ESC. SUP. Dr. A. CARBÓ BIOLOGÍA QUINTO AÑO C Docente: Dr. Lic. y Prof. Rubén M. Pereyra
RESPIRACIÓN CELULAR PRIMERA ETAPA: GLÚCÓLISIS ANAEROBIA
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Glucólisis anaerobia. La glucólisis anaerobia es la primera etapa de la respiración celular. Es un proceso que sucede en el citosol1 de las células eucariotas (células con núcleo organizado). A través de este proceso la célula usa la glucosa (6 carbonos) que llega a través de la sangre procedente del aparato digestivo que la proceso a partir de los alimentos ricos en hidratos de carbono (azúcares como almidón, glucógeno, etc) Una vez que la glucosa ingresa a la célula es transformada por acción de enzimas2 en un compuesto de mayor energía química también de 6 carbonos llamado: fructosa 1,6 bifosfato. Hasta aquí el proceso ha consumido energía en forma de 2 ATP.3 La molécula de fructosa 1,6 bifosfato por acción de otra enzima se transforma en dos moléculas de 3 átomos llamada Gliceraldheido 3P que al transformarse por acción de otra enzima en Piruvato también de 3C, libera energía química (por ruptura de las uniones). Esta energía liberada se utiliza para formar y almacenar energía a través de 2 moléculas de ATP según esta reacción: ADP + Pi (fosfato inorgánico)
ATP Energía química
Por lo tanto como por cada molécula de glucosa se consumen 2 ATP para activación y como por cada molécula de 3C se libera la energía para formar 2 ATP (4 ATP en total) el balance neto de producción de ATP en la glucólisis anaerobia es de 4 ATP: 4 ATP producidos – 2 ATP consumidos= 2 ATP netos al final de la glucólisis. En este proceso de glucólisis (ruptura de la glucosa) no es necesaria la presencia de oxígeno, es por ello que se denomina anaeróbica (sin oxígeno)
RESPIRACIÓN CELULAR SEGUNDA ETAPA: CICLO DE KREBS
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CITOSOL: parte del citoplasma líquido formado por agua, sales minerales y proteínas en suspensió coloidal. 2 ENZIMA: sustancia de naturaleza proteica que presente en una reacción química altera (aumenta o disminuye la velocidad de reacción) 3 ATP: adenosin tri fosfato, molécula que almacena energía en cada enlace fosfato.
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Membrana celular
Mitocondria
Ciclo de Krebs El ciclo de Krebs corresponde a la segunda etapa en la respiración celular. Como su nombre lo indica ocurre en forma cíclica comenzando en un punto y terminando en el mismo punto.
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ESC. SUP. Dr. A. CARBÓ BIOLOGÍA QUINTO AÑO C Docente: Dr. Lic. y Prof. Rubén M. Pereyra El compuesto de 3Carbonos llamado PIRUVATO formado en la etapa de la glucólisis, es transformado por acción de una enzima, en el citosol, en una molécula de 2 Carbonos denominada Acetil Coenzima A, liberando una molécula de dióxido de carbono (CO2) Esa molécula de 2 C, la acetil coenzima A ingresa dentro de la mitocondria atravesando la membrana y en la matriz cumple el mencionado ciclo de Krebs que podemos resumir de la siguiente manera: Ingresa una molécula de 2 C, la acetil coenzima A Esta se une con una molécula de 4C (Oxalacetato) y forma una molécula de 6 carbonos (Citrato) El Citrato se transforma en una molécula de 5 C llamada alfa ceto glutarato, liberando una molécula de CO2 El alfa ceto glutarato (5C) se transforma en una molécula de 4C (oxalacetato) perdiendo otra molécula de CO2. Esta molécula de 4C formada se usa nuevamente para comenzar otra vuelta del ciclo al unirse a otra molécula de 2C y formar una nueva molécula de 6C. (ver esquema) En todo el ciclo las reacciones son comandadas por enzimas y se liberan 3 CO2 y también hidrógenos de alta energía (H+) que pasan a la siguiente etapa de la cadena respiratoria
RESPIRACIÓN CELULAR TERCERA ETAPA: CADENA RESPIRATORIA Membrana celular
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Cresta Mitocondria
La cadena respiratoria La cadena respiratoria se cumple por acción del complejo de enzimas (proteínas) ubicadas en la cresta mitocondrial (pliegues de la membrana mitocondrial interna) La cadena respiratoria usa los hidrógenos de alta energía (H+) liberados durante el ciclo de Krebs y los hace pasar de una enzima a otra para hacer que pierdan gradualmente la energía hasta que logran una energía lo suficientemente baja para
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ESC. SUP. Dr. A. CARBÓ BIOLOGÍA QUINTO AÑO C Docente: Dr. Lic. y Prof. Rubén M. Pereyra que estos hidrógenos se unan al oxígeno y formen agua como producto final de todo el ciclo. A medida que los hidrógenos van perdiendo energía simultáneamente se van formando ATP almacenando la energía liberada. (ver más adelante) Podemos decir que en los procesos de Ciclo de Krebs y cadena respiratoria los productos que ingresan de 3Carbonos son transformados finalmente en CO2 y H2O, esta última formada por los hidrógenos y el oxígeno, y es esta parte final la única de todo el proceso que consume oxígeno para formar agua. Los hidrógenos de alta energía formados se mueven fuera de membrana mitocondrial interna por acción de las enzimas de la cadena respiratoria (Complejo NADH deshidrogensa, Complejo Citocromo, Complejo citocromo oxidasa)
Pero como se producen en realidad los ATP? Es esta la pregunta central y la clave de todo el proceso de producción de energía de los organismos vivos de células eucariotas. El conocimiento de este apasionante y complicado proceso se ha descubierto recientemente por los trabajos de investigación del campo de la Biología celularmolecular. Tratare de explicarlo lo más sencillamente posible sin perder nivel académico. El primer punto importante de esta explicación tiene que ver justamente con la salida de hidrógenos positivos H+ fuera de la membrana mitocondrial. (1) Las membranas celulares presentan una desigual distribución de cargas en su superficie de tal manera que el lado externo es netamente positivo en relación al lado interno que es netamente negativo, esto sucede en cualquier membrana celular (de los organoides, de la membrana plasmática, etc)
A esto se denomina potencial de membrana. La permanente movilidad de los H+ fuera de la membrana determina una acumulación de estos por fuera de la membrana en relación a su parte interna, a esto se denomina gradiente de concentración
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ESC. SUP. Dr. A. CARBÓ BIOLOGÍA QUINTO AÑO C Docente: Dr. Lic. y Prof. Rubén M. Pereyra Como consecuencia de (1) (2) y (3) existe una tendencia pasiva sin gastar energía a que los H+ se muevan hacia el interior de la membrana mitocondrial (movidos por el gradiente de concentración y el potencial de membrana favorable, ya que las cargas negativas del lado interno atraen a los H+ con carga positiva) Justamente este pasaje pasivo sin gasto de energía de los iones H+, desde afuera hacia adentro es utilizado por las células para hacer rotar sobre su eje una enzima localizada en la membrana llamada ATPasa, que al girar como un molinete produce energía cinética que es usada para unir un Pi (fosfato inorgánico) a una molécula de ADP y formar el tan codiciado ATP. Es decir que el ATP intimamente se forma por transferencia de energía mecánica del giro de la ATPasa por acción del pasaje de H+ a través de la membrana, en energía química de unión del fósforo al ADP. En síntesis la formación de ATP no gasta energía de la célula sino que hay transformación de un tipo de energía mecánica en otra química.
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ESC. SUP. Dr. A. CARBÓ BIOLOGÍA QUINTO AÑO C Docente: Dr. Lic. y Prof. Rubén M. Pereyra ACTIVIDADES PARA RESOLVER Problema 1: Los alimentos ricos en proteínas al ingresar al aparato digestivo son transformados en sus componentes esenciales llamados aminoácidos. El más común y de importancia energética y metabólica para la célula es el PIRUVATO o ÁCIDO PIRÚVICO. Conociendo los mecanismos que se suceden en el proceso de respiración celular responder: a- En cual de los pasos de la respiración ingresa el PIRUVATO procedente de los alimentos ricos en proteínas? Justificar. b- El PIRUVATO, resultante de las proteínas genera en su paso igual, mayor o menor cantidad de energía (ATP) que una molécula de glucosa? Por qué (justificar) c- En que se transforma finalmente en la respiración celular la molécula de PIRUVATO procedente de las proteínas? Cuanta energía en forma de ATP produce una molécula de PIRUVATO? Problema 2: los alimentos ricos en grasa al ingresar al aparato digestivo son transformados en ácidos grasos y glicerol, que es la forma en que se absorben y pasan a la sangre. Al llegar a las células producen moléculas de AcetilCoenzima A. Conociendo los mecanismos que se suceden en el proceso de respiración celular responder: a- En cual de los pasos de la respiración ingresa la AcetilCoenzima A procedente de los alimentos ricos en grasas? Justificar. b- La Acetilconezima A, resultante de las grasas genera en su paso igual, mayor o menor cantidad de energía (ATP) que una molécula de glucosa? Por qué (justificar) c- En que se transforma finalmente en la respiración celular la molécula de Acetilcoenzima A procedente de las grasas? Cuanta energía en forma de ATP produce una molécula de Acetilcoenzima A? Problema 3: La diabetes es una enfermedad caracterizada por un déficit en la hormona llamada insulina formada en el páncreas. La insulina tiene por función hacer que la glucosa transportada en la sangre ingrese al interior de las células, para que pueda cumplir con la respiración celular. Conociendo los mecanismos que se suceden en el proceso de respiración celular responder: a- Si la glucosa que llega a la sangre desde los alimentos no pude ingresar a la célula por falta de insulina, como es la cifra de glucosa en sangre alta, normal o baja? Por qué? b- Si hay glucosa fuera de la célula y esta no puede entrar por defecto de la insulina: se alterará la respiración celular? Por qué? En que forma? c- Si la glucosa no puede ser utilizada por la célula, que otros alimentos usará para obtener energía en forma de ATP?
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