RESPIRACION finaldocx

Vista previa del material en texto

RESPIRACION 
 
 
 
 
MITOCONDRIAS: 
• En una célula puede haber 1000 a 2000 mitocondrias en su citoplasma, dependiendo de la 
energía que requiera la célula. 
• Se originaron por “teoría endosimbiotica” 
• Inicialmente, era una bacteria aeróbica, que estaba “sola” y una célula la fagocitó, esto 
explica por qué tiene doble membrana. Beneficio: poder especializarse más en producción 
de ATP. 
 
 
 
Recordar: 
• Membrana externa: más permeable 
• Membrana interna: impermeable 
• PH mitocondria: 7 (parte de membranas) 
• PH matriz mitocondrial: 7,5: se mantiene porque la membrana interna es impermeable 
 
 
 
A tener en cuenta: el ADN mitocondrial es distinto al ADN nuclear. Es parecido al procariota, 
ya que la mitocondria “provenía” de una bacteria. 
 
Características del ADN mitocondrial: 
• ADN circular 
• No asociado a histonas (“desnudo”) 
• Codones distintos del ADN nuclear 
• Varias copias 
• Se transcriben ambas cadenas 
• Codifica 13 proteínas 
¿Todas las proteínas mitocondriales son estas 13? NO! Además de las que produce, importa 
muchas más desde el citosol. 
Las mitocondrias se pueden generar por FISION (de una grande, se forman dos chicas), o por 
FUSION (de 2 chicas formarse una grande) 
 
FUNCION MITOCONDRIAL: 
• Remover el Calcio del citosol (no es bueno que haya mucho Calcio en la célula, por eso lo 
remuevo) 
• Síntesis de esteroides 
• Procesos de APOPTOSIS (muerte celular programada) cuando en la célula bajan los niveles 
de ATP, es la propia mitocondria la que censa (inicia) la señal de apoptosis 
• Decarboxilacion oxidativa 
• B-oxidación de ácidos grasos 
• Producción de ATP (moneda energética) 
 
 
¿Para que necesito ATP? 
o Transporte activo 
o Endo / exocitosis 
o Mitosis / meiosis 
o Síntesis de materiales celulares 
o Transmitir señales 
¿COMO SE OBTIENE LA ENERGIA? (ATP) 
Ejemplo: a partir de los alimentos (como y obtengo energía) 
Las macromoléculas se desdoblan en subunidades simples: 
o Las proteínas en aminoácidos 
o Polisacáridos en azucares simples 
o Grasas en ácidos grasos y glicerol 
TODO ESTO OCURRE EN EL EXTRACELULAR 
RESPIRACION CELULAR VS RESPIRACION EXTERNA 
• La respiración externa, consiste en un intercambio gaseoso entre el organismo y su medio 
ambiente; se incorpora oxígeno, que es transportado a las células, y se elimina el dióxido de 
carbono liberado por ellas. 
• La respiración celular, es una sucesión de reacciones químicas intracelulares, destinadas a 
degradar moléculas orgánicas, que producen energía e implican, en general, el consumo de 
oxígeno. 
• La energía de las moléculas de los alimentos se extrae mediante oxidaciones. En cada 
ruptura se libera calor 
• La respiración celular es el proceso por el cual se produce la degradación de las moléculas 
orgánicas complejas (ricas en energía contenida en los enlaces químicos), generando 
moléculas más sencillas y entregando el excedente energético para solventar la realización 
de otras funciones celulares. 
 
 
• La energía química es transferida desde las moléculas complejas, que se disocian a lo largo 
del proceso, a la formación de moléculas de ATP. 
• El proceso respiratorio completo puede ser subdividido en dos etapas (ciclo de Krebs y 
cadena respiratoria) que ocurren en el interior de la mitocondria. Sin embargo, una etapa 
anterior denominada GLUCOLISIS, que se desarrolla en el citoplasma celular, es totalmente 
indispensable para que ocurra la respiración. 
 
 
POLISACARIDOS 
GLUCOSA 
LIPIDOS 
 
 
Tras la ingestión de los alimentos, estos se digieren en el tubo digestivo. De esta forma, los 
polisacáridos se degradan a monosacáridos; las proteínas a aminoácidos; los lípidos a ácidos grasos 
y glicerol, y los ácidos nucleicos a nucleótidos. Estos productos intermedios llegan, a través de la 
circulación sanguínea, a las células. Allí serán convertidas en otros productos, o bien, continuarán 
su degradación para obtener energía química. 
 
GLUCOLISIS: es un proceso universal, es decir que ocurre en todos los tipos celulares. Esto 
hace suponer que es muy antiguo en la evolución, ya que se lleva a cabo en el citoplasma todas las 
células: procariontes, eucariontes, autótrofas o heterótrofas. 
Consiste, básicamente, en la partición de una molécula de glucosa -un compuesto de seis 
carbonos- en dos moléculas de ácido pirúvico o piruvato-un compuesto de tres carbonos-. 
Esta ruptura o degradación de la glucosa implica la liberación de energía química contenida en los 
enlaces de la molécula. 
El proceso completo consiste en la realización de nueve pasos o reacciones catalizadas 
enzimáticamente y, por lo tanto, sujetas regulación. Se puede decir que esta serie de reacciones se 
agrupan en dos etapas: la etapa de activación de la glucosa y la etapa de ganancia de energía. 
 
• Etapa de activación de la glucosa: se requiere gasto de ATP de la célula para la primera 
y tercera reacción. Esto permite, a la molécula de glucosa, “activarse”, es decir, ganar dos 
fosfatos que utilizará para partirse. 
• Etapa de ganancia de energía: se libera energía suficiente para la formación de cuatro 
ATP por cada molécula de glucosa. 
 
 
 
 
 
Partiendo de una molécula de glucosa, el balance final de la glucólisis es la ganancia neta de dos 
moléculas de ATP y la formación de dos moléculas de NADH, nucleótido reducido que resulta de la 
ganancia de dos hidrógenos (reducción) por parte del nucleótido NAD+. 
Dichos hidrógenos provienen de la ruptura de la glucosa que los libera (oxidación). 
A partir de allí, pueden ocurrir procesos distintos de obtención de energía: 
• Respiración aeróbica: el piruvato entra en una serie de reacciones características: el 
ciclo de Krebs y la cadena respiratoria. 
• Respiración anaeróbica: los electrones reducen compuestos, inorgánicos como el nitrato 
o el sulfato. 
 
 
• Fermentación: el aceptor final de electrones no es un compuesto inorgánico como en la 
respiración anaeróbica, sino que se trata de sustancias orgánicas que, tras la adición de 
dichos electrones, formarán etanol o ácido láctico. Hay, por lo tanto, fermentación 
alcohólica y fermentación láctica. 
Tanto la respiración anaeróbica como la fermentación, dependen de las reacciones de la 
glucólisis y no requieren de la presencia de oxígeno. 
Algunas células eucariontes, como las levaduras o las células musculares, pueden realizar 
tanto la respiración aeróbica como la fermentación, según la disponibilidad de oxigeno 
(organismos facultativos). 
El metabolismo fermentativo es menos eficiente que el aeróbico debido a que las moléculas 
combustibles se oxidan en forma parcial, es decir, no se degradan totalmente. 
 
La menor eficiencia energética de la fermentación ocasiona la necesidad de una gran 
cantidad de combustible, por lo que las células deben degradar rápidamente muchas 
moléculas del mismo a fin de compensar la poca cantidad de energía obtenida en el 
proceso. Para realizar el mismo trabajo que una célula aeróbica, la célula que utiliza la 
fermentación necesita veinte veces la cantidad de glucosa que usa aquélla. Es por ello que 
las células musculares, que metabolizan por medios fermentativos durante períodos cortos, 
deben almacenar grandes cantidades de glucosa en forma de glucógeno. 
 
Ya casi llegamos al ciclo de Krebs, pero antes, debemos explicar un paso previo: 
 
• El ácido pirúvico, producto de la degradación citoplasmática de la glucosa, ingresa a la 
matriz mitocondrial donde sufre la pérdida de un átomo de carbono. Esta reacción está 
catalizada por un complejo enzimático llamado piruvato-deshidrogenasa, que oxida al 
ácido pirúvico y lo transforma en un compuesto de dos carbonos, el grupo acetilo. Esta 
reacción de oxidación está acoplada a una reducción de la coenzima NAD (que se 
transforma en NADH) y la unión del grupo acetilo a una coenzima transportadora, la 
coenzima A (CoA). De esta forma queda formado un compuesto llamado Acetil-CoA capaz 
de ingresar al Ciclo de Krebs. 
 
 
 
• Debemosaclarar que este mecanismo no es el único capaz de producir Acetil-CoA para el 
ciclo de Krebs. 
Los ácidos grasos, que previamente se oxidan en la matriz mitocondrial mediante un 
proceso llamado beta-oxidación, son convertidos en grupos acetilo que posteriormente se 
unen a la CoA, formando el complejo Acetil-CoA, ingresando al Ciclo de Krebs para 
completar su total oxidación. 
 
• Los aminoácidos, resultantes de la hidrólisis proteica, también pueden ingresar al Ciclo de 
Krebs para obtener energía. 
 
 
 
CICLO DE KREBS: en esta etapa, el piruvato generado en la glucolisis entrara en un 
complejo ciclo de reacciones químicas. El resultado final del ciclo será su transformación en CO2 
y la generación de moléculas de ATP y otros intermediarios químicos (NADH y FADH2). Estas 
moléculas almacenan la energía liberada a lo largo del proceso. El lugar donde se producen estas 
reacciones es la matriz mitocondrial. 
 
Pasos 
 
 
• El ciclo de Krebs comienza con la unión de grupo Acetil-CoA con un compuesto de cuatro 
carbonos, el ácido oxalacético. En esta reacción se produce la liberación de la CoA y da 
como resultado la formación de un ácido con seis átomos de carbono, el ácido cítrico. 
 
• Luego sucede una serie de reacciones secuenciales, cada una de ellas mediada por una 
enzima específica, donde los dos átomos de carbono, ingresados al ciclo como grupos 
acetilo, son eliminados en forma de CO2 y se regenera la molécula inicial de ácido 
oxalacético. 
 
• En una de las reacciones del ciclo se produce una molécula de GTP (guanidín tri-fosfato), a 
través de la fosforilación del GDP. Al igual que el ATP, el GTP es un nucleótido portador de 
enlaces de alta energía. Su función como, intermediario energético, le permite tomar energía 
en reacciones catabólicas, o cederla en reacciones anabólicas. Esta energía 
almacenada en forma temporaria en estos enlaces podrá ser utilizada, en reacciones 
anabólicas, que requieran energía, como por ejemplo en alguno de los pasos de la biosíntesis 
de proteínas. 
 
 
El hecho más destacable reside en la reducción de las coenzimas NAD y FAD, que portarán 
hidrógenos, como resultado de sucesivas oxidaciones de los compuestos intermediarios del ciclo. 
 
 
 
CADENA DE TRANSPORTE DE ELECTRONES: proceso en el que se 
oxidan los intermediarios generados en el ciclo de Krebs (NADH y FADH2), a cuyas expensas se 
forman nuevas moléculas de ATP. Esta cadena de reacciones es posible debido a la intervención de 
factores químicos específicos que son los CITOCROMOS (citocromos a, b y c). Los citocromos 
sufren ciclos de oxidación (reacción en la cual una molécula, átomo o ion PIERDE electrones) y 
reducción (reacción en la cual una molécula, átomo o ion GANA electrones) acoplados que, 
progresivamente, liberan la energía contenida en los electrones excitados hasta llevarlos a su nivel 
fundamental. De este modo el electrón es transportado, de un aceptor a otro, hasta llegar a su 
aceptor final que es el oxígeno. 
 
• El último paso de la cadena respiratoria ocurre con la intervención del Oxigeno (o2) 
molecular, que se combina con el Hidrogeno cedido por el NADH y el FADH2, 
formando el agua. La cadena respiratoria se produce en la membrana interna de la 
mitocondria (específicamente en las crestas mitocondriales) donde están los 
citocromos. 
• Recordemos que este oxígeno, aceptor final en la cadena de transporte de electrones, 
proviene de la atmósfera. Es transportado hasta cada una de las células del 
organismo, ingresando por difusión simple, a través de la bicapa fosfolipídica, 
atravesando luego (por el mismo mecanismo de transporte) las membranas 
mitocondriales. En síntesis: la cadena respiratoria es un proceso de sucesivas 
transferencias de electrones desde altos niveles de energía a otros de valor 
decreciente. 
 
• Cuando se inicia la cadena de transporte de electrones, las coenzimas reducidas 
NADH y FADH2 transfieren sus hidrógenos a los aceptores, oxidándose. 
• Cuando se inicia la cadena de transporte de electrones, las coenzimas reducidas 
NADH y FADH2 transfieren sus hidrógenos a los aceptores, oxidándose. 
• Es necesario destacar la separación de los átomos de hidrógeno (provenientes del 
NADH y del FADH2) en protones y electrones. Como se describió anteriormente, los 
electrones pasan a través de una serie de proteínas transportadores ubicadas en la 
 
 
membrana mitocondrial interna, hasta llegar al oxígeno, mientras los protones 
atraviesan la membrana mitocondrial interna y son retenidos en el espacio 
intermembrana, que separa las membranas interna y externa de la mitocondria. Esta 
separación del hidrógeno en protones y electrones y la acumulación de los protones 
en el espacio intermembrana trae como consecuencias: 
 
• la generación de un gradiente de concentración de protones en el espacio intermembrana. 
• un potencial de membrana (gradiente electroquímico o energía potencial) capaz de ser 
utilizado en la fosforilación del ADP para obtener ATP. 
 
Algunos venenos, como el cianuro y el monóxido de carbono, se asocian a ciertas proteínas 
transportadoras, impidiendo el pasaje de electrones hasta el oxígeno. El resultado es el bloqueo de 
la cadena respiratoria y el consiguiente desacople de la fosforilación oxidativa, impidiendo la 
producción de ATP. 
 
FOSFORILACIÓN OXIDATIVA 
Entre las proteínas de la membrana de las crestas mitocondriales, se encuentra una enzima que 
cataliza la síntesis de ATP, uniendo un fosfato al ADP. Esta enzima, llamada ATP-sintetasa, es un 
complejo proteico que permite el pasaje de protones desde el espacio intermembrana hacia la 
matriz mitocondrial. 
• La ATP-sintetasa convierte la energía del gradiente electroquímico producido por la 
concentración de protones, en energía química, contenida en el ATP. A este proceso se lo 
denomina fosforilación oxidativa. 
 
Hipótesis Quimiosmótica: postula que el pasaje de electrones es el responsable de La 
conversión del gradiente electroquímico en la energía química necesaria para sintetizar ATP 
Los protones que se encuentran en este momento en la matriz de la mitocondria, se combinan con 
el oxígeno (último aceptor de la cadena de transporte de electrones) y forman agua. 
Esta hipótesis sostiene que: 
 
 
• La cadena respiratoria, en la membrana interna de la mitocondria, transporta electrones, 
bombeando al mismo tiempo, protones desde la matriz hacia el espacia intermembrana. 
Estos electrones, finalmente, reducen al oxígeno. 
• Los protones ubicados en el espacio intermembrana pasan a través del complejo enzimático 
ATP-sintetasa. El gradiente de protones aporta la energía para sintetizar ATP (uniendo un 
fosfato al ADP) 
 
 
Para evitar confusiones, repasemos un momento sobre lo anteriormente explicado 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
EFICIENCIA DE LA RESPIRACION CELULAR 
 
Cada par de electrones cedidos por el NADH provee la energía necesaria para formar tres 
moléculas de ATP. El FADH2 rinde una cantidad menor de energía, ya que genera dos moléculas 
de ATP. Teniendo en cuenta que todos los NADH y los FADH2 producidos en la oxidación total de 
una molécula de glucosa ingresan a la cadena de transporte de electrones, el rendimiento 
energético de la respiración celular aeróbica es: 
 
 
 
 
Tras la ingestión de los alimentos, estos se digieren en el tubo digestivo. De esta forma, los 
polisacáridos se degradan a monosacáridos; las proteínas a aminoácidos; los lípidos a ácidos grasos 
y glicerol, y los ácidos nucleicos a nucleótidos. Estos productos intermedios llegan, a través de la 
circulación sanguínea, a las células. Allí serán convertidas en otros productos, o bien, continuarán 
su degradación para obtener energía química. 
Los monosacáridos seguirán su vía catabólica hasta la producción de CO2, H2O y formación de 
ATP (Ciclo de Krebs, cadena respiratoria y fosforilación oxidativa). Pero la glucosa también puede 
seguir otras rutas metabólicas, por ejemplo, transformarse en glucógeno (polisacáridode reserva 
energética en tejido hepático y muscular). En los vegetales, la vía anabólica equivalente determina 
la formación de almidón. Otra vía catabólica de la glucosa, consiste en generar azúcares que se 
usarán en la síntesis de ácidos nucleicos. 
 
 
Si disminuye el nivel de glucosa en sangre, el glucógeno se transforma nuevamente en glucosa. La 
célula también puede obtener energía a partir de otras sustancias como el ácido láctico 
proveniente del metabolismo fermentativo muscular. 
Los ácidos grasos también pueden entrar al Ciclo de Krebs luego del proceso catalítico de la beta-
oxidación, para dar como productos finales CO2, H2O y ATP. Otra posibilidad consiste en la 
combinación de estos ácidos para formar triglicéridos y acumularse en el tejido adiposo como 
reserva energética. 
Algunos aminoácidos se usan para sintetizar proteínas, mientras que otros pierden el grupo amino 
(desaminación) y se transforman en una molécula hidrocarbonada a partir de la cual puede 
obtenerse energía, vía Ciclo de Krebs, o glucosa vía gluconeogénesis. Sólo cuando se han agotado 
las reservas de energía acumuladas como glucógeno o triglicéridos, el organismo recurre a la 
degradación de proteínas para obtener energía. 
Dado que todos los procesos mencionados involucran tanto vías anabólicas como catabólicas, y 
tienen en común la formación o degradación de Acetil-CoA, se atribuye al Ciclo de Krebs el 
carácter de “vía anfibólica”. Esto significa que el mismo puede funcionar como vía catabólica 
dando como productos agua, dióxido de carbono y ATP o como vía anabólica, produciendo Acetil-
CoA, molécula precursora de glúcidos, lípidos o aminoácidos. 
El funcionamiento en uno u otro sentido dependerá del estado energético de la célula. 
De este modo el Ciclo de Krebs actúa como un verdadero nudo en el cual convergen todas las vías 
metabólicas.