1 Capítulo 8 Producción de Energía

2 Temas de interés: Cuando las mitocondrias trabajanHay más de 100 enfermedades mitocondriales Ataxia de Friedreich, causada por una mutación de un gen mitocondríal, resulta en debilidad muscular y problemas de visión Los animales, plantas, protistas y hongos dependen de las mitocrondrias Mitocondrias defectuosas pueden resultar en enfermedades letales

3 Cuando las mitocondrias trabajanp.123

4 ATP es fuente universal de energíaOrganismos fotosintéticos obtienen energía del sol Animales obtienen energía de plantas u otros animales En todos los casos, la energía se transforma a ATP

5 Hacer ATP Las plantas hacen ATP en fotosíntesisLas células de otros organismos hacen ATP metabolizando carbohidradtos, grasas y proteínas

6 Vías liberadoras de EnergíaVía Anaeróbica Evolucionó primero No requiere oxígeno Empieza con glicólisis en citoplasma Se completa en el citoplasma Vía Aeróbica Evolucionó después Requiere oxígeno Empieza con glicólisis en citoplasma Se completa en mitocondria

7 Vías productoras de energíaInicia (glucólisis) en citoplasma Inicia (glucólisis) en citoplasma Termina en mitocondria Termina en mitocondria Vía anaeróbica Respiración aeróbica Fig. 8-2, p.124

8 Ecuación Respiración AeróbicaC6H O CO2 + 6H20 glucosa oxígeno dióxido carbono agua

9 Overview of Aerobic RespirationCYTOPLASMA glucosa ATP 2 ATP 4 Glucólisis e- + H+ (2 ATP netos) 2 NADH 2 piruvatos e- + H+ 2 CO2 Overview of Aerobic Respiration 2 NADH e- + H+ 8 NADH 4 CO2 Ciclo Krebs e- + H+ 2 ATP 2 FADH2 e- Cadena transportadora electrones 32 ATP H+ agua e- + oxígeno Producción Energía Promedio: 36 ATP Fig. 8-3, p. 135

10 La función de las coenzimasNAD+ y FAD aceptan electrones e hidrógenos Transforman en NADH y FADH2 Entregan electrones a la cadena transportadora de electrones

11 Glucosa Un azúcar (C6H12O6) Atomos unidos por uniones covalentesIn-text figure Page 126

12 Glucólisis en dos etapasReacciones endergónicas (inversión) ATP activa la glucosa y sus carbones Reacciones exergónicas (cosecha) Los productos se parten en moléculas de piruvato de tres carbones Se forma ATP y NADH

13 Glucólisis glucosa a segunda parte de la vía aeróbica GLUCOSApyruvate a segunda parte de la vía aeróbica GLUCOSA Fig. 8-4a, p.126

14 REACCIONES ENDERGÓNICASGlucólisis REACCIONES ENDERGÓNICAS DE GLUCÓLISIS glucosa ATP invierte 2 ATP ADP P glucosa–6–fosfato P fructosa–6–fosfato ATP ADP P P fructosa–1,6–difosfato DHAP Fig. 8-4b, p.127

15 REACCIONES EXERGÓNICASGLUCÓLISIS REACCIONES EXERGÓNICAS P P PGAL PGAL NAD+ NAD+ NADH NADH Pi Pi P P P P 1,3–difosfoglicerato 1,3–difosfoglicerato fosforilización a nivel de sustrato ADP ADP ATP ATP invierte 2 ATP P P 3–fosfoglicerato 3–fosfoglicerato Fig. 8-4c, p.127

16 Glicólisis P P 2–fosfoglicerato 2–fosfoglicerato H2O H2O P P PEP PEPfosforilización a nivel de sustrato ADP ADP ATP ATP produce 2 ATP piruvato piruvato Fig. 8-4d, p.127

17 Energy-Requiring Stepsinvierten 2 ATP Reacciones endergónicas glucosa ADP P ATP glucosa-6-fosfato fructosa-6-fosfato P ATP fructosa1,6-defosfato P ADP PGAL P Figure 8-4(2) Page 127

18 Energy-Releasing StepsPGAL PGAL NAD+ NAD+ Pi NADH Pi NADH P P P P Energy-Releasing Steps 1,3-difosfoglicerato 1,3-difosfoglicerato ADP ADP ATP ATP P P 3-fosfoglicerato 3-fosfoglicerato P P 2-fosfoglicerato 2-fosfoglicerato H2O H2O P P PEP PEP ADP ADP ATP ATP piruvato piruvato Figure 8-4 Page 127

19 Glucólisis: Ganancia Neta EnergíaReacciones endergónicas: 2 ATP invertidos Reacciones exergónicas: 2 NADH formados 4 ATP formados Ganancia neta 2 ATP y 2 NADH

20 Reacciones secundariasReacciones preparación Piruvato se oxida a moléculas de acetil (2 carbonos) y dióxido de carbono NAD+ se reduce Ciclo Krebs Las moléculas de acetil se oxidan a dióxido de carbono NAD+ y FAD son reducidos

21 Reacciones secundariasmitocondria mitocondria Fig. 8-5a, p.128

22 Reacciones secundariasFig. 8-5b, p.128

23 Reacciones secundariasmembrana interna de la mitocondria membrana externa de la mitocondria matriz espacio intermembranoso Fig. 8-6a, p.128

24 espacio intermembranosoDos piruvatos atraviesan la membrana interna mitocondria espacio intermembranoso 2 NADH matriz mitocondrial 6 NADH Ciclo Krebs Ocho NADH, dos FADH 2, y dos ATP son la ganancia de la descomposición de dos piruvatos. 2 FADH2 ATP 2 Los seis átomos de carbono del piruvato se difunden fuera de la mitocondria y la célula en forma de seis moléculas de CO2 6 CO2 Fig. 8-6b, p.128

25 Reacciones de Preparaciónpiruvato coenzyme A (CoA) NAD+ NADH O O dióxido carbono CoA acetil-CoA

26 Reacciones preparaciónFormación de acetil-CoA piruvato Reacciones preparación coenzima A NAD+ (CO2) NADH CoA acetil-CoA Ciclo Krebs CoA oxalacetato citrato NAD+ NADH NADH NAD+ FADH2 NAD+ FAD NADH ADP + grupo fosfato ATP Fig. 8-7a, p.129

27 CADENA TRANSPORTADORAglucosa Reacciones de preparación GLUCÓLISIS PIRUVATO CICLO KREBS CADENA TRANSPORTADORA ELECTRONES Fig. 8-7b, p.129

28 Ciclo Krebs =CoA acetil-CoA CoA oxalacetato citrato NADH H2O NAD+ H2Omalato isocitrato NAD+ H2O O O NADH fumarato FADH2 a-ketoglutarato FAD NAD+ CoA O NADH succinato succinil-CoA Figure 8-6 Page 129 ADP + grupo fosfato ATP

29 Ciclo de Krebs Reactivos Productos Acetil-CoA 3 NAD+ FAD ADP y PiCoenzima A 2 CO2 3 NADH FADH2 ATP

30 Resultados segunda etapaTodas las moléculas de carbono del piruvato terminan en dióxido carbono Las coenzimas se reducen (ganan electrones e hidrógenos) Se forma una molécula de ATP Se regenera el oxalacetato de cuatro carbonos

31 Reducción de coenzimas en dos etapasGlucólisis 2 NADH Reacciones preparación NADH Ciclo Krebs FADH NADH Total FADH NADH

32 Cadena transportadora electronesSe da en mitocondria Coenzimas entregan electrones a la cadena transportadora Cadena transportadora de electrones produce un gradiente de iones H+ Flujo de H+ a favor de gradiente produce ATP

33 CADENA TRANSPORTADORAglucosa Fosforilización GLUCÓLISIS piruvato CILCO KREBS CADENA TRANSPORTADORA ELECTRONES Fig. 8-8a, p.130

34 ESPACIO INTERMEMBRANA Cadena transportadora ElectronesFosforilización ESPACIO INTERMEMBRANA H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ e- e- e- H+ H+ H+ ADP + Pi ATP NADH + H+ NAD+ + 2H+ FADH2 FAD + 2H+ 2H+ + 1/2 02 H2O Cadena transportadora Electrones ATP Sintetasa H+ MATRIZ MITOCONDRIAL Fig. 8-8b, p.130

35 Fosforilización glycolysis e– CICLO KREBS cadena transportadoraglucosa Fosforilización ATP 2 PGAL ATP 2 NADH 2 pyruvate glycolysis 2 FADH2 2 CO2 e– 2 acetil-CoA 2 NADH H+ H+ 2 6 NADH CICLO KREBS ATP Ciclo Krebs ATP H+ 2 FADH2 ATP H+ 4 CO2 36 ATP H+ H+ ADP + Pi cadena transportadora electrones H+ H+ H+ Fig. 8-9, p.131

36 Generando gradiente H+espacio intermembrana NADH matriz mitocondrial

37 Produccción ATP: Modelo QuimiosmóticoMATRIZ MITOCONDRIAL ADP + Pi

38 Importancia Oxígeno Cadena transportadora electrones requiere oxígenoOxígeno recoge electrones de la cadena y los combina con H+ para formar agua

39 Resumen Ganancia de Energía (por molécula glucos)Glucólisis 2 ATP Ciclo Krebs y reacciones preparación Cadena transportadora electrones 32 ATP

40 Ganancia energía varíaNADH formado en citoplasma no puede entrar a mitocondria Entrega electrones a membrana mitocondrial Membrana transporta NAD+ o FAD hacia interior mitocondria Electrones entregados a FAD producen menos ATP que aquellos entregados al NAD+

41 Eficiencia de respiración aeróbica686 kcal de energía se liberan 7.5 kcal se conservan en cada ATP Cuando se forman 36 ATP, 270 kcal (36 X 7.5) se capturan en ATP Eficiencia = 270 / 686 X 100 = 39% Mayoría energía se pierde en calor

42 Vías anaeróbicas No usan oxígeno Produce menos ATP Dos tiposFermentación Transporte electrónes anaeróbicos

43 Fermentación Empieza con glucólisisNo metaboliza glucosa a agua y dióxido de carbono Produce sólo 2 ATP de la glucólisis Pasos que siguen a glucólisis sólo regeneran NAD+

44 Fermentación Alchólicaglucólisis C6H12O6 Fermentación Alchólica 2 ATP inversión 2 ADP 2 NAD+ 2 NADH 4 ATP 2 piruvato cosecha 2 ATP net forma etanol 2 H2O 2 CO2 2 acetaldehídos electrones, hidrógeno forma NADH 2 etanol Fig. 8-10d, p.132

45 Fermentación AlchólicaFig. 8-10a, p.132

46 Fermentación AlchólicaFig. 8-10b, p.132

47 Fermentación AlchólicaFig. 8-10c, p.132

48 Fermentación Láctica glucólisis C6H12O6 ATP 2 inversión 2 ADP 2 NAD+ 2NADH 4 ATP 2 piruvato cosecha 2 ATP netos lactate fermentation electrones, hidrógeno froma NADH 2 lactato Fig. 8-11, p.133

49 Fermentación Láctica Fig. 8-12, p.133

50 Cadena Transportadora anaeróbicaRealizan algunas bacterias Cadena transportadora de elctrones se da en la membrana plasmática bacteriana El receptor final de electrones es un compuesto del ambiente como los nitratos. No oxígeno Ganancia ATP es baja

51 p.134

52 ALIMENTO GRASAS glucógeno carbohidratos complejos proteínas acidos grasos glicerol azúcares simples aminoácidos glucosA-6-fosfato NH3 esqueletos carbono GLUCÓLISIS PGAL urea piruvato acetil-CoA CILCO KREBS

53 Formas alternas de energíaFig. 8-13a, p.135

54 cadena transportadoraFormas alternas de energía ALIMENTO GRASAS glucógeno carbohidrátos complejos proteínas acidos grasos glicerol azúcares simples (e.g., glucosa) aminoácidos NH3 glucosa-6-fosfato carbono urea PGAL 2 ATP glucólisis 4 ATP (2 ATP netos) NADH piruvato acetil-CoA NADH CO2 NADH, FADH2 Ciclo Krebs 2 ATP CO2 e– ATP ATP cadena transportadora electrones ATP mucho ATP H+ agua e– + oxígeno Fig. 8-13b, p.135

55 Evolución Vías MetabólicasOrígen vida, atmósfera con poco oxígeno Primeros organismos vías anaeróbicas Después, fotosíntesis aumenta oxígeno atmosférico Aparecen células que usan el oxígeno como aceptor final de electrones en cadena transportadora

56 Procesos ligados energía solar augua + moléculas dióxido azúcarFOTOSÍNTESIS augua + dióxido carbono moléculas azúcar oxígeno RESPIRACIÓN AERÓBICA