Trabajo Práctico nº8 Flashcards
Metabolismo energético, conversión energética y mitocondrias (21 cards)
Conversión energética
-Las células necesitan energía para realizar sus actividades.
-La energía es tomada de moléculas de ATP.
-La energía es depositada en las uniones químicas entre los fosfatos del ATP (uniones de alta energía). Cuando el ATP se hidroliza junto con la liberación de energía se genera ADP+Pi.
-Somos organismos quimioorganótrofos: obtenemos la energía de la degradación de compuestos orgánicos y Heterótrofos: debemos alimentarnos de otros seres vivos para obtener la materia orgánica ya sintetizada.
-Utilizamos biomoléculas orgánicas fabricadas por otros seres vivos como fuente de carbono y energía.
-La degradación de moléculas energéticas presentes en los nutrientes comienza con un proceso que ocurre fuera de la célula: Digestión: ocurre en la luz del tubo digestivo. Hidrólisis enzimática de las moléculas energéticas presentes en los alimentos (proteínas, polisacáridos, triacilgliceroles) para generar sus sillares estructurales que puedan ser absorbidos por el epitelio intestinal y pasar al torrente sanguíneo y llegar a las células.
Catabolismo celular
-Los sillares estructurales resultantes de la digestión ingresan a las células (aa, azúcares simples, ácidos grasos, glicerol).
-Son degradados a través del catabolismo celular: conjunto de vías metabólicas exergónicas. Secuencias de reacciones químicas que ocurren en la célula con el fin de degradar un compuesto y generar energía y productos de desecho.
-Puede ser anaeróbico o aeróbico
-Los organismos anaeróbicos realizan fermentación: degradan compuestos sin utilizar O2 molecular:
.Fermentación alcohólica: produce excreción de Etanol: en levaduras.
.Fermentación láctica: produce la excreción de Lactato: en eritrocitos y m. esquelético (en condiciones de contracción vigorosa, cuando el aporte de O2 es insuficiente).
.Con generación de escasa liberación de energía.
-Los organismos aeróbicos realizan respiración celular: utilizan O2 molecular para degradar compuestos hasta CO2 y H2O.
.Con gran liberación de energía
-La energía liberada si no se almacena la perderíamos en forma de calor. Se almacena en Moléculas transportadoras activadas: como e- ricos en energía (NAD+ y FAD+, NADH y FADH), como enlaces ricos en energía (ATP).
¿Cómo se genera ATP?
-Las células animales generan ATP de 2 maneras:
-Fosforilación a nivel de sustrato: al acoplar una reacción exergónica a un intermediario común.
-Fosforilación oxidativa: acoplar una reacción al transporte de e- hasta el O2 molecular.
Mitocondrias
-Son organelas, de las más visibles del citoplasma y se encuentran en todas las celulares eucariotas.
-Son las usinas generadoras de energía
-Son cilíndricas, en promedio miden 3 micras de largo y tienen un diámetro de 0,5 micras. Su tamaño y morfología son variables.
-Su número varía según el tipo de célula adaptándose a sus necesidades energéticas.
-Están ubicadas en las regiones de las células donde la demanda de energía es mayor.
-Contienen su propio ADN y un sistema completo de replicación, transcripción y traducción que les permite sintetizar algunas de sus proteínas utilizando un código genético alterado.
-Tienen algunas características bacterianas: se dividen por partición o fisión binaria.
Características de las mitocondrias
-Está delimitada por 2 membranas, una externa y otra interna, que dan lugar a 2 compartimentos, el espacio intermembranoso y la matriz mitocondrial.
-Membrana mitocondrial externa: define el perímetro exterior liso de la mitocondria.
.Es permeable a todos los solutos existentes en el citosol pero no a las macromoléculas.
.En su bicapa lipídica posee proteínas transmembrana multipaso, Porinas: forman canales acuosos por los que pasan libremente iones y moléculas de hasta 5000 kDa.
.Determina que el citosol y el espacio intermembranoso sean similares.
-Espacio intermembranoso: espacio entre ambas membranas interna y externa.
.Posee gran presencia de enzimas que utilizan ATP para fosforilar otros compuestos: Quinasas: nucleótidoquinasas y creatincinasa.
-Membrana mitocondrial interna: desarrolla plegamientos hacia la matriz llamadas crestas mitocondriales que aumentan la superficie membranosa.
.Elevada impermeabilidad a iones: canales iónicos y permeasas, pasaje selectivo de iones y moléculas.
.Presencia de Cardiolipina (fosfolípido doble, 2 ácidos fosfatídicos unidos a 1 glicerol): impide el pasaje de cualquier soluto a través de la bicapa lipídica excepto O2, CO2, NH3 y ácidos grasos.
.Elevado porcentaje de proteínas 70%: 3 funciones: transporte de e- (cadena transportadora de e-), síntesis de ATP (ATP sintasa) y transporte de metabolitos.
-Matriz mitocondrial: presenta enzimas para la descarboxilación oxidativa, para la beta oxidación de ácidos grasos, ciclo de Krebs y para la replicación, transcripción y traducción del ADN.
.Copias del ADN mitocondrial.
.Ribosomas especiales: mitorribosomas.
.22 tipos de ARNt para los 20 aa.
ADN mitocondrial
-Es una doble hebra circular y no contiene histonas.
-Posee un solo origen de replicación: una de las cadenas hijas comienza a sintetizarse antes que la otra.
-Es muy pequeño: 37 genes:
.22 codifican para ARNt
.2 codifican para ARNr
.13 genes codifican subunidades de proteínas que pertenecen a la cadena transportadora de e-.
-No tiene herencia mendeliana (en humanos proviene de la madre).
-La mayoría de sus proteínas se sintetizan en el citosol e ingresan a la mitocondria a través de translocadores proteicos.
Mitocondrias y bacterias
-Las mitocondrias son similares en su tamaño y forma a las bacterias.
-Al igual que las células procariotas se reproducen dividiéndose en 2: división por partición o fisión binaria.
-Poseen mitorribosomas y cardiolipina.
-Teoría endosimbiótica del origen de las mitocondrias:
“Las mitocondrias surgen cuando una célula eucariótica primitiva anaeróbica engulle a un procariota aeróbico por endocitosis: da lugar a una célula eucariota llevando a un procariota endosimbiótico, se produce una transferencia de genes desde el procariota hacia el ADN nuclear”.
Glucólisis
-Vía catabólica constituida por 10 reacciones secuenciales, a través de la cual la molécula de glucosa es degradada hasta 2 moléculas de piruvato.
-Cada una de las 10 reacciones produce un azúcar intermediario diferente y está catalizado por una enzima diferente.
-Genera ATP sin la presencia de O2 molecular.
-Tiene lugar en el citosol y ocurre en 3 fases:
.Fase de Inversión de energía: se hidrolizan 2 moléculas de ATP a cada molécula de glucosa que aportan energía para la generación del intermediario Fructosa 1-6 bifosfato.
.Clivaje: metabolismo de la Fructosa 1-6 bifosfato para dar 2 moléculas de gliceraldehído 3P: un azúcar fosfato de 3C.
.Fase de Generación de energía: cada molécula de Gliceraldehído 3P es oxidada hasta piruvato.
-El NAD+ recoge los e- de la oxidación del gliceraldehído y se reduce a NADH.
-El resto de los e- es utilizado en la síntesis de 2 moléculas de ATP.
-Ecuación global de la glucólisis: Glucosa + 2ADP +2Pi + 2 NAD+: 2 Piruvatos + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+.
Destinos del Piruvato
-El piruvato puede tener distintos destinos dependiendo de la presencia o ausencia de O2.
-En organismos aeróbicos: el piruvato generado durante la glucólisis ingresa a la matriz mitocondrial donde son oxidados hasta CO2 a través de:
.Descarboxilación oxidativa del piruvato
.Ciclo de Krebs
-Los e- que se liberan durante este proceso de oxidación junto con los provenientes del NADH generado durante la glucólisis son transportados por NADH y FADH mitocondriales hasta la cadena transportadora de e- localizada en la MMI.
-A través de ella son cedidos al O2 con generación de H2O.
-La energía liberada es utilizada para bombear H+ hacia el espacio intermembranoso: se genera un gradiente electroquímico, que se utiliza para sintetizar ATP por una ATP sintasa.
-Se sintetizan entre 30 y 32 moléculas de ATP por cada molécula de glucosa que haya sido degradada.
-En organismos anaeróbicos y en células de tejido que pueden funcionar en ausencia de O2 molecular:
-Fermentación: proceso de reducción del piruvato a productos de excreción.
.El NAD+ debe ser regenerado porque se consume y debe captar los e- liberados (NADH).
.Eliminar el piruvato que se acumularía en el citosol: se logra reduciendo el piruvato a productos de excreción y se genera el NAD+.
.Por cada molécula de Glucosa degradada se obtienen 2 moléculas de ATP.
Respiración celular
-En presencia de O2 los organismos realizan la Respiración celular: proceso de oxidación gradual de glucosa que resulta en C02 y H2O (C6H12O6- 6CO2 + 6H2O). Ocurre en 5 pasos:
1-Descarboxilación oxidativa del piruvato
2-Ciclo de Krebs
3-Cadena transportadora de e-
4-Transporte de H+
5-Fosforilación oxidativa
Descarboxilación oxidativa del piruvato
Para generar Acetil-CoA:
-El piruvato atraviesa la MME a través de porinas y es transportado a través de la MMI por proteínas transportadoras específicas hacia la matriz mitocondrial.
-En la matriz mitocondrial el piruvato sufre descarboxilación oxidativa: catalizado por un complejo multienzimático de la Piruvato Deshidrogenasa.
-Cada piruvato se transforma en CO2 y un grupo acetilo, el cual se une a la coenzima A: forman el AcetilCo-A.
-Se genera una molécula de NADH.
-Ecuación global: 2x(Piruvato + CoA + NAD+ = AcetilCoA + CO2 + NADH + H+)
Ciclo de Krebs
-Es una ruta metabólica cíclica de 9 reacciones químicas secuenciales que transfiere la molécula de Acetil-CoA generada en la descarboxilación oxidativa a una molécula de oxalacetato para formar citrato.
-El grupo acetilo de la Acetil-CoA es oxidado hasta CO2 y se liberan e- que son captados por 3 moléculas de NAD+ para generar 3 NADH y por una molécula de FAD+ para formar 1 FADH2.
-Se genera una molécula de GTP por una fosforilación a nivel de sustrato.
-Enzimas que catalizan las reacciones en el ciclo de Krebs:
.Citrato sintasa
.Aconitasa
.Isocitrato deshidrogenasa
.alfa-cetoglurarato deshidrogenasa
.Succinil-CoA sintasa
.Succinato Deshidrogenasa: proteína integral de la MMI, se encarga de transferir el H2 al FAD.
.Fumarasa
.Malato Deshidrogenasa
-Por cada vuelta de ciclo, cuando ingresa un grupo acetilo de la Acetil-CoA se generan 2CO2, 3 moléculas de NADH, 1 de FADH y 1 GTP equivalente a 1 ATP.
-Se necesitan 2 vueltas del ciclo para procesar los 2 acetilos derivados de la glucólisis de una molécula de glucosa.
-Ecuación global: 2x(Acetil-CoA + 3NAD+ + FAD+ + GDP+Pi = CoA + 2CO2 + 3NADH + 3H+ + FADH2 + GTP)
-Resultado neto: 6NADH ; 2FADH2; 2 GTP; 4 CO2.
Lanzaderas
-Los NADH y FADH reducidos deben ser reoxidados transfiriendo los e- a través de la cadena transportadora hasta el O2.
-La MMI es impermeable al NADH producido en la glucólisis por lo que no puede ingresar a la matriz para donar sus e- a la cadena:
-El NADH citosólico utiliza un sistema de Lanzaderas: que permite transferir los e- del NADH y del FADH citosólicos hasta los e- en la matriz mitocondrial.
-Las lanzaderas utilizan el NADH para reducir sustancias que en su estado reducido pueden ingresar a la mitocondria: son reoxidados y los e- son recogidos por el NAD o FAD.
-Lanzadera Malato-Aspartato: los e- del NADH citosólico son utilizados para reducir al oxalacetato para dar malato: puede ingresar a la matriz mitocondrial por una proteína transportadora. El malato es reoxidado a oxalacetato y los e- son cedidos al NAD mitocondrial.
.Se ubica en corazón e hígado.
-Lanzadera Glicerol-P: los e- del NADH son utilizados para reducir a la dihidroxiacetona P para dar glicerol 3P. En la MMI una enzima permite la reoxidación del glicerol 3P a dihidroxiacetona P y los e- son cedidos al FAD mitocondrial: FADH.
.Se ubica en cerebro.
Cadena transportadora de e-
-La transferencia de e- desde el NADH y el FADH2 hasta el O2 ocurre a través de un conjunto especializado de proteínas denominado: Cadena Transportadora de e- o Cadena Respiratoria.
-Se produce en la MMI.
-Está formada por 3 complejos:
1) (I) Complejo NADH deshidrogenasa.
2) (III) Complejo citocromo b-c1.
3) (IV) Complejo citocromo oxidasa
-Cada uno de esos complejos posee una afinidad mayor por los e- que el anterior y catalizan reacciones redox en esos e-, lo que permite que pasen secuencialmente a través de esos complejos.
-Los complejos se comunican entre sí a través de transportadores móviles:
-Entre el complejo 1 y el complejo 2: Ubiquinona (lípido), puede transferir e- desde un complejo a otro, se reduce y se reoxida.
-Entre el complejo 2 y 3: Citocromo C, proteína periférica asociada por interacciones débiles con la monocapa de la MMI hacia el espacio intermembrana.
-Los transportadores proteicos son proteínas conjugadas que contienen iones metálicos (hierro, grupos hemo/ centro ferro-sulfurado) que son capaces de reducirse y luego reoxidarse vehiculizando el transporte de e-.
-El transporte de e- comienza cuando un H+ es cedido por un NADH luego de oxidarse, convirtiéndose: NAD+ + H-= H+ +2e- de alta energía. Esta reacción es catalizada por la enzima NADH Deshidrogenasa (complejo I) que acepta los e- de NADH.
-La ubiquinona toma los e- del complejo NADH deshidrogenasa y los transfiere al complejo b-c1 (complejo III)
-El complejo b-c1 también toma los e- cedidos por el FADH2 que ingresan solo al segundo complejo (evitan la NADH deshidrogenasa)
-La molécula citocromo C transporta los e- desde el complejo b-c1 al Citocromo oxidasa (complejo IV): donde son oxidados.
-Luego los e- son transferidos al O2 (que queda retenido en ese complejo) y posee mayor afinidad por los e-.
-La energía liberada con el paso de los e- a través de la cadena respiratoria se utiliza para transportar H+ a través de la MMI desde la matriz mitocondrial hacia el espacio intermembrana a través de los complejos respiratorios.
Transporte de H+
-La transferencia de e- produce el bombeo de H+ a través de cada complejo.
-2 Mecanismos para el transporte de H+:
-Mecanismo del lazo redox: cuando un transportador electrónico se reduce conjuntamente incorpora un H+ desde la matriz mitocondrial; luego lo cede al siguiente transportador electrónico (se reoxida); lo libera hacia el espacio intermembrana. Ubiquinona.
-Mecanismo de la bomba de H+: el paso de e- a través de los transportadores electrónicos genera un cambio conformacional de la proteína: pasan de un estado de alta afinidad de los H+ hasta un estado de baja afinidad de los H+, con un cambio conformacional que direcciona los sitios de unión de los H+ hacia el lado de espacio intermembrana.
-Los H+ generan un gradiente electroquímico (de pH) que produce un potencial de membrana en la que el lado de la matriz mitocondrial es negativo y el espacio intermembrana es positivo.
-Es un transporte activo.
-El gradiente impulsa a los H+ a regresar a través de la MMI hacia la matriz mitocondrial por transporte pasivo.
-Los H+ retornan por el túnel de la ATP sintasa.
Fosforilación oxidativa
-Es el proceso en el cual la síntesis de ATP se halla acoplada al transporte de e- por la cadena respiratoria mediante la generación de un gradiente electroquímico de H+.
-La energía de la disipación del gradiente electroquímico de H+ es utilizada para sintetizar ATP en una reacción catalizada por la ATP sintasa de la MMI.
-ATP sintasa: es un complejo proteico ubicado cercano a la cadena transportadora de e-. Está compuesta por 2 complejos:
-F0: es un transportador de H+ transmembrana. Posee 2 canales: por uno salen los H+ y por el otro capta los protones del espacio intermembrana y los transporta hacia el otro complejo liberando energía.
Posee un anillo rotatorio.
-F1: posee una cabeza con actividad catalítica, con 3 subunidades beta, 3 unidades alfa y una delta. Un caso: con subunidades y y e. Con la energía liberada del F0, éste gira y puede intercambiar energía mecánica a energía química, catalizando la formación de los enlaces fosfato entre el ADP+Pi, sintetizando el ATP.
-Un giro completo (360º) permite la generación de 3 moléculas de ATP.
-Cada 4H+ que fluyen a través de la ATP sintasa se genera 1 ATP.
Rendimiento energético fosforilación oxidativa
-Por cada par de e- provenientes del NADH + H+ que son cedidos al complejo 1 se bombean 4H+.
-Cuando los e- atraviesan el complejo 2 se bombean otros 4H+.
-Cuando los e- atraviesan el complejo 3 se bombean 2H+.
-Para generar una molécula de ATP se requiere el reingreso de 4H+.
-Por cada par de e- del NADH transferidos al O2 se van a poder sintetizar 2,5 moléculas de ATP.
-Los e- del FADH tienen un contenido energético menor que se genera a través de la succinato deshidrogenasa en el ciclo de Krebs y cede sus e- a la Ubiquinona.
Cuando transfiere sus e- al O2 sólo se bombean 4H+ por el complejo 2 y 2H+ por el complejo 3.
-Por cada par de e- provenientes del FADH se sintetizan 1,5 moléculas de ATP.
Oxidación de ácidos grasos o β-oxidación
-Los ácidos grasos no se degradan en el citosol. Pasan a las mitocondrias.
-Proceso cíclico catalizado por una serie de 4 enzimas mitocondriales.
-En cada vuelta de ciclo:
-Se acorta la cadena del ácido graso en 2 carbonos.
-Se genera una molécula de:
-Acetil-CoA: es oxidado en el ciclo de Krebs
-NADH: los e- generados en la beta oxidación y en el ciclo de Krebs son transportados por:
-FADH2: hacia la cadena transportadora de e- hasta el O2, bombean los H+ y se sintetiza ATP por la ATP sintasa.
-Los ácidos grasos aportan más energía que los hidratos de carbono por la cantidad de NADH y FADH.
Transportes acoplados
-Proceso de transporte a través de la membrana mitocondrial interna impulsados por disipación del gradiente electroquímico de H+.
-Entrada de piruvato/H+: transporte activo secundario: simporte
-Entrada de fosfato/H+: transporte activo secundario: simporte.
-Intercambio ADP-ATP: transporte activo secundario: antiporte. Por medio de una proteína transportadora que es impulsado por el gradiente de voltaje (negativo en la matriz) que expulsa ATP (4 cargas -) e importa ADP (3 cargas -).
Inhibidores de la transferencia de e-
-Agentes que inhiben el transporte de e- a través de la cadena respiratoria.
-La transferencia hasta el O2 está bloqueada.
-Se ubican en distintos sitios de la cadena.
-El consumo de O2 será disminuido.
-Si no hay transferencia de e-, no hay bombeo de H+.
-El gradiente de H+ será disminuido.
-La síntesis de ATP disminuye.
-Como los NADH y FADH no se pueden reoxidar se bloquean todos los procesos (ciclo de Krebs, descarboxilación oxidativa y glucólisis). Van a estar disminuidos.
-Todo proceso que requiere energía estará disminuido.
Desacoplantes de la fosforilación oxidativa y el transporte de e-
-Desacoplan la fosforilación oxidativa del transporte de e- porque disipan el gradiente de H+ que es lo que acopla un proceso con otro.
-Se unen a la MMI y ofrecen un paso alternativo a los H+ de la ATP sintasa para ingresar a la matriz mitocondrial.
-La energía liberada durante la disipación del gradiente electroquímico de H+ cuando atraviesan la MMI por los desacoplantes no es utilizada para la síntesis de ATP: la síntesis disminuye.
-La energía liberada se pierde como calor: aumento de temperatura corporal.
-Ante un desacoplante la célula interpreta que necesita energía:
-Acelera todos los procesos degradativos
-Aumenta la producción de NADH y FADH
-Aumenta el transporte de e-
-Aumenta el consumo de O2
-Disminuición de todos los procesos que requieren energía.
