Catabolismo

Metabolismo • Conjunto de procesos químicos que se producen en

la célula catalizados por enzimas y que tienen por objetivo la obtención de materia y energía para sustentar las diferentes funciones vitales.

Fases del metabolismo celular

CATABOLISMO ANABOLISMO

Son reacciones de degradación.

Son reacciones de oxidación.

Desprenden energía (contenida en los enlaces químicos), exotérmicos. Se almacena en el ATP. AG<0

A partir de muchos sustratos diferentes se forman casi siempre los mismos productos, principalmente dióxido de carbono, ácido pirúvico y etanol.

Es un conjunto de vías metabólicas convergentes.

Es un conjunto de vías metabólicasdivergentes.

A partir de unos pocos sustratos se pueden formar muchos productos, diferentes.

Precisan energía (ATP), endotérmicos. AG>0 (No espontáneos)

Son reacciones de reducción.

Son reacciones de síntesis.

Consisten en la transformación de moléculas orgánicas complejas en otras más sencillas. Se genera poder reductor (NADH + H+).

Tiene lugar tanto en autótrofos como heterótrofos.

Se forma materia orgánica compleja a partir de otra más sencilla. (fabricación de H.C, lípidos… renovación estructuras…)

Se precisa poder reductor.

Algunas exclusivas de autótrofos, otras ocurren tanto en autótrofos como heterótrofos.

El anabolismo y el catabolismo no son dos procesos aislados e independientes. Ambos procesos están conectados entre sí. El

catabolismo libera energía que se utiliza en el anabolismo y suministra la materia prima necesaria que participa en los

procesos anabólicos. Por ello, muchas de las reacciones van a ser pasos comunes a ambos procesos, aunque con distinta

direccionabilidad.Vías anfibólicas: las que participan tanto en el catabolismo

como en el anabolismo

Analogía que muestra el concepto de reacción acoplada.

Reacción NO acoplada Reacción acoplada

Características de las reacciones metabólicas

Las reacciones metabólicas están acopladas energéticamente a través del ATP.

El ATP se puede sintetizar de tres formas diferentes:

• fosforilación a nivel de sustrato

• fosforilación oxidativa: membrana interna de mitocondrias

• fotofosforilación: transformación de la energía lumínica en las membranas de los tilacoides.

Reducción: ganancia de electrones de un átomo o molécula.

Oxidación: pérdida de electrones de un átomo o molécula. Las oxidaciones van acompañadas de pérdidas de átomos de hidrógeno o de su electrón Ocurren de forma

simultánea

Las reacciones metabólicas son reacciones de oxidorreducción

Cuando un sustrato reducido es oxidado, el NAD+ se reduce según la ecuación siguiente:

NAD+ + 2H+ + 2e– NADH + H+

Esta reacción solamente representa una parte del proceso redox; siempre hay un metabolito que cede los electrones para que otro compuesto, la coenzima, en este caso el nucleótido, los capte.

MOLÉCULAS DADORAS de H(se oxidan)

MOLÉCULAS ACEPTORAS de H(se reducirán)

NAD+ NADP+ FAD(transportadores de H)

H H

REACCIONES REDOXCOMPUESTO

OXIDADOCOMPUESTO

REDUCIDO

Reacciones redox

A BO+ AO B+

AH B+ A BH+

A B+ A+ B- +e-

B

BH

B-

AO

A

A+

OXIDACIÓN

REDUCCIÓN

HIDRÓGENO ELECTRONES ENERGÍA

ELIMINACIÓN

ADICIÓN

ELIMINACIÓN

ADICIÓN

LIBERACIÓN

ALMACENAMIENTO

CARACTERÍSTICAS DE LAS REACCIONES REDOX

El potencial redox indica la facilidad o dificultad en ceder o captar electrones. Un potencial redox muy electronegativo indica mucha facilidad para ceder electrones, es decir para oxidarse. Así se libera energía que es captada para formar ATP.

Las reacciones metabólicas están encadenadas, compartimentadas y son

catalizadas por enzimasEl producto de una reacción es el sustrato de la siguiente.

Los productos intermedios se denominan metabolitos.

Las vías pueden ser lineales, ramificadas o cíclicas.

Distintas reacciones se llevan a cabo en orgánulos diferentes.

Las enzimas que actúan son específicas y las condiciones pueden ser diferentes en los distintos compartimentos.

Todo lo anterior implica una mayor regulación y una mayor economía en el proceso.

Cada uno de los conjuntos de reacciones encadenadas que constituyen el metabolismo se denomina vía o ruta metabólica.

Las rutas metabólicas pueden ser: lineales, ramificadas y cíclicas.

Catabolismo. Características y tiposConjunto de reacciones de transformación de moléculas orgánicas en otras moléculas orgánicas más simples o en moléculas inorgánicas. Son reacciones de oxidación y exergónicas.

Dos tipos: respiración y fermentación.

Respiración: da lugar a productos inorgánicos

respiración aerobia: presenta O2 como último aceptor de e- al unirse con los hidrógenos liberados en la oxidación. Rinde H2O. La realizan las células eucariotas y muchas procariotas.

respiración anaerobia: presenta como último aceptor de e- sustancias inorgánicas diferentes del O2. Exclusivo de células procariotas.

Fermentación: catabolismo parcial. El último aceptor de e- es una molécula orgánica, y los productos finales son sustancias orgánicas. Son reacciones anaerobias y liberan poca energía. La realizan células procariotas y algunas eucariotas como levaduras y células musculares de animales.

Las células pueden clasificarse en aerobias, anaerobias facultativas y anaerobias estrictas

Catabolismo

Respiración Fermentación

Aerobia Anaerobia

Oxidación total de la materia orgánica.

Los productos de reacción no contienen energía.

Se libera toda la energía.

Oxidación parcial de la materia orgánica

Los productos de reacción contienen todavía energía

Se libera poca energía

El aceptor final de electrones es una molécula orgánica.

Aceptor final el O2 Aceptor final molécula inorgánica distinta del O2

Fermentación Alcohólica

Fermentación láctica

En el catabolismo suelen distinguirse tres fases:

• Fase I, fase inicial o preparatoria las grandes moléculas se degradan (polisacáridos a monosacáridos; los lípidos a ác. grasos y glicerina, y las proteínas a aminoácidos).

• Fase II o fase intermedia, los productos de la fase I, son convertidos en una misma moléculas, más sencillas el Acetil-coenzima A (acetil CoA).

• Fase III o fase final, en la que el acetil-CoA (se incorpora al ciclo de Krebs) da lugar a moléculas elementales CO2 y H2O.

Catabolismo de glúcidos

Glucólisis

Degradación anaerobia del ácido pirúvico:

Fermentación.

Degradación aerobia del ácido pirúvico:

Ciclo de Krebs.

Cadena transportadora de electrones.

Fosforilación oxidativa.

Glucólisis

• LUGAR : citosol• ORGANISMOS : tanto en procariotas como eucariotas• OBJETIVO : obtener ATP y NADH• ETAPAS : 9 o 10• BALANCE (por cada molécula de glucosa) :

2 moléculas de ácido pirúvico 2 moléculas de ATP 2 moléculas de NADH

1 GLUCOSA

2 ÁCIDO PIRÚVICO

Etapa de activación. La glucosa, tras su activación y transformación en otras hexosas, se descompone en 2 gliceraldehído-3 P (3 C). Se necesita la energía aportada por dos moléculas de ATP.

Glucosa + 2 ATP ▬► 2 gliceraldehído 3 P + 2 ADP

Etapa de degradación. Las dos moléculas de gliceraldehído-3-fosfato se oxidan después, a través de una serie de reacciones, hasta rendir dos moléculas de ácido pirúvico. En esta oxidación se necesita como enzima NAD+ que se reduce a NADH. La energía liberada en el proceso es utilizada para fabricar cuatro moléculas de ATP.

2 Gliceraldehído3P + 2NAD+ + 4 ADP + 2 Pi ▬►

▬► 2 Ác. Pirúvico + 2 NADH + 2H+ + 4ATP

BALANCE PARCIAL : - 2 ATP

Etapa de activación

ENERGÍA CONSUMIDA

Etapa de degradación

ENERGÍA PRODUCIDA

BALANCE PARCIAL : 4 ATP + 2 NADH

BALANCE TOTAL : 2 ATP y 2 NADH + 2 ÁCIDO PIRÚVICO

Glucólisis - Resumen

el aceptor final de electrones es una

sustancia inorgánica, como por ejemplo el O2,

NO3-, SO4-, etc., y el dador suele ser un

compuesto orgánico

tanto el dador como el

aceptor final de electrones

son dos compuestos orgánicos.

Destino del ácido pirúvico, producto final de la glucolisis

Destino del ácido pirúvico, producto final de la glucolisis

1) EN CÉLULAS ANAEROBIAS ESTRICTAS1) EN CÉLULAS ANAEROBIAS ESTRICTASRealizan "fermentaciones“ sólo les aportan el 5% de la energía (2 ATP por molécula de glucosa)Ejemplo: en la fermentación láctica (Lactobacillus acidofilus y Sreptococcus lactis) pasa a ácido láctico (ácido 2-hidroxi-propanoico) (CH3-CHOH-CH2OH): 2) EN CÉLULAS ANAEROBIAS FACULTATIVAS2) EN CÉLULAS ANAEROBIAS FACULTATIVASRealizan excepcionalmente “fermentaciones”Ej. levaduras del genero Sacharomyces (eucariotas) realizan la fermentación alcohólica por la que la glucosa pasa a etanol y dióxido de carbono. Sólo produce 2 ATP.Ej. células musculatura esquelética ante ejercicios intensos y anaerobios realizan una fermentación láctica. 3) EN CÉLULAS AEROBIAS3) EN CÉLULAS AEROBIASEl pirúvico pasa al interior mitocondrial y en su matriz es degradado aún más, en presencia de O2 y desprende CO2.

Destino del piruvato y el NADH

33

HS - CoA

S - CoANAD+ NADH H++

2Piruvato Acetil - CoA

PIRUVATODESHIDROGENASA

Oxidación del piruvato a acetil - CoA

El ácido pirúvico formado en la glucólisis entra por transporte activo en la Mitocondria donde el conjunto de enzimas sistema piruvato deshidrogenasa lo Transforma en AcetilCoA.

1.- El ácido pirúvico pasa a la matriz mitocondrial2.- Ácido pirúvico oxidación Acetilcoenzima A (acetil CoA)BALANCE: 2 ácido pirúvico 2 NADH + 2 acetilCoA(la acetil CoA conecta la Glucólisis con el Ciclo de Krebs)

Ciclo de Krebs(ciclo de los ácidos tricarboxílicos o ciclo del ácido cítrico)

• LUGAR : matriz de la mitocondria (no se requiere O2)• OBJETIVO : obtener energía y poder reductor• ETAPAS : cadena cíclica de 8 reacciones• BALANCE (por cada molécula de glucosa) :

2 moléculas de ATP 6 moléculas de NADH 2 moléculas de FADH2

GlucosaÁcidos grasos

Ácido oxalacético

Acetil-CoACoenzima A

H2O

Ácido cítrico

Ácido isocítrico

NADH

NAD +

CO2

Ácido -cetoglutárico

NADHNAD +

CO2

Coenzima A

Succinil-CoA

Ácido succínico

Coenzima A

GDP

GTP

ATP

ADP

Ácido fumárico

FAD

FADH2

Ácido málico

NAD + NADH

(se necesitan 2 vueltas para oxidar 1 molécula de glucosa)• Por cada molécula de glucosa SE FORMAN:

- 2 GTP ( 2ATP)- 6 NADH- 2 FADH2

Acetilo + Ácido oxalacético Ácido cítrico

Rendimiento del Ciclo de Krebspor una molécula de glucosa

• 2 Acetil CoA

• 6 H2O

• 6 NAD• 2 FAD• 2 GDP + Pi

• 4 CO2

• 2 H2O

• 6 NADH

• 2 FADH2

• 2 GTP

Se ha transformado la materia orgánica en inorgánica.

Los electrones han sido recogidos como (H) por coenzimas transportadoras de electrones (NAD y FAD).

Se ha sintetizado una molécula de GTP, análoga al ATP.

Cadena Respiratoria

La C6H12O6 que inició la glucólisis ya está oxidada

La energía de sus enlaces se ha utilizado para producir:

ATP2 de la glucólisis + 2 del Ciclo de Krebs

En los transportadores de e-

NADH + H+ y FADH2

LA MAYORÍA

• OBJETIVO de la CADENA RESPIRATORIA : liberar la energía de los transportadores de e- para fabricar ATP

2e-

a3

a3

Cit a

H2O

Cit c

Cit a

Cit c

Cit b

Cit b

Voltios

- 0,4

0

+ 0,4

+ 0,8

FAD

FADH2

NAD+

2e- + 2H+

2e- + 2H+

2e- + 2H+

2e-

2e-

2e-

2e-

CoQ

CoQ

FMN

FMN

2H+

2e-

2H+ + 1/2 O2

NADH + H+

La molécula de glucosa está completamente oxidada y se ha obtenido:- 2 ATP y 2 NADH en la glucólisis- 2 NADH en la descarboxilación oxidativa- 2 ATP, 6 NADH y 2 FADH2 en el Ciclo de Krebs

La mayor parte de la energía está almacenada en los electrones almacenados por el NADH y el FADH2.

En esta cadena los e- son transportados poco a poco desde aceptores con un potencial más negativo hacia otros con potencial menos negativo.• COMPONENTES PRINCIPALES DE LA CADENA: los citocromos (prot+grupo hemo con 1 átomo de Fe). El átomo de Fe acepta y libera alternadamente 1e-, transfiriéndolo al siguiente citocromo del nivel energético inferior

Potencial más negativo-0,32 V

Potencial menos negativo+0,82 V

Los e- llegan hasta el O2 que se combina con dos H+ y forma H2O.El O2 es imprescindible para que no se bloquee el proceso.

También puede iniciarse la cadena a partir de los e- cedidos por el FADH2 en un nivel energético menor: -0,219 V.

Cadena de transporte de e-

Hipótesis quimiosmótica1. Los protones son transferidos a

través de la membrana, desde la matriz al espacio intermembrana, como resultado del transporte de electrones que se originan cuando el NADH cede un hidrogeno. La continuada producción de esos protones crea un gradiente de protones.

2. La ATP sintetasa es un gran complejo proteico con canales para protones que permiten la re-entrada de los mismos.

3. La síntesis de ATP se produce como resultado de la corriente de protones fluyendo a través de la membrana:ADP + Pi ---> ATP

La energía liberada en la cadena transportadora se emplea para fabricar ATP en un proceso llamado FOSFORILACIÓN OXIDATIVA según la teoría del ACOPLAMIENTO QUIMIOSMÓTICO

CoQ

FADH2

NADH

NAD + FAD

H+

H+

H+

2 H+ + 1/2 O2

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

ATP ADP

H2O

2e-

2e-

_ __

_

F1

F0

Sistema I Sistema IISistema III

Matriz mitocondrial

Espacio intermembrana

Matriz mitocondrial

Espacio intermembrana

Cit c

A medida que los e- van descendiendo a niveles energéticos menores, liberan energía que sirve para transportar H+ creando un gradiente electroquímico. Esta acumulación de H+

genera una fuerza protomotriz que impulsa los H+ a través de las ATP-sintetasa permitiendo sintetizar el ATP.

Se calcula que se sintetizan:- 3 ATP por cada NADH- 2 ATP por cada FADH2

Fosforilación oxidativa

Partículas F

• Forman canales por donde pasan los protones

• Están formados por:

1. Complejo enzimático F1

2. Zona de anclaje Fo

• Por cada 3 protones que pasan se forma una molécula de ATP

Proceso anaerobio en el que la glucosa (6C) se escinde en 2 moléculas de ácido pirúvico (3C), de manera similar a como hacen los organismos fermentadores.Se eliminan 4 H (4e- y 4 H+) que son aceptados por 2 moléculas de NAD+, sobrando 2 H+ que quedan libres en el citoplasma.

ETAPA 1

ETAPA 2

GLUCOLISIS (en el citoplasma)

RESPIRACIÓN CELULAR (en la mitocondria)

Glucosa (6C) 2 Piruvato (3C) + 2NADH + 2H+ + 2ATP

2 Acetil-CoA (2C) 4 CO2 (1C) + 6NADH + 6H+ + 2FADH2Sigue oxidándose el ácido pirúvico: los átomos de C se oxidan a CO2. Los átomos de H

(H+ y e- se utilizan para reducir: 6 NAD+ 6 NADH y 2 FAD 2 FADH2

Etapa 2b: Transferencia electrónica y fosforilación oxidativa (en la membrana mitocondrial interna

Cadena respiratoria: La oxidación de NADH y FADH2 obtenidos previamente libera e- que pasan por la cadena respiratoria hasta llegar al O2 y formar H2O.

Fosforilación oxidativa: asociadas a la cadena anterior hay una serie de proteínas transportadoras que crean un gradiente de H+ que permitirá a las ATPasa fabricar ATP.

2 Piruvato (3C) 2 Acetil-CoA (2C) + 2NADH + 2H+ + 2CO2

Etapa 2a: DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA Y CICLO DE KREBS (en la matriz)

RESUMEN – Oxidación de la glucosa

Lanzadera del malato y del glicerato

• La lanzadera del Malato rendirá tres moléculas de ATP y la del Glicerol dos moléculas de ATP

Los NADH + H+ generados en el citoplasma pasan al interior de la mitocondria y en la cadena de transporte electrónico rinden 2 o 3 ATP

Los NADH + H+ que se generan en la matriz mitocondrial generan 3 ATP al pasar por la cadena electrónica.

El GTP generado en el ciclo de Krebs se cuenta como un ATP

Los FADH2 formados en la matriz mitocondrial solo generan 2 ATP en la cadena de transporte de electrones.

Glucosa + 6O2 + 38 ADP + 38 Pi 6 CO2 + 44 H2O + 38 ATP

Glucosa + 6 O2 6CO2 + 6 H2O Gº’ = -686 kcal/mol

38 ADP + 38 Pi 38 ATP + 38 H2O Gº’ = 7,3 kcal/mol x 38 = +263 kcal/mol

Eficacia (263 / 686) X 100 = 38%

Balance global de la respiración de la glucosa

OXIDACIÓN DE LA GLUCOSA(C6H12O6)

ETAPA I : Glucólisis ETAPA II : Respiración

Ciclo de Krebs(matriz mitocondrial)

Cadena Respiratoria(crestas mitocondriales)

2 ácido pirúvico2 ATP2 NADH

CO2 H2O

ATP

Respiración Anaerobica

Si en la respiración aeróbica el aceptor final de los electrones es el oxígeno, en la respiración anaeróbica (sin oxígeno) los aceptores finales de los electrones pueden ser: Fe3+, NO3

-, SO42- y compuestos orgánicos.

Sin embargo, esta respiración es menos eficaz ya que estos compuestos tienen un electropotencial menos positivo que el par O2/H2O que es de + 0,82 voltios y rinden menos ATP

Este proceso se da en grupos de bacterias determinadas

● Conjunto de rutas metabólicas, que se realizan en el hialoplasma, por las cuales se obtiene energía por la oxidación incompleta de compuestos orgánicos.

● Los electrones liberados en esta oxidación son aceptados por un compuesto orgánico sencillo que es el producto final de la fermentación.

● El rendimiento energético es bajo.

Fermentación

FERMENTACIONES:• El aceptor final de e- es una MOLÉCULA ORGÁNICA SENCILLA

ETANOL(alcohol etílico)

ÁCIDO LÁCTICO

• Las rutas de degradación de la glucosa en ausencia de O2 se llaman FERMENTACIONES

• Son propias de bacterias y levaduras

• También se producen en animales cuando el O2 escasea (exc. Neuronas que mueren)

• Energéticamente son poco rentables (2 ATP por cada molécula de C6H12O6)

Fermentación

ETÍLICA Fermentación

LÁCTICA

Fermentación alcohólica Realizada fundamentalmente por las levaduras

Saccharomyces cerevisae (anaerobias facultativas)

Dependiendo de la especie de levadura se puede llegar a obtener cerveza (S. cerevisiae), vino (S. ellypsoideus), sidra (S. apiculatus) y pan (variedad purificada de S. cerevisiae)

Fermentación lácticaLas bacterias que producen esta fermentación se encuentran de

forma natural en la leche sin esterilizar, son

beneficiosas para el ser humano

Bacterias anaerobias facultativas: Lactobacilos lactis, L. bulgaricus, L. casei. Streptococcus faecalis (en el intestino humano)

Bacterias anaerobias facultativas: Lactobacilos lactis, L. bulgaricus, L. casei. Streptococcus faecalis (en el intestino humano)

Los microorganismos que realizan esta fermentación son las bacterias de las especies Lactobacillus casei, L. bulgaricus, Streptococcus luctis y Leuconostoc citrovorum, obteniéndose de ello productos derivados de la leche como el queso, el yogur y el kéfir.

Otras rutas catabólicas

CO2 H2O

ATP

TRANSPORTE yβ-OXIDACIÓN DE ÁCIDOS GRASOSOXIDACIÓN DE AMINOÁCIDOS

GRASASGRASAS

Glicerol + Ácido Graso

• Se cortan en fragmentos de 2 Carbonos• En mitocondrias y peroxisomas• Entran en Ciclo Krebs como Acetil-CoA

PROTEÍNASPROTEÍNAS

Aminoácidos

• Se desaminan (eliminación grupo amino)• El grupo amino se excreta como urea

• El esqueleto de Carbono se convierte:• Grupo Acetilo• Compuesto que entra en la glucólisis• Compuesto que entra en Ciclo Krebs

DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN DE LIPIDOS DE LA DIETA

1) Las sales biliares emulsionan las Grasas formando micelas.

4) Los TAG son incorporados con colesterol y Apolipoproteínas en los QUILOMICRONES.

5) Los QUILOMICRONES viajan por el Sistema Linfático y el Torrente sanguíneo hacia los Tejidos.

6) Los TAG entran a la célula, y se convierte en AG y glicerol

7) Los AG son Oxidados como combustible o re-esterificados para almacenamiento.

2) Lipasas intestinales degradan los Triglicéridos

3) Los Ácidos Grasos y otros productos de la digestión son tomados por la mucosa intestinal y convertidos en TAG.

• Tiene lugar en la matriz mitocondrial y los peroxisomas. • Cada gramo de triglicérido contiene más del doble de kilocalorías que 1 g de

glucosa o de aminoácidos. • Las grasas son ricas en calorías porque contienen un gran número de

átomos de hidrógeno. • Tanto el glicerol como los ácidos grasos de las grasas neutras pueden

utilizarse como combustible. • El glicerol es fosforilado y luego oxidado a PGAL (gliceraldehído-3-fosfato) y

entonces sigue la ruta de la glucólisis, pero el 95% de la energía de las grasas reside en los ácidos grasos.

Catabolismo de los lípidos

Catabolismo de los ácidos grasos1. En el citosol los ácidos grasos son activados por el CoA.

para formar acil graso CoA(el ácido graso no puede atravesar la membrana mitocondrial)

1. En el citosol los ácidos grasos son activados por el CoA. para formar acil graso CoA

(el ácido graso no puede atravesar la membrana mitocondrial)

2. El acil graso CoA atraviesa la membrana de la mitocondria ayudado por enzimas

2. El acil graso CoA atraviesa la membrana de la mitocondria ayudado por enzimas

3. En la matriz se inicia la beta oxidación de los ácido grasos (hélice de Lynen) para formar

Acetil CoA, que puede ser oxidado posteriormente en el ciclo de Krebs.

3. En la matriz se inicia la beta oxidación de los ácido grasos (hélice de Lynen) para formar

Acetil CoA, que puede ser oxidado posteriormente en el ciclo de Krebs.

El resultado de cada beta oxidación es formación de un ácido graso con 2 átomos de C menos que el anterior y dos coenzimas reducidos FADH2 y NADH+H+

El resultado de cada beta oxidación es formación de un ácido graso con 2 átomos de C menos que el anterior y dos coenzimas reducidos FADH2 y NADH+H+

1) Activación del ácido graso

• Ocurre en el Citosol.• La reacción es catalizada por la ACIL-CoASINTETASA.• El pirofosfato es hidrolizado por una PIROFOSFATASA

(esto hace que la reacción sea irreversible)

Ciclo de Krebs

Transportadorde carnitina

Acil-carnitina

Carnitina HSCoA

Acil-CoA - oxidación

Acetil - CoA

Acil-carnitina

Carnitina

Carnitina

Espacio intermembrana

Citosol

Matriz mitocondrial

Acil - CoA

HSCoA

2) Transporte de Acil-CoA al interior de la mitocondria.

Acil -CoAcon doscarbonosmenos

NADH+ H+

NAD+

Oxidación

FADH2

Oxidación

R - CH2 - CH2 - CO~S-CoA

Acil-CoA

Acetil-CoA

HS-Coa

Tiólisis

R - CO - CH2 - CO~S-CoA - cetoacil-CoA

R - CH - CH2 - CO~S-CoA

OH|

- hidroxiacil-CoA

R - CH = CH - CO~S-CoAEnoil-CoA

- hidroxiacill-CoAdeshidrogenasa

Acil-CoAdeshidrogenasa

Tiolasa

Enoil-CoAhidratasa H2O

Los Acil-CoA que son largas cadenas hidrocarbonadas de ácidos grasos unidas a un coenzima A (HS-CoA) son fragmentadas mediante la hidrólisis y oxidación obteniendo:

▪ un Acetil-CoA (pequeña molécula de 2 carbonos con un CoA) que pasa al ciclo de Krebs• una molécula de FADH2 y otra de NADH + H+

▪ un nuevo acil-CoA con 2 carbonos menos que vuelve a empezar el ciclo hasta romperse completamente

La -oxidación consigue que de un ácido graso saturado se liberen tantas unidades de Acetil-CoA como permita su número par de átomos de carbono.

3) beta oxidación de los ácido grasos (hélice de Lynen)

FAD

•En cada ciclo se pierden 2 átomos de C en forma de Acetil-CoA.

•Para degradar completamente un ac. Graso de 16 C hacen faltan 7 ciclos de β-Oxidación.

Nº de ciclos = (nº de C) – 1

2

•En cada ciclo se produce 1 molécula de FADH2 y otra de NADH:

FADH2= 2ATP

NADH= 3ATP

Balance energético de la -Oxidación de los Ácidos Grasos

Por cada vuelta se obtiene: 1 FADH2, 1 NADH y 1 Acetil-CoA.

Para el ácido palmítico, de 16 átomos de carbono (en siete vueltas) se obtiene: 7 FADH2, 7NADH y 8 AcetilCoA

Por cada Acetil-CoA en el ciclo de Krebs se obtiene: 3NADH, 1 FADH2 y 1GTP.

3 x 3 ATP + 1 x 2 ATP + 1 GTP = 12 ATP

8 Acetil-CoA rinden 8 x 12 = 96 ATP

7 FADH2 rinden 7 x 2 = 14 ATP

7 NADH rinden 7 x 3 = 21 ATP

En total: 96 + 14 + 21 = 131 ATP, pero se consumen dos ATP en la activación del ácido graso al final quedan 129 ATP. Con una eficacia en torno al 40%, como en la respiración de la glucosa.

ATP AMP + PPi

ATP + AMP 2 ADP

PPi 2 Pi

2 ATP

Rendimiento de la β-oxidación de ácidos grasos. Ej. ácido caproico 6C

Nº de vueltas

Nº de moléculas de acetil CoA producidas

Moléculas reducidas por vuelta

Rendimiento del Ciclo de Krebs

Rendimiento de la fosforilación oxidativa

Ácido graso de N carbonos

N/2 - 1 N/2 1 NADH y 1 FADH2 /vuelta

TOTAL

(N/2-1) NADH (N/2-1) FADH2

Cada acetil CoA rinde 3 NADH

1 FADH2 y 1 GTP

1 NADH rinde 3 ATP y 1 FADH2 rinde 2 ATP

Ácido caproico (6C, igual que la glucosa)

2 3

2 NAD2H

2 FAD2H

9 NAD2H

3 FAD2H

3 GTP

33 ATP

10 ATP

3ATP

TOTAL menos 1 ATP gastados para entrar = 45 ATP

Glucosa 38 ATP, Ácido caproico 44 ATP ¿Por qué se prefieren los glúcidos?

• Movilización más rápida de glúcidos, antes glucógeno que grasas.

• Algunos tejidos sólo utilizan glucosa (nervioso, eritrocitos...)

• En anaerobiosis no funciona el ciclo de Krebs.

• En animales, los ácidos grasos no se transforman en glúcidos.

• Son insolubles y necesitan moléculas transportadoras.

Tejido adiposo: Células blancas sólo producen ATP y células pardas que tienen desacoplada la cadena respiratoria por lo que producen en su oxidación más calor que ATP, fundamental en animales hibernantes y recién nacidos.

Formación de Cuerpos Cetónicos (Cetogénesis)

• Después de la degradación de los ac. Grasos, el Acetil-CoA es oxidado en el Ciclo de Krebs.

• Para esto es necesaria la presencia de oxalacetato (1er intermediario del ciclo de Krebs). Si la cantidad de este es insuficiente, las unidades de acetil-CoA son utilizadas mediante una vía alternativa en la que se producen “Cuerpos Cetónicos”

• Estos compuestos se forman principalmente en el hígado, a partir de acetil-CoA mediante una serie de etapas.

H3C C

O

CH3

acetona

H3C C

O

CH2 C

O

O-

acetoacetato

H3C CH

OH

CH2 C

O

O-

3-OH-butirato

66

CETOGENESIS

1. El 1er paso es la inversa de la última etapa de la -oxidación.

2. El acetoacetatil-CoA se condensa con otro acetil-CoA para dar HMG-CoA.

3. El HMG-CoA se rompe formando acetoacetato y Ac-CoA.

4. El Acetoacetato puede originar los otros cuerpos cetónicos.

Ocurre en HÍGADO

Formación y exportación de cuerpos cetónicos (hígado)

Los cuerpos cetónicos se forman y exportan desde el Hígado.En condiciones energéticamente desfavorables, el oxalacetato se deriva hacia la Gluconeogénesis, para liberar glucosa a la sangre.El ciclo de Krebs trabaja muy lentamente en el Hígado.

Gotas de lípidos

Hepatocito

Acetoacetato y -hidroxibutirato exportados como energía para: corazón, músculo, riñón y cerebro.

Glucosa exportada como combustible para cerebro y otros tejidos.

Catabolismo de proteínas

Las proteínas no se usan como fuente de energía, pero los aminoácidos que sobran tras la síntesis de proteínas pasan a ser usados como combustible celular. Estos se separan en grupos amino (excretados con la orina) y cadenas carbonadas que se incorporan en diversos momentos del catabolismo y son degradadas hasta CO2 en la respiración mitocondrial.Las reacciones por las cuales se separan los grupos amino de los aminoácidos (AAc) son la Transaminación y la Desaminación, originando cetoácidos como el pirúvico e intermediarios del ciclo de Krebs.