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¿Cómo la célula obtiene su propia energía?
METABOLISMO CELULAR
CLASE PSU CIENCIAS: BIOLOGÍA COMÚN
Profesora: Daniela Marchant Cantillana
dmarchantcan@veterinaria.uchile.cl
Introducción
Metabolismo
• Se define como un conjunto de reacciones químicas
que ocurren en una célula y que permitirán sus
diversas actividades, tales como crecer,
reproducirse, mantener sus estructuras, responder a
estímulos, etc
Antes de avanzar, debemos saber algunas cosas…
Leyes de la Termodinámica
La energía no se crea ni se destruye; sólo se transforma
Un proceso ocurre espontáneamente si aumenta la
suma de las entropías del sistema y de su entorno
No olvidar…
Energía libre de Gibbs
Sólo puede ser espontánea una reacción exergónica, es decir, aquélla en que la variación de energía
libre es negativa (G<0).
Una reacción está en equilibrio, es decir, no varía la concentración de sustratos y productos, si no hay
variación de energía libre (G=0). Si se modifican levemente las condiciones de la reacción en
cualquier sentido, ésta tenderá a regresar al equilibrio, por lo que se comporta como reversible.
No son espontáneas las reacciones endergónicas, es decir, aquéllas en que la variación de energía
libre es positiva (G>0). La tendencia espontánea será la producción de la reacción opuesta.
Participantes del Metabolismo Celular
ATP (Adenosín Trifosfato)
ADP (Adenosín Difosfato)
NAD (Nicotín Adenín Dinucleótido)
FAD (Flavín Adenín Dinucleótido)
Acetil Coenzima A
Participantes del Metabolismo Celular
ATP
(Adenosín
Trifosfato)
ADP
(Adenosín
Difosfato)
NAD (Nicotín
Adenín
Dinucleótido)
FAD (Flavín
Adenín
Dinucleótido)
Acetil
Coenzima A
Ribulosa-5fosfato
Participantes del Metabolismo Celular
ATP: la moneda energética
• Es un tipo de ácido nucleico
• Composición:
• Ribosa
• Adenina
• Tres grupos fosfatos
• Cuando una célula obtiene energía del exterior,
sigue la siguiente reacción:
ADP + Pi
ATP
• Cuando la célula necesita realizar algún proceso
endergónico , ocurre lo siguiente:
ATP
ADP + PI
Participantes del Metabolismo Celular
ADP
• Adenosín Difosfato
• Es la parte SIN FOSFORILAR del ATP
• Se produce cuando hay descarboxilación en algunos de los compuestos de
la glicólisis durante el Ciclo de Krebs
• Composición
– Nucleósido
– Dos grupos fosfato
Participantes del Metabolismo Celular
NAD
• Nicotín adenin dinucleótido
• Es una coenzima
• Formada por dos nucleótidos unidos a través
de sus grupos fosfato con un nucleótido que
contiene un anillo adenosina y el otro que
contiene nicotinamida
• NAD+ es su forma oxidada
• NADH es su forma reducida
• NAD participa en reacciones de óxidoreducción
Participantes del metabolismo celular
FAD
• Coenzima que interviene en las reacciones
de óxido-reducción
• Interviene como dador o aceptor de
electrones y protones (poder reductor)
• Su forma oxidada es FAD+
• Su forma reducida es FADH2
• Función bioquímica general es oxidar
alcanos y alquenos
Participantes del Metabolismo Celular
Acetil Coenzima A
• Molécula intermediaria clave en el metabolismo
Participantes del Metabolismo Celular
Ribulosa-5-fosfato
• Intermediario en ciclo de Calvin
Anabolismo y Catabolismo
Anabolismo:
• Reacciones de síntesis
• A partir de sustratos simples se pueden construir
moléculas complejas
• Requieren gasto de energía
• Ejemplo: fotosíntesis
Catabolismo:
• Reacciones de degradación
• A partir de moléculas complejas se
obtienen moléculas simples
• Se libera energía.
• Ejemplo: respiración celular
Procesos Metabólicos
Procesos Metabólicos: Fotosíntesis
Fotosíntesis: proceso anabólico
• Organismos fotosintéticos son organismos autótrofos
• Lugar donde ocurre: cloroplastos
• Definición: formación de moléculas orgánicas ricas en
energía (carbohidratos) a partir de CO2 y H20 usando la luz
del sol como fuente de energía
• Oxígeno como producto de desecho
• Ecuación general:
6 CO2 + 12 H20 + Luz solar
C6H12O6 + 6H20+6O2
Fotosíntesis
Fase clara y fase oscura
Fase Clara
• Ocurre en membranas tilacoides
• Permite almacenar la nergía solar como energía química
en moléculas de ATP y NADPH.
• Se libera O2 gaseoso como producto
Fase Oscura
•
•
•
•
También llamado Ciclo de Calvin
Ocurre en estroma
NO DEPENDE DE LA LUZ
Serie de reacciones que involucran ensamblaje de
carbohidratos, usando CO2 y Ribulosa fosfato
Fotosíntesis
Interrelación fase clara y oscura
Fotosíntesis
Factores que inciden en la tasa de fotosíntesis
Intensidad Luminosa: La tasa fotosintética aumenta al aumentar la intensidad
lumínica (hasta 600 Watts) sobre este valor, inicialmente se mantiene constante, y
luego desciende
Temperatura: proceso es eficiente entre los 10°C y 35 °C
Concentración de CO2: fuente de carbono para la síntesis de moléculas orgánicas
Agua: aporta electrones y protones y también participa en todas las reacciones
químicas de este proceso
Sales minerales: necesarias para la síntesis de la clorofila y algunos cofactores
enzimáticos
Procesos Metabólicos: Respiración Celular
Respiración Celular
• Conjunto de reacciones bioquímicas por las cuales determinados compuestos
orgánicos son degradados completamente (carbohidratos, proteínas y ácidos
grasos) por oxidación, hasta convertirse en sustancias inorgánicas, proceso
que proporciona energía aprovechable por la célula (principalmente en forma
de ATP)
Respiración Celular
Glucólisis
Oxidación de la glucosa
Se lleva a cabo en el citoplasma celular
Se ejecuta en ausencia de O2
Glucosa
2 piruvatos + 2 ATP + 2NADH
Respiración Celular
Oxidación del piruvato
También llamada acetilación
Participa la piruvato deshidrogenasa (matriz mitocondrial)
Se lleva a cabo en presencia de oxígeno
El piruvato sale del citoplasma y llega a la matriz mitocondrial. Acá sufre un proceso de
descarbolxilación oxidativa en el que participa la enzima piruvato deshidrogenasa, que
cataliza la reacción desde piruvato a Acetil CoA
Ácido pirúvico
Acetil-CoA
Respiración Celular
Ciclo de Krebs
Ciclo del ácido cítrico
Ocurre en la matriz mitocondrial
El Acetil coA se oxida liberando CO2, H2O y poder reductor formado a partir de las
coenzimas NAD+ y FAD+. Éstas se convierten en NADH y FADH2, que son moléculas
donadoras de electrones a la cadena de transporte de electrones para que ésta
sintetice ATP
Vía anfibólica
procesos catabólicos y anabólicos
Respiración Celular
Cadena Respiratoria
Se lleva a cabo en la membrana mitocondrial interna
El NADH Y FADH2 donan sus electrones la cadena transportadora
Esta cadena se constituye de complejos multienzimáticos: citocromos
Cadena de óxido-reducción
Aceptor final: O2; al combinarse con los protones H forman agua
Se libera energía a medida que los electrones avanzan por la cadena
respiratoria
Respiración Celular
Fosforilación oxidativa
La energía que se liberó de la cadena respiratoria es reconducida por la mitocondria y
se usa para generar ATP
Cada dos electrones que pasan del NADH al O2 se forman 3 moléculas de ATP
Cada dos electrones que pasan del FADH2, que se recogen a un nivel de energía
menor, se forman dos moléculas de ATP
Teoría quimiosmótica de Mitchell: la transferencia de electrones va acompañada del
transporte de protones desde la matriz mitocondrial hacia el espacio intermembrana.
El aporte de protones al espacio produce un gradiente de cargas eléctricas y de pH
entre espacio y la matriz, llamado potencial electroquímico. Éste es el que
proporciona la energía necesaria para que la ATP sintetasa forme ATP
Fermentación
Proceso catabólico de oxidación que no requiere de oxígeno y el producto final es un
compuesto orgánico
Fermentación
Alcohólica: el ácido
pirúvico queda
como etanol y CO2
Láctica: el ácido
pirúvico queda
como ácido láctico
Fermentación
Fermentación
Alcohólica
Fermentación
Láctica
Ecuación general Respiración Celular
C6H1206 + 602
6H20 + 6CO2 + 38 ATP
Balance general
Resumen Respiración Celular
Pregunta N° 17- Modelo Prueba Ciencias DEMRE, año 2013
• El bloqueo farmacológico de la bomba transportadora de protones en la
mitocondria de una célula eucarionte aeróbica estricta producirá
A) una disminución de la producción de ATP
B) una disminución de la producción de lactato
C) una disminución de la producción de piruvato
D) un aumento del pH en la matriz mitocondrial
E) un aumento de la liberación de CO2 y acetil coenzima A
TAREA
Tarea
• Guía para desarrollar en casa
• Plazo entrega: martes 12 de Mayo, antes de la medianoche
• ENVIAR EN DOCUMENTO WORD AL MAIL: dmarchantcan@veterinaria.uchile.cl
• En el nombre de archivo, favor colocar su nombre y número de guía (Ejemplo: Respuestas
guía 4_ Perico de los Palotes)
• Si no cumple, será considerado para evaluar su continuidad en el preuniversitario
• ¡¡¡ ENVIAR EN DOCUMENTO WORD!!! No se recibirán tareas por messenger ni escrito en
mail
• ¡¡¡Felicitaciones a la mayoría del curso por entregar su tarea el 5 de Mayo a tiempo!!!!
Ejemplo de tareas bien enviadas
Otro ejemplo
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Profesora: Daniela Marchant Cantillana
dmarchantcan@veterinaria.uchile.cl