sábado, 14 de abril de 2012

CATABOLISMO

EL CATABOLISMO



  • Es la transformación de moléculas orgánicas complejas en otras más sencillas, produciendo energía en forma de ATP, poder reductor (NADH Y FADH2) y calor.
  •  Suelen ser rutas convergentes ya que a partir de un sustrato podemos obtener diferentes productos. 
  •  Se da en tanto en organismos autótrofos como heterótrofos.
  • Se lleva a cabo mediante reacciones de oxidación-reducción, en las cuales una molécula se oxida liberando electrones que son captados por otras que se reducen.  
Las oxidaciones se pueden realizar de dos formas:

  1. Deshidrogenación: Cuando una molécula libera hidrógenos, también pierde un electrón.
  2. Oxigenación: Como el oxígeno es mas electronegativo que el Carbono, atrae más hacia sí los electrones que comparte con el carbono, por lo tanto cuando incrementa la proporción de átomos de oxígeno la molécula se oxida. Según la molécula que acepta los protones y se reduce o cede oxígenos tenemos dos tipos de catabolismo:
  • Fermentación: Las moléculas que se reducen son siempre orgánicas como por ejemplo la glucosa, y ocurre cuando no hay presencia de oxígeno.
  • Respiración: Las moléculas que se reducen son inorgánicas. Si hay O2 decimos que la respiración es aeróbica, formandose agua. Si es Nitrato o Sultato la respiración es anaeróbica formandose nitrito y sulfito.

EL CATABOLISMO DE LOS GLÚCIDOS


GLUCOLISIS:

La hacen tanto células procariotas como eucariotas.
Ocurre en presencia o ausencia de oxígeno.
Tiene lugar en el citoplasma celular.

A partir de una glucosa obtendremos dos moléculas de ácido pirúvico según el balance:

 1glucosa + 2NAD+ 2ADP --> 2 PIRUVATO + 2NADH+ 2ATP

El piruvato y el NADH pueden seguir dos vías a partir de aquí. Sin oxígeno se hará fermentación y con oxígeno se hará la respiración e irá al ciclo de Krebs. Una parte de la glucosa-6-fostato obtenida en la glucolisis puede ser empleada para fabricar ribosa, que formarán parte de los nucleótidos de ARN. 

CICLO DE KREBS

Lo hacen la mayoría de las células eucariotas y muchas bacterias aeróbicas. Algunas de las moléculas intermediarias en el ciclo de krebs, se van a derivar para fabricar aminoácidos, bases nitrogenadas, colesterol...
El piruvato procedente de la glucolisis va a entrar en la matriz mitocondrial atravesando las dos mebranas de la mitocondria y, una vez allí, gracias a la enzima pirivato deshidrogenasa se va a transformar en acetil-CoA liberando una molécula de CO2 y un NADH.
El acetil-CoA comenzara el ciclo de Krebs, uniendose a una molécula de oxolacetato. Este se va a degradar a lo largo del ciclo dando como resultado: 2Co2, 3NADH, 1FADH2 Y 1ATP. El oxolacetato vuelve a quedar libre, preparado para volver a actuar. El ciclo de Krebs dara una glucosa por cada piruvato.

(El GTP es el ATP)


CADENA RESPIRATORIA O TRANSPORTADORA DE ELECTRONES Y FOSFORILACIÓN OXIDATIVA.

  • En la glucolisis hemos obtenido: 2ATP, 2NADH
  • En el ciclo de Krebs hemos obtenido: 1ATP, 1FADH2, 3NADH, (Apartir de la reducción de ADP, FAD Y NAD)
Estas coenzimas reducidas deben de ceder sus electrones para quedar libres y volver a ser utilizadas, a la vez que van a reducir la molecula de O2 para obtener H2O. Esto ocurre gracias a una serie de moléculas situadas en la membrana interna de la mitocondria que transporta los electrones cedidos por el NADH y el FADH2 a la vez que bombea protones desde la matriz mitocondrial al espacio intermembranal.


Las moléculas de la cadena transportadora son el complejo I y el complejo II, que cogen los electrones del NADH y del FADH2 y se lo pasan a la UBIQUINONA (UQ) la cual se desplaza por el interior de la membrana lipídica hasta llevar los electrones del complejo III (citrocomo B Y C1 ) que lo pasan al citocromo C que se encuentra en el espacio intermembranal. Este lo lleva al complejo IV formado por los citocromos A y A3 y los transfiere al O2 que se reduce formando H2O.
La clave de todo esto está en que la energía que se van liberando los electrones a lo largo de la cadena transportadora se emplea para bombear protones desde la matriz al espacio intermembranal en contra de gradiente a través de los complejos I, III y IV. Se crea una diferencia de concentración de protones y, por tanto, de cargas eléctricas entre la matriz y el espacio intermembranal. Esto se traduce en que los protones quieren volver a la matriz por el ATPasa, que poseen un canal que permite el paso de los mismos a la vez que cambia sus estructura, produciendo ATP a partir de la foforilación oxidativa  de ADP (ADP + P )
Por cada NADH se generan 3ATP y por cada FADH2 se generan 2ATP.

BALANCE GLOBAL DE LA RESPIRACIÓN AERÓBICA:

  1. En la glucolisis --> 2ATP (Citoplasma) 2NADH x 3 = 6 ATP
  2. En el paso de Piruvato a Acetil-CoA --> NADH x 2 x 3ATP= 6ATP
  3. En el Ciclo de Krebs --> 2ATP/ 3NADH x2 x3 = 18 ATP/ FADH2x2x2= 4ATP 
De aquí deducimos que 1 glucosa da 38 ATP.

 ¡IMPORTANTE !

Anuque se considera que una glucosa de 38 ATP, los dos NADH producidos en la glucolisis deben enviar sus electrones a la cadena trasportadora situada en la membrana interna mediante un sistema de lanzaderas que puede ser:
  •  Lanzadra de Malato-Aspartato: Que da los electrones del NADH al NAD de la matriz, y este al complejo I, por lo tanto la cantidad de protones bombeados es la misma que se el NADH se hubiese fabricado dentro de la mitocondria. ATP =38
  • Lanzadera de Glicerol-3-fosfato: Se encuentra en el musculo esquelético y en el cerebro. Cede los electrones desde el NADH a la Ubiquinona, por lo que bombea menos protones al espacio intermembranal y se producen 2ATP menos. ATP=36 (Ya que se bombean los dos electrones del NADH)
RESPIRACIÓN ANAERÓBICA

Es propia de algunas bacterias y el aceptor final de electrones no es el oxigeno ya que no hay. La respiración anaeróbica se fabrica mediantes fosforilación oxidativa. (TODO EL PROCEDIMIENTO VISTO ANTERIORMENTE) 

FERMENTACIÓN

Se produce cuando no hay Oxígeno ( si hay oxígeno se realiza todo lo ya visto anteriormente) El ácido pirúvico permanecerá en el citoplasma, donde se reduce a partir del NADH regenerando NAD.
La fermentación es un proceso catabólico y anaeróbico en el que las moléculas organicas sirven tanto de dadores como aceptores de electrones, por lo tanto, no hay una cambio en el estado de oxidación global de sus átomos de carbono, es decir, que parte de los carbonos de la molécula serán oxidados para producir energía a expensas de otros carbonos que serán reducidos cogiendo los electrones:
1. Fermentación alcohólica: La hacen las bacterias del género Saccharomyces.

Esto le ocurre a la glucosa de la uva que da etanol o a la cebada de la cerveza ya que el almidón que esta contiene se degrada en moléculas de glucosa. 1glucosa --> 2 Etanol + 2CO2+ 2ATP.

2.Fermentación láctica: la hacen L.Casei, lactis, lactobacillus... obteniendo la energía de la lactosa de la leche.


CATABOLISMO DE LOS LÍPIDOS Y B-OXIDACIÓN.

Todas las grasas de las dietas, las reservas que tenemos en el cuerpo o bien las que se fabrican en el hígado, a partir de los glúcidos son moléculas muy energéticas y las células pueden obtener mucho ATP de ellas. Como los carbonos de los lípidos (grasas) están reducidos en su totalidad pueden aportarnos mucho ATP, al ser insolubles en agua se empaquetan mucho mejor en las células. Estas solo se degradaran cuando no haya glúcidos(azucares) disponibles o necesitemos un aporte energético mayor de los habitual.

Lo primero que ocurre es la hidrólisis de los triglicéridos que por la acción de las lipásas da 3 ácidos grasos y una glicerina. 
La glicerina pasara a gliceraldehido-3-fosfato, mediante glucolisis.
Los ácidos grasos seguirán la B-Oxidación que en los vegetales y las levaduras tiene lugar en el peroxixoma y en los animales además de en este tiene lugar en la mitocondria.
La caritina ( que es una proteína transportadora de la membrana mitocondrial ) incorpora los ácidos grasos a la membrana mitocondrial proceso en el cual se consume 1ATP. En la matriz mitocondrial tiene lugar la B-Oxidación, que consiste en ir arrancando átomos de carbono de dos en dos a los ácidos grasos del  Acil-CoA convirtiendolos en Acetil-CoA que irán al ciclo de Krebs. Finalmente quedara una Acil-CoA que lleva un ácido graso con dos carbonos menos. Cada vez que separamos dos carbonos se produce: 1 NADH y 1 FADH2. El resto de ácidos grasos dará otra vuelta uniéndose a otra molécula de Acetil-CoA, para formar un nuevo Acil-CoA, que sufrira otra degradación hasta que se consuman todos los átomos de carbono del ácido graso.
Todos los Acetil-CoA van al ciclo de Krebs donde formarán cada uno de ellos
(por cada Acetil-CoA): 1ATP, FADH2 Y 3NADH. 

EL CATABOLISMO DE LAS PROTEINAS

Cuando no hay reserva de azúcares ni grasas, se puede obtener energía de las proteínas, sobre todo, para fabricar glucosa a partir de los aminoácidos para el cerebro. Para ello rompemos los enlaces peptídicos dando aminoácidos aislados, que en los animales ocurre en el tubo del aparato digestivo y en la plantas en las semillas.

CATABOLISMO DE LOS ÁCIDOS NUCLÉICOS
Las enzimas nucleasas del tubo digestivo rompen los ácidos nucleicos en nucleótidos. Otras enzimas separan los nucleótidos en sus tres componentes: Pentosa, ácido fosfórico y base nitrogenada. Cada uno de los componentes seguirá distintos caminos.



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