GLUCÓLISIS

GLUCÓLISIS

    El principal producto de la fotosíntesis es la glucosa, y toda célula viva es capaz de degradar glucosa para obtener energía.

    La glucólisis es la ruta metabólica que la célula realiza en el citosol, para obtener energía por degradación anaerobia de glucosa a piruvato.

      La glucólisis consiste en estas 10 reacciones sucesivas:

1. Glucosa + ATP -----> Glucosa 6-fosfato + ADP + H^+

La enzima alostérica hexocinasa (o la glucocinasa) adiciona un grupo fosfato a la glucosa.

2. Glucosa 6-fosfato <---------> Fructosa 6-fosfato

La enzima glucosa 6-fosfato isomerasa transforma reversiblemente a la glucosa 6-fosfato en fructosa 6-fosfato.

3. Fructosa 6-fosfato + ATP -------> Fructosa 1, 6-difosfato 1 ADP 1 H1

La enzima alostérica fosfofructocinasa adiciona un grupo fosfato a la fructosa 6-fosfato, y esta reacción es el punto de control más importante de la glucólisis.

4. Fructosa 1, 6-difosfato <--------> Dihidroxiacetona fosfato 1 Gliceraldehído 3-fosfato

La enzima fructosa 1, 6-difosfato aldolasa separa reversiblemente a la fructosa 1, 6-difosfato en dos triosas fosfato.

5. Dihidroxiacetona fosfato <---------> Gliceraldehído 3-fosfato

La enzima triosa fosfato isomerasa transforma reversiblemente a la dihidroxiacetona fosfato en gliceraldehído 3-fosfato.

6. Gliceraldehído 3-fosfato + NAD^+ + Pi <-------> 1, 3-difosfoglicerato + NADH + H^+

La enzima gliceraldehído 3-fosfato deshidrogenasa cataliza la oxidación del gliceraldehído 3-fosfato, teniendo a NAD+ como aceptor de electrones.

7. 1, 3-Difosfoglicerato + ADP <----------> 3-Fosfoglicerato + ATP

La enzima 3-fosfoglicerato cinasa transfiere el grupo 1-fosfato a ADP. Así, en dos reacciones consecutivas, la energía de oxidación de un grupo aldehído a un grupo carboxilo se almacena en la forma de ATP, siendo la primera fosforilación por sustrato de la glucólisis.

8. 3-Fosfoglicerato <--------> 2-Fosfoglicerato

La enzima 3-fosfoglicerato mutasa transfiere el grupo fosfato de la posición 3 a la posición 2.

9. 2-Fosfoglicerato <--------> Fosfoenolpiruvato + H2O

La enzima enolasa elimina agua del 2-fosfoglicerato y forma un grupo enol fosfato.

10. Fosfoenolpiruvato + H^+ + ADP <-------> Piruvato + ATP

La enzima alostérica piruvato cinasa transfiere el grupo fosfato al ADP en la segunda fosforilación por sustrato de la glucólisis.

Resumen de la glucólisis

Glucosa + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD^+ ---------> 2 Piruvato + 2H2O + 2 ATP + 2 NADH

Por cada molécula de glucosa que es degradada a piruvato y agua, la energía química obtenida se almacena en dos moléculas de ATP y dos moléculas de NADH.

Ruta anaeròbica

RUTA ANAERÒBICA

   

     La respiración o ruta anaeróbica (o anaerobia) es un proceso biológico de oxidorreducción de monosacáridos y otros compuestos en el que el aceptor terminal de electrones es una molécula inorgánica distinta del oxígeno, y más raramente una molécula orgánica, a través de una cadena transportadora de electrones análoga a la de la mitocondria en la respiración aeróbica. No debe confundirse con la fermentación, que es un proceso también anaeróbico, pero en el que no participa nada parecido a una cadena transportadora de electrones y el aceptor final de electrones es siempre una molécula orgánica como el piruvato. La respiración anaerobia es un tipo de proceso metabólico exclusivo de ciertos microorganismos procarióticos.

CARACTERISTICAS

     En este proceso no se usa oxígeno, sino otra sustancia oxidante distinta como el sulfato o el nitrato. En las bacterias con respiración anaerobia interviene también una cadena transportadora de electrones en la que se reoxidan los coenzimas reducidos durante la oxidación de los substratos nutrientes; es la análoga de la respiración aerobia, ya que se compone de los mismos elementos (citocromos, quinonas, proteínas ferrosulfúricas, etc.). La única diferencia, por lo tanto radica, en que el aceptor último de electrones no es el oxígeno.

     Todos los posibles aceptores en la respiración anaeróbica tienen un potencial de reducción menor que el O2, por lo que, partiendo de los mismos sustratos (glucosa, aminoácidos, triglicéridos), se genera menos energía en este metabolismo que en la respiración aerobia convencional.

     No hay que confundir la respiración anaeróbica con la fermentación, en la que no existe en absoluto cadena de transporte de electrones, y el aceptor final de electrones es una molécula orgánica; estos dos tipos de metabolismo tienen solo en común el no ser dependientes del oxígeno.

Fermentación

FERMENTACIÓN

     La fermentación (del latín tardío fermentatio, -ōnis) es un proceso catabólico de oxidación incompleta, que no requiere oxígeno, y el producto final es un compuesto orgánico. Según los productos finales, existen diversos tipos de fermentación.

Fermentación láctica

     La fermentación láctica es causada por algunos hongos y bacterias. El ácido láctico más importante que producen las bacterias es el lactobacillus. Otras bacterias que produce el ácido láctico son: Leuconostoc mesenteroides, Pediococcus cerevisiae, Estreptococo lactis y Bifidobacterium bifidus.

La fermentación láctica es usada en todo el mundo para producir variedad de comidas:

• Mundo Occidental: yogur, panes de pan fermentado, chucrut, encurtidos de pepino y aceitunas.
• Medio Oriente: verduras en ecabeche
• Corea: kimchi (mezcla fermentada de col china, rábanos, rojo Pimienta, ajo y jengibre)
• Rusia: kéfir
• Egipto: rayab de laban y zeer de laban (leche fermentada), kishk (mezcla de leche fermentada y cereal)
• Nigeria: gari (mandioca ó yuca fermentada)
• Sudáfrica: magou (avena de maíz fermentada)
• Tailandia: nham (cerdo fresco fermentado)
• Filipinas: balao de balao (mezcla de langostino y arroz fermentado)

     La presencia del ácido láctico, producido durante la fermentación láctica es responsable del sabor amargo, y de mejorar la estabilidad y seguridad microbiológica del alimento. Este ácido láctico fermentado es responsable del sabor amargo de productos lácteos como el queso, yogurt y el kefir. El ácido láctico fermentado también da el sabor amargo para fermentar vegetales, tales como los tradicionales pikles, y sauerkraut. El azúcar en las coles son convertidas en ácido láctico y usado como preservante.

   Básicamente es aquella en la que se produce ácido láctico y es causada por algunos tipo de hongos y bacterias.

   La bacteria mas importante en la producción de ácido láctico es el Lactobacillus, pero no es la única usada para este fin.

A continuación vemos una imagen del Lactobacilluss:

Fermentación alcohólica

Fermentación alcohólica

    La fermentación alcohólica, también conocida como, fermentación etílica, o del etanol, es un proceso de tipo biológico, en el cual se lleva a cabo una fermentación sin presencia de oxígeno. Este tipo de fermentación se debe a las actividades de ciertos microorganismos, los cuales se encargan de procesar azúcares, como la glucosa, la fructosa, etc. (hidratos de carbono), dando como resultado un alcohol a modo de etanol, CO2 (gas) y ATP (adenosín trifosfato), moléculas que son utilizadas por los propios microorganismos en sus metabolismos energéticos.

      Numerosos hongos, bacterias, algas y algunos protozoos, fermentan azúcares, transformándolos en etanol y CO2. Este es el proceso que se conoce como fermentación alcohólica.En este tipo de fermentaciones, el piruvato (anión del ácido piruvico, es descarboxilado, convirtiéndose en acetaldehído, el cual a su vez, es reducido a etanol a través de la enzima, alcohol deshidrogenasa, utilizando como dador de electrones al NADH..

      La fermentación alcohólica es utilizada desde antiguo para realizar productos como la cerveza o el vino. Los griegos otorgaban el descubrimiento de este proceso al dios Dionisio. Y algunos procesos similares, como la destilación de alcohol, se llevaban a cabo ya en el año 1150. Sin duda, dichos procesos fueron esenciales para el desarrollo de la alquimia en la Edad Media. Los descubrimientos químicos posteriores llevaron al investigador, Gay-Lussac, a describir la reacción de fermentación que tenía lugar partiendo de la glucosa, con obtención de etanol, a pesar de que, por aquel entonces, aún no se conocía la fermentación alcohólica y sus fundamentos. 

      Fueron muchos científicos los que intentaron dar explicación al proceso  que hoy conocemos como fermentación, pero hasta 1818 no se descubre que las causantes del proceso eran las levaduras. Pocos años después, se descubre la enzima responsable del proceso, la zimasa, otorgándose el Premio Nobel de Química en 1897, por dicho descubrimiento esencial, a Eduard Buchner. En los años posteriores, se siguió trabajando en el tema, hasta que en 1929, se descubre el cofactor NADH, esencial en el proceso de fermentación, pues su principal función es el intercambio de electrones.

RUTA AERÒBICA

RUTA AERÒBICA

     Necesitamos la energía para realizar nuestras necesidades y actividades diarias.

   La vía aeróbica. En esta vía aparece el oxígeno y utiliza el glucógeno, la glucosa y los ácidos grasos como la principal fuente para la producción de energía. La glucosa, procedente de la degradación del glucógeno, se oxidará a través del proceso de la glucólisis.

    Por otra parte, los ácidos grasos se mezclarán con la Coenzima A, para posteriormente acceder al interior de la mitocondria. Para producirse esto, el ácido graso ayudado de la Coenzima A tendrán que unirse a la L-carnitina. La L-carnitina se encarga del transporte de los ácidos grasos al interior de la mitocondria, para producirse el acetil-CoA

Ácido graso + Coenzima A = AcilCoA

 AcilCoa + L-carnitina  = acetil-CoA 

    No solo participan en la obtención de energía por la vía aeróbica el glucógeno, la glucosa y los ácidos grasos, también podemos destacar que algunos aminoácidos, cetoácidos y glicerol pueden oxidarse para formar acetil-CoA o para formar glucosa (gluconeogénesis).

    En el interior de la mitocondria, el acetil-CoA sufre un proceso de oxidación apoyado en el ciclo de Krebs. A través del proceso de Krebs se producen una serie de reacciones químicas que dan como resultado ATP, éste se encarga de convertir la energía química en energía mecánica.

    La vía aeróbica entra en acción cuando los esfuerzos no son muy fuertes pero sí de una duración notable. Se calcula que se empieza a quemar grasa a los 25-30 minutos realizando una actividad física moderada sin realizar pausas.

    En el músculo existen dos tipos de fibras: las fibras de tipo I, que cuentan con una gran capacidad del ejercicio aeróbico, y las fibras de tipo II, se contraen con una mayor rapidez.

La Mitocondria

Mitocondria

     Orgánulo citoplasmático de las células eucariotas, de forma ovoidal, formado por una doble membrana, que tiene como principal función la producción de energía mediante el consumo de oxigeno, y la producción de dióxido de carbono y agua como productos de la respiración celular.

Función de la Mitocondria

Membrana o Compartimiento	Funciones Metabólicas
Membrana Externa	üSíntesis de fosfolípidos. üInsaturación de ácidos grasos. üElongación de ácidos grasos.
Membrana Interna	üTransporte de electrones. üFosforilación oxidativa. üTransporte metabólico.
Matriz	üOxidación del piruvato. üCiclo del TCA (ácido tricarboxílico). üB-oxidación de lópidos. üReplicación del DNA. üSíntesis de RNA (transcripción). üSíntesis de proteínas (traducción).

Membrana o Compartimiento	Funciones Metabólicas

Estructura 

Membranas

 La mitocondria están rodeadas por dos membranas diferentes en lo que corresponde a función y actividad enzimática. Éstas separan tres espacios: el citosol, el espacio intermembrana y la matriz mitocondrial. 

Membrana externa: bicapa lipídica exterior la cual es permeable a iones, metabolitos y otras macromoléculas. Esto último se debe a que contiene unas proteínas llamadas porinas, las cuales forman poros. Esta membrana realiza relativamente pocas funciones enzimáticas o de transporte.

Membrana interna: ésta membrana contiene más proteínas, carece de poros y es más selectiva en comparación con la membrana externa. Contiene muchos complejos enzimáticos y sistemas de transporte transmembrana; éstos están implicados en la traslocación de moléculas.

Espacio intermembranoso: Es un líquido similar al hialoplasma, este se localiza entre las dos membranas. Posee una alta concentración de protones debido al bombeo de los mismos por los complejos enzimáticos de la cadena respiratoria. En este espacio se encuentran diversas enzimas que intervienen en la trasferencia del enlace de alta energía del ATP.

Matriz mitocondrial: Contiene menos moléculas que el citosol, aunque tiene iones, metabolitos, ADN circular bicatenario, ribosomas tipo 70S y contiene ARNm. Se podría decir que tiene todos los organelos que tendría una célula procariota. En ésta parte de la mitocondria hay diversas rutas metabólicas esenciales para la vida, cómo el cíclo de Krebs y la beta-oxidación de ácidos grasos, además de la oxidación de aminoácidos.

Descarboxilación oxidativa

Descarboxilación oxidativa
    

    Proceso intramitocondrial e irreversible,en el cual el piruvato procedente de la glicolisis se oxida para dar lugar a acetil- CoA y CO2, mediante la accion del complejo de la piruvato DH.

     El complejo Piruvato DH consta de tres enzimas:

-E1,piruvato DH, necesita como coenzima TPP.  

-E2, dihidrolipiol transacetilasa, usa como coenzima lipoamida y traslada la Co-A.

-E3, dihidrolipoil DH, utiliza como coenzima FAD y modifica al NAD.

  En resumen, esta formado por 3 enzimas y necesita 5 coenzimas.

1ºSe une el piruvato a la TPP de E1 formando hidroxietil-TPP y libera CO2.

2ºTralada el hidroxietilo al la lipoamida reduciendola y libera la TPP.

3ºTraslado del grupo acetil al CoA y libera la lipoamida reducida.

4º Se transfieren dos electrones de la lipoamida a FAD que se reduce a FADH2

5º El NAD oxida a FADH2 y se forma NADH que se dirige a cadena respiratoria.

Regulacion del proceso:

    Modificacion alosterica del complejo PDH: ac.grasos de cadena larga, ATP, AMP, CoA, NADH son efectores negativos.

      Cuando el ciclo de Krebs no dispone de suficiente acetil-CoA se activa alostericamente el complejo de piruvato DH.

     Modificacion covalente del complejo PDH: a)por fosforilacion: la cinasa inhibe el complejo, se activa por incremento de acetil-CoA, NADH, ATP.

b)por desfosforilacion: la fosfatasa activa el complejo PDH, se activa por insulina.

Busca más información en:

https://medbioqui11.files.wordpress.com/2011/06/d-piruvato-krebs.pdf

Cadena de transporte de electrones

Cadena de transporte de electrones

    Cadena de transporte de electrones Es uno de los sistemas celulares más importantes. Se encuentra tanto en procariotas como en eucariotas. Este hecho no solo resalta su importancia metabólica sino que, además ésta se ve corroborada por la poca alteración de las proteínas que la componen a lo largo de la evolución. En los procariotas se encuentra adosado a la membrana plasmática y en eucariotas las proteínas que forman la cadena de transporte de electrones se encuentran en las membranas internas de cloroplastos y mitocondrias. De los tres la cadena transportadora de electrones de mitocondrias es la más conocida.

Complejo I 

     El complejo I o NADH deshidrogenasa o NADH: ubiquinona oxidoreductasa, capta dos electrones del NADH y los transfiere a un transportador liposoluble denominado ubiquinona (Q). El producto reducido, que se conoce con el nombre de ubiquinol (QH2) puede difundir libremente por la membrana. Al mismo tiempo, el Complejo I transloca cuatro protones a través de membrana y produce un gradiente de protones. 

Complejo II

    El Complejo II o succinato deshidrogenasa; no es una bomba de protones. Además es la única enzima del ciclo de Krebs asociado a membrana. Antes de que este complejo actúe el FADH2 se forma durante la conversión de succinato en fumarato en el ciclo del ácido cítrico. A continuación los electrones son transferidos por medio de una serie de centros FeS hacia Q. EL glicerol-3-fosfato y el acetil-CoA también transfieren electrones a Q mediante vías diferentes en que participan flavoproteínas.

 Complejo III 

     El complejo III o complejo citocromo bc1; obtiene dos electrones desde QH2 y los transfiere a dos moléculas de citocromo c, que es un transportador de electrones hidrosoluble que se encuentra en el espacio intermembrana de la mitocondria. Al mismo tiempo, transloca cuatro protones a través de la membrana por los dos electrones transportados desde el ubiquinol. 

Complejo IV

    El complejo IV o citocromo c oxidasa; capta cuatro electrones de las cuatro moléculas de citocromo c y se transfieren al oxígeno (O2), para producir dos moléculas de agua (H2O). Al mismo tiempo, se translocan cuatro protones al espacio intermembrana, por los cuatro electrones. Además "desaparecen" de la matriz 2 protones que forman parte del H2O.

Fosfoliración oxidativa

Fosfoliración oxidativa

 La fosforilación oxidativa es un proceso metabólico que utiliza energía liberada por la oxidación de nutrientes para producir adenosina trifosfato (ATP). Se le llama así para distinguirla de otras rutas que producen ATP con menor rendimiento, llamadas "a nivel de sustrato". Se calcula que hasta el 90% de la energía celular en forma de ATP es producida de esta forma.

   Consta de dos etapas: en la primera, la energía libre generada mediante reacciones químicas redox en varios complejos multiproteicos -conocidos en su conjunto como cadena de transporte de electrones- se emplea para producir, por diversos procedimientos como bombeo, ciclos quinona/quinol o bucles redox, un gradiente electroquímico de protones a través de unamembrana asociada en un proceso llamado quimiosmosis. La cadena respiratoria está formada por tres complejos de proteínas principales (complejo I, III, IV), y varios complejos "auxiliares", utilizando una variedad de donantes y aceptores deelectrones. Los tres complejos se asocian en supercomplejos para canalizar las moléculas transportadoras de electrones, lacoenzima Q y el citocromo c, haciendo más eficiente el proceso.

   La energía potencial de ese gradiente, llamada fuerza protón-motriz, se libera cuando se translocan los protones a través de un canal pasivo, la enzima ATP sintasa, y se utiliza en la adición de un grupo fosfato a una molécula de ADP para almacenar parte de esa energía potencial en los enlaces anhidro "de alta energía" de la molécula de ATP mediante un mecanismo en el que interviene la rotación de una parte de la enzima a medida que fluyen los protones a través de ella. En vertebrados, y posiblemente en todo el reino animal, se genera un ATP por cada 2,7 protones translocados. Algunos organismos tienen ATPasas con un rendimiento menor.

   Existen también proteínas desacopladoras que permiten controlar el flujo de protones y generar calor desacoplando ambas fases de la fosforilación oxidativa.

   Aunque las diversas formas de vida utilizan una gran variedad de nutrientes, casi todas realizan la fosforilación oxidativa para producir ATP, la molécula que provee de energía al metabolismo. Esta ruta es tan ubicua debido a que es una forma altamente eficaz de liberación de energía, en comparación con los procesos alternativos de fermentación, como la glucólisis anaeróbica.

   Pese a que la fosforilación oxidativa es una parte vital del metabolismo, produce una pequeña proporción de especies reactivas del oxígeno tales como superóxido y peróxido de hidrógeno, lo que lleva a la propagación de radicales libres, provocando daño celular, contribuyendo a enfermedades y, posiblemente, al envejecimiento. Sin embargo, los radicales tienen un importante papel en la señalización celular, y posiblemente en la formación de enlaces disulfuro de las propias proteínas de la membrana interna mitocondrial. Las enzimas que llevan a cabo esta ruta metabólica son blanco de muchas drogas y productos tóxicos que inhiben su actividad.

     Esquema actual del sistema mitocondrial de la fosforilación oxidativa. Los equivalentes reducidos que se generan en el metabolismo (NADH, FADH₂) son ácidos oxidados por la cadena de transporte de electrones. La energía libre generada en estareacción se emplea para bombear protones (puntos rojos) desde la matriz mitocondrial hasta el interior de las crestas mitocondriales, para dar lugar a la fuerza protón-motriz. Cuando éste se disipa a través del retorno a la matriz de los protones a través de la ATP sintasa, la energía almacenada se emplea parafosforilar el ADP con un grupo fosfato para formar ATP.

   La fosforilación oxidativa funciona con dos tipos de reacciones que están acopladas, una utiliza reacciones químicas que liberan energía, mientras que la otra utiliza esa energía para llevar a cabo sus reacciones. El flujo de electrones a través de la cadena de transporte de electrones, desde donantes de electrones como NADH a aceptores de electrones tales como oxígeno, es un proceso exergónico y libera energía, mientras que la síntesis de ATP es un proceso endergónico, el cual requiere de energía. Tanto la cadena de transporte de electrones como la ATP sintasa, están embebidos en la membrana, y la energía es transferida de la cadena de transporte de electrones a la ATP sintasa por el movimiento de protones a través de la membrana, en un proceso llamado quimiosmosis.