Metabolismo celular- Producción de energía

Semana 5, Capítulo 8

8.1 Generalidades sobre las vías de descomposición de los carbohidratos

Las plantas producen energía (ATP) degradando parte de la glucosa que producen por fotosíntesis.

Los animales y los descomponedores producen energía (ATP) consumiendo otros organismos para obtener azúcares, proteínas, y grasas que pueden degradar.

Las dos vías metabólicas principales para producir energía

Respiración aeróbica- empleada por la mayoría de las células eucariotas, usa oxígeno. Degrada la molécula de glucosa a CO2 y produce mucho ATP.

Fermentación- empleada por microorganismos en ambientes anaeróbicos (sin oxígeno) y bajo condiciones especiales por algunas células eucariotas (e.g., nuestras fibras musculares). Degrada parcialmente la molécula de glucosa y produce poco ATP. Molécula de ATP

La molécula de ATP libera energía cuando se rompen los enlaces fosfato.

Resumen de la respiración aeróbica

Tiene tres etapas1.Glucólisis (poco ATP). Sucede en el citoplasma2.Formación de acetil-CoA y ciclo de Krebs (poco

ATP). Sucede en el mitocondrio3.Fosforilación por transferencia de electrones

(mucho ATP). Sucede en el mitocondrio

C6H12O6 (glucosa) + O2 (oxígeno) → CO2 (dióxido de carbono) + H2O (agua)

• Las coenzimas NADH y FADH2 transportan electrones y protones.

8.2 Primera etapa: Glucólisis

Glucólisis comienza y termina en el citoplasma

La célula usa 2 ATP como energía de activación para romper la glucosa en 2 PGAL de 3 carbonos.

Los 2 PGAL se convierten en 2 PGA y se forman 2 NADH

Se producen 4 ATP

Glucólisis Parte 1

Glucólisis Parte 2

8.3 Segunda etapa: formación de acetil-CoA y ciclo de Krebs

La segunda etapa de la respiración aeróbica termina la degradación de la molécula de glucosa a CO2.

Sucede en los mitocondrios. Incluye dos etapas (ambas

suceden dos veces por cada molécula de glucosa):• formación de acetil-CoA• ciclo de Krebs

Formación de acetil-CoA y ciclo de Krebs Este proceso sucede dos

veces por cada molécula de glucosa que comenzó glucólisis.

Se producen: 6 CO2

8 NADH 2 FADH2

2 ATPLos carbonos en las seis moléculas de CO2 son los seis carbonos de la molécula de glucosa.

8.4 Tercera etapa: Fosforilación por transferencia de electrones

Sucede en los mitocondrios, también se conoce como la cascada de electrones.

Las coenzimas NADH y FADH2 donan electrones y protones (H+) a cadenas de transferencia de electrones.

Se produce una alta concentración de H+ en el compartimiento externo del mitocondrio.

Los protones pasan a través de la enzima ATP sintasa y la energía del paso de los electrones se usa para producir ATP.

Finalmente, átomos de oxígeno aceptan electrones y se combinan con H+ para formar agua.

Se producen 32 ATP, mucha más energía que en las etapas anteriores.

La cascada o cadena de transferencia de electrones

Otro diagrama del mismo proceso

La cascada o cadena de transferencia de electrones

Resumen de la respiración aeróbica

La descomposición completa de una molécula de glucosa produce típicamente 36 moléculas de ATP:• Glucólisis: 2 ATP

netos• Formación de

acetil-CoA y ciclo de Krebs: 2 ATP

• Cascada de electrones: 32 ATP

8.5 Vías anaerobias de liberación de energía: fermentación

Fermentación rompe los carbohidratos sin usar oxígeno.

La primera etapa es glucólisis. Se forman 2 piruvatos, 2 NADH y 2 ATP.

El piruvato se convierte en otras moléculas pero no se degrada completamente a CO2 y agua.

Se regenera NAD pero no se produce más ATP.

Provee suficiente energía para la levadura comercial (Saccharomyces cerevisae) y otros microorganismos anaeróbicos.

Dos tipos de fermentación

Fermentación alcohólica• Piruvato se rompe en

acetaldehído y CO2 que escapa a la atmósfera.

• El acetaldehído recibe electrones e hidrógeno de NADH, formándose NAD+ y alcohol etílico (etanol).

Fermentación láctica• Piruvato recibe electrones

e hidrógeno de NADH, formándose NAD+ y ácido láctico (lactato).

Fermentación alcohólica

En la producción de vino se fermenta el azúcar de las uvas, mientras que en la producción de cerveza de fermenta el azúcar presente en granos. El pan sube cuando se hornea debido a la salida de CO2, el alcohol etílico se evapora.

Fermentación láctica

Lactobacillus acidophilus, bacteria usada en la producción comercial de quesos. Fermenta azúcares de la leche y produce ácido láctico.

8.6 Contracciones musculares

Las fibras musculares de contracción lenta (músculo rojo) producen ATP por respiración aeróbica. Almacenan mioglobina, tienen muchos mitocondrios y pueden sostener una actividad propongada.

Las fibras musculares de contracción rápida (músculo blanco) producen ATP por fermentación láctica. No tienen mioglobina, tienen pocos mitocondrios y no pueden sostener una actividad propongada.

Carne oscura y carne blanca Los músculos que tienen muchas

fibras musculares de contracción lenta (músculo rojo) quedan oscuros al cocinarse, mientras que los músculos que tienen pocas de estas fibras quedan claros o blancos.

La carne oscura de los pollos es el muslo y la cadera, la carne blanca es el ala y la pechuga. Esto es producto de una adaptación evolutiva, ya que las gallinas sólo vuelan para escapar de los depredadores.

8.7 Fuentes alternas de energía en el cuerpo

Aunque en la discusión del proceso de respiración celular se sigue la descomposición de una molécula de glucosa, es importante recordar que el cuerpo también puede producir energía usando lípidos y proteínas.

Destino de la glucosa cuando comemos y entre comidas

Cuando la concentración de glucosa en la sangre aumenta, el páncreas aumenta la producción de la hormona insulina. Las células toman más glucosa de la sangre, producen más ATP, más glucógeno y más ácidos grasos.

Cuando la concentración de glucosa baja, el páncreas aumenta la producción de la hormona glucagon. El glucógeno almacenado se convierte en glucosa.

Grasas y proteínas

Aproximadamente el 78 por ciento de la energía se almacena como grasa (mayormente triglicéridos). Cuando estas reservas se necesitan, enzimas degradan las grasas a glicerol y ácidos grasos.

La degradación de las grasas produce más ATP que la degradación de los carbohidratos.

Durante la digestión, las proteínas que consumimos son degradadas a aminoácidos que se emplean para hacer proteínas y otras moléculas.

A los aminoácidos disponibles en exceso se les saca el grupo amino (que se excreta como amonia- NH3) y lo restante pasa a respiración celular.

Fuentes alternas de energía en el cuerpo humano

Los carbohidratos, las grasas y las proteínas se usan para producir energía.

Los ácidos nucléicos no se usan para producir energía.

Biodiversidad- Artibeus jamaicensis

Este murciélago frugívoro tiene una distribución geográfica amplia y es uno de los murciélagos más comunes en Puerto Rico. Dispersa una gran variedad de semillas (aquí se lleva una almendra).