productos finales de la Glucólisis son:

1. 2 NAD

2. 2 ATP netos y

3. 2 moléculas de piruvato.


Formación Acetil CoA

• Es un proceso intermedio entre la glucólisis y el ciclo de Krebs.

• Se desarrolla en la mitocondria en condiciones aeróbicas.

• Inicia con el producto final de la glucólisis (piruvato) y termina con la

formación de 2 moléculas de acetil coenzima A.

• El piruvato pierde un grupo CO2 (descarboxilación), transfiere sus

átomos de hidrógeno al aceptor NAD y se une a la coenzima A.



AcetilCoA

Ciclo de

Krebs

Transp. De

electrones

Glucosa

Piruvato

(Citoplasma)

2 ATP 2ATP 32 ATP

Formación AcetilCoA Glucólisis Formación

AcetilCoA

Ciclo de

Krebs

Transp. De

electrones


Mitocondria

H₃C

C

O

O

Piruvato

C

O

CO₂

Dióxido

de

Carbono

NADᶧ NADH

Coenzima A

H₃C

O

Acetilcoenzima A

C

S Co

A

Formación de Acetilcoenzima A. El piruvato , una molécula de tres carbonos que es el producto

terminal de la glucólisis, ingresa y experimenta descarboxilación oxidativa. En el primer término, el

grupo carboxilo se disocia en la forma de dióxido de carbono. Luego, se oxida el fragmento

residual de dos carbonos, y sus electrones se transfieren al NADᶧ. Por último, el grupo de dos

carbonos oxidados, que es un grupo acetilo, se une a la coenzima A. Esta tiene un átomo de

azufre , que forma un enlace muy inestable (indicado mediante una línea ondulada) con el grupo

acetilo.

Ciclo de Krebs

• Llamado así en honor al bioquímico alemán Hans Krebs. Se conoce también

como el ciclo de los ácidos tricarboxílicos.

• Se lleva a cabo en las mitocondrias en condiciones aeróbicas y es la fase en

la que más deshidrogenaciones ocurren.

• Inicia cuando el AcetilCoA se une con el Oxaloacetato (producto final del

ciclo), formando el Citrato (compuesto de seis carbonos).

• Todos los ácidos del ciclo, sufren diferentes reacciones químicas que los

preparan para ceder los átomos de hidrógeno a los aceptores NAD y FAD.


Se rompe el enlace inestable que une el grupo acetilo a la

coenzima A. Dicho grupo de dos carbonos, se une a la molécula

de oxalacetato de cuatro carbonos con lo que se forma citrato. La

coenzima A queda libre para combinarse con otro grupo de dos

carbonos y repetir el proceso.

1

Ciclo de Krebs Glucólisis Formación

AcetilCoA

Ciclo de

Krebs

Transp. De

electrones


Mitocondria

C

C

COO⁻

H

COO⁻

Oxalacetato

H

C

C

COO⁻

H

COO⁻

Fumarato

H

C

C

COO⁻

H

COO⁻

Malato

H

H O

H

C

C

COO⁻

H

COO⁻

Succinato

H

H H

CH₂

C

O

COO⁻

SuccinilCoA

CH₂

S Co

A

C

COO⁻

H

COO⁻

Citrato

H

C

COO⁻ HO C

H H

C

COO⁻

H

COO⁻

Isocitrato

H

C

COO⁻ H C

H OH

C

COO⁻

H

COO⁻

α- Cetoglutarato

H

C

COO

⁻

H C

H OH

En este paso la succinilCoA se convierte en succinato, y ocurre la fosforilación a nivel de

sustrato. El enlace que une la coenzima A con el succinato-S es inestable. El desdoblamiento

de la succinilcoenzima A está acoplado a la fosforilación de GDP para formar GTP, un

compuesto similar al ATP. GTP transfiere su fosfato a ADP, de lo que resulta ATP.

5

En seguida el α- Cetoglutarato experimenta

descarboxilación y deshidrogenación, con lo que se forma

la succinilcoenzima A, de cuatro carbonos. A esta reacción

la cataliza un complejo multienzimático similar al que

participa en la conversión del piruvato en acetilCoA.

4

El isocitrato experimenta

deshidrogenación y

descarboxilación, con lo que se

genera α- Cetoglutarato, un

compuesto de cinco carbonos.

3

Los átomos de citrato se trasponen

mediante dos reacciones

preparatorias, en que primero se

disocia una molécula de agua y luego

se añade otra. Mediante estas

reacciones el citrato se convierte el

su isómero el isocitrato.

2

CoA

AcetilCoA

El succinato se oxida

cuando dos de sus átomos

de hidrógeno se transfieren

al FAD, con formación de

FADH₂. El compuesto

resultante es el fumarato.

6

Con la adición de agua, el

fumarato se convierte en

malato.

7

El malato se deshidrogena con lo que

se forma oxalacetato. Los átomos de

hidrógeno disociados se transfieren al

NAD. En este punto el oxalacetato

puede combinarse con otra molécula

de acetilCoA, con lo que comienza de

nuevo el ciclo.

8

CICLO DEL

ÁCIDO

CÍTRICO

H₂O

H₂O

NADᶧ

NADH

NADᶧ

NADH

CoA

CO₂

FADᶧ

FADH

₂

H₂O

NADᶧ

NADH

ADP

ATP

GDP

GTP

CoA

CO₂

Sistema transportador de electrones (STE)

• Conocido también como cadena enzimática de citocromos o sistema de

fosforilación oxidativa.

• Es el destino final de todos los átomos de hidrógeno captados por los

aceptores NAD y FAD.

• Se lleva a cabo en las membranas internas de las mitocondrias.

• En esta fase los electrones de los átomos de hidrógeno son transferidos a un

conjunto de citocromos.

• La coenzima Q separa los protones de los electrones, ya que solo estos

últimos pueden atravesar la membrana interna mitocondrial.



O2

Cit a3

Cit a

Cit c1

Cit b

CoQ

FMN

NADH2

FADH2

Provenientes de

la Formación

Acetil CoA y

Ciclo de Krebs

e-

e-

e-

e-

e-

p+

H2O

Proveniente de

Glucólisis. NADH2

ATP ATP ATP

Respiración anaeróbica


• Se realiza en el citoplasma de la célula.

• Este proceso es realizado por hongos, bacterias y en el ser humano en las células

musculares.

• El piruvato es reducido por NAD y se producen 2 ATP y 2 moléculas de lactato.

Fermentación láctica


• No se realiza en humanos.

• Se lleva a cabo en el citoplasma.

• El piruvato es descarboxilado y forma un compuesto intermediario llamado

acetaldehído, el cual es reducido por NAD para producir etanol.

• También produce 2 ATP.

Fermentación alcohólica

Degradación de otros nutrientes


• La oxidación de las grasas produce un total de 44 ATP y se realiza por el

proceso llamado Betaoxidación.

• Las proteínas se degradan por Desaminación y el número de ATP que

pueden producir depende del aminoácido que ingresa al ciclo.

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