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Light energy
ECOSYSTEM
Photosynthesis in chloroplasts
CO2 + H2O
Cellular respiration in mitochondria
Organic molecules
+ O2
ATP powers most cellular work
Heat energy
ATP
Flujo de energía
Rutas catabólicas y oxidación de compuestos orgánicos
Compuestos orgánicos + O2 CO2 + H2O + energía
Energía potencial Energía potencial
Desperdicios + ATP y calor
Procesos catabólicos Fermentación
Respiración aeróbica
¿Como ocurre la degradación de glucosa para la liberación de energía?
becomes oxidized
becomes reduced
Rutas catabólicas y oxidación de compuestos orgánicos
Agente reductor Agente oxidante
Oxidación= pérdida parcial o completa de electrones
Reducción= ganancia parcial o completa de electrones
Reacciones de Redox –
Aunque no haya
perdida de electrones
pero si hay cambio en el
grado de compartido de
electrones
Transferencia parcial de electrones
Cambio en el grado en el cual se están compartiendo los electrones.
Reactants
becomes oxidized
becomes reduced
Products
Methane (reducing
agent)
Oxygen (oxidizing
agent)
Carbon dioxide Water
Rutas catabólicas y oxidación de compuestos orgánicos
Oxígeno =Un agente oxidante muy poderoso
Energía potencial en los enlaces covalentes
Cuando movemos los electrones a niveles
más lejos del núcleo
más energía.
más cerca del núcleo
menos energía.
Los electrones en el enlace se relocalizan a niveles más cerca del núcleo
“pierden” energía potencial.
Esta energía se utiliza para la síntesis de ATP.
Rutas catabólicas y oxidación de compuestos orgánicos
Rutas catabólicas y oxidación de compuestos orgánicos
Agente reductor Agente oxidante
oxida
reduce
Proceso redox en el cual se transfieren hidrógenos (H) de glucosa a
oxígeno.
Transferencia de e- al átomo mas electronegativo causa perdida de
energía potencia
Los carbohidratos y las grasas son grandes reservorios de e-
Alto contenido de H que puede reaccionar con Oxígeno y liberar
energía al compartir sus e-
Respiración celular
Rutas catabólicas y oxidación de compuestos orgánicos
Moléculas estables por la barrera de energía de activación
Enzimas bajan energía de activación y azúcar se oxida en pasos
Cada paso esta catalizado por una enzima especifica
Los e- no pasan directamente de H a O sino que se pasan a un
intermediario
Coenzyma NAD+ (Nicotinamide adenine dinucleotide)
Aceptador de electrones
Agente oxidante
Fig. 9-4
Dehydrogenase
Reduction of NAD+
Oxidation of NADH
2 e– + 2 H+ 2 e– + H+
NAD+ + 2[H]
NADH
+
H+
H+
Nicotinamide (oxidized form)
Nicotinamide (reduced form)
Oxidación de compuestos orgánicos
+ NAD+
H
R C Rx
OH
+ NADH + H+
R C Rx
O
Nota: 2H 2e- + 2H+
Oxidación
reducción
dehidrogenasa
Agente oxidante
Rutas catabólicas y oxidación de compuestos orgánicos
e - que se transfieren de glucosa a NAD+ pierden poca energía potencial por lo que
NAD+ termina almacenando energía que luego se puede convertir a ATP.
NADH – representa energía almacenada
Flujo de electrones:
Moléculas orgánicas NADH cadena de transporte de electrones oxígeno
(a) Uncontrolled reaction
H2 + 1/2 O2
Explosive release of
heat and light energy
(b) Cellular respiration
Controlled release of energy for
synthesis of ATP
2 H+ + 2 e–
2 H 1/2 O2
(from food via NADH)
1/2 O2
Rutas catabólicas y oxidación de compuestos orgánicos
Rutas catabólicas y oxidación de compuestos orgánicos
Transportadores
de electrones
NADH y FADH2
Los electrones se transfieren aceptadores de electrones.
La transferencia ocurre en pasos en los cuales se controla la
liberación de energía
Rutas catabólicas y oxidación de compuestos orgánicos
Rutas catabólicas y oxidación de compuestos orgánicos
Respiración celular:
1. Glucólisis
2. Ciclo de Krebs
3. Cadena de transporte de electrones y fosforilación
oxidativa
Fig. 9-6-1
Substrate-level
phosphorylation
ATP
Cytosol
Glucose Pyruvate
Glycolysis
Electrons
carried
via NADH
Las etapas de Respiración celular
Fig. 9-6-2
Mitochondrion
Substrate-level
phosphorylation
ATP
Cytosol
Glucose Pyruvate
Glycolysis
Electrons
carried
via NADH
Substrate-level
phosphorylation
ATP
Electrons carried
via NADH and
FADH2
Citric
acid
cycle
Rutas catabólicas- Respiración celular
Fig. 9-6-3
Mitochondrion
Substrate-level
phosphorylation
ATP
Cytosol
Glucose Pyruvate
Glycolysis
Electrons
carried
via NADH
Substrate-level
phosphorylation
ATP
Electrons carried
via NADH and
FADH2
Oxidative
phosphorylation
ATP
Citric
acid
cycle
Oxidative
phosphorylation:
electron transport
and
chemiosmosis
Rutas catabólicas- Respiración celular
Fosforilación a nivel de sustrato
Cadena de transporte de electrones acoplada a fosforilación oxidativa.
Respiración celular-Síntesis de ATP
¿Cómo ocurre la síntesis?
Fosforilación a nivel de sustrato
En presencia de enzimas específicas ocurre una reacción en la cual
se transfiere directamente el grupo fosfato de un sustrato o
compuesto a ADP.
Respiración celular-Síntesis de ATP
Enzyme
ADP
P
Substrate
Enzyme
ATP +
Product
Fig. 9-7
10% ATP producido
(no es Pi)
Respiración celular-Síntesis de ATP
Cadena de transporte de electrones acoplada a fosforilación oxidativa.
90% ATP producido
Transportadores
de electrones
Cadena de
transporte de
electrones
Respiración celular-Síntesis de ATP
Fig. 9-6-3
Mitochondrion
Substrate-level
phosphorylation
ATP
Cytosol
Glucose Pyruvate
Glycolysis
Electrons
carried
via NADH
Substrate-level
phosphorylation
ATP
Electrons carried
via NADH and
FADH2
Oxidative
phosphorylation
ATP
Citric
acid
cycle
Oxidative
phosphorylation:
electron transport
and
chemiosmosis
Rutas catabólicas- Respiración celular
Fosforilación a nivel
de sustrato
ATP
Cytosol
Glucose Pyruvate
Glycolysis
Transporte de electrones vía
NADH Ocurre en el citosol
Oxidación parcial de glucosa
Glucosa hasta piruvato
Puede ocurrir en ausencia de oxígeno
Respiración celular- Glucólisis
Reactantes Productos
C6H12O6
2ATP
4ADP
4Pi
2NAD+
2 Piruvatos (C3H4O3)
2ADP
2Pi
4ATP
2NADH
2H+
2H2O
Nota: 2 ATP neto
Respiración celular- Glucólisis
Respiración celular- Glucólisis
Fase de inversión de energía
Fase de retribución de energía
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
Paso 3
Enzima fosfofructocinasa – enzima
alostérica que controla glucólisis.
Pasos 7 y 10, Fosforilación a nivel de sustrato
10
9
8
7
6
Respiración celular- Glucólisis transición ciclo de Acido Cítrico
Mitochondrion
Substrate-level
phosphorylation
ATP
Cytosol
Glucose Pyruvate
Glycolysis
Electrons
carried
via NADH
Substrate-level
phosphorylation
ATP
Electrons carried
via NADH and
FADH2
Citric
acid
cycle
CYTOSOL MITOCHONDRION
NAD+ NADH + H+
2
1 3
Pyruvate
Transport protein
CO2 Coenzyme A
Acetyl CoA
Si hay oxígeno, piruvato ( Acido Piruvico) entra a la mitocondria.
Ocurre la translocación de piruvato hacia la mitocondria por medio de una proteína de
transporte
Decarboxilación oxidativa
la oxidación de piruvato a acetil CoA.
Se produce CO2
Respiración celular- Glucólisis transición ciclo de Acido Cítrico
Reactantes Productos
2 piruvatos
2 coenzimas A
2 NAD+
2 Acetil CoA
2CO2
2NADH
2H+
Translocación de piruvato hacia la mitocondria Decarboxilación oxidativa
Respiración celular- Glucólisis transición ciclo de Acido Cítrico
Respiración celular- Ciclo de Acido Cítrico o Ciclo de Krebs
Mitochondrion
ATP
Cytosol
Glucose Pyruvate
Glycolysis
Electrons
carried
via NADH
ATP
Electrons carried
via NADH and
FADH2
Citric
acid
cycle
Fosforilación a nivel de sustrato
Fosforilación a nivel de sustrato
Solo ocurre en presencia de O2 –
aeróbico.
Ocurre en la matriz mitocondrial.
Se completa la oxidación de glucosa
degradando acetil CoA hasta CO2.
Se produce ATP por medio de
fosforilación a nivel de sustrato.
Se produce NADH y FADH2
Reactantes Productos
2AcetilCoA
6NAD+
2FAD
2ADP
2Pi
2H2O
4CO2
6NADH
6H+
2FADH2
2ATP
2CoA
Respiración celular- Ciclo de Acido Cítrico o Ciclo de Krebs
Por cada vuelta
Entran 2 carbonos
Se oxidan 2 carbonos CO2
Ocurre fosforilación a nivel de
sustrato.
Se regenera oxaloacetato.
Toma 2 vueltas en el ciclo de
Krebs para oxidar completamente
la glucosa.
Acetyl CoA
CoA—SH
Citrate
H2O
Isocitrate NAD+
NADH
+ H+
CO2
-Keto- glutarate
CoA—SH
CO2 NAD+
NADH
+ H+ Succinyl CoA
CoA—SH
P i
GTP GDP
ADP
ATP
Succinate
FAD
FADH2
Fumarate
Citric acid cycle H2O
Malate
Oxaloacetate
NADH
+H+
NAD+
1
2
3
4
5
6
7
8
Respiración celular- Ciclo de Acido Cítrico o Ciclo de Krebs
GTP-En tejidos animales-
ATP-Plantas, bacterias y algunas células animales
Reactantes Productos
2AcetilCoA
6NAD+
2FAD
2ADP
2Pi
2H2O
4CO2
6NADH
6H+
2FADH2
2ATP
2CoA
Pyruvate
NAD+
NADH
+ H+ Acetyl CoA
CO2
CoA
CoA
CoA
Citric acid cycle
FADH2
FAD
CO2 2
3
3 NAD+
+ 3 H+
ADP + P i
ATP
NADH
Respiración celular- Ciclo de Acido Cítrico o Ciclo de Krebs
Responsable de la producción de la mayoría de las moléculas de
ATP. La transferencia de electrones a lo largo de una cadena de
transporte de electrones está acoplada a la síntesis de ATP.
Mayoría de la energía extraída de glucosa está en NADH y FADH2.
Mitochondrion
Substrate-level
phosphorylation
ATP
Cytosol
Glucose Pyruvate
Glycolysis
Electrons
carried
via NADH
Substrate-level
phosphorylation
ATP
Electrons carried
via NADH and
FADH2
Oxidative
phosphorylation
ATP
Citric
acid
cycle
Oxidative
phosphorylation:
electron
transport
and
chemiosmosis
Respiración celular- Cadena de Transporte de electrones y fosforilación oxidativa
Componentes en la membrana mitocondrial interna
Respiración celular- Cadena de Transporte de electrones y fosforilación oxidativa
Acoplamiento de estructura y función
NADH
NAD+ 2
FADH2
2 FAD
Multiprotein
complexes FAD
Fe•S
FMN
Fe•S
Q
Fe•S
Cyt b
Cyt c1
Cyt c
Cyt a
Cyt a3
IV
50
40
30
20
10 2
(from NADH
or FADH2)
0 2 H+ + 1/2 O2
H2O
e–
e–
e–
Cadena de transporte de electrones
Está compuesto de transportadores
de electrones.
Están insertados en la membrana
interna de la mitocondria.
Están organizados en orden
ascendente de electronegatividad.
Último aceptador de electrones es
O2.
Respiración celular- Cadena de Transporte de electrones y fosforilación oxidativa
Reactantes Productos
NADH
3ADP
3Pi
½ O2
NAD+
3ATP
H2O
FADH2
2ADP
2Pi
½ O2
FAD
2ATP
H2O
Respiración celular- Cadena de Transporte de electrones y fosforilación oxidativa
Respiración celular- Cadena de Transporte de electrones y fosforilación oxidativa
Quimiosmosis = Mecanismo que acopla el flujo de
electrones al proceso de fosforilación oxidativa.
Reacción química (fosforilación)
Proceso de transporte (osmosis)
Respiración celular- Cadena de Transporte de electrones y fosforilación oxidativa
Sintetasa de ATP
Complejo de enzimas insertada
en múltiples copias en las
cristas.
El paso de electrones a lo largo
de la cadena de electrones crea
un gradiente de protones (H+).
Los protones se mueven desde
la matriz, atraviesan la
membrana mitocondrial
interna y se acumulan el
espacio intermembranal.
Respiración celular- Cadena de Transporte de electrones y fosforilación oxidativa
INTERMEMBRANE SPACE
Rotor
H+ Stator
Internal rod
Catalytic knob
ADP + P ATP
i
MITOCHONDRIAL MATRIX
Respiración celular- Cadena de Transporte de electrones y fosforilación oxidativa
INTERMEMBRANE SPACE
Rotor
H+ Stator
Internal rod
Catalytic knob
ADP + P ATP
i
MITOCHONDRIAL MATRIX
Sintetasa de ATP
utiliza la energía potencial de
este gradiente de protones
permitiendo que los mismos se
difundan hacia la matriz.
La energía se utiliza para la
síntesis de ATP (fosforilación
de ADP).
Fuerza motriz de protones
= Gradiente electroquímico
•Alta concentración de H+ (gradiente químico)
•Diferencia en voltage (gradiente eléctrico)
Respiración celular- Cadena de Transporte de electrones y fosforilación oxidativa
Flujo principal de energía ocurre de la
siguiente forma:
Glucosa NADH cadena de
transporte de electrones fuerza motriz
de protones ATP
Respiración celular- Cadena de Transporte de electrones y fosforilación oxidativa
Respiración celular- Cadena de Transporte de electrones y fosforilación oxidativa
Proceso FNS (ATP
netos)
Coenzima
reducida
FO Total
Glucólisis 2 ATP 2 NADH 4 – 6
ATP
6-8
Oxidación
Piruvato
____ 2 NADH 6 ATP 6
Ciclo de
Krebs
2 ATP 6 NADH
2 FADH2
18 ATP
4 ATP
24
FNS - fosforilación a nivel de sustrato
FO – fosforilación oxidativa
Total 36-38
Respiración celular- Cadena de Transporte de electrones y fosforilación oxidativa
Glucose
Glycolysis
Pyruvate
CYTOSOL
No O2 present:
Fermentation
O2 present:
Aerobic cellular
respiration
MITOCHONDRION
Acetyl CoA Ethanol or
lactate Citric acid cycle
Respiración celular- Fermentación
Respiración celular- Fermentación 2 ADP + 2 Pi 2 ATP
Glucose Glycolysis
2 NAD+ 2 NADH
2 Pyruvate
+ 2 H+
2 Acetaldehyde 2 Ethanol
(a) Alcohol fermentation
2 ADP + 2 Pi 2 ATP
Glucose Glycolysis
2 NAD+ 2 NADH
+ 2 H+ 2 Pyruvate
2 Lactate
(b) Lactic acid fermentation
2 CO2
En músculos activos se lleva a cabo fermentación láctica.
Acumulación de ácido láctico, responsable en parte del
dolor luego de ejercicios en exceso.
Respiración celular- Fermentación
Respiración celular- Regulación Glucose
Glycolysis
Fructose-6-phosphate
Phosphofructokinase
Fructose-1,6-bisphosphate Inhibits
AMP
Stimulates
Inhibits
Pyruvate
Citrate Acetyl CoA
Citric
acid
cycle
Oxidative
phosphorylation
ATP
+
– –
Proteins Carbohydrates
Amino acids
Sugars
Fats
Glycerol Fatty acids
Glycolysis
Glucose
Glyceraldehyde-3-
Pyruvate
P
NH3
Acetyl CoA
Citric acid cycle
Oxidative phosphorylation
Respiración celular- Regulación
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