Unidad 2. Catabolismo

Programa de la asignatura:

BioquĂ­mica

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Catabolismo

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Bioquímica Catabolismo

Índice Presentación de la unidad ......................................................................................................... 2 Propósitos de la unidad ............................................................................................................. 3 Competencia específica ............................................................................................................ 3 Temario de la unidad………………………………………………………………………………….4 2.1. Introducción al catabolismo………………………………………………………………….….4 2.1.1. Concepto de catabolismo……………………………………………………………………..5 2.1.2. Importancia celular del catabolismo……………………………………………………….…6 2.1.3. Importancia del ATP y el NADH en el metabolismo celular…………………………….…6 2.2. Glucólisis……………………………………………………………………………………….….8 2.2.1. Importancia bioquímica de la glucólisis………………………………………………………8 2.2.2. Fases de la glucólisis…………………………………………………….………………….....9 2.3. Fermentación………………………………………………………………………………….…17 2.3.1. Importancia bioquímica de la fermentación………………………………………………..17 2.3.2. Diferentes tipos de fermentación…………………………………………………………....19 2.4. Ciclo de Krebs…………………………………………………………………………………...22 2.4.1. Importancia bioquímica del Ciclo de Krebs………………………………………………...23 2.4.2. Fases del Ciclo de Krebs……………………………………………………………………..23 2.5. Beta oxidación………………………………………………………………………………...….28 2.5.1. Importancia bioquímica de la Beta oxidación……………………………………………….28 2.5.2. Fases de la beta oxidación…………………………………………………………………...29 2.6.1. Tipos de fosforilación……………………………………………………………………...…..31 2.6.2. La fosforilización oxidativa, cadena de transporte de electrones y bomba ATsintasa …………………………………………………………………………………………………………..31 Actividades .......................................................................................................................... …32 Autorreflexiones....................................................................................................................... 35 Cierre de launidad ................................................................................................................... 35 Para saber más ....................................................................................................................... 36 Fuentes de consulta ................................................................................................................ 37

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Presentación de la unidad En la Unidad 1 conocimos las cuatro biomoléculas que conforman todas las células: carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucléicos así como la función de cada una de ellas. Ahora vamos a comenzar a entender cómo funcionan las células y específicamente cómo ocurren los procesos bioquímicos necesarios para que la célula pueda vivir, es el metabolismo. Éste se divide en catabolismo y anabolismo, el primero consisite en degradar las biomoléculas provenientes de otros seres vivos para obtener monómeros, posteriormente con estas moléculas podrá sintetizar sus propias biomoléculas invirtiendo energía, en un proceso llamado anabolismo.

Una analogía que podemos utilizar para entender este concepto es la construcción de una casa: todas tienen paredes, ventanas, plomería, electricidad, etc., pero cada quien la construye a su manera. En esta analogía, el catabolismo consistiría en destruir la casa del vecino para obtener los ladrillos, los vidrios, tuberías y cables que usarías en el anabolismo para construir tu propia vivienda.

Si analizas qué ocurre en la naturaleza te darás cuenta que así funciona, ¿no nos comemos los vegetales y la carne para nuestro propio beneficio? Obviamente, esto ocurrirá si el vecino nos dá permiso y ahí es donde la defensa juega un papel importante, ¿para qué producen los microorganismos los antibióticos?

En esta segunda unidad vamos a analizar el catabolismo y más específicamente la obtención de energia a partir de carbohidratos y lípidos que son fundamentales. Para ello, se utilizan proteínas (y más específicamente enzimas) que serán sintetizadas por los ácidos nucléicos como aprenderás en próximas asignaturas.

Te invito a conocer este mundo tan interesante y complejo: ¡Comencemos!

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Propósitos de la unidad





Analizar el papel que juega el ATP (como reserva de energía) así como el NAD+/NADH (como dador y aceptor de electrones en las reacciones de oxidaciónreducción).

Diferenciar y entender las diferentes rutas catabólicas que utilizan todos los seres vivos para la obtención de materia prima y energía que usarán en el anabolismo como veremos en la última unidad.

Competencia específica

Reconocer las rutas catabólicas claves en la degradación de polisacáridos y lípidos para la obtención de energía.

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Temario de la unidad 2. Catabolismo 2.1. Introducción al catabolismo 2.1.1. Concepto de catabolismo 2.1.2. Importancia celular del catabolismo 2.1.3. Importancia del ATP y el NADH en el metabolismo celular 2.2. Glucólisis 2.2.1. Importancia bioquímica de la glucólisis 2.2.2. Fases de la glucólisis 2.3. Fermentación 2.3.1. Importancia bioquímica de la fermentación 2.3.2. Diferentes tipos de fermentación 2.4. Ciclo de Krebs 2.4.1. Importancia bioquímica del Ciclo de Krebs 2.4.2. Fases del Ciclo de Krebs 2.5. Beta oxidación 2.5.1. Importancia bioquímica de la Beta oxidación 2.5.2. Fases de la beta oxidación 2.6. Fosforilización del ATP 2.6.1. Tipos de fosforilización 2.6.2. La fosforilización oxidativa, cadena de transporte de electrones y bomba ATPsintasa

2.1. Introducción al catabolismo En este tema vamos a hablar sobre el catabolismo comenzando por definir dicho concepto, resaltando su importancia en la célula y estudiando dos moléculas muy importantes en todo el metabolismo celular: el ATP y el NADH. Todo ello será necesario para entender las rutas metabólicas que veremos en temas posteriores.

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2.1.1. Concepto de catabolismo El metabolismo es el conjunto de reacciones química que realiza la célula para poder vivir. Esta se divide en catabolismo y anabolismo.

El catabolismo es la parte del metabolismo que se puede definir como el conjunto de reacciones químicas que ocurren en la célula para la transformación de las biomoléculas complejas en moléculas más sencillas (Figura 1). Durante estos procesos además se obtiene energía que puede ser almacenada en moléculas de alta energía que serán utilizadas en los procesos donde se necesiten. De esta manera, las proteínas se obtendrán aminoácidos; de los polisacáridos, monosacáridos; de los ácidos nucleicos, nucleótidos y de los lípidos, ácidos grasos. Todas estas moléculas se pueden transformar en moléculas más simples e incluso una hidrólisis total para formar NH3, CO2, H2O y O2.

Figura 1. Simplificación de los procesos catabólicos (tomado de http://chemistry.umeche.maine.edu/CHY251/Enzym-Stereo.html).

2.1.2. Importancia celular del catabolismo La obtención de moléculas simples es fundamental en la vida celular porque de esta manera se obtendrán las biomoléculas necesarias para vivir. Así mismo, como veremos a lo largo de la unidad, en los procesos catabólicos se produce energía fundamentalmente del catabolismo de carbohidratos y lípidos.

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2.1.3. Importancia del ATP y el NADH en el metabolismo celular El catabolismo incluye numerosos procesos de óxido/reducción, de manera que si la molécula que se está biotransformando se oxida (cede un electrón), debe haber una molécula que se reduzca e incorpore dicho electrón; en la célula esta molécula es el NAD+ transformándose en NADH. Asimismo, en numerosos casos estas reacciones liberan energía misma que se transforma o se libera en calor, es por ello, que la célula cuenta con una molécula capaz de almacenar dicha energía: el ATP, que será utilizada posteriormente en los procesos que así se necesite (anabolismo, transporte de moléculas en contra de gradiente, movimiento, etcétera).

En esta sección, haremos un análisis de ambas moléculas, comenzando por el NAD+/NADH (dinucleótido de nicotinamida y adenina o también conocido como nicotinamida adenina dinucleótido). Su estructura se presenta en la Figura 2 y como se puede observar en el NAD+ es la forma oxidada y el NADH tiene un electrón adicional siendo la forma reducida. En plantas, y específicamente en la fijación de CO2 a glucosa se utiliza el NADP+/NADPH cuya única diferencia es la presencia de un fosfato en el carbono 2 de la ribosa que forma el adenosínmonofosfato. De una manera similar, existe otra molécula con capacidad de óxido/reducción presente durante el Ciclo de Krebs (como veremos más adelante) denominada FAD+/FADH2 (flavín adenín dinucleótido o dinucleótido de flavina-adenina).

Figura 2. Estructura del NAD+/NADH y el NADP+/NADPH (tomado de http://chemistry.umeche.maine.edu/CHY251/Enzym-Stereo.html).

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Por su parte, el ATP (adenosíntrifosfato) es una molécula de alta energía que al hidrolizarse uno de sus fosfatos y transformarse en ADP (adenosíndifostato) libera energía que puede ser utilizada en alguna reacción. Específicamente, se liberan 7.3 Kcal/mol o 30.5 KJ/mol (Figura 3). De esta manera, en el catabolismo se produce suficiente energía como para unir el fosfato al ADP, almacenando así el ATP que será utilizado posteriormente.

Figura 3. Hidrólisis del ATP en ADP + P con su consecuente liberación de energía (tomado de http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/%E2%80%8Chbase/biology/atp.html).

En menor proporción también se utiliza el GTP (guanidíntrifosfato) que al hidrolizar un fosfato se transforma en GDP. Lo veremos presente en el Ciclo de Krebs.

Ahora que conocemos la importancia de estas moléculas en el metabolismo celular empezaremos a hablar del catabolismo de azúcares y lípidos y la obtención de energía en forma de ATP comenzando con uno de los procesos claves: la glucólisis. Es importante entender que todo el metabolismo celular está interrelacionado, que es mucho más complejo de lo que se presentará a continuación y que las rutas centrales involucran el catabolismo de los azúcares, tal y como puedes observar en la Figura 4.

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Figura 4. Interrelación entre el catabolismo de las diferentes biomoléculas (Curtis, 2009).

2.2. Glucólisis Ahora que sabemos cuál es la importancia del catabolismo para la vida celular, vamos a comenzar a ver las rutas catabólicas más importancias comenzando por la glucólisis, que como hemos visto, es clave para el metabolismo.

2.2.1. Importancia bioquímica de la glucólisis Ahora vamos a estudiar una de las principales rutas metabólicas generadoras de energía que es la glucólisis. En esta ruta metabólica, los azúcares de seis carbonos (hexosas) y específicamente la glucosa, es transformada a través de un conjunto de enzimas a compuestos de tres carbonos, el piruvato. Durante este proceso, todas las células obtienen energía, además, se generan otros compuestos que posteriormente son utilizados por las células para la biosíntesis de otros metabolitos. Hablar de la glucólisis es referirse a la ruta “casi” universal con lo que toda célula viva obtiene energía de ahí la importancia de su estudio.

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2.2.2. Fases de la glucólisis En la Figura 5 se esquematiza la ruta metabólica de la glucólisis en la cual se puede observar que a partir de una hexosa con la glucosa se generan dos moléculas de piruvato o ácido pirúvico, moléculas de tres carbonos. También se observan 10 reacciones enzimáticas y la generación de energía a través del ATP (Adenin-trifosfato) y NADH (Nicotin-adenin dinucleótido).

Reacciones Enzima responsable 1. Fosforilación del sustrato 1. Hexoquinasa 2. Isomerización 2. Fosfogluco isomerasa 3. Fosforilación de sustrato 3. Fosfofructo quinasa 4. Condensación aldólica 4. Aldolasa 5. Isomerización 5. Trifosfato isomerasa 6. Oxidación y fosforilación 6. Gliceraldehído-3-deshidrogenasa 7. Fosforilación de ADP 7. Fosfoglicerato quinasa 8. Isomerización 8. Fosfoglicerato mutasa 9. Deshidratación 9. Enolasa 10. Fosforilación de ADP 10. Piruvato quinasa Se observan tres enzimas reguladoras, la hexoquinasa, la fosfofruto quinasa y la piruvato quinasa. Se forman dos compuestos de alta energía en los pasos 6 y 9.

Hay dos etapas de fosforilación a nivel de sustrato, etapas 7 y 10.

Figura 5. Esquema general de la glucólisis (tomado de http://recursostic.educacion.es/ciencias/biosfera/web/Estudiante/2bachillerato/Fisiologia_celular/c ontenidos3.htm).

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Vamos a describir con más detalles esta ruta. Se observa una doble fosforilación que como consecuencia se consumen dos moléculas de ATP y como resultado se forma una molécula de fructosa-1,6-difosfato (Figura 6) que es una molécula de alta energía.

Figura 6. Fructosa-1,6-difosfato (tomado de http://www2.uah.es/tejedor_bio/bioquimica_Farmacia/tema19.htm).

Como consecuencia de esta doble fosforilación se puede decir que se prepara la molécula de seis carbonos para ser rota en dos con la ayuda de la aldolasa para formar dos moléculas de gliceraldehído-3-fosfato que por vía enzimática y de manera reversible se transforma en dihidroxiacetona-3-fosfato (Figura 7).

Figura 7. Dihidroxiacetona-3-fosfato, resultado de la ruptura de la fructosa-1,6-difosfato (Tomado de http://www2.uah.es/tejedor_bio/bioquimica_Farmacia/tema19.htm).

Como beneficio se forman dos moléculas de piruvato o ácido pirúvico con la formación de dos moléculas de ATP. Aparentemente la reacción de glucólisis no genera energía para la célula ya que se invierten dos moléculas de ATP y al final de generan dos moléculas de ATP, entonces, ¿dónde está la ganancia de la célula? Si analizas la ruta metabólica, se forman dos moléculas de tres carbonos por lo que se duplica la formación de ATP y de NADH, además, esta última molécula funciona como un almacén de energía que posteriormente la célula utilizará para la formación de ATP. Más adelante en este capítulo verás la importancia del NADH. También se observan las reacciones de transferencia de fosforilo o de fosfato es decir, se observa que a partir de una molécula de ATP se transporta el grupo fosfato a un

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intermediario glucolítico y de un intermediario glucolítico a una molécula de ADP (Adenín difosfato). Estas reacciones son catalizadas por las quinasas. También se observa desplazamiento del grupo fosfato o fosforilo, es decir, el grupo fosfato es desplazado desde un átomo de oxígeno a otro dentro de una misma molécula con ayuda de la enzima mutasa. También hay reacciones de isomerización, es decir, la conversión de una cetosa a una aldosa y viceversa con la ayuda de una isomerasa. Hay una reacción de deshidratación en la cual hay pérdida de una molécula de agua, esta reacción es catalizada por la enolasa y finalmente se observa una reacción de ruptura aldólica en donde la glucosa es rota en dos moléculas de tres carbonos cada una. Esta reacción es catalizada por una aldolasa.

Vamos a describir con más detenimiento la glucólisis. Esta reacción se puede dividir en dos fases, en la primera fase, la glucosa se fosforila en el grupo alcohólico de la molécula para formas la glucosa-6-fosfato con ayuda de la hexoquinasa (Figura 8).

Figura 8. Glucosa-6-fosfato (Tomado de http://www2.uah.es/tejedor_bio/bioquimica_Farmacia/tema19.htm).

Esta reacción prepara a la glucosa-6-fosfato para la siguiente reacción de la ruta. Este paso es fundamental ya que se genera una molécula cargada negativamente que evita que sea secretada hacia el exterior de la célula. En la siguiente reacción, la glucosa-6fosfato se transforma en fructosa-6-fosfato (Figura 9), es decir, de una aldosa pasa a una cetosa con ayuda de la enzima fosfoglucosa isomerasa. Las cetosas son más fácilmente asimilables que las aldosas de ahí la razón de esta reacción.

Figura 9. Fructosa-6-fosfato (Tomado de http://www2.uah.es/tejedor_bio/bioquimica_Farmacia/tema19.htm).

En la siguiente reacción, la fructosa-6-fosfato se vuele a fosforilar convirtiéndose en

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fructosa-1,6-difosfato (Figura 10), esta reacción es catalizada por la enzima fosfofructoquinasa. Si observas a la nueva molécula, te darás cuenta que es una molécula simétrica además de ser una molécula de alta energía. La enzima fosfofructoquinasa es fundamental y se considera como la enzima clave en la glucólisis.

Figura 10. Fructosa-1,6-difosfato (Tomado de http://www2.uah.es/tejedor_bio/bioquimica_Farmacia/tema19.htm).

La fructosa-1,6-difosfato se rompe a la mitad formando dos moléculas de tres carbonos, la hidroxiacetona-fosfato (DHAP) y el gliceraldehído-3-fosfato (G3P). La glucólisis prosigue únicamente con el G3P por lo que es necesario que la DHAP se transforme en G3P para aprovechar completamente los productos generados de la ruptura de la Fructosa-1,6-difosfato, por lo tanto es necesario la presencia de la enzima trifosfato isomerasa para ir transformando la DHAP hacia G3P conforme este último se va agotando. Al final, toda la DHAP se transforma en G3P. Hasta aquí termina la primera fase de la glucólisis, podemos resumir que en la primera fase de esta ruta metabólica, se inicia con una molécula de seis carbono y se termina con la ruptura de esta molécula rindiendo dos moléculas de tres carbonos.

Ahora entremos a la segunda fase de la glucólisis. Podríamos resumir que en la segunda fase se inicia de G3P y se termina con la formación de piruvato o ácido pirúvico.

Estudiemos con más detalles esta segunda fase. Como ya habíamos visto en párrafos anteriores, de la glucosa se llega a la G3P, esta molécula posee un grupo aldehido (CHO) que es oxidado a su forma ácida formando ácido-1,3-difosfoglicérido (Figura 11) con la ayuda del NAD que se reduce a NADH. Esta reacción es catalizada por la enzima gliceraldehído 3-fosfatodeshidrogenasa. Como puedes observar, la nueva molécula posee una nueva fosforilación ¿cómo sucede esto?, la fosforilación a nivel de sustrato se consigue por la presencia del ATP con un fosfato ya activado, también se observa la formación de un éster (-C=O).

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Figura 11. Ácido-1,3-difosfoglicérido (Tomado de http://www2.uah.es/tejedor_bio/bioquimica_Farmacia/tema19.htm).

En la siguiente reacción, el ácido 1,3-difosfoglicérido cede una molécula de fosfato generando una molécula de ATP. Esta reacción es catalizada por la fosfoglicerato quinasa, la nueva molécula formada es el ácido 3-fosfoglicerato (Figura 12), que es transformado a ácido 2-fosfoglicerato (Figura 13), reacción catalizada por la enzima fosfoglicerato mutasa.

Figura 12 Ácido 3-fosfoglicerato (tomado de http://www2.uah.es/tejedor_bio/bioquimica_Farmacia/tema19.htm)

Figura 13. Ácido 2-fosfoglicerato (Tomado de http://www2.uah.es/tejedor_bio/bioquimica_Farmacia/tema19.htm).

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Posteriormente hay una reacción de deshidratación sobre el grupo OH del alcohol transformando el alcohol en enol reacción catalizada por la enzima enolasa. La nueva molécula formada es el fosfenolpiruvato (PEP) (Figura 14).

Figura 14. Conversión del ácido 2-Fosfoglicerato a Fosfoenolpiruvato (Tomado de http://www2.uah.es/tejedor_bio/bioquimica_Farmacia/tema19.htm).

Esta nueva molécula es muy inestable por lo que es trasformada con ayuda de la enzima piruvato quinasa a piruvato (Figura 15) con la liberación de una nueva molécula de ATP.

Figura 15. Conversión del Fosfoenolpiruvato a Piruvato (tomado de http://www2.uah.es/tejedor_bio/bioquimica_Farmacia/tema19.htm)

Hasta aquí concluye la glucólisis como la ruta metabólica esencial, sin embargo es importante señalar que a partir del piruvato se desencadenan otras rutas muy importantes para la sobrevivencia de la célula que más adelante estudiarás.

Veamos el balance estequiométrico total de la ruta.

Balance global de la glucólisis: Glucosa + 2 ADP + 2 NAD+ ---------- 2 Piruvato + 2 ATP + 2 NADH

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Balance químico: No. de reacción 1 3 7 10 6

Etapa

Energía

Fosforilación de la glucosa Fosforilación de la fructosa-6-P Desfosforilación de 2 moléculas de 1,3 difosfoglicérido Desfosforilación de 2 moléculas de PEP Oxidación de 2 moléculas de G3P Total

- 1 ATP - 1 ATP + 2 ATP + 2 ATP + 2 NADH 2 ATP + 2 NADH

Regulación de la glucólisis Ahora hablemos sobre la regulación de la glucólisis; hablar de regulación implica control de la ruta y para un biotecnólogo es fundamental saber qué reacciones enzimáticas son factibles a ser controladas. ¿Para qué?, es fundamental en muchos procesos de producción el control de esta ruta ya que con ello es posible controlar la sobreproducción o acumulación de ciertos metabolitos, como son los generados en el Ciclo de Krebs que más adelante estudiarás. Vamos a hablar de dos enzimas, la primera la hexoquinasa la cual es regulada por concentración de producto, en este caso por la glucosa-6-fosfato y por el fosfato, es primero inhibe la reacción y el segundo la activa. En el caso de los mamíferos la hexoquinasa del hígado (que es donde se presenta el metabolismo de carbohidratos) se llama glucoquinasa. Esto implica entonces que para el caso de células eucariotas o procariotas un exceso de glucosa en el medio de crecimiento tendrá como consecuencia un exceso en la producción de glucosa-6-fosfato lo que provocará la inhibición de la hexoquinasa y por lo tanto la glucólisis se verá detenida afectando todo el metabolismo celular. A este proceso se le conoce como represión catabólica o represión por sustrato.

Ya se había comentado que la fosfofructo quinasa es considerada como la enzima clave en la glucólisis. ¿Por qué? Hay que recordar que esta enzima adiciona el segundo fosfato a la fructosa-6-fosfato. Esta enzima es activada por la fructosa-2,6-fosfato y AMP (adenosín monofosfato) y es inhibida por ATP, citrato y H+ entre otros, esto implica que es una enzima alostérica. Finalmente, la piruvato quinasa es otra enzima que puede regularse, esta enzima es inhibida por ATP, acetilCoA y ácidos grasos de cadena larga y es activada por la fructosa-1,6-difosfato. En el hígado es activada por la fosforilación. Del conocimiento de la regulación de la glucólisis surgen grandes posibilidades de sobreproducir metabolitos o acumular o inclusive detener el crecimiento microbiano o metabolismo celular.

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Otras vías alternas a la glucólisis. Incorporación de otros glúcidos a la glucólisis.

La glucólisis no es la única ruta metabólica de incorporación de glúcidos o carbohidratos.

En el transcurso de la evolución, los organismos se han adaptado a diferentes condiciones de crecimiento donde no necesariamente estaba presente la glucosa, lo que deriva en el desarrollo de rutas alternas de aprovechamiento de carbohidratos. Así, por ejemplo, existen rutas que alimentan a la glucólisis a partir de disacáridos (dos moléculas de carbohidratos), de polisacáridos (más de dos polisacáridos unidos, como pueden ser el almidón, glucógeno, celulosa, etcétera) y de ácidos grasos. En la Figura 16 se presenta un esquema donde se resumen de manera muy general estas vías.

Glucógeno

Lactosa

Maltosa

Glucosa

Manosa Sacarosa

G1P

Galactosa

G6P

Manosa-6fosfato

Fructosa

Glicerol

Glicerol-3fosfato F6P

Fructosa-1fosfato

DHAP Gliceraldehído

G3P Figura 16. Otra vías de asimilación de carbohidratos y que se integran a la glucólisis.

(Tomado de http://www.efn.uncor.edu/dep/biologia/intrbiol/metabolismo/indexg.htm).

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Te invito a que consultes las siguientes páginas web para que te informes más sobre esta vía metabólica tan importante para todo ser vivo. http://www.efn.uncor.edu/dep/biologia/intrbiol/metabolismo/indexg.htm http://www.efn.uncor.edu/dep/biologia/intrbiol/metabolismo/glycanim.gif

2.3. Fermentación Ahora estudiemos qué pasa después de la generación del piruvato, se puede decir y sin temor a equivocarnos que el piruvato es la molécula “as” ya que a partir de ella se derivan una infinidad de procesos metabólicos entre ellos la fermentación. Una vez sintetizado el piruvato y dependiendo del organismo o condición de crecimiento se presentan dos derivaciones del metabolismo: procesos anaerobios (sin presencia de oxígeno) y procesos aerobios (en presencia de oxígeno). En esta parte del capítulo centrémonos en los procesos anaerobios, es decir, en la fermentación.

Ahora estudiemos que pasa después de la generación del piruvato, se puede decir y sin temor a equivocarnos que el piruvato es la molécula “as” ya que a partir de ella se derivan una infinidad de procesos metabólicos entre ellos la fermentación. Una vez sintetizado el piruvato y dependiendo del organismo o condición de crecimiento se presentan dos derivaciones del metabolismo: procesos anaerobios (sin presencia de oxígeno) y procesos aerobios (en presencia de oxígeno). En esta parte del capítulo centrémonos en los procesos anaerobios, es decir, en la fermentación.

2.3.1. Importancia bioquímica de la fermentación El proceso de fermentación es, como ya se comentó, un proceso estrictamente anaeróbico, ya que se produce en ausencia de oxígeno; ello significa que el aceptor final de los electrones del NADH producido en la glucólisis no es el oxígeno, sino un compuesto orgánico que se reducirá para poder reoxidar el NADH a NAD+. El compuesto orgánico que se reduce (acetaldehído, piruvato, etcétera), es un derivado del sustrato que se ha oxidado anteriormente. Según Nelson, D.L. y Cox, M.M. (2009), Lehninger: Principios de Bioquímica, la fermentación es un término general que indica la degradación anaeróbica de la glucosa u otros nutrientes orgánicos a diversos productos para obtener energía en forma de ATP.

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Estrictamente hablando, fermentación significa “en la levadura” en alusión al proceso que observaban nuestros antepasados al ver el proceso de producción de gas durante la producción de vino. Actualmente, el término “fermentación” se acepta y se aplica a un conjunto muy extenso de procesos biotecnológicos que no necesariamente son procesos anaeróbicos; muchos procesos aerobios son descritos como procesos fermentativos.

Independientemente de la interpretación del término “fermentación” nos debe quedar claro que en nuestro caso nos enfocaremos al proceso fermentativo anaerobio.

La fermentación como ya se comentó, es un proceso anaeróbico y en él no interviene la mitocondria ni la cadena respiratoria. Son propias de los microorganismos, como algunas bacterias y levaduras. También se produce la fermentación en la mayoría de las células de los animales (incluido el hombre), excepto en las neuronas, las cuales mueren rápidamente si no pueden realizar la respiración celular; algunas células, como los eritrocitos, carecen de mitocondrias y se ven obligadas a fermentar; el tejido muscular de los animales realiza la fermentación láctica cuando el aporte de oxígeno a las células musculares no es suficiente para el metabolismo aerobio y la contracción muscular (Figura 17).

Desde el punto de vista energético, las fermentaciones son muy poco rentables si se comparan con la respiración aerobia, ya que a partir de una molécula de glucosa sólo se obtienen 2 moléculas de ATP, mientras que en la respiración se producen 36. Esto se debe a la oxidación del NADH, que en lugar de penetrar en la cadena respiratoria, cede sus electrones a compuestos orgánicos con poco poder oxidante. Es importante señalar que la fermentación es considerada un proceso oxidativo incompleto, ya que se generan moléculas que no están en su estado totalmente oxidado (como el etanol, ácido acético, etcétera), a diferencia de la respiración cuyo producto final es CO2, compuesto que resulta de la oxidación total de la glucosa; la energía que obtiene la célula es a partir de reacciones de óxido–reducción de las moléculas sintetizadas. En la industria la fermentación puede ser oxidativa, es decir, en presencia de oxígeno, pero es una oxidación aeróbica incompleta, como la producción de ácido acético a partir de etanol.

Las fermentaciones pueden ser: naturales, cuando las condiciones ambientales permiten la interacción de los microorganismos y los sustratos orgánicos susceptibles; o artificiales, cuando el hombre propicia condiciones y el contacto referido.

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Figura 17. Algunos productos de la fermentación a partir del piruvato (tomado de http://www.efn.uncor.edu/dep/biologia/intrbiol/metabolismo/indexg.htm) .

2.3.2. Diferentes tipos de fermentación Vamos a estudiar tres de los principales procesos fermentativos, la fermentación alcohólica, la fermentación láctica y la fermentación acética aunque debe quedar claro que hay otros procesos fermentativos todos ellos a partir del piruvato.

a. Fermentación alcohólica La fermentación alcohólica en un proceso anaerobio de producción de metabolitos con alto valor energético que lo realizan principalmente las levaduras y algunas bacterias. Es este proceso el piruvato obtenido de la glucólisis es descarboxilado hacia acetaldehído y posteriormente reducido para formar etanol con ayuda del NADH2. La reacción global es la siguiente: C6H12O6 ------ 2 CH3CH2OH + 2 CO2 Glucosa ------ 2 Etanol + 2 Dióxido de carbono En cuanto al valor energético, el balance es la siguiente: C6H12O6 + 2 ADP + 2 H3PO4 ------ 2 CH3CH2OH + 2 CO2 + 2 ATP + 2 H2O

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En la Figura 18 se muestra la ruta de fermentación alcohólica. Para llegar a etanol se necesita la intervención de dos enzimas, la primera, la piruvato descarboxilasa se encarga de descarboxilar el ácido pirúvico para formar acetaldehído. Para que esta enzima sea catalíticamente activa se necesita la presencia de Mg+, además, esta enzima lleva unida una coenzima, la tiamina pirofosfato, esta coenzima es necesaria ya que participa en la ruptura de enlaces adyacentes de grupos carbonilos como en el caso del acetaldehído.

Figura 18. Fermentación alcohólica (Curtis, 2009).

En el siguiente paso, el acetaldehído es reducido a etanol con ayuda del NADH proveniente de la deshidrogenación del G3P y con presencia de la enzima alcohol deshidrogenasa generando el producto característico de la fermentación alcohólica, el etanol.

La fermentación alcohólica es muy importante a nivel industrial debido a que es un proceso muy común para elaborar todas las bebidas alcohólicas, además, el CO2 producido es característico de la bebidas alcohólicas espumosas y es el responsable del esponjamiento del pan blanco.

b. Fermentación Láctica En este proceso fermentativo, el piruvato es reducido a lactato utilizando el NADH producido en la glucólisis catalizando esta reacción al lactato deshidrogenasa (Figura 19). Muchos organismos llevan a cabo este tipo de fermentación entre ellas las bacterias lácticas y en organismos superiores es común la formación de lactato en casos de fatiga extrema.

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Figura 19. Fermentación láctica (Curtis, 2009).

Estequiometría de la fermentación láctica: C6H1206 -------- 2 CH3CHOHCOOH Glucosa -------- 2 Ácido láctico c. Fermentación Acética Esta variante de la fermentación necesita, a diferencia de las dos fermentaciones anteriormente estudiadas, de oxígeno. El alcohol producido a partir de la glucólisis es oxidado a ácido acético en presencia de bacterias oxidantes como Acetobacter aceti (Figura 20) aunque también algunas bacterias del género Clostridium producen bajo condiciones anaerobias y a partir de glucosa, ácido acético.

Figura 20. Fermentación acética. (Curtis, 2009).

Balance estequimétrico de la fermentación acética:

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C2H5OH + O2 -------- CH3COOH Etanol + Oxígeno -------- Ácido acético Las fermentaciones anteriormente estudiadas son sólo algunos ejemplos de los productos obtenidos a partir del piruvato. Es importante señalar que los procesos metabólicos de las células dan pie a otras fermentaciones tal y como aparece en la Tabla 1.

Tipo de fermentación Fermentación butírica Fermentación homoláctica Fermentación heteroláctica Fermentación propiónica Fermentación metanogénica Fermentación ácido mixta Fermentación fórmica

Producto principal Ácido butírico o butanoico Ácido láctico Ácido láctico, etanol y CO2 Ácido propiónico Biogás (metano) Ácido láctico, ácido succínico, ácido acético, CO2 y H2 Ácido láctico, ácido fórmico, butanodiol, CO2 y H2

Tabla 1. Fermentaciones a partir del piruvato

Te invito a que leas el capítulo 14 del libro Bioquímica de Lehninger, donde aprenderás más sobre la glucólisis y su implicación en diversos procesos biológicos.

2.4. Ciclo de Krebs Como hemos visto, en los procesos anaerobios se produce la fermentación, pero ¿qué pasa en los organismos aerobios? Este tema lo desarrollaremos a continuación con el Ciclo de Krebs donde veremos cómo el piruvato es totalmente descarboxilado hasta CO2, de manera que la glucosa que ingresó a la glucólisis es totalmente metabolizada para obtener la mayor cantidad de energía posible.

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2.4.1. Importancia bioquímica del Ciclo de Krebs El resultado de la glucólisis, como hemos visto anteriormente, es la obtención de dos moléculas de piruvato que pueden ser reducidas en la fermentación de manera que se pueda oxidar el NAD+ y así obtener NADH para utilizarlo en más procesos catabólicos.

Este proceso no genera más energía aunque el piruvato puede ser oxidado hasta la obtención de CO2 y H2O de manera que sea mayor su aprovechamiento. Este proceso ocurre en el Ciclo de Krebs, ciclo de los ácidos tricarboxílicos o ciclo del ácido cítrico como veremos en este apartado.

La glucólisis ocurre en el citoplasma, en cambio el Ciclo de Krebs ocurre (en las células eucariotas) en la matriz mitocondrial por lo que el piruvato producido en la glucólisis debe ser transportado al interior de la mitocondria traspasando la membrana externa (que es permeable a varias moléculas pequeñas) y la membrana interna (donde la permeabilidad es muy selectiva y solo se transporta moléculas como ATP, ADP y piruvato). Para ello, se utilizan moléculas transportadoras que ayudarán en este proceso.

En el caso de las células procariotas este proceso se lleva a cabo en el citosol.

2.4.2. Fases del Ciclo de Krebs En una primera etapa, ocurre la descarboxilación del piruvato y su oxidación transformándose en Acetil Co-A. Esta reacción está catalizada por un complejo enzimático denominado piruvato deshidrogenasa donde ocurre donde procesos: una descarboxilación con la consecuente obtención de CO2 y la oxidación del disacárido al que se une un nucleótido denominado Coenzima A y se forma, así, el Acetil-Co-A (Figura 21) a la vez que se reduce una molécula de NADH en NAD+.

Figura 21. Reacción catalizada por el complejo enzimático piruvato deshidrogenasa (tomado de http://www2.uah.es/tejedor_bio/bioquimica_Farmacia/tema19.htm).

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El Acetil-CoA obtenido entrará en el Ciclo donde se descarboxilará en dos ocasiones y será oxidado hasta la obtención de CO2 y H2O. El esquema general de proceso se observa en la Figura 22 e iremos analizando cada una de sus fases. Es importante aclarar que además del proceso de glucólisis, en el catabolismo de los aminoácidos y de los ácidos grasos también se obtiene como resultado la obtención de Acetil-CoA que entrará al Ciclo de Krebs.

Figura 22. Fases del Ciclo de Krebs (Curtis, 2009).

Este ciclo se puede dividir en tres fases: la primera fase es la entrada del acetato (reacción 1), seguido de las reacciones de descarboxilación (reacciones 2 a 5) para finalmente regenera el oxalacetato (reacciones 6 a 8).  Primera Fase: Entrada del acetato.

Reacción 1. Catalizada por la enzima citrato sintasa consiste en la condensación del Acetil-CoA (moléculas con 2 átomos de carbono: 2C) con el oxalacetato (con 4 átomos de carbono:4C) para dar como resultado una molécula de citrato (6C). La reacción se puede observar en la Figura 23.

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Figura 23. Reacción de la citrato sintasa (Curtis, 2009).

 Segunda fase. Reacciones de descarboxilación Reacción 2: isomerización del citrato a isocitrato como se observa en la Figura 24. Esta reacción está catalizada por la aconitasa.

Figura 24. Reacción de la aconitasa (Curtis, 2009).

Reacción 3: oxidación y descarboxilación del isocitrato catalizada por la enzima isocitrato deshidrogranasa (Figura 25). En esta reacción ocurre la oxidación del isocitrato con la consecuente reducción de una molécula de NAD+, así mismo ocurre una descarboxilación del isocitrato transformándose en una molécula de 5 átomos de carbono, el α-cetoglutarato, con la consecuente liberación de una molécula de CO2.

Figura 25. Reacción de la enzima isocitrato deshidrogenasa (Curtis, 2009).

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Reacción 4: el α-cetoglutarato se oxida y descarboxila a la vez que se une a una molécula de Coenzima A (HSCoA) formándose el succinil-CoA (4C) con la liberación de una molécula de CO2 y la reducción del NAD+ (Figura 26). Esta reacción está catalizada por α-cetoglutarato deshidrogenasa.

Figura 26. Reacción de la enzima α-cetoglutarato deshidrogenasa (Curtis, 2009).

Reacción 5: la enzima succinil-CoA sintetasa va a romper la Coenzima A del succinato lo que libera energía que será utilizada para fosforilar una molécula de GDP y se liberará una molécula de HSCoA (Figura 27).

Figura 27. Reacción de la succinil-CoA sintetasa (Curtis, 2009).

El GDP se convertirá en ATP según la siguiente reacción sin la necesidad de utilizar energía.

GTP+ ADP

GDP+ATP ∆G°′ = 0KJ.mol-1

 Tercera fase: Regeneración del oxalacetato: Reacción 6: El succinato será oxidado a fumarato mediante la acción de la succinato deshidrogenasa. En esta reacción se reducirá una molécula de FAD en FADH2 porque la energía de la asociada a la reacción no es suficiente para reducir una molécula de NAD+.

Reacción 7: el fumarato se hidrata incorporando una molécula de H2O produciendo malato mediante la enzima fumarasa o fumarato hidratasa (Figura 28).

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Figura 28. Reacción de la fumarasa (Curtis, 2009).

Reacción 8: el ciclo finaliza con la oxidación del malato a oxalacetato por la malato deshidrogenasa (Figura 29) con la consecuente reducción de una molécula de NAD+. El oxalacetato será utilizado nuevamente en la reacción 1 y así continúa el ciclo.

Figura 29. Reacción de la malato deshidrogenasa (Curtis, 2009).

Resumiendo el proceso de Ciclo de Krebs podemos observar que el piruvato (con 3 átomos de carbono) se descarboxila por primera vez con la acción de la piruvato deshidrogenasa, por segunda vez con la acción de la isocitrato deshidrogenasa y por tercera por la α-cetoglutarato deshidrogenasa de manera que se liberan 3 átomo de CO2.

La glucólisis tiene como resultado la formación de 2 moléculas de piruvato por lo que el rendimiento será doble: Glucosa + 6H20 + 10NAD+ + 2FAD + 4ADP + 4Pi

6CO2 + 10NADH + 10H+ + 2FADH2 + 4ATP Como veremos más adelante en la fosforilización oxidativa, la oxidación del NADH y el FADH2 en la cadena de transporte de electrones generarán energía que será utilizada en la formación de ATP. La regulación del Ciclo de Krebs es importante para un buen mantenimiento energético en la célula así que, resumiendo, podremos decir que cuando la relación ATP/ADP, NADH/NAD y aceti-CoA/HSCoa son altas el complejo piruvato deshidrogenasa, la citrato sintasa y las deshidrogenasa están reguladas negativamente de manera que se detiene el ciclo. Cuando esta relación disminuye, quiere decir que la célula está utilizando altas cantidades de energía y dichas enzimas se ven reguladas positivamente para acelerar el ciclo.

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Te invito a que revises un resumen del Ciclo de Krebs, así como la regulación del mismo en una monografía realizada por Monza, Doldán y Signorelli.

Asimismo, puedes consultar el Capítulo 15 de Principios de Bioquímica (Lehninger, 2009).

Otra opción es checar algún video; te recomiendo la siguiente liga: http://www.youtube.com/watch?v=BZ0RQCuYHiE de óxido/reducción en moléculas orgánicas

2.5. Beta oxidación Si la degradación de los carbohidratos son la columna vertebral del metabolismo, el catabolismo de los lípidos son igual o más importantes ya que generan la mayor energía de los organismos aerobios al ser moléculas muy reducidas. A continuación estudiaremos este proceso cuya ruta bioquímica se conoce como Beta oxidación de ácido grasos.

2.5.1. Importancia bioquímica de la Beta oxidación Los animales conservan la energía en forma de grasa, específicamente, como triglicéridos ya que contienen alrededor de 9 Kcal/g (en contraste de las 4 Kcal/g de carbohidrato o proteína) además de no aumentar la osmolaridad del citosol y tener una baja reactividad química.

La degradación de los lípidos la podemos dividir en 4 etapas, en primer lugar es necesario hidrolizar los triglicéridos obteniendo glicerol y ácidos grasos, en una segunda etapa es necesario la activación de los ácidos grasos utilizando moléculas de HSCoA (donde se consumen 2 ATP) para que se puede dar el transporte de la molécula a través de la cartinin acetil transferasa al interior de la matriz mitocondrial donde ocurrirá la β-oxidación obteniendo como molécula final Acetil-CoA que entrará al Ciclo de Krebs llevándose el proceso que hemos comentado anteriormente. Por su parte, el glicerol obtenido de la hidrólisis del lípido es fosforilado y oxidado a dihidroxiacetona fosfato e isomerizado a gliceraldehido 3-fosfato que será introducido a la glucólisis.

En esta sección vamos a hablar sobre este proceso que se denomina β-oxidación de ácidos grasos lineales, siendo el más común en las células pero no el único. Los ácidos grasos como los de cadena impar o los insaturados requieren diferentes modificaciones con rutas ligeramente diferentes como la α-oxidación, la ω-oxidación o la oxidación peroxisómica.

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2.5.2. Fases de la beta oxidación Una vez que el ácido graso es activado y está en el interior de la matriz mitocondrial en forma de ácido graso-CoA proceso de la activación y transporte de la molécula. Durante la β-oxidación se produce la oxidación de los ácidos grasos, liberándose en cada ciclo 2 carbonos en forma de acetil-CoA, así como una molécula de FADH2 y un NADH. El esquema general lo pueden observar en la Figura 30 poniendo como ejemplo la oxidación del ácido palmítico con 16 átomos de carbono.

Reacción 1

Reacción 2

Reacción 3

Reacción 4

Figura 30. Esquema general de la Oxidación de los ácidos grasos (modificada de http://images.devilfinder.com/go.php?q=Beta+Oxidation+of+Very).

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El ciclo está formado por 4 reacciones que se repiten según el número de carbonos del ácido graso de que se trate: Reacción 1. El ácido graso unido a la acetil Co-A (en el ejemplo se trata de palmitol-CoA) es oxidado a través de la acil-CoA deshidrogenasa formado un trans-Δ2-Enolil-CoA con la consecuente reducción de una molécula de FAD. Reacción 2. La molécula es hidratada a través de la enzima enolil-CoA hidratasa para formar el L-β-Hidroxi-acil-CoA. Reacción 3. Se produce una nueva oxidación del compuesto para formar el β-ketoacilCoA por la acción de la β-hidroxiacil-CoA deshidrogenasa, la molécula que se reduce en este caso es el NAD+.

Reacción 4. Finalmente, ocurre una ruptura por medio de la acil-CoA acetiltransferasa (tiolasa) liberándose una molécula de Acetil Co-A y, en nuestro caso, un ácido graso de 14 carbonos (miristoil-CoA) Este ciclo ocurrirá sucesivamente (Figura 31) hasta la oxidación total del ácido con la consecuente liberación de Acetil-CoA que entrará al Ciclo de Krebs para la formación de ATP y el NADH y FADH2 se oxidarán en la cadena de transporte de electrones presente en la misma mitocondria para la formación de ATP como veremos en el siguiente capítulo.

Figura 31. Oxidación de un ácido graso de 14 átomos de carbono para la formación de 7 moléculas de Acetil-CoA (modificada de http://images.devilfinder.com/go.php?q=Beta+Oxidation+of+Very+).

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Para entender mejor este proceso te invito a leer el documento Oxidación de ácidos grasos donde se resume cada uno de los pasos, elaborado por la Universidad de Valencia; o bien el Capítulo 16 de Principios de Bioquímica (Lehninger, 2009).

Asimismo, existen videos que te pueden ayudar e visualizar este proceso como la historia que cuentan en http://www.youtube.com/watch?v=UmEigf5NOVk.

2.6. Fosforilación del ADP Para terminar con la explicación del catabolismo es importante resaltar los diferentes tipos de fosforilización para la obtención de energía en forma de ATP y en especial la fosforilación oxidativa ya que veremos cómo se obtiene tanta energía del metabolismo aerobio de la glucosa o de la oxidación de los ácidos grasos.

2.6.1. Tipos de fosforilación Como hemos visto a lo largo de esta unidad, existen reacciones bioquímicas que generan la suficiente energía como para fosforilar una molécula de ADP y formar, de este modo, una molécula de ATP; para ello, se necesitan 7.3 Kcal/mol. Este proceso de fosforilación se puede llevar mediante tres procesos. 



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Fosforilación a nivel de sustrato. Que son los procesos que hemos visto hasta ahora: la ruptura de algún compuesto como el fosfoenol piruvato en la glucólisis genera suficiente energía como para que un ADP sea fosforilado a ATP. Fosforilación oxidativa. Que es el proceso que ocurre en la cadena de transporte de electrones presente en las mitocondrias de las células eucariotas y en la membrana plasmática de las células procariotas siempre y cuando sean aerobias. Este proceso, lo veremos a continuación.

Finalmente, existe la Fotofosforilación, donde la energía necesaria para la fosforilación proviene de la luz del sol, proceso que ocurre en la fase lumínica de la fotosíntesis tal y como veremos en la siguiente Unidad donde hablaremos del anabolismo.

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2.6.2. La fosforilización oxidativa, cadena de transporte de electrones y bomba ATsintasa Durante el catabolismo de los carbohidratos y los ácidos grasos se generan muchas moléculas de NADH que deben ser oxidadas a NAD para que pueda seguir el metabolismo tal y como se muestra en la Figura 32.

H

Figura 32. Ciclo del NAD+/NADH (Curtis, 2009).

En general, en las células, se llevan a cabo el catabolismo con mayor velocidad del anabolismo ya que la energía producida no sólo se utiliza para la biosíntesis de biomoléculas, también es necesaria para el transporte de moléculas en contra de energía, el movimiento celular, por ejemplo. Es por ello, que en las células es fundamental la oxidación del NADH que se lleva a cabo, o bien en la fermentación o bien mediante la cadena de transporte de electrones.

Este proceso se lleva a cabo en la membrana interna de las mitocondrias de las células eucariotas o en la membrana plasmática de las bacterias mediante la participación de 3 complejos formados por varias proteínas. Básicamente consiste el transportar el electrón liberado de la oxidación del NADH o el FADH2 (según sea el caso) a través de las proteínas de los complejos hasta llegar al O2 que será reducido a H2O. Estos saltos de electrones liberan energía que será utilizada para el transporte de H+ en contra de gradiente, hacia el espacio intermembranal. De esta manera, la concentración de H+ será muy alta y éstos entrarán por la bomba ATPsintasa de manera que la energía liberada será utilizada para la fosforilación del ADP formando así ATP.

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Figura 33. Esquema de la cadena de transporte de electrones (tomada de http://ies.rayuela.mostoles.educa.madrid.org/deptos/dbiogeo/recursos/Apuntes/ApuntesBioBach2 /4-FisioCelular/MetRespiracion.htm).

Como se puede observar en la (Figura 33) existen dos procesos independientes que comparten algunos complejos, según sea la oxidación del NADH o del FADH2. Esta diferencia reside en que el potencial de oxido-reducción del NADH es menor que el potencia del FADH2 por lo que produce una mayor energía al liberar el electrón, por esta razón el NADH cede su electrón al Complejo I (NADH deshidrogenasa) oxidándose así a NAD+. Dicho electrón será transportado al Complejo III (complejo b-c1) a través de la Ubiquinona, de ahí al Complejo IV (citocromo oxidasa) a través del Citocromo c donde será reducido el O2 para formar una moléculas de H2O. En cada uno de estos complejos (I, III y IV) se produce la energía suficiente para transportar un H+ al espacio intermembranal.

Cuando la molécula oxidada es el FADH2 no tiene la energía suficiente como para ceder su electrón al Complejo I, así que lo hace al complejo II (succinato deshidrogenasa), de ahí pasa al Complejo III a través de la Ubiquinona y de éste al complejo IV a través del

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Citocromo c para terminar reduciendo una molécula de O2. En este caso, únicamente se transportar 2 H+ al espacio intermembranal, en el Complejo III y IV. Los H+ liberados de esta manera hacen que el gradiente de H+ sea mayor en el espacio intermembranal por lo que entrarán a traves de la Bomba ATPsintasa (o también conocida como Complejo V).

Dicha entrada será a favor de gradiente y liberará la energía suficiente como para fosforilar un ADP y formar así ATP (Figura 34).

Figura 34. Bomba ATPsintasa (tomada de http://www.vi.cl/foro/topic/7227-biomoleculasmetabolismo-cuestiones-resueltas/).

De esta manera, la oxidación del NADH libera 3 H+ que al entrar por la Bomba ATPsintasa formarán 3 moléculas de ATP mientras que la oxidación del FADH2, libera 2 H+ y por lo tanto se fosforilan 2 moléculas de ATP.

Para entender mejor este proceso te invito a ver el video Transporte de electrones y Bomba ATP sintasa que podrás encontrar en el material adicional.

Asimismo, puedes aprender más con el texto Cadena respiratoria de Monza y colaboradores o en el Capítulo 18 de la página 542 a la 571 de Principios de Bioquímica (Lehninger, 2009).

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Una vez terminado este tema te invito a realizar las actividades 2 y 3 y generar tu propio mapa metabólico que te servirá para realizar la actividad integradora.

Actividades La elaboración de las actividades estará guiada por tu docente en línea, mismo que te indicará, a través de la Planeación didáctica del docente en línea, la dinámica que tú y tus compañeros (as) llevarán a cabo, así como los envíos que tendrán que realizar.

Para el envío de tus trabajos usarás la siguiente nomenclatura: BBIQ_U2_A1_XXYZ, donde BBIQ corresponde a las siglas de la asignatura, U2 es la unidad de conocimiento, A1 es el número de actividad, el cual debes sustituir considerando la actividad que se realices, XX son las primeras letras de tu nombre, Y la primera letra de tu apellido paterno y Z la primera letra de tu apellido materno.

Autorreflexiones Para la parte de autorreflexiones debes responder las Preguntas de Autorreflexión indicadas por tu docente en línea y enviar tu archivo. Cabe recordar que esta actividad tiene una ponderación del 10% de tu evaluación.

Para el envío de tu autorreflexión utiliza la siguiente nomenclatura: BBIQ _U2_ATR _XXYZ, donde BBIQ corresponde a las siglas de la asignatura, U2 es la unidad de conocimiento, XX son las primeras letras de tu nombre, y la primera letra de tu apellido paterno y Z la primera letra de tu apellido materno.

Cierre de la unidad El catabolismo es el conjunto de reacciones químicas que ocurren en la célula para la transformación de las biomoléculas complejas en moléculas más sencillas con la consecuente liberación de energía que es almacenada en forma de ATP. En esta unidad hemos analizado las reacciones catabólicas de las dos biomoléculas más energéticas: la glucosa y los ácidos grasos. Hemos visto, que si las células son anaerobias realizan un proceso fermentativo donde se obtiene menos energía que en los procesos aerobios donde se realizar el Ciclo de Krebs y la fosforilación oxidativa. Esta es la razón por la que las células aerobias tiene una velocidad de crecimiento mucha más alta que las células anaerobias.

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Como biotecnólogos, estos procesos catabólicos son fundamentales para el control del proceso que estemos llevando a cabo. Si se desea obtener etanol, debemos desviar el metabolismo para la obtención del mismo; si queremos que la célula crezca rápidamente, debemos suministrarle glucosa o ácidos grasos que catabolizar para obtener energía, etcétera.

Es importante mencionar, que esta unidad ha sido sólo un vistazo general a todos los procesos catabólicos que ocurren en las células, pero espero que hayas entendido la esencia del mismo.

Para saber más

Fuentes impresas 

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Lehninger. (2009). Bioquímica. México. Editorial Omega. En el capítulo 13, de la página 364 a la 383 hay información sobre el ATP y a partir de la página 384, encontrarás información sobre el NAD/NADH+ y el FAD/FADH2. El capítulo 14 analiza la glucólisis y los diferentes tipos de fermentación anaerobia. El capítulo 15 trata sobre el Ciclo de Krebs. El capítulo 16 explica la Beta Oxidación de los ácidos grasos. El capítulo 18 te explica la cadena respiratoria y cómo se obtiene energía a partir de la oxidación del NADH+ y el FADH2.

McMurry, J.G. Jr. (2001) Química Orgánica. 2ª Edición. México, Ed. International Thomson Editores. El capítulo 10, de la página 373 a la 378 donde podrás recordar como ocurren los procesos de oxido/reducción en moléculas orgánicas.

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Fuentes electrónicas Te invito a que consultes las siguientes páginas web para que te informes más sobre esta vía metabólica tan importante para todo ser vivo.   

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http://www.efn.uncor.edu/dep/biologia/intrbiol/metabolismo/indexg.htm http://www.efn.uncor.edu/dep/biologia/intrbiol/metabolismo/glycanim.gif http://elmodernoprometeo.blogspot.mx/2012/04/ transito-de-energia-en-la-celulaatp-y.html. En este blog de Jorge Martínez se explica la importancia del ATP en la célula. http://www2.uah.es/tejedor_bio/bioquimica_Farmacia/tema19.htm. En este caso se hace una revisión sobre la glucólisis, la fermentación y el ciclo de Krebs. http://www.efn.uncor.edu/dep/biologia/intrbiol/metabolismo/indexg.htm. Una página más sobre la glucólisis y el Ciclo de Krebs http://www.fagro.edu.uy/~bioquimica/docencia/material%20nivelacion/CICLO%20D E%20KREBS.pdf. Un resumen sobre la regulación del ciclo de Krebs se presenta en esta monografía realizada por Monza, Doldán y Signorellli. http://www.uv.es/marcof/Tema20.pdf. Este documento, preparado en la Universidad de Valencia, tiene información clara y precisa sobre la Beta Oxidación de los ácidos grasos, que te invito a revisar si tienes oportunidad. http://www.fagro.edu.uy/~bioquimica/docencia/material%20nivelacion/CADENA%2 0RESPIRATORIA.pdf. En cuanto a la obtención de energía por la oxidación del NADH, te invito a revisar este documento, de Monza y colaboradores, donde te explica claramente la respiración aerobia.

Fuentes de consulta

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Alberts, Bruce. Johnson, A. Lewis, J. Raff, M. Keith, Roberts. Walter, P. (2008). Biología Molecular de la Célula. México Editorial Omega.

Curtis, H. Barnes, N.S. (2009) Biología. Editorial Médica Panamericana.

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         

Díaz, J. (2006). Bioquímica: un enfoque básico aplicado a las ciencias de la vida.

México. UNAM. Fell, David. (1999). Bases del Control del Metabolismo. España. Editorial Omega.

Lehninger. (2009). Bioquímica. México. Editorial Omega.

Lodish. H. Berk, A. Matsudaria, P. Kaiser, C. Scott, M. Zipursky, L. Darnell, J. (2007).

Biología celular y molecular. 5ª edición. México. Editorial Médica Panamericana.

Lozano, J. A. (2005). Bioquímica y biología molecular en Ciencias de la salud. México.

McGraw Hill.

Madigan, M.T., Martinko, J.M., Parker, J., Brock Biology of Microorganisms, 10ª Ed. Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ, EEUU, 2003 Mathews, C.K; Van Holde, K. E; Ahern, K.G. (2002). Bioquímica. 3a edición. México.

Pearson Addison Wesley.

McMurry, J.G. Jr. (2001) Química Orgánica. 2ª Edición. México, Ed. International Thomson Editores.

Murray, R. Mayers, P. Granner, D. Rodwell, V. (2010). Harper. Bioquímica ilustrada. 28ª ED. México. McGraw Hill.

Nelson, D.L., Cox, M.M. (2009). Lehninger: Principios de Bioquímica. España. Editorial Omega.

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