Metabolismo celular: catabolismo y sus procesos clave en Escuela Pce

Visión global de la nutrición celular

ESCUEL A PG Tema 8: Metabolismo celular. Catabolismo.

1. Visión global de la nutrición delular
2. Tipos de metabolismo: Catabolismo y anabolismo
3. Metabolismo y energía: ATP
4. Células autótrofas y heterótrofas

El catabolismo

1. El catabolismo
2. Ideas básicas sobre el catabolismo

Respiración celular aerobia

UELA

1. Respiración celular aerobia
2. Rutas catabolicas
3. Catabolismo de los glúcidos

Fermentación

1. Fermentación
2. Principales tipos de fermentación

Catabolismo de lípidos

1. Catabolismo de lípidos
2. Catabolismo de los trigliceridos
3. Beta-oxidación de los ácidos grasos

Catabolismo de compuestos nitrogenados

1. Catabolismo de compuestos nitrogenados
2. Catabolismo de las proteínas
3. Catabolismo de los ácidos nucleicos

Escuela PCE C 1ESCUELA PGE 1. Visión global de la nutrición celular Mediante la función de nutrición, la célula toma materia y energía del exterior, y las transforma con dos objetivos: fabricación de nuevos materiales celulares y obtención de energía. En consecuencia, la nutrición celular comprende los siguientes procesos: entrada de materiales (ingestión y digestión), transformación de los mismos (metabolismo) y eliminación de productos (excreción y secreción).

Tipos de metabolismo: Catabolismo y anabolismo

1.1 Tipos de metabolismo: Catabolismo y anabolismo El metabolismo, objetivo de estudio en este tema y el siguiente, es el conjunto de procesos físicos y químicos que convierten o usan energía. En los temas de metabolismo nos centraremos en las reacciones enzimáticas que ocurren en el interior de las células. Las moléculas de las diferentes sustancias contienen energía química, almacenada en forma de enlaces, de modo que las reacciones metabólicas implican, conjuntamente, transformaciones de materia y de energía, y cada una de ellas está catalizada por una enzima específica. Las moléculas que intervienen en los procesos metabólicos reciben el nombre de metabolitos; los metabolitos iniciales de una reacción se denominan sustratos y las sustancias finales, productos. Normalmente, el producto de una reacción sirve como sustrato de otra. Así, la obtención de un producto final a partir de un sustrato inicial suele tener lugar mediante una serie de reacciones sucesivas que recibe el nombre de ruta o vía metabólica. El metabolismo se divide en anabolismo y catabolismo. El anabolismo es el conjunto de reacciones por las cuales, a partir de los sustratos iniciales, se originan productos más complejos, consumiendo energía en ello. El catabolismo es el conjunto de reacciones en que los sustratos iniciales se transforman en productos más sencillos y menos energéticos, por lo que en el catabolismo tiene lugar una liberación de energía. ATP ANABOLISMO + + moléculas simples molécula compleja ATP CATABOLISMO + + molécula compleja moléculas simples

Metabolismo y energía: ATP

1.2 Metabolismo y energía: ATP Cualquier trabajo celular necesita un aporte de energía y, en la mayoría de las ocasiones, la única directamente utilizable es la procedente de la hidrólisis del ATP, que se convierte en ADP, liberándose un grupo fosfato y unas 7 kilocalorías por mol de ATP. La molécula de ADP puede "recargarse" de nuevo a ATP añadiendo un grupo fosfato y consumiendo unas 7 kilocalorías por mol. Escuela PCE C 2ESCU ELA PGE De esta manera, el ATP actúa como moneda de energía en los seres vivos: las reacciones biológicas que liberan energía van ligadas a la síntesis de ATP a partir de ADP + Pi; esta sustancia puede ser transportada a cualquier parte de la célula donde se necesite energía y es capaz de cederla fácilmente pasando de ATP a ADP + Pi. ATP P P .- Adenina Ribose Adenosina Trifosfato Energia Consumida Energia Libertada P- P- + P- Adenina Ribose Adenosina Difosfato ADP

Células autótrofas y heterótrofas

1.3 Células autótrofas y heterótrofas Para realizar el metabolismo se necesitan sustancias orgánicas. Según la obtención de estas sustancias se diferencian dos tipos de células: autótrofas y heterótrofas. Células heterótrofas: toman la materia orgánica que necesitan del medio que las rodea. Es decir, se nutren tanto de sustancias inorgánicas como de sustancias orgánicas. Células autótrofas: se nutren exclusivamente de materia inorgánica (CO2, O2, agua y sales minerales) porque son capaces de realizar ciertos procesos anabólicos que les permiten formar materia orgánica propia a partir de materia inorgánica. Según el tipo de energía ambiental que utilicen se diferencian dos clases: quimiosintéticas (ej. bacterias que obtienen la energía de reacciones químicas exotérmicas) y fotosintéticas (la energía procede de la luz solar). a) AUTÓTROFA (fotótrofa) Materia inorgánica Luz CO2 H2O FOTOSÍNTESIS Anabolismo autótrofo (O2) Sales minerales Productos de desecho ANABOLISMO CATABOLISMO CO2 Biomoléculas orgánicas ANABOLISMO CATABOLISMO CO2 H2O etc .... Formación de estructuras Energía Actividades vitales Actividades vitales b) HETERÓTROFA (quimiótrofa) (O2) Biomoléculas orgánicas Biomoléculas orgánicas Productos de desecho H2O Formación de estructuras Energia etc .... Escuela PCE C 3ESCUELA PGE

El catabolismo

Ideas básicas sobre el catabolismo

2.1 Ideas básicas sobre el catabolismo El catabolismo es la parte degradativa u oxidativa del metabolismo, en que las sustancias orgánicas se degradan, mediante reacciones escalonadas, obteniéndose productos más sencillos y liberándose energía en forma de ATP. Los procesos catabólicos son semejantes en todos los seres vivos, tanto autótrofos como heterótrofos. La reacción catabólica más importante en la oxidación de las moléculas orgánicas es el proceso de respiración celular.

• Respiración aerobia: el aceptor final de electrones es el O2. El sustrato se oxida totalmente y los productos finales son inorgánicos (CO2, H2O ... ), de manera que no tienen átomos de hidrógeno unidos a átomos de carbono. Es el tipo de respiración que libera mayor cantidad de energía, y el más frecuente en los seres vivos.
• Respiración anaerobia: el aceptor final de electrones es un compuesto inorgánico distinto del O2, como, por ejemplo, el nitrato o el sulfato.
• Fermentación: el aceptor final de electrones es un compuesto orgánico. La oxidación del sustrato no es completa, ya que los productos finales son sustancias orgánicas; por ello se libera menos energía que en la respiración aerobia. Se trata de un proceso anaerobio, pues no necesita la presencia de oxígeno. Es realizado por diversos organismos.

Respiración celular aerobia

Rutas catabólicas

3.1 Rutas catabólicas En el catabolismo aerobio existen tres fases principales:

• Fase I: las macromoléculas que forman los materiales estructurales o las sustancias de reserva celulares se hidrolizan hasta sus moléculas básicas. Así, los polisacáridos se degradan a monosacáridos, las proteínas a aminoácidos y los lípidos a ácidos grasos, glicerina y otros compuestos.
• Fase II: los diversos productos de la fase anterior son convertidos en un número menor de moléculas más simples, las cuales se transforman en una sustancia sencilla de dos carbonos: el grupo acetilo del acetil-coenzima A que, por tanto, constituye el producto final común de esta fase. El acetil-CoA puede ser considerado como una encrucijada metabólica, donde confluyen el catabolismo de glúcidos, lípidos y proteínas. Además, en la degradación de los aminoácidos se origina NH3 que es un producto final del catabolismo.
• Fase III: el grupo acetilo del acetil-CoA se incorpora al ciclo de Krebs, que es el camino terminal común en el que se oxida totalmente, dando finalmente CO2 y H2O. Por tanto, las rutas catabólicas son convergentes, pues los diversos sustratos iniciales confluyen hacia unos pocos productos finales.

Escuela PCE C 4ESCUELA PGE Proteínas Polisacáridos Lípidos Aminoácidos Monosacáridos Ácidos grasos y glicerina Ácido pirúvico Restos catoácidos Acetil CoA E S U E LA CICLO DE KREBS Transporte de electrones Fosforilación oxidativa O2- NH3 H2O CO2

Catabolismo de los glúcidos

3.2 Catabolismo de los glúcidos El catabolismo de los glúcidos puede comenzar con los monosacáridos fabricados por los seres autótrofos o procedentes de la dieta en los heterótrofos, o bien puede iniciarse a través de reservas celulares de glúcidos. Por ello, podemos distinguir dos aspectos: catabolismo de polisacáridos y de monosacáridos. Los principales glúcidos de reserva son el glucógeno y el almidón, en animales y vegetales respectivamente. Para su aprovechamiento se requiere la hidrólisis de la molécula para liberar glucosa, proceso en el que intervienen diversas enzimas. Con respecto al catabolismo de los monosacáridos, algunos, como por ejemplo la fructosa, pueden incorporarse como tales a la vía glucolítica, mientras que otros, como la galactosa, se convierten en glucosa. En cualquier caso, los monosacáridos son degradados mediante procesos catabólicos oxidativos que, según en qué clase de células se realicen, pueden ser de dos tipos fundamentales: respiración aerobia y fermentación. Escuela PCE C 5ESCUELA PGE

Catabolismo de los glúcidos: Glucolisis

➢ Catabolismo de los glúcidos: Glucolisis La glucolisis es una ruta catabólica que consiste en una serie de diez reacciones que convierten una molécula de glucosa en dos moléculas de piruvato o ácido piruvico. La glucólisis es una ruta central y prácticamente universal del catabolismo de la glucosa, es decir, es un proceso de degradación de la glucosa común a todo tipo de organismos, tanto aerobios como fermentadores. En la glucólisis podemos distinguir dos fases: fase preparatoria y fase de obtención de energía.

• Fase preparatoria: su objetivo es transformar todas las hexosas catabolizadas (glucosa, fructosa, galactosa, etc.) en un producto común: el gliceraldehído-3-fosfato. En esta fase, por cada molécula inicial de glucosa se consumen dos moléculas de ATP.
• Fase de producción de energía: consiste en la transformación del gliceraldehído en ácido piruvico o piruvato mediante una serie de reacciones.

L A 000000 Glucosa ADP Inestable 12 0.00 ADP 000-1 fructuosa-1,6-bifosfato P-OOO DHAP 000-1 gliceraldehido-3-fosfato NAD+ P Ocurre 2X Toda la DHAP se convertirá en gliceraldehído- 3-fosfato NADH ADP ADP OOO Piruvato ATP y el NADH representan el rendimiento neto de la glucólisis. Como por cada molécula de glucosa se forman dos de gliceraldehído, en conjunto se obtienen 4 ATP y 2 (NADH + H+) por cada molécula de glucosa degradada. Escuela PCE C 6