Respiracion Celular

Respiracion Celular
Prof. Nerybelle Perez-Rosas
2011
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Respiracion Celular
Podemos clasificar organismos
basandonos en la forma en
que obtienen energia.
autotrofos: son capaces de producir sus
propias moleculas organicas mediante
fotosintesis.
heterotrofos: obtienen sus moleculas
organicas de las producidas por otros
organismos.
Todos los organismos utilizan
la respiracion celular para
extraer energia de las
moleculas organicas.
Respiracion celular: una serie
de reacciones bioquimicas:
- oxidaciones – perdida de electrones
- dehidrogenaciones – realmente se
pierde un atomo de H {1 electron,
1 proton}.
- Durante Rx redox los e- cargan
energia de una molecula a otra.
NAD+ es un portador de electrones.
- NAD acepta 2 electrones y 1 proton  se
convierte en NADH (esta es reversible)
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Respiracion celular es un proceso bioquimico es lento.
Equivale a romper los alimentos para obtener la energia almacenada en las moleculas.
El proceso cambia dramaticamente dependiendo de la presencia o ausencia de oxigeno.
Durante respiracion celular los electrones
son movidos a traves de varios portadores
hasta llegar a un aceptador final.
•
Respiracion aerobica: el aceptador
final de electrones es oxigeno (O2).
•
Respiracion anaerobica: el aceptador
final de electrones es una molecula
inorganica (no O2)
•
Fermentacion: el aceptador final de
electrones es una molecula organica
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Respiracion Aerobica:
C6H12O6 + 6O2  6CO2 + 6H2O
DG = -686kcal/mol de glucosa
DG puede ser mayor en una celula
Esta gran cantidad de energia
debe liberarse paso a paso.
La meta de la respiracion
celular es producir ATP.
- se libera energia de la rx de
oxidacion en forma de electrones
- electrones son enviados por los
portadores de electrones (e.g.
NAD+) a la cadena de transporte
de electrones
- La energia de los electrones es
convertida a ATP en la cadena de
transporte de electrones
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Oxidacion de Glucosa
Las cells pueden sintetizar su
ATP via:
1. Fosforilizacion a nivel de
sustrato – transferencia de
un fosfato directamente de
una molecula a un ADP.
2. Fosforilizacion oxidativa –
usa ATP synthasa y
energia de un proton (H+)
para hacer ATP
Etapas para la oxidacion
completa de glucosa:
1. glicolisis
2. Oxidacion de piruvato
3. Ciclo de Krebs
4. Quimiosmosis y cadena de
transporte de electrones
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Glicolisis
Convierte glucosa a piruvato.
- 10 pasos bioquimicos
- ocurre en el citoplasma
- se forman 2 moleculas de piruvato
- produccion de 2 ATP en la fosforilizacion a
nivel de sustrato
- se producen 2 NADH por la reduccion de
NAD+
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Glicolisis
Para que continue la glicolisis el
NADH debe ser reciclado en
NAD+ via:
1. Respiracion aerobica –
ocurre cuando oxigeno es el
aceptador final de electrones
2. Fermentacion – ocurre
cuando oxigeno no esta
disponible para aceptar
electrones y entonces una
molecula organica sirve de
aceptador final
La formacion de
piruvate depende de
la disponibilidad de
oxigeno.
- Cuando Oxigeno esta presente el
piruvato se oxida en acetyl-CoA quien
entra al Ciclo de Krebs
- Sin oxigeno, el piruvato se reduce y
oxida NADH en NAD+
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Oxidacion de Piruvato
En presencia de oxigeno el
piruvato de oxida.
- ocurre en las mitocondrias
de eucariotes y en el plasma
de los procariotes
- en mitocondrias, un
complejo multienzimas
(dehidrogenasa de piruvato)
cataliza la reaccion
El producto de la
oxidacion de piruvato
incluye:
1 CO2
1 NADH
1 acetyl-CoA que
consiste de 2 carbonos
de piruvato pegados a
coenzyma A
Acetyl-CoA proviene del
Ciclo de Krebs.
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Ciclo de Krebs
El Ciclo de Krebs oxida a
grupo acetil el piruvato.
- Ocurre en la matrix de la
mitocondria
- 9 pasos bioquimicos
- Paso 1:
acetil group + oxaloacetate
(2 carbons)
(4 carbons)
citrate
(6 carbons)
Otros pasos del Ciclo de
Krebs:
- Liberacion de 2CO2
- Reduccion de 3NAD+ a 3 NADH
- Reduccion de 1FAD (electron
carrier) a FADH2
- produce 1ATP
- regenera oxaloacetato
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Krebs Cycle
Despues de glicolisis, oxidacion de piruvato
y Ciclo de Krebs, la glucosa se oxido a:
- 6 CO2
- 4 ATP
- 10 NADH
Estos portadores de e- proceden
a la cadena de transporte de e-.
- 2 FADH2
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Cadena de Transporte de
Electrones
La cadena de transporte
de e- (ETC) es una serie
de portadores de erodeados de membrane.
- dentro de la membrana
interna de la mitocondria
- electrones de NADH y
FADH2 son transferidos a
complejos de la ETC
- cada complejo transfiere
electrones al proximo
complejo en la cadena
Segun los electrones son
transferidos, alguna
energia del electron es
cedida en cada
transferencia.
Esa energia es usada para
bombear protones (H+) a
ttraves de la membrana
de la matrix al espacio
interno de la membrana.
Se establece un gradiente
de protones.
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Cadena de Transporte de
Electrones
La carga electrica negativa
mayor en la matrix atrae los
protones (H+) de vuelta al
espacio intermembranoso de
la matrix.
La acumulacion de protones en
el espacio intermembranoso
guia los protones a la matrix
via difusion.
La mayor parte de los
protones se mueven
de vuelta a la matrix
utilizando ATP sintasa.
ATP sintasa es una
enzima pegada a la
membrana que usa
energia del gradiente
de protones para
sintetizar ATP de
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ADP + Pi.
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Produccion de Energia por
Respiracion
Teoricamente:
- 38 ATP por glucosa en bacterias
- 36 ATP por glucosa en eucariotes
Actual:
- 30 ATP por glucosa en eucariotes
- Reduccion dado a: uso para otros
propositos que no son sintesis de ATP
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Regulacion de la Respiracion
Ocurre por inhibicion retroalimentada.
- un paso en la glicolisis es alostericamente
inhibido por ATP y por citrato
- altos niveles de NADH inhiben la dehidrogenasa
de piruvato
- altos niveles de ATP inhiben sintetasa de citrato
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Oxidacion sin O2
Respiracion ocurre sin O2
via:
1. respiracion anaerobica
- usa moleculas
inorganicas (no O2) como el
aceptador final de e2. fermentacion
- usa moleculas
organicas como el aceptador
final de e-
Respiracion Anaerobica
por metanogenos
- metanogenos usan CO2
- CO2 es reducido a CH4 (methane)
Respiracion Anaerobica
por bacterias
sulfuricas
- Sulfatos inorganicos (SO4)
son reducidos a sulfuro
de Hidrogeno (H2S)
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Oxidacion sin O2
Fermentacion reduce moleculas organicas
para regenerar NAD+
1. Fermentacion de etanol ocurre en levaduras
- produce: CO2, etanol y NAD+
2. Fermentacion de acido lactico
- ocurre en celulas animales (especialmente musculares)
- electrones son transferidos del NADH a piruvato para
producir acido lactico
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Catabolismo
de Proteinas y Grasas
- En los amino acidos ocurre
deaminacion para remover el
grupo amino
- Rastros de amino acidos son
convertidos a moleculas que
entran a glicolisis o a Krebs
- Ejemplo:
alanine se convierte a piruvato
aspartato se convierte a oxaloacetato
Catabolismo de grasas:
- las grasas se rompen a
acidos grasos y glicerol
- Los acidos grasos se
convierten a grupos acetil
por b-oxidacion
La respiracion de un acido
graso de 6 carbonos
resulta en 20% mas
energia que una glucosa.
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Produccion Total de Energia:
• 38 ATP total en
presencia de oxigeno
• 2 ATP total de la
fermentacion