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UNIDAD IV
CLASE 5
NUTRICIÓN Y METABOLISMO CELULAR (A)
Prof.: Segundo Calderón Pinillos
PLAN DE CLASE 5
I. RETROALIMENTACIÓN DE LA CLASE ANTERIOR:
Mencionar cuatro diferencias entre célula procariota y eucariota.
Señalar los tipos de transporte pasivo.
Mencionar los tipos de citoesqueleto.
¿Cuáles son los órganelos con una membrana?
¿Cuáles son las diferencias entre células vegetales y animales?
Señalar los órganelos transductores de energía.
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II. PRESENTACIÓN DE LA UNIDAD:
Nutrición y Metabolismo celular (A). .
Todas las células independientes. Como parte de un organismo,
llevan a cabo funciones vitales como la ingestión de nutrientes,
metabolismo energético y crecimiento. Las células obtienen del
alimento la energía necesaria para realizar todas las funciones
vitales.
Las fuentes de alimento varían para distintas .clases de seres
vivientes. Los seres vivos que sintetizan su propio alimento se
conocen como AUTÓTROFOS.
Existen otros seres que no pueden sintetizar, su propio alimento.
Estos seres se conocen como HETERÓTROFOS. Los animales y
los hongos son ejemplos de organismos heterótrofos porque
dependen de los autótrofos o de otros heterótrofos para su
alimentación.
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II. PRESENTACIÓN DE LA UNIDAD:
Los procesos que ocurren en las células son procesos físicoquímicos que se conoce como METABOLISMO.
Las reacciones en que las moléculas simples se unen para
formar moléculas más complejas se llaman reacciones
ANABÓLICAS.
Otras reacciones son llamadas reacciones
CATABÓLICAS en las cuales moléculas complejas se de
gradan para convertirse en moléculas más simples.
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2. OBJETIVOS:
Que el estudiante al final de la clase será capaz de :
2.1. Distinguir las funciones de los nutrientes.
2.2. Diferenciar los tipos de nutrición.
2.3. Describir las propiedades de las enzimas.
2.4. Conocer las etapas del catabolismo de glúcidos.
2.5. Conocer las reacciones químicas de la respiración celular.
2.6. Establecer los principios de las reacciones de oxidación y de
reducción.
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III. CONOCIMIENTOS PREVIOS:
3.1. ¿Qué es ATP?
3.2. ¿Qué es una enzima?
3.3. ¿Para que se nutren las células?
3.4. ¿Qué son reacciones de catabolismo?
3.5. ¿Qué es una fermentación?
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IV. CONCEPTOS BASICOS:
4.1. Nutrición Celular.
- Tipos
4.2. Metabolismo Celular.
- Tipos
4.3. Enzimas.
- Propiedades
- Coenzimas
4.4. ATP.
4.5. Respiración Celular.
- Respiración aeróbica: etapas.
- Respiración anaeróbica.
4.6. Fermentación.
UNIDAD IV
CLASE 5
NUTRICION Y METABOLISMO CELULAR
Prof.: Segundo Calderón Pinillos
PLAN DE CLASE 5
NUTRICIÓN Y METABOLISMO CELULAR
Nutrición celular
Es el conjunto de procesos por los cuales las células y los
seres vivos toman nutrientes del medio externo para
transformarlos en su propia materia viva y realizar sus
funciones vitales.
Nutrientes: Sustancias que al ser incorporados a la
célula, o a un organismo, cumplen con las siguientes
funciones:
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FUNCIONES DE LOS NUTRIENTES
Energéticas: Se transforman en energía (normalmente en
forma de ATP) utilizada para realizar trabajo celular
(contracción muscular, transporte de sustancias, etc).
Reguladores: Son utilizados para regular el metabolismo.
Vitamina D regular el metabolismo del calcio.
Reposición de materiales: Constituido por la síntesis de
proteínas
como
enzimas,
proteínas
transportadoras,
hormonas, síntesis de lípidos, síntesis de carbohidratos, etc.
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TIPOS DE NUTRICIÓN:
Autotrófica: Los organismos autótrofos toman nutrientes
inorgánicos sencillos y CO2 como única fuente de carbono
para sintetizar la materia orgánica que necesitan. Puede ser
de dos tipos:
Fotolitotroica: Plantas y algunas bacterias que realizan
fotosíntesis, utilizando la energía de la luz solar, dióxido de
carbono y moléculas inorgánicas.
Quimiolitotrófica: Bacterias del nitrógeno, bacterias del
azufre, bacterias del hierro, utilizando la energía de la
oxidación de compuestos inorgánicos.
HETEROTRÓFICA: Los organismos heterótrofos toman materia
orgánica ya elaborada, la degradas y luego sintetizan los materiales
que necesitan. Este tipo de nutrición se observa en los animales y
en la mayoría de las bacterias.
Tipos de nutrición
Tipos de Organismos
Fotolitotrofos:
Plantas, algas y algunas
bacterias
AUTOTROFICA
HETEROTROFICA
Fuente de Energía
Luz Solar
Quimiolitotrofos:
Reacciones de
Bacterias del pantano, del oxidación de
compuestos inorgánicos
azufre
Quimioorganotrofos:
Hongos, animales y la
mayoría de bacterias
Fuente de
Carbono
Reacciones de
oxidación de
compuestos orgánicos
CO2
Materia orgánica
ya elaborada
TIPOS DE NUTRICIÓN
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ingestión
HETEROTRÓFICA
excreción
digestión
toman materia orgánica
ya elaborada, la degradan
y luego sintetizan los
materiales que necesitan
Vacuola
alimenticia
catabolismo
mitocondria
energía
Animales
Mayor parte de bacterias
Hongos
CO2, agua
Moléculas
de la célula
Materia orgánica
en moléculas
pequeñas
anabolismo
METABOLISMO CELULAR
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Es la suma de todas las reacciones bioquímicas por las cuales la
célula obtiene y utiliza energía para realizar sus funciones y para
mantenerse.
Comprende dos tipos:
Metabolismo degradativo: Es la degradación de la materia
orgánica para la obtención de energía. Se le conoce como
Catabolismo.
Catabolismo comprende mayormente reacciones de hidrólisis que
liberan energía
Ejm. Glucólisis, degradación de la glucosa hasta ácido pirúvico,
Glucogenolisis, degradación del glucógeno hasta glucosa.
Respiración celular, degradación de la materia orgánica hasta CO2
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Metabolismo de síntesis: Es la elaboración o síntesis de
moléculas orgánicas complejas a partir de moléculas más
simples, utilizando energía. Se le conoce como Anabolismo.
Ejm.
Síntesis de proteínas a partir de aminoácidos
Síntesis de glucógeno a partir de glucosa
Fotosíntesis , síntesis de glucosa, azúcares, a partir de CO2
y H2O, etc.
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ENZIMAS (1)
En la células ocurren muchas reacciones químicas de
manera secuencial realizado de manera trascendental por
las enzimas.
Las
enzimas
son
biocatalizadores
(catalizadores
biológicos) en su mayoría de naturaleza proteica que
actúan acelerando las múltiples reacciones químicas que
ocurren durante el metabolismo, sin sufrir modificaciones
en su estructura o función.
1.- El enzima y su sustrato
2.- Unión al centro activo
3.- Formación de productos
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ENZIMAS (2)
Las enzimas incrementan la velocidad de reacción disminuyendo
la energía de activación (Aa).
La Energía de activación es la cantidad de energía que se
requiere para que la reacción se lleva a cabo.
Al disminuir la energía de activación por acción enzimática, se
incrementa la velocidad de conversión de sustrato en producto.
Las enzimas participan tanto en las reacciones del catabolismo
(degradación) como en el anabolismo (síntesis).
ENZIMA (3)
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Cada Enzima (E) posee uno o más sitios activos a través de los
cuales se une al sustrato (S), formando un complejo intermedio
inestable llamado complejo enzima – sustrato (ES)
A medida que la reacción procede, el producto (P) se libera y la
enzima vuelve a su estado original.
Las enzimas se nombran agregando el sufijo ASA al nombre del
sustrato.
Ejm. Maltosa – MALTASA (enzima)
Se les clasifica según las reacciones que catalizan en:
óxidoreductasas,
isomerasas y ligasas
transferasas,
hidrolasas,
liasas,
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PROPIEDADES DE LAS ENZIMAS
Poder catalítico: Capacidad de acelerar las reacciones
metabólicas hasta en un factor de 10 veces más rápido que la
reacción sin catalizador enzimático.
Especificidad: Las enzimas son altamente específicas por el
sustrato y por el tipo de reacción que catalizan llevando a la
formación de un solo tipo de producto a través de un solo tipo
de reacción. Ejm. La enzima amilasa salival actúa en la boca
sobre el almidón, que lo degrada hasta glucosas.
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Pueden ser reutilizadas
Son
termolábiles:
temperatura,
debido
sensibles
a
su
a
variaciones
naturaleza
extremas
de
Actúan
en
proteica.
condiciones óptimas de temperatura (de 40° C a 4°C)
Tiene un rango de pH específico.
Coenzimas: Sustancia no proteínica indispensable para que ocurra
una reacción enzimática determinada. Participa en la reacción
donando o aceptando algún reactivo. Está unida a la enzima.
Casi todas las coenzimas transfieren electrones a parte de algún
sustrato
La mayor parte de vitaminas son coenzimas o componentes de
enzimas
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Las coenzimas más importantes que participan en el metabolismo
son:
NAD: Nicotinamida Adenina Dinucleótido;
NADP: Nicotinamida Adenina Dinucleótido fosfato;
FAD: Flavina Adenina Dinucleótido.
Reducción: Todas estas moléculas actúan como transportadoras
de
hidrógeno.
Experimentando
la reducción
cuando
ganan
electrones o hidrógeno.
Ejm. NADP + 2H+ + 2e-  NADPH + H+
Reacciones de oxidación: cuando pierden electrones o hidrógeno.
Ejm. NADPH + H+  NADP + 2H+ + 2e-
ATP:
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Molécula energética más importante en el metabolismo celular:
Adenosin trifosfato, formado por:
Los enlaces de alta energía (enlaces anhidrido fosfato) se
localizan entre los fosfatos 3 con 2 y 2 con 1 son de gran
inestabilidad. El ATP es la fuente inmediata de energía y no sirve
como almacén.
El ATP se produce a partir de la Fosforilación del ADP (Adenosín
Difosfato) con la incorporación de gran cantidad de energía.
ADP +Pi + Energía  ATP
La hidrólisis del ATP libera la misma cantidad de energía, lo cual
es directamente aprovechada por los organismos vivos en las
funciones que la necesiten.
ATP  ADP + Pi + Energía
El ATP, es la molécula energética utilizada por la célula en el
transporte celular, división y movimiento.
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RESPIRACIÓN CELULAR
Es un proceso intracelular catabólico en el cual las
moléculas orgánicas se oxidan hasta CO2 liberando energía
en forma de ATP.
Las reacciones de óxido reducción (redox) posibilitan
también la transferencia de energía.
Los electrones se transfieren como parte de átomos de
hidrógeno a coenzimas como NAD y NADP
VIAS CATABOLICAS
RESPIRACIÓN AEROBICA: ETAPAS
TIPOS DE RESPIRACIÓN CELULAR: SEGÚN
EL REQUERIMIENTO DE OXÍGENO
A.
Respiración
aeróbica:
Requiere
oxígeno
molecular,
los
electrones provenientes de la oxidación de la materia orgánica
son finalmente cedidos de oxígeno para formar agua.
B.
Respiración anaeróbica. Se realiza en ausencia de oxígeno, los
electrones provenientes de la oxidación de la materia orgánica,
son cedidos a diferentes aceptores, NO3, SO2 -4, CO2, que se
reducirán a NO2 (ion nitrito)., S2- (ion sulfuro) o CH4 (metano).
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RESPIRACIÓN AERÓBICA
La materia orgánica es catabolizada hasta dióxido
de carbono y agua, en presencia de oxígeno.
Casi todas las células de plantas, animales, algas,
protozoos,
hongos
y
bacterias
emplean
la
respiración aeróbica para obtener energía a partir
de la glucosa.
Las reacciones químicas de la respiración de la respiración aeróbica de la
glucosa pueden agruparse en cuatro etapas.
1.
GLUCÓLISIS:
Una molécula de glucosa de seis carbonos, se oxida hasta dos moléculas de
ácido pirúvico, de tres carbonos.
Hay una producción neta de dos moléculas de ATP.
Los átomos de hidrógeno disociados de la glucosa se utilizan para producir
NADH.
Se realiza en ausencia del oxígeno.
2. Formación de acetilcoenzima A:
Cada piruvato entra en una mitocondria y se oxida descarboxilándose
para convertirse en una molécula de dos carbonos o acetil que en
combinación con la coenzima A, forman acetilcoenzima A.
Se produce NADH.
3. CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO O CICLO DE KREBS
El acetil CoA sen combina con una molécula de cuatro carbonos
(oxalacetato), y se forma una molécula de seis carbonos: citrato.
En el ciclo, ésta se oxida hasta oxalacetato nuevamente, liberando
dióxido de carbono.
Los electrones provenientes de la oxidación, son transferidos a las
coenzimas formando NADH y FADH2.
4. FOSFORILACIÓN OXIDATIVA. Las coenzimas reducidas NADH y
FADH2 transfieren los electrones a una cadena de compuestos
aceptores de electrones dispuesto en la membrana mitocondrial
interna.
El paso de electrones a través de esta cadena genera energía para la
síntesis de ATP.
El oxígeno molecular es el último aceptor de electrones, y se reduce
formando agua.
RESPIRACIÓN ANAEROBICA MENOS DE 30 ATP
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FERMENTACIÓN
Es un proceso catabólico en el que una molécula orgánica se oxida
parcialmente.
Ocurre en ausencia de oxígeno y no está asociado a una cadena
transportadora de electrones a nivel de membrana.
En la fermentación la molécula orgánica actúa a la vez como
donadora y aceptora de electrones.
Las fermentaciones son propias de los microorganismos que pueden
crecer en ausencia de oxígeno.
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En las neuronas y en los tejidos musculares de los animales
también puede realizarse fermentación
láctica cando no llega
oxígeno.
Con referencia a la glucosa, la fermentación
se lleva a cabo
siguiendo la glucólisis, se oxida hasta la obtención de ácido
pirúvico.
El NADH producido durante esta etapa transfiere sus electrones
hasta el píruvato o un derivado de éste, reduciéndolo.
Tipos de Fermentación: fermentación láctica, alcohólica,
butíruca, propiónica, pútrica, etc.
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a)
FERMENTACIÓN LÁCTICA
Ocurre en células musculares y nerviosas, en bacterias y algunos
hongos.
En ausencia de oxígeno, el ácido pirúvico de la glucólisis es
reducido por el NADH para producir ácido láctico.
La ganancia neta de energía es de 2 ATP.
Los lactobacilos son bacterias que realizan proceso para obtener
derivados de la leche, como yogurt y quesos.
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FERMENTACION LACTICA
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B) FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA.
Ocurre en algunas bacterias, hongos, filamentos y hongos
unicelulares (levaduras).
El ácido pirúvico es descarboxilado para formar acetaldehído, el
cual es reducido por el NADH para producir alcohol etílico.
La ganancia neta de energía es de 2 ATP.
Las levaduras del género Saccharomyces realizan este proceso
para la producción industrial de cerveza, ron, whisky, sidra, vino y
pan.
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FERMENTACION ALCOHOLICA
Proceso catabólico:una molécula orgánica se oxida parcialmente
Ausencia de oxígeno
No hay cadena transportadora de electrones
La molécula orgánica actúa como donadora y aceptora de electrones
FERMENTACIÓN LÁCTICA
Células musculares, nerviosas, bacterias, algunos hongos
LACTOBACILOS (BACTERIAS): YOGUR Y QUESO
FERMENTACIÓN
2 ATP
FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA
Bacterias, hongos filamentosos y hongos unicelulares (levaduras)
LEVADURAS SACCHAROMYCES: CERVEZA, WHISKY, SIDRA,
VINO , PAN
6C (glucosa)
6C (glucosa)
2 ATP
oxidación
2 NADH
CITOPLASMA
2 ATP
oxidación
2 NADH
ácido pirúvico 3C
3C
ácido pirúvico 3C
3C + NADH
Ácido lático + NAD
3C
3C
acetaldehído + CO2
Acetaldehído + NADH
Alcohol etílico + NAD
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V.
PRESENTACIÓN DE CASOS: (Ejemplos)
5.1. Ejercicio de Aplicación
¿Por qué los animales pequeños son muchos más activos que
los animales grandes?
Entre los organismos vivos se observa una tendencia a que las tasas
metabólicas específicas varíen en proporción inversa a las
dimensiones corporales.
La tasa metabólica específica es la actividad metabólica por unidad
de masa del organismo vivo. Esto es particularmente obvio entre los
mamíferos pequeños, en los que el ritmo cardiaco, el consumo
especifico de oxigeno, la tasa respiratoria, etc., son extremadamente
elevados. De hecho, existe un límite dimensional inferior en los
mamíferos, ya que los organismos demasiados pequeños no podrían
obtener suficiente alimento y oxígeno para sostener su intensísima
actividad metabólica.
PLAN DE CLASE 5
V. PRESENTACIÓN DE CASOS: (Ejemplos)
Una musaraña (de 3.5 a 5cm) tiene que consumir casi su propio
peso en alimento cada 24 horas simplemente para mantenerse
viva. Como el calor se pierde por la superficie corporal y en ella
ocurren la mayoría de intercambios con el entorno, es obvio que los
seres pequeños deben esforzarse más que los seres de mayor
tamaño para mantener constante su temperatura y otras
condiciones de equilibrio, Rubner postuló hace años, la ley de la
superficie para explicar estas diferencias relacionadas con las
dimensiones corporales.
VI. EJERCICIOS DEL MATERIAL ADICIONAL
Selección previa del cuestionario de preguntas:. 03, 04, 05, 07, 08, 09, 12, 13, 14.
VII. RESUMEN DE LA CLASE.
Las células de los seres vivos están en un estado dinámico,
degradando y sintetizando moléculas mediante procesos químicos
intracelulares llamados METABOLISMO.
Muchas reacciones químicas son incrementadas su velocidad de
reacción por acción que los catalizadores orgánicos llamado
ENZIMAS y que disminuya la energía de activación. Toda reacción
celular está bajo el control de las enzimas y que se pueden usar una
y otra vez. El sitio activo de una enzima se ajusta a la estructura del
sustrato específico.
Las células utilizan tres vías catabólicas para extraer energía libre de
los nutrientes: respiración celular aeróbica, anaeróbica y
fermentación.
VII. RESUMEN DE LA CLASE.
Durante la respiración celular se oxida una molécula de glucosa,
formando al final CO2, H2O y liberando ATP con enlaces de alta
energía.
Las reacciones químicas de la respiración celular aeróbica se
agrupa en cuatro fases: Glucólisis, formación del Acetíl CoA, Ciclo
de Krebs y Fosforilación Oxidativa para síntesis de ATP.
La fermentación es un proceso sin la participación del oxígeno, en
el cual el aceptor final de electrones de NADH es un compuesto
orgánico. Las levaduras realizan la fermentación alcohólica, el cual
el producto final es alcohol etílico. Algunos hongos, algunas
bacterias, neuronas y células musculares, realizan la fermentación
láctica para producir ácido láctico.
UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA
DE LA MOLINA
CENTRO DE ESTUDIOS PRE UNIVERSITARIOS
Curso: Biología
UNIDAD IV: RESUMEN (repaso)
CLASE 5
Profesor: Blgo. Segundo T. Calderón Pinillos
TIPOS DE NUTRIENTES
NUTRIENTES (TIPOS)
USOS
EJEMPLOS
Energéticos
Fuente de energía
Glúcidos, ácidos
grasos,
triglicéridos
Reguladores
Metabolismo,
coordinación
Vitaminas, esteroides,
aminoácidos
De reposición
Formación de
estructuras
Proteínas, lípidos
TIPOS DE NUTRICIÓN
TIPOS DE
NUTRICIÓN
AUTOTRÓFICA
HETEROTRÓFICA
TIPO DE ORGANISMO
FUENTE DE ENERGÍA
FOTOLITÓTROFOS
(Ejm.Plantas, algas)
Luz solar
QUIMIOLITÓTROFOS
(Ejm. Bacterias del hierro,
azufre)
Reacciones de oxidación de
moléculas inorgánicas
QUIMIOORGANOTROFOS
(Ejm. Hongos. animales,
protozoarios)
Reacciones de oxidación de
moléculas orgánicas
FUENTE DE
CARBONO
CO2
Materia
orgánica
elaborada
ENZIMAS: mayormente son proteínas
Ejemplos
Propiedades
Pepsina
Lipasa
Especificidad
Jugo gástrico
Jugo pancreático
Poder catalítico
Sobre proteínas
Sobre triglicéridos
Reutilizables
Sí
Sí
Termolábiles
Sí
Sí
PH específico
Ácido
Alcalino
Disminuyen energía de activación
Sí
Sí
RESPIRACIÓN
Tipos
Aeróbica
con O2
Etapas
Requerimiento
Ocurre en
Productos
a) Glucólisis
Glucosa
Citosol
2 Piruvato
2NADH
2 ATP
b) Formación
de Acetil.CoA
Piruvato
CoA
Matriz
mitocondrial
CO2
NADH
Acetil CoA
Matriz
mitocondrial
CO2
3 NADH
1 FADH2
ATP
Cresta
mitocondrial
ATP
NAD
FAD
H2O
c) Ciclo de
Krebs
d) Fosforilación
Oxidativa
Acetil CoA
otros componentes
Coenzimas reducidas
(NADH ,FADH2 )
CO2
NO3
SO4-2
Anaeróbica
Sin O2
CH4
NO2
S-2
Láctica
Piruvato de la
glucólisis
Citosol
Alcohólica
Piruvato de la
glucólisis
Citosol
Acido láctico
Fermentación
Sin O2
Etanol
Tipo de Organismo
Eucariotas,y
bacterias
Eubacterias
Arqueobacterias
Lactobacilos,
algunos hongos,
células musculares,
nerviosas
Bacterias, hongos
filamentosos,
levaduras