METABOLISMO CELULAR
-
Upload
alexandra-romero -
Category
Documents
-
view
239 -
download
8
description
Transcript of METABOLISMO CELULAR
SEPARATA DE BIOLOGIA - 1 - UNMSM -2002
SEPARATA DE BIOLOGÍAMETABOLISMO CELULAR
CICLO SAN MARCOS
Conjunto de reacciones bioquímicas de la celula cuyo fin general es de transformar la materia y energia de una forma a otra . *ANABOLISMO: consiste en la construcción de materia organica compleja a parti de las moléculas sencillas del citoplasma de la celula, utilizando la energia del ATP. *CATABOLISMO: Fase de destrucción, consiste en la transformación de sustancias organicas complejas en moléculas sencillas, con la liberación de energia que es almacenada en ATP. Los procesos metabolicos mas importantes son. -Respiracion celular:-Fotosintesis
RESPIRACIÓN CELULAR
-IMPORTANCIA: Desde la aparicion de la primera celula en nuestro planeta, la respiración celular es un proceso que permite a los organismos obtener energia util, a partir de la degradacionde los nutrientes, indudablemente cada celula debe abastecerce de una cantidad adecuada de nutrientes ,de acuerdo a la actividadque desempeña; las celulas con mayor actividad como las neuronas, hepatocitos, celulas renales y musculares en actividadtienen una alta tasa de respiración celular . Otras celulas como los adipositos glóbulos rojos y ovocitos tienen un bajo consumo energético
-DEFINICION: Conjunto de reacciones biológicas que se dan con la finalidad de obtener, liberar y almacenar energia bajo la forma de ATP.
-MECANISMOS: 1.-Glucolisis: Obtención de energia a partir de los carbohidratos.2.-B Oxidación: obtención de energia a partir de los acidos grasos libres consiste en la oxidación del carbono B del acido graso u transformación hasta Acetil COA.3.-Desaminacion: Obtención de energia a partir de los aminoácidos, los aminoácidos pueden transformarse en diferentes compuestos e ingresar directamente al ciclo de Krebs ,( treonina, glicina, triptofano, isoleucina. )
-LOCALIZACION: En las celulas eucrionticas
SEPARATA DE BIOLOGIA - 2 - UNMSM -2002
la respiración se realiza en el citoplasma y en las mitocondrias. De la energia obtenida , un 60%se disocia en forma de calor, el 40% restantes se almacena en los enlaces de alta energia en las moléculas de ATP.
-TIPOS: De acuerdo a la ausencia o presencia del oxigeno pueden ser : A.-Respiracion anaerobica : Proceso de desintegracion de nutrientes en ausencia de oxrgeno, ests proceso no produce energia, clmprende solamente la glucolisis anaerobica. B.-Respiracion aerobica : Utiliza el oxigeno como agente oxidante, se logra una mayor produccion de energia (36 ATP), esun proceso complejo que comprende diferentes etapas como glucolisis, ciclo de Krebs y respiracion celular.
ETAPAS:
A.-GLUCOLISIS: ( via de Embdem Meyerhof ), se realiza en la parte soluble o citosol de la matriz citoplasmatica dedo que la glucosa es la molecula energetica por exelencia. Su degradacion en el citosol se denomina glucolisis ( ruptura de la glucosa ). Se llevan a cabo los siguientes pasos.
1.- Fosforilacion: la glucosa es transformada hasta fructuosa difosfato, consumiendo 2 ATP. Este proceso tambien se llama activacion. 2.-Ruptura de fructuosa difosfato: Esta reaccion origina 2 moleculas de fosfogliceraldehido. 3.- Oxidacion: El fosfogliceraldehido se oxida perdiendo hidrogenos ( protones y electrones ). El resultado es la formacion de difosfoglicerato. El NAD capta los hidrogenos formando NADH2. 4.- Formacion de ATP: El difosfogliceeato se transforma en piruvato. En esta reaccion se forma 4 moleculas de ATP
Por lo tanto por cada molecula de glucosa que se degrade hasta dos moleculas de piruvato, se gasta 2 ATP y se forman 4 ATP Y 2 NADH. La presencia o ausencia de oxigeno determina el cambio a seguir lor el piruvato.
A.1.- GLUCOLISIS ANAEROBICA: Llamada tambien fermentacion, proceso catalitico en donde el aceptor final de electrones viene hacer sustancias organicas.
Fernetacion lactica : El piruvato en ausencia de oxigeno se transforma acido lactico ( lactato ), siendo esta reaccion catalizada por la lactato deshidrogenasa. Este proceso es producido por algunas bacterias anaerobicas. Ejemplo: Lactobacillus cusei
En algunas celulas de los organismos aerobicos cuando es limitada la cantodad de oxigeno . Ejemplo: Miocito, celulas dela cornea cristalina.
* Fermentacion alcoholica. Conciste en la transformacion de piruvato en alcohol etilico por una reaccion de descarboxilacion y reduccion. Esta es realizada por algunas levaduras Ejemplo .Sacchoramyces vinae.
A.1.- GLUCOLISIS AEROBICA: En presencia de oxigeno el piruvato ingresa a la mitocondria y sufre reacciones de descarboxilacion, formandose un radical de dos carbonos llamado acetil que se une a la coenzima A (en cuya estrutura se halla el acido pantotenico), creandose un compuesto llamado Acetil coenzima A (Acetil COA).
SEPARATA DE BIOLOGIA - 3 - UNMSM -2002
0
0CP
CP O
CP O C P
GLUCOSA
GLUCOSA 6 - FOSFATO
FRUCTUOSA 6 - FOSFATO
FRUCTUOSA 1-6 DIFOSFATO
GLICERALDEHIDO 3- FOSFATO
CHO
H - C - OH
CH2 - O - P
CHO
H - C - OH
CH2 - O - P
1- 3 DIFOSFOGLICERATO
3 - FOSFOGLICERATO
FOSFOENOLPIRUVATO
PIRUVATO
2CH
OC
COOH
2CH
POC
COOH
2CH
OHCH
COOH
POCH
OHCH
POCO
2
ATP
ADP
ATP
ADP
ADP
ATP
ATP
ADP
NAD
NADH2
SEPARATA DE BIOLOGIA - 4 - UNMSM -2002
*ETAPA MITOCONDRIAL
*Descarbocilacion y Deshidrogenacion del piruvato: La descarboxilación consiste en que el piruvato pierde un carbono en forma de C02 y la deshidrogenación en que pierde 2H a través de la formación NADH+H+. El piruvato tras esos dos pasos se convierte en acetilo (2C) e inmediatamente se acopla con la coenzima -A(Co-A): constituyendo AcetilCoA.
B.-CICLO DE KREBS:
Fue descrito por Hans Kreb en 1934, es conocido también como ciclo del ácido cítrico o
Tricarboxílico.Se realiza en la matriz mitocondrial, esta constituido por una serie de reacciones mediante los
cuales se completa la degradación total de los productos de la glucólisis.
Este ciclo se inicia cuando el Acetil CoA (2C) se une a un compuesto de 34 carbonos denominado
Oxalacético para formar una molécula de 6 carbonos el ácido cítrico, que sufre reacciones de
deshidrogenación y descarboxilación dando lugar a una nueva molécula de Oxalacético.
CITRATO
ISOCITRATO
- CETOGLUTARATO CETCETCETOGLUTARATO
SUCCINIL CO - ASUCCINATO
FUMARATO
MALATO
OXALACETATO
ACETIL CO - A
NAD+NADH2
FADH2
FAD
NADF
NADH2 CO2
CO2
NAD
NADH2
GTP GDP
CICLO DEKREBS
SEPARATA DE BIOLOGIA - 5 - UNMSM -2002
Por cada Acetil CoA que ingrese al ciclo de Krebs se obtiene como producto final 1 GTP, 2CO2 y 4 partes de
Hldrogeno (3 NADH2 y FADH2) estos son denominados equivalentes reductores quienes ingresaran a la
siguiente etapa:
Durante todo el ciclo de Krebs no se forma ningun ATP.
.B.-CADENA TRANSPORTADA DE ELECTRONES Y FOSFORILACIÓN OXIDATIVA:
Los hidrógenos en la superficie de la membrana Interna se descomponen en H+ (protones) y (electrones), los
H+ pasan a la cámara externa mientras que los e- son transportados por proteínas ubicadas en la membrana
interna. Estas proteínas conforman la cadena transportadora de e- donde sus componentes más importantes son
los citocromos: proteínas que contienen Hierro (Fe). Los electrones son transportados hasta el O2 (aceptor
final de e-).
Los protones de la cámara externa se han concentrado y generado un potencial químico, el regreso de los
protones desde la cámara interna desprende alta cantidad de energía, lo que hace posible en la partícula “F”
localizado sobre la superficie interna, captura energía para la formación de ATP. Este proceso se denomina
fosforilación oxidativa. Algunos protones de la cámara externa se unen al oxigeno formando agua.
Por lo tanto en toda la respiración celular se gasta 2 ATP y se gana en total entre 36-38 ATP.
FP Q B Cl C Al A
CO22H+2H+2H+
NADH2
FADH2
2 e-
2 e-
SEPARATA DE BIOLOGIA - 6 - UNMSM -2002
FOTOSÍNTESIS
1.- GENERALIDADES:
- principal mecanismo de energía para el mundo viviente.
- Se lleva a cabo en las plantas superiores e inferiores, en las cianofilas y en algunas bacterias y
protistas. No se da en hongos ni animales.
- Se ha comprobado mediante estudios que el CO2 atmosférico se renueva cada 200 años y el 02
del aire se renueva cada 2,000 años.
2.-DEFINICION:
Función biológica fundamental que por medio de la clorofila, contenido en los cloroplastos, es capaz de
absorber la energía que la luz solar emite como fotones y transforma, lo en energía química de la siguiente manera:
nCQ2 + nH20 (CH2O)n + nO2
La cual queda almacenada en los enlaces carbono de los glúcidos formados en la fotosíntesis (son solubles) la cual
circula por los diferentes tejidos de la planta o se acumulan como gránulos de almidón en los cloroplastos o se
acumulan en los amiloplastos. Además por diferentes sistemas enzimáticos el material surgido en la fotosíntesis
puede convertirse por lo general fuera de los Plastidios en polisacaridos estructurales o en lípidos o proteínas de la
planta.
3.-ELEMENTOS IMPORTANTES DE LA FOTOSÍNTESIS
- Luz - Enzimas Fotosintéticas -CO2
- Fotopigmentos - Agua
A.- LUZ: Esta constituida por un haz de fotones que tiene un desplazamiento ondulatorio en el espacio. U luz
visible corresponde a una porción del espectro de radiación electromagnética total que comprende longitudes de
ondas entre 400 - 700 nm. La energía contenida es transmitida en unidades fotones, un fotón tiene un cuanto de
energía.
* Ecuación de Plank
E =
SEPARATA DE BIOLOGIA - 7 - UNMSM -2002
h = Constante de Planck
c = Velocidad de la luz
=Longitud de Onda
Los fotones con menor longitud de onda tiene mayor energía.
Hay sustancias capaces de absorber la energía de la luz. Así los fotones absorbidos producen, la excitación de
los electrones, que al desplazarse de la órbita de sus átomos adquiere un nivel de energía mayor (elevado
potencial de transferencia).
Los electrones excitados tienden a volver a su orbital original (estado fundamental) y al hacerlo liberan
energía. Esta puede disiparse en forma de calor o radiación (fluorescencia) ser transferido de una molécula a
otra por resonancia o convertirse en energía química (los 2 últimos en la fotosíntesis).
B.-. FOTOPIGMENTOS:
Son capaces de absorber la luz. Estos son encargados de capturar la energía luminosa solar. Existe varios
tipos, cada una con una capacidad de absorción de tira gama particular de longitud de onda.
*Clorofila.: Molécula asimétrica anfipática con una cabeza hldrofílica integrada por 4 anillos Pirrólicos
unidos por un átomo de Magnesio y una cola hidrofóbica (Llamada Fitol). Ligado a uno de los anillos.
*Tipos: Clorofila a, b, c, d y la clorofila bacteriana. Por otro lado la clorofila a, es el principal captador de luz
de las plantas superiores y la mas abundante Existen varios tipos de clorofila y los mas importantes son (P 680
y P700 ) . P por pigmento y y el numero indice la longitudde onda absorbida mas eficientemente.
* Otros Pigmentos: Carotenos y xantofilas. ficocianina. ficobilina. Estos absorben la luz a longitudes de
onda que la clorofila no es eficiente.
Observación: Todos los Fotopigmentos se encuentran en la membrana de los tilocoide
: C.- ENZIMAS FOTOSINTETICAS:
En las células eucariótica se localizan en la membrana tilacoide de los cloroplastos yson responsables de las
reacciones fotoquímicas (Fase luminosa), también lo encontramos en el Estroma del cloroplasto (Fase Oscura)
En cambio en células procarióticas se localizan en la membrana celular.
4.-FASES:
A.- FASE LUMINOSA DE LA FOTOSISINTESIS.
- Las enzimas fotosintéticas se hallan en la membrana tilacoidal.
SEPARATA DE BIOLOGIA - 8 - UNMSM -2002
- Se lleva a cabo en la membrana interna de los tllacoide.
- Depende directamente de la luz
-Existe una cadena de complejos moleculares (equivale a la cadena de transporte de electrones
que da lugar a la fosforilación oxidativa.
*FOTOSISTEMA 1:
Cada unidad fotosintética del sistema consta de aproximadamente de 400 moléculas de clorofila “a” y 50
moléculas de carotenoides y una molécula adicional de clorofila llamada P700 nm por su sensibilidad a la longitud
de onda de 700 nm.
*FOTOSISTENA II:
Consiste en 400 moléculas de clorofila “b” y una molécula de clorofila “a” llamada P680, por su particular
sensibilidad de absorber las ondas de 680 nm de longitud.
-Etapas:
1.-FOTOEXITACION DE LA CLOROFILA:
Los fotones exciten a las clorofila presentes en la fotosistemas II y I cuando un fotón excita a una molécula de
clorofila uno de los electrones es sacado de su órbita molecular y transferido a otro de mayor energía.
- Fotosistema II: Caso de la clorofila situado en la antena del fotosistema II energizada es transferida por
resonancia a un electrón de la clorofila P680 el electrón excitado abandona el fotosistema II y pasa al siguiente
eslabón de la cadena y aceptado por la plastoquinona a continuación pasa al complejo (b-f) (Ubiquinona en
Mitocondria) que contiene citocromos b y f donde parte de su energía es utilizado pera trasladar en contra del
agradiente electroquímico, un H+ desde el Estroma al espacio tilacoidal pasa a la plastocianina y de este el
Fotosistema I.
Fotosistema I: Ocurren pasos equivalentes a el fotosistema II con las siguientes particularidades:
1.-El electrón energizado corresponde a la clorofila P700 (no es el P600)
2.-El electrón es transferido a la ferredoxina (y no a la plastoquinona)
3.-Es reemplazado por el electrón proveniente de la plastocianina (no de la Fotolisis del H20)
2.- FOTOLISIS DEL H20:
Mientras tanto con la intervención de un átomo de Magnesio 2 moléculas de H2O son escindidas y genera 02, 4H+
y 4e-.Cada uno de estos 4e- pasan al fotosistema II y reemplaza a la salida de la clorofila P680. Los hidrógenos
formados se suman a los hidrógenos que llegan del fotosistema II al espacio tilacoide.
SEPARATA DE BIOLOGIA - 9 - UNMSM -2002
3.-REDUCCIÓN DEL NADP:
El nuevo electrón deja la ferrodixina e Ingresa a el NADP reductasa, donde parte de su energía es utilizado para
reducir un NADP a NADHP en el lado de la membrana tilacoidal que da al Estroma utilizado un H formado del
Estroma.
4.- FOTOFOSFORILACION
4.1 Fotofosforilación Acíclica
(No cíclica) Los 3 pasos citados corresponden a una fosforilación no cíclica. Se sintetiza ATP.
4.2. Fotofosforilación Cíclica:
Si se excita el fotosistema I en ciertas condiciones como en ausencia de NADP los electrones disparados retoman a
la clorofila a través de una cadena transportadora y sintetiza ATP.
B.-FASE OSCURA DE LA FOTOSINIESIS:
- Es conocido con el nombre de Ciclo de Calvin o Ruta del C3.
- Tiene lugar en el Estroma del cloroplasto.
- Las moléculas de ATP y NADPH e hidrógeno producido en la reacción fotoquímica proporcionan la energía
necesaria para sintetizar carbohidratos a partir de CO2 y H20.
- El proceso no utiliza luz aunque puede estar presente.
- El proceso puede dividirse en 3 fases:
PLASTOQUINONA
PLASTOCIANINA
FERREDOXINA
NADPH
NADP
FOTON700 nm
P 700
P 680
FOTON680 nm
ADP+Pi
ATP
FOTOSISTEMA I
FOTOSISTEMA II
2H2O O2 + 4 H+ +4 e-
SEPARATA DE BIOLOGIA - 10 - UNMSM -2002
1.-CARBOXILACION:
El C02 es fijado por la Rlbulosa 1,5 difosfato, molécula de 5C aceptan de CO 2 y se forma un compuesto transitorio
de 6C el cual se hidroliza rápidamente en 2 moléculas de fosfoglicerato.
2.-REDUCCION:
El 3-fosfoglicerato es reducido mediante NADPH producido en la fase luminosa, produciendo 3-
fosfogliceraldehido, con consumo de ATP a partir del cual, en un proceso inverso a la glucólisis, se sintetiza
glucosa.
3.- REGENERACION:
roceso por el cual a través de una serie de etapas complejas se regenera la Ribulosa 1,5 difosfato (aceptar de CO 2)
con consumo de ATP
C.- RUTA DEL C4 O RUTA DE HATCH – SLOCK: Caso de ciertas gramineas tropicales como caña de azucar, maiz, grana tambien en soya y trigo etc. Las plantas C4 concentran el CO2 en las cellas que efectuan la fotosintesis por la via C3. Incrementan la circulacion de CO2 en las celulas de la via vascular 10 a 60 veces en comparacion con las plantas que solo realizan C3 lo que permite que la fotosintesis ocurra agran velocidad.
Casi todas las plantas C4 tienen una capa de celulas en la vaina vascular y rodeada a su vez por cellas del mesofilo, contienen la enzima :Fosfoenol piruvato carboxilasa que asimila el CO2 y forma el Oxalacetato (4c) que es susceptible de formar Malato o Aspartato que pasa a la vena vascular, donde se forma piruvato, el CO2 liberado se condensa con la Ribulosa 1, 5 Difosfato e ingresa al ciclo de Calvin. El piruvato regresa a la celula del mesofilo donde se regula el fosfoenol piruvato por medio de la reaccion piruvato con ATP.
DEPARTAMENTO DE COORDINACION ACADEMICAAPPU - JCM : 12 DE JULIO DEL 2001
RIBULOSA 1,5 BIFOSFATO
FRUCTUOSA 1,6 BIFOSFATO
FRUCTUOSA 6 - FOSFATO FOSFATOF.F.FFFFFOSFATOFFFFFFFFFFFFFFFOSFATOFOSFATO
GLUCOSA 6- FOSFATO
ALMIDONADP
ATP
CO2
2 ADP
2 ATP
2 NADP +2H
2 NADP
CICLO DECALVIN