BIOLOGÍA (08) del CBC Cátedra Nasazzi (apuntes tomados en 2004) Clase 11

BIOLOGÍA (08)

CBC

Ciclo Básico Común

Tomados en el 2º cuatrimestre del año 2004.
Profesora: Susana Hernández
Cátedra: Nasazzi
Comisión: 10801
Lunes y jueves de 14 a 17 horas.
Sede Montes de Oca 1200
4º piso, aula 42
Ciudad Autónoma de Buenos Aires
República Argentina
Apuntes tomados como oyente.

ADVERTENCIA: Este material no ha sido producido por los docentes de la Cátedra. Este material ha sido producido por un oyente, por iniciativa propia y de modo independiente. Es una reconstrucción de los apuntes tomados como oyente. Cualquier error, ya sea conceptual, terminológico o de otra índole, no le compete a los docentes de la Cátedra.

Clase 10 - Índice - Clase 12

Clase 11

Jueves 23/09/2004

Metabolismo

El metabolismo es una de las características más importantes de los seres vivos. Se trata del conjunto de reacciones químicas en la célula. El metabolismo consta del catabolismo y el anabolismo.

Metabolismo
Catabolismo	Anabolismo
Degradación de moléculas complejas, para obtener moléculas más simples	Síntesis de moléculas complejas, a partir de moléculas simples
Es un proceso exergónico, libera energía para formar ATP	Es un proceso endergónico, utiliza energía en forma de ATP
Es oxidativo, las moléculas que se degradan sufren la oxidación, la combustión	Es reductivo, inversa de la oxidación
No importa de dónde se parte, el catabolismo es convergente, porque siempre se obtiene lo mismo, partiendo de los distintos tipos, como proteínas, glucosa, etcétera	Es divergente, lo inverso de convergente, es decir que se llega a distintos resultados o productos

Reacciones de óxido reducción o reacciones Redox

Una redox es una reacción con transferencia de electrones. El que entrega electrones se oxida. El que recibe electrones se reduce. La oxidación es perder electrones y la reducción es tomar electrones. Ambas, oxidación y reducción, deben suceder juntas, porque mientras un primero pierde o cede electrones por un lado, un segundo gana o recibe electrones por otro lado.

La sustancia A sería la que se está degradando (oxidando) y B sería la que se está reduciendo. Siempre la reacción tiene una enzima. La enzima viene con la molécula que se va a reducir, o viene con la molécula que se va a oxidar, dependiendo del caso. Algunas enzimas vienen unidas con coenzimas. Las enzimas que catalizan reacciones redox vienen con coenzimas de óxido reducción.

Perdió 2 hidrógenos (protón y neutrón juntos). Si perdió electrones entonces se oxidó; pero en este caso lo hizo con hidrógenos completos. Estos hidrógenos los recibe otra molécula. La reducción en este caso es ganancia de hidrógenos completos. También oxígenos se pueden ganar (reducción) o perder (oxidación).

El dióxido de carbono CO₂ es el más oxidado estado del carbono, porque ya no hay más lugares para unirse al carbono. Esto siempre sucede con enzimas coenzimas. Ejemplos de coenzimas de óxido reducción.

El NAD se puede encontrar como NADH, el NADH tiene 2 hidrógenos más que el NAD.

El NADH es la forma reducida del NAD. El NAD es la forma oxidada del NADH. El NADH entrega hidrógenos. El NAD saca o quita hidrógenos.

Si quiero oxidar la glucosa se llama al NAD, porque el NAD saca hidrógenos.

Toda vía metabólica que es oxidativa termina formando coenzimas reducidas.

Vemos que este C₂H₆O perdió 2 hidrógenos y pasó a C₂H₄O y el NAD pasó a NADH. Perdió 2 hidrógenos y por lo tanto se oxidó, y dichos hidrógenos fueron tomados por el NAD que se redujo a NADH.

El catabolismo genera NADH que es una coenzima reducida. Hay otras coenzimas como el FAD que se reducen a FADH, también tomando 2 hidrógenos. El FADH cede o libera 2 hidrógenos y se forma FAD. Otra coenzima es NADP que al tomar 2 hidrógenos pasa a NADPH. Cada reacción redox tiene alguna de estas coenzimas.

En el anabolismo hay que reducir moléculas, y para ello hay que recibir hidrógenos. El anabolismo utiliza (gasta) coenzimas reducidas y el catabolismo las fabrica (genera). La mayoría de las anabólicas casi siempre utilizan NADPH.

Nos vamos a centrar en el catabolismo, agarrar un nutriente y romperlo todo. El metabolismo se realiza en vías catabólicas. En el catabolismo no todas las reacciones son iguales.

Catabolismo (respiración celular)

Proteínas	Lípidos	Polisacáridos
Fase I, digestión o degradación de moléculas de reserva
Se rompen las uniones peptídicas mediante hidrólisis y se obtienen aminoácidos	Mediante hidrólisis se obtiene glicerol y ácidos grasos	Se rompen las uniones mediante hidrólisis y se obtiene glucosa
Fase II, ya dentro de la célula. Comienza la RESPIRACIÓN CELULAR
Hay que degradarlos, oxidarlos; pero hay aminoácidos distintos, y por lo tanto el producto final es diferente. Primero sufre un proceso de transdesaminación que le hace perder un grupo amino NH₂. El grupo amino termina formando urea que va a la orina. El resto del aminoácido, el esqueleto carbonado, se rompe, obteniéndose ácido pirúvico o acetil CoA, dependiendo del caso. El que termina en ácido pirúvico finalmente llega a acetil CoA	Hay que degradar el ácido graso, oxidándolo primero parcialmente. Hay que romper el ácido graso en grupos de a 2 carbonos, llamado acetil CoA. Si había 16 carbonos, quedan 8 acetil CoA. Se reduce la coenzima NAD y se obtiene NADH y se reduce FAD quedando FADH. Se llama beta oxidación la oxidación parcial de ácidos grasos. Esto sucede en la mitocondria (en la matriz mitocondrial)	La primera degradación de glucosa se llama glucólisis, que es la degradación parcial de la glucosa, y se obtiene ácido pirúvico. La glucosa tiene 6 carbonos y el ácido pirúvico tiene 3 carbonos. Por lo tanto, se obtienen 2 ácidos pirúvicos. La coenzima que se reduce es NAD se obtiene NADH. El proceso es exergónico y se fabrica ATP. Por cada glucosa se obtiene 2 ATP, 2 NADH y 2 ácidos pirúvicos. Esto sucede en el citosol
El ácido pirúvico de 3 carbonos entra en la mitocondria y en la matriz se vuelve a oxidar. Se descarboxila perdiendo un carbono en forma de dióxido de carbono CO₂, se reduce el NAD y se forma NADH, y los 2 carbonos restantes quedan como acetil CoA.

Ahora viene la fase III. El destino del acetil CoA es el mismo para todos, tanto para proteínas y triglicéridos, como para los polisacáridos.

Estructura de la mitocondria

La mitocondria está delimitada por dos membranas. Una se llama membrana externa, es lisa. Hay otra que se llama membrana interna, forma pliegues como un guante, cosa que le permite a la membrana tener mucha superficie (mucha membrana en poco espacio). Los pliegues de membrana se llaman crestas mitocondriales. El espacio entre la membrana externa y la membrana interna se denomina espacio intermembrana. La región interna encerrada por la cresta mitocondrial, es la matriz mitocondrial. En la matriz mitocondrial hay enzimas y ADN circular.

Un esquema de la mitocondria:

Durante la fase III, el acetil CoA se degrada finalmente en la matriz mitocondrial, y se obtiene dióxido de carbono CO₂ que es la forma más oxidada del carbono.

El ciclo de Krebs es el proceso en la matriz mitocondrial, por el cual el acetil CoA se oxida finalmente.

Se trata de un ciclo. Un intermediario de 4 carbonos llamado oxalacetato se une (condensa) al acetil CoA que tiene 2 carbonos, y forman un compuesto de 6 carbonos llamado citrato. Se desprenden 2 carbonos por separado en forma de dióxido de carbono CO2, por lo que queda un compuesto de 4 carbonos y se sigue procesando hasta obtener nuevamente el oxalacetato de 4 carbonos. El oxalacetato es un intermediario necesario. Por cada acetil CoA que entra al ciclo de Krebs, se obtienen 3 NADH, 1 FADH, 1 ATP (o GTP) y 2 CO₂.

Esta es la vía final de todos los nutrientes.

El dióxido de carbono CO₂ se exhala en la respiración externa (ventilación pulmonar).

Lo que se quiere es obtener energía en forma de ATP. Acá se termina una de las partes pero no se ha producido mucho ATP, aunque sí se ha producido mucha coenzima reducida.

En la fase IV se aprovechan esas coenzimas reducidas y se obtiene ATP. La fase IV consta de la cadena de transporte de electrones (cadena respiratoria) y la fosforilación oxidativa.

La cadena de transporte de electrones ocurre en la cresta mitocondrial.

Los transportadores están ubicados en la membrana mitocondrial interna. Los transportadores toman los electrones de las coenzimas reducidas y los van entregando. Al tomar los electrones, los transportadores se reducen y las coenzimas se oxidan. Cuando los transportadores entregan los electrones, se oxidan. Los transportadores son proteínas. Al final los electrones son tomados por el O₂, formando H₂O. Las proteínas transportadoras de electrones se denominan citocromos y permiten obtener energía de a poco, en pequeñas dosis, para que la célula no sea dañada.

Imaginemos para graficar, que hay un edificio y en el décimo piso, hay un albañil. En planta baja hay otro albañil. El albañil que está en el piso 10 debe hacer llegar ladrillos al albañil que está en planta baja. Si el albañil que está en el piso 10 soltara los ladrillos, la velocidad y energía que alcanzarían los ladrillos al llegar a planta baja, probablemente le rompan la cabeza al albañil que está en planta baja. ¿Cómo se soluciona? Se pone un albañil en cada piso, y el albañil que está en el piso 10, se los pasa al albañil del piso 9, el del piso 9 se los pasa al del piso 8, y así sucesivamente, de a poco, paso a paso, hasta que se llega al albañil de planta baja, que recibe los ladrillos sin romperse la cabeza, porque los ladrillos no le llegan con tanta velocidad, con tanta energía como para dañarlo.

La célula hace lo mismo con los electrones: van pasando por la cadena de transporte de electrones como si fuesen los ladrillos bajados de a poco por los albañiles. El albañil de planta baja, sería el oxígeno, que toma los electrones y va formando H₂O.

Lo que los citocromos transportan son electrones y los protones quedan en la matriz. La energía liberada por el descenso energético de los electrones mediante los citocromos, se utiliza para bombear protones al espacio intermembrana (se gasta energía para ello y es en contra de gradiente).

Repetimos que la energía liberada se utiliza para bombear protones al espacio intermembrana y crear un gradiente de energía (protones). Es decir, en el caso del NADH a modo de ejemplo, se separan los 2 hidrógenos y el NADH pasa a ser NAD, los electrones e^- bajan por los citocromos y los protones H⁺ son bombeados al espacio intermembrana. Formar energía partiendo de los citocromos hasta llegar al oxígeno. Un gradiente de protones es energía acumulada que se puede utilizar después. Para liberar la energía acumulada en el gradiente hay que hacer que el gradiente se disipe hacia la zona en el que el gradiente es menor. Los protones no pasan por la bicapa, utilizan un canal de protones para pasar.

Ahora llega la fosforilación oxidativa. La fosforilación oxidativa permite obtener ATP. Los protones entran desde el espacio intermembrana hacia la matriz mitocondrial utilizando el canal de protones F₀. El canal de protones F₀ está acoplado a la enzima F₁ que es una ATPasa, y la enzima F₁ ATPasa cataliza la creación de ATP utilizando ADP, y lo hace gracias la energía producida por el paso de los protones desde el espacio intermembrana hacia la matriz mitocondrial.

La fosforilación oxidativa produce ATP a partir de la energía del paso de los protones H⁺, gracias al gradiente, a través de la ATPasa.

Todo lo dicho, que es posterior a la fase I, es decir la fase II en delante (cuando ya hay combustible), responde al nombre de respiración celular.

El papel del oxígeno O₂ es vital, porque es el último aceptor de electrones. Si no hay oxígeno no se puede crear ATP. Nosotros dependemos de la creación de ATP como fuente de energía utilizable para todos los procesos, y el oxígeno que respiramos, cumple la función de permitir esta creación de ATP (tomando los electrones e^- al final de la cadena de transporte electrónica). Si no hay oxígeno, se detiene la creación de ATP y como no hay energía utilizable para los procesos celulares, morimos inmediatamente.

La respiración celular se puede resumir en una reacción:

Glucosa + oxígeno dióxido de carbono + agua + energía

Es decir

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ 6CO₂ + 6H₂O + 38 ATP

Esa ecuación es un resumen de lo anterior. La glucosa C₆H₁₂O₆ es el combustible. La glucosa C₆H₁₂O₆ se oxida y pierde los hidrógenos H. El oxígeno O₂ se reduce y toma los hidrógenos H. El dióxido de carbono CO₂ viene de la oxidación de la glucosa y el agua H₂O viene de la reducción del oxígeno.

Lo podemos ver mejor en el siguiente esquema:

La cadena de transporte de electrones (cadena respiratoria) genera el gradiente de protones y las coenzimas reducidas se reoxidaron, es decir que son reutilizables. Eso es un beneficio porque hay pocas coenzimas. Si las coenzimas no se reoxidan, el proceso se detiene. Al final de la cadena de transporte se forma agua. Nunca la energía es 100% aprovechable. Una parte de la energía escapa en forma de calor. Aproximadamente el 40% de la energía queda almacenada en forma de ATP y el 60% restante de la energía escapa en forma de calor. Sin embargo ese calor ayuda a mantener la temperatura corporal.

Clase 10 - Índice - Clase 12