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¿Por qué el ciclo de Krebs se considera parte del metabolismo aeróbico si el oxígeno molecular no está involucrado en ninguna de las reacciones del ciclo?


¿Por qué el ciclo de Krebs se considera parte del metabolismo aeróbico si el oxígeno molecular no está involucrado en ninguna de las reacciones del ciclo?

Originalmente pensé que el ciclo de Krebs era un metabolismo aeróbico porque es en el proceso en el que el oxígeno es el aceptor final de electrones, pero mi profesor afirma que la glucólisis es anaeróbica, entonces, ¿qué hace que el ciclo de Krebs sea aeróbico?


En realidad, el oxígeno no es necesario en el ciclo de Krebs; se necesita en la cadena de transporte de electrones que está aguas abajo del ciclo de Krebs para regenerar NAD.+ de NADH. NAD+ es una coenzima y actúa como portador de electrones en reacciones de oxidación en varias posiciones del ciclo de Krebs. Sin embargo, tenga en cuenta que sin O2, NADH se acumula y el ciclo no puede continuar porque necesita NAD+ correr.

Ciclo de Krebs - No O2 necesario:

Cadena de transporte de electrones - O2 necesario para regenerar NAD+ esencial para el ciclo de Krebs:


El sistema aeróbico

El sistema aeróbico se puede dividir en tres secciones:

Glucólisis aeróbica

  • La glucólisis es la descomposición de los carbohidratos (en forma de glucosa o glucógeno) en ácido pirúvico y dos moléculas de ATP.
  • Se requieren un total de 10 reacciones químicas para convertir los carbohidratos en ácido pirúvico.
  • Esto tiene lugar en el sarcoplasma muscular, que es una sustancia de tipo gelatina en las fibras musculares.
  • La glucólisis puede tener lugar sin presencia de oxígeno en las células, sin embargo, al finalizar la glucosis la célula decide qué proceso realizar.
  • Si hay oxígeno, la celda realizará la respiración con oxígeno (respiración aeróbica) y continuará con el ciclo Kreb & # 8217s.

Ciclo Kreb & # 8217s

A veces también conocido como ciclo del ácido cítrico o ciclo del ácido tricarboxílico, esta es la segunda fase en el proceso del metabolismo aeróbico.

  • El ácido pirúvico producido durante la glucólisis ingresa a las mitocondrias y se convierte inmediatamente en acetil coenzima A.
  • Esto se combina con el ácido oxaloacético para formar un compuesto de 6 carbonos, conocido como ácido cítrico.
  • Se producen más reacciones químicas para ejercer suficiente energía para resintetizar 2 moléculas de ATP.
  • Los subproductos de estas reacciones incluyen dióxido de carbono (CO2), que es exhalado por los pulmones e hidrógeno (H) que es transportado al sitio de la cadena de transporte de electrones por las moléculas portadoras NAD + y FAD.

El proceso se denomina ciclo debido a que el producto de partida del ácido oxaloacético también es el producto final, listo para comenzar el proceso nuevamente.

Cadena de transporte de electrones

El hidrógeno mencionado anteriormente se transporta a las membranas internas de las mitocondrias donde se divide en un protón (H +) y un electrón (H-). A continuación, los electrones se someten a una serie de reacciones redox que liberan una gran cantidad de energía para resintetizar el ATP.

Los protones también crean energía al retroceder a través de la membrana interna de las mitocondrias debido a las reacciones redox. Esto provoca un desequilibrio de H + por lo que regresan a través de la membrana, produciendo energía.

Una reacción exotérmica final es la combinación de hidrógeno con oxígeno para formar agua. La producción total de ATP durante todas las reacciones de la cadena de transporte de electrones es 34, lo que significa que es, con mucho, la fase de mayor producción del metabolismo aeróbico.


¿Por qué el ciclo de Krebs se considera parte del metabolismo aeróbico si el oxígeno molecular no está involucrado en ninguna de las reacciones del ciclo? - Biología

PARTE II. PIEDRAS ANGULARES: QUÍMICA, CÉLULAS Y METABOLISMO

Hasta este punto, hemos discutido solo los métodos y las vías que permiten a los organismos liberar la energía contenida en los carbohidratos (azúcares). Con frecuencia, las células carecen de suficientes carbohidratos para sus necesidades energéticas, pero tienen otros materiales de los que se puede extraer energía. Las grasas y las proteínas, además de los carbohidratos, constituyen la dieta de muchos organismos. Estos tres alimentos proporcionan los componentes básicos de las células y todos pueden proporcionar energía. Los carbohidratos se pueden digerir en azúcares simples, las proteínas se pueden digerir en aminoácidos y las grasas se pueden digerir en glicerol y ácidos grasos. Las vías básicas que utilizan los organismos para extraer energía de las grasas y las proteínas son las mismas que las de los carbohidratos: la glucólisis, el ciclo de Krebs y el sistema de transporte de electrones. Sin embargo, hay algunos pasos adicionales necesarios para que las grasas y las proteínas estén listas para entrar en estas vías en varios puntos de la glucólisis y el ciclo de Krebs, donde las grasas y las proteínas entran para respirar.

Un triglicérido (también conocido como grasa neutra) es una molécula grande que consiste en una molécula de glicerol con 3 ácidos grasos adheridos a ella. Antes de que estas grasas se puedan descomponer para liberar energía, deben convertirse en unidades más pequeñas mediante procesos digestivos. Varias enzimas están involucradas en estos pasos. El primer paso es romper los enlaces entre el glicerol y los ácidos grasos. El glicerol es una molécula de 3 carbonos que se convierte en gliceraldehído-3-fosfato. Debido a que el gliceraldehído-3-fosfato está involucrado en uno de los pasos de la glucólisis, puede entrar en la vía de la glucólisis (figura 6.12). Los ácidos grasos restantes son a menudo moléculas largas (típicamente de 14 a 20 carbonos de longitud), que también deben procesarse antes de que puedan metabolizarse más. Primero, necesitan ingresar a la mitocondria, donde tienen lugar las reacciones posteriores. Una vez dentro de la mitocondria, cada cadena larga de carbonos que forma el esqueleto de carbono se hidroliza (se divide mediante la adición de una molécula de agua) en fragmentos de 2 carbonos. A continuación, las moléculas de coenzima A transportan cada uno de los fragmentos de 2 carbonos al ciclo de Krebs. Una vez en el ciclo de Krebs, pasan por el ciclo de Krebs al igual que las acetil-CoAs de la glucosa (Outlook 6.3).

FIGURA 6.12. La interconversión de grasas, carbohidratos y proteínas

Las células no necesariamente utilizan todos los alimentos como energía. Un tipo de alimento se puede transformar en otro tipo que se utilizará como materia prima para la construcción de las moléculas necesarias o para su almacenamiento. Observe que muchas de las flechas de reacción tienen dos cabezas (es decir, estas reacciones pueden ir en cualquier dirección). Por ejemplo, el glicerol se puede convertir en gliceraldehído-3-fosfato y el gliceraldehído-3-fosfato se puede convertir en glicerol.

Al seguir el glicerol y cada fragmento de 2 carbonos a lo largo del ciclo, puede ver que cada molécula de grasa tiene el potencial de liberar varias veces más ATP que una molécula de glucosa. Cada molécula de glucosa tiene 6 pares de hidrógeno, mientras que una molécula típica de grasa tiene hasta 10 veces ese número. Esta es la razón por la que la grasa es un material de almacenamiento de energía tan bueno a largo plazo. También es la razón por la que las personas que siguen una dieta para bajar de peso tardan tanto en eliminar la grasa. Se necesita tiempo para utilizar toda la energía contenida en los ácidos grasos. En función del peso, hay el doble de calorías en un gramo de grasa que en un gramo de carbohidratos.

Las grasas son una excelente fuente de energía y el almacenamiento de grasas es un proceso importante. Además, otros tipos de moléculas se pueden convertir en grasa. Ya sabes que las personas pueden engordar comiendo azúcar. Observe en la figura 6.12 que tanto los carbohidratos como las grasas pueden entrar en el ciclo de Krebs y liberar energía. Aunque las personas requieren tanto grasas como carbohidratos en sus dietas, no es necesario que estén en proporciones precisas en las que el cuerpo puede realizar algunas interconversiones. Esto significa que las personas que consumen cantidades excesivas de carbohidratos depositarán grasa corporal. También significa que las personas que mueren de hambre pueden generar glucosa al descomponer las grasas y usar el glicerol para sintetizar la glucosa.

Resumen de la respiración grasa

1. Las grasas se dividen en

una. se convierte en gliceraldehído-3-fosfato.

una. se convierten en acetil-CoA.

4. Cada molécula de grasa estimula la formación de muchos más ATP que glucosa.

una. Esto la convierte en una buena molécula de almacenamiento de energía.

Olor corporal y metabolismo bacteriano

En nuestra cultura, la mayoría considera que el olor corporal natural es indeseable. El olor corporal es el resultado de las bacterias que metabolizan las sustancias químicas liberadas por las glándulas llamadas glándulas procrinas. Estas glándulas están asociadas con los folículos pilosos y son especialmente numerosas en el cuero cabelludo, las axilas y los genitales. Producen ácidos grasos y otros compuestos que se secretan en la piel cuando las personas sudan como resultado del sobrecalentamiento, el ejercicio o el estrés. Las bacterias metabolizan estos compuestos en la transpiración, liberando otros compuestos responsables del olor corporal.

Varios factores afectan la forma en que las bacterias metabolizan los ácidos grasos y, por lo tanto, la fuerza y ​​la naturaleza del olor corporal de una persona. Los factores hereditarios pueden jugar un papel importante, como lo demuestra la anomalía genética, la hiperhidrosis. Las personas con esta afección experimentan una transpiración excesiva. La diabetes, el nivel bajo de azúcar en sangre, la menopausia, la enfermedad renal o la enfermedad hepática pueden provocar sudoración profusa en algunos casos. Los alimentos, como el ajo y la cebolla, y las especias, como el curry, pueden producir un aroma corporal más fuerte. La cafeína, en el café, té, refrescos y chocolate, también afecta el olor corporal. Las personas con un desequilibrio de magnesio y zinc también son más propensas a generar olores corporales más penetrantes.

Estas bacterias generalmente se controlan con productos disponibles comercialmente. Los desodorantes enmascaran los olores, los antitranspirantes reducen el flujo de transpiración, los antisépticos destruyen los microorganismos y los jabones los eliminan. La mayoría de los antitranspirantes funcionan mediante el uso de compuestos de aluminio (clorhidrato de aluminio) que reducen el flujo de sudor y son moderadamente antibacterianos. Si una persona es alérgica a dichos compuestos, puede ser necesario utilizar jabones desodorantes con antimicrobianos más potentes, como la clorhexidina.

Las proteínas se pueden catabolizar e interconvertir al igual que las grasas y los carbohidratos (revise la figura 6.12). El primer paso para utilizar la proteína para obtener energía es digerir la proteína en aminoácidos individuales. Luego, cada aminoácido debe tener el grupo amino (—NH2) eliminado, un proceso (desaminación) que tiene lugar en el hígado. La parte restante no nitrogenada de la proteína se convierte en cetoácido y entra en el ciclo respiratorio como acetil-CoA, ácido pirúvico o uno de los otros tipos de moléculas que se encuentran en el ciclo de Krebs. A medida que los ácidos avanzan a través del ciclo de Krebs, los electrones se eliminan y se envían al ETS, donde su energía se convierte en energía de enlace químico de ATP. El grupo amino que se eliminó del aminoácido se convierte en amoníaco. Algunos organismos excretan el amoníaco directamente, otros lo convierten en otros compuestos que contienen nitrógeno, como la urea (humanos) o el ácido úrico (aves). Todas estas moléculas son tóxicas, aumentan la carga de trabajo del hígado, pueden dañar los riñones y otros órganos y deben eliminarse. Se transportan en la sangre a los riñones, donde se eliminan. En el caso de una dieta alta en proteínas, aumentar la ingesta de líquidos permitirá que los riñones eliminen la urea o el ácido úrico de manera eficiente.

Cuando se ingieren proteínas, se digieren en los aminoácidos que las componen. Estos aminoácidos están disponibles para usarse en la construcción de otras proteínas. Las proteínas no se pueden almacenar si ellas o los aminoácidos que las componen no se necesitan de inmediato, se convertirán en grasas o carbohidratos o se metabolizarán para proporcionar energía. Esto presenta un problema para las personas que no tienen fácil acceso a una fuente continua de aminoácidos en su dieta (por ejemplo, personas con una dieta baja en proteínas). Si no tienen una fuente de proteína en la dieta, deben descomponer las proteínas de componentes celulares importantes para suministrar los aminoácidos que necesitan. Es por eso que las proteínas y los aminoácidos se consideran un requisito alimenticio diario importante.

Resumen de la respiración proteica

1. Las proteínas se digieren en aminoácidos.

2. Luego, se elimina el grupo amino de los aminoácidos,

una. generando un cetoácido (ácido acético, ácido pirúvico, etc.), y

B. entrando en el ciclo de Kreb en el lugar apropiado.

Uno de los conceptos más importantes es que los carbohidratos, las grasas y las proteínas se pueden utilizar para proporcionar energía. El destino de cualquier tipo de nutriente en una célula depende de las necesidades momentáneas de la célula. Un organismo cuya ingesta diaria de energía alimentaria exceda su gasto energético diario convertirá solo la cantidad necesaria de alimentos en energía. El exceso de comida se interconvertirá de acuerdo con las enzimas presentes y las necesidades del organismo en ese momento. De hecho, la glucólisis y el ciclo de Krebs permiten el intercambio de moléculas de los tres tipos principales de alimentos (carbohidratos, grasas y proteínas).

Siempre que la dieta de una persona tenga un mínimo de cada uno de los tres tipos principales de moléculas, la maquinaria metabólica de una célula puede manipular moléculas para satisfacer sus necesidades. Si una persona está en una dieta de hambre, las células usarán primero los carbohidratos almacenados. Cuando los carbohidratos desaparecen (después de aproximadamente 2 días), las células comienzan a metabolizar la grasa almacenada. Cuando la grasa desaparece (después de unos días o semanas), se utilizarán las proteínas. Es probable que una persona en esta condición muera (Cómo funciona la ciencia 6.1).

Aplicar el conocimiento de las vías bioquímicas

A medida que los científicos han desarrollado una mejor comprensión de los procesos de respiración celular aeróbica y respiración celular anaeróbica, se han desarrollado varias aplicaciones prácticas de este conocimiento:

1. Los bebés humanos recién nacidos tienen un plan respiratorio modificado que les permite detener la producción de ATP de sus mitocondrias en ciertos tejidos grasos. Aunque la producción de ATP se reduce, les permite convertir la grasa directamente en calor para mantenerlos calientes.

2. Los estudios han demostrado que los caballos metabolizan sus nutrientes 20 veces más rápido durante el invierno que en el verano.

3. Aunque durante siglos las personas han fermentado bebidas como la cerveza y el vino, a menudo se vieron afectadas por productos ácidos que no se podían beber. Una vez que la gente comprendió que había levaduras que producían alcohol en condiciones anaeróbicas y bacterias que convertían el alcohol en ácido acético en condiciones aeróbicas, fue una tarea sencilla evitar la producción de ácido acético evitando que el oxígeno llegara a la mezcla de fermentación.

4. Cuando se descubrió que la bacteria que causa la gangrena gaseosa es anaeróbica y, de hecho, está envenenada por la presencia de oxígeno, se desarrollaron varias terapias con oxígeno para ayudar a curar a los pacientes con gangrena. Algunas personas con gangrena se colocan en cámaras hiperbáricas, con altos niveles de oxígeno bajo presión. En otros pacientes, solo se encierra la parte afectada del cuerpo. En tales condiciones, las bacterias que causan la gangrena mueren o se inhiben (ver figura 4.22).

5. Cuando los médicos reconocieron que la descomposición de las grasas libera cuerpos cetónicos, pudieron diagnosticar enfermedades como la diabetes y la anorexia con mayor facilidad, porque las personas generalmente tienen cantidades bajas de carbohidratos y, por lo tanto, metabolizan las grasas. Las cetonas producidas por la descomposición excesiva de grasas dan como resultado un aliento maloliente.

10. ¿Cuáles son las diferencias entre las vías bioquímicas del metabolismo de las grasas y las proteínas?

11. Describe cómo los carbohidratos, las grasas y las proteínas se pueden interconvertir de unos a otros.

En la respiración celular aeróbica, los organismos convierten los alimentos en energía (ATP) y materiales de desecho (dióxido de carbono y agua). En la respiración celular aeróbica intervienen tres vías metabólicas distintas: la glucólisis, el ciclo de Krebs y el sistema de transporte de electrones. La glucólisis tiene lugar en el citoplasma de la célula y el ciclo de Krebs y el sistema de transporte de electrones tienen lugar en las mitocondrias. Los organismos que tienen oxígeno pueden realizar respiración celular aeróbica. Los organismos y las células que no usan oxígeno realizan la respiración celular anaeróbica (fermentación) y solo pueden usar la vía de la glucólisis. La respiración celular aeróbica produce mucho más ATP que la respiración celular anaeróbica. La glucólisis y el ciclo de Krebs sirven como un sistema de interconversión molecular: las grasas, las proteínas y los carbohidratos se interconvierten de acuerdo con las necesidades de la célula.

1. Los organismos que pueden utilizar fuentes de energía básicas, como la luz solar, para producir moléculas orgánicas que contienen energía a partir de materias primas inorgánicas se denominan

2. Los procesos de respiración celular que no utilizan oxígeno molecular se denominan

3. Las actividades químicas que eliminan los electrones de la glucosa hacen que la glucosa se

4. Los iones de hidrógeno cargados positivamente que se liberan de la glucosa durante la respiración celular eventualmente se combinan con el ion _____ para formar _____.

B. un carbono, dióxido de carbono

D. un ácido pirúvico, ácido láctico

5. ¿El ciclo de Krebs y el HTA son vías bioquímicas realizadas en qué orgánulo eucariota?

6. En un recuento completo de todos los ATP producidos en la respiración celular aeróbica en células eucariotas, hay un total de _____ ATP: _____ del ETS, _____ de la glucólisis y _____ del ciclo de Krebs.

7. Las vías anaeróbicas que oxidan la glucosa para generar energía ATP mediante el uso de una molécula orgánica como último aceptor de hidrógeno se denominan

8. Cuando las células del músculo esquelético funcionan anaeróbicamente, acumulan el compuesto _____, que causa dolor muscular.

9. Cada molécula de grasa puede liberar _____ de ATP, en comparación con una molécula de glucosa.

10. Algunos organismos excretan amoniaco directamente, otros lo convierten en otros compuestos que contienen nitrógeno, como

11. ¿Cuál de los siguientes funciona el proceso de generación de ATP en las mitocondrias?

12. ¿Qué explica mejor la necesidad de reducir el ácido pirúvico en la fermentación?

una. Las células fermentadoras no pueden producir agua.

B. No se produciría suficiente energía para mantenerlos con vida.

C. No hay oxígeno disponible para aceptar los electrones.

D. El NAD + debe regenerarse para su uso continuo en la glucólisis.

13. ¿Por qué las células musculares humanas no producen alcohol y CO?2 durante la respiración anaeróbica?

una. Solo realizan respiración aeróbica.

B. No tenemos los genes para producir las enzimas necesarias para generar alcohol y CO2.

C. Las células explotarían con el gas producido.

D. No hay forma de destruir el alcohol.

14. ¿Cuál es el destino final de los electrones de hidrógeno en la respiración celular aeróbica?

15. ¿Qué portador de electrones libera el mayor potencial durante el ETS?

1. a 2. b 3. b 4. c 5. d 6. a 7. a 8. d 9. c 10. a 11. a 12. d 13. b 14. c 15. A

Personalizando su camino

Imagínese como un átomo de hidrógeno atado a una molécula de grasa. Estás presente en la grasa almacenada de una persona que se muere de hambre. Trace las vías bioquímicas de las que formaría parte a medida que avanzara en el proceso de respiración celular aeróbica. Sea lo más específico posible al describir su ubicación y cómo llegó allí, así como las moléculas de las que forma parte. ¿De qué molécula formarías parte al final de este proceso?

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Ciclo del ácido cítrico

El ciclo del ácido cítrico es una serie de reacciones que produce dos moléculas de dióxido de carbono, una GTP / ATP y formas reducidas de NADH y FADH2.

Objetivos de aprendizaje

Enumere los pasos del ciclo de Krebs (o ácido cítrico)

Conclusiones clave

Puntos clave

  • La molécula de cuatro carbonos, oxaloacetato, que inició el ciclo se regenera después de los ocho pasos del ciclo del ácido cítrico.
  • Los ocho pasos del ciclo del ácido cítrico son una serie de reacciones redox, deshidratación, hidratación y descarboxilación.
  • Cada turno del ciclo forma un GTP o ATP, así como tres moléculas de NADH y una molécula de FADH2, que se utilizarán en los siguientes pasos de la respiración celular para producir ATP para la célula.

Términos clave

  • ciclo del ácido cítrico: una serie de reacciones químicas utilizadas por todos los organismos aeróbicos para generar energía a través de la oxidación de acetato derivado de carbohidratos, grasas y proteínas en dióxido de carbono.
  • ciclo de Krebs: una serie de reacciones enzimáticas que ocurren en todos los organismos aeróbicos involucra el metabolismo oxidativo de las unidades de acetilo y sirve como la principal fuente de energía celular
  • mitocondrias: en biología celular, una mitocondria (mitocondria plural) es un orgánulo encerrado en una membrana, a menudo descrito como & # 8220 plantas de energía celular & # 8221 porque generan la mayor parte del ATP

Ciclo del ácido cítrico (ciclo de Krebs)

Al igual que la conversión de piruvato en acetil CoA, el ciclo del ácido cítrico tiene lugar en la matriz de las mitocondrias. Casi todas las enzimas del ciclo del ácido cítrico son solubles, con la única excepción de la enzima succinato deshidrogenasa, que está incrustada en la membrana interna de la mitocondria. A diferencia de la glucólisis, el ciclo del ácido cítrico es un ciclo cerrado: la última parte de la vía regenera el compuesto utilizado en el primer paso. Los ocho pasos del ciclo son una serie de reacciones redox, deshidratación, hidratación y descarboxilación que producen dos moléculas de dióxido de carbono, una GTP / ATP y formas reducidas de NADH y FADH2. Esto se considera una vía aeróbica porque el NADH y FADH2 producidos deben transferir sus electrones a la siguiente vía del sistema, que utilizará oxígeno. Si esta transferencia no ocurre, tampoco ocurren los pasos de oxidación del ciclo del ácido cítrico. Tenga en cuenta que el ciclo del ácido cítrico produce muy poco ATP directamente y no consume oxígeno directamente.

El ciclo del ácido cítrico: En el ciclo del ácido cítrico, el grupo acetilo del acetil CoA se une a una molécula de oxalacetato de cuatro carbonos para formar una molécula de citrato de seis carbonos. A través de una serie de pasos, el citrato se oxida, liberando dos moléculas de dióxido de carbono por cada grupo acetilo que ingresa al ciclo. En el proceso, tres moléculas de NAD + se reducen a NADH, una molécula de FAD se reduce a FADH2 y se produce un ATP o GTP (según el tipo de célula) (por fosforilación a nivel de sustrato). Debido a que el producto final del ciclo del ácido cítrico es también el primer reactivo, el ciclo se ejecuta de forma continua en presencia de suficientes reactivos.

Pasos en el ciclo del ácido cítrico

Paso 1. El primer paso es un paso de condensación, combinando el grupo acetilo de dos carbonos (de acetil CoA) con una molécula de oxalacetato de cuatro carbonos para formar una molécula de citrato de seis carbonos. CoA se une a un grupo sulfhidrilo (-SH) y se difunde para eventualmente combinarse con otro grupo acetilo. Este paso es irreversible porque es muy exergónico. La velocidad de esta reacción se controla mediante la retroalimentación negativa y la cantidad de ATP disponible. Si los niveles de ATP aumentan, la velocidad de esta reacción disminuye. Si hay escasez de ATP, la tasa aumenta.

Paso 2. El citrato pierde una molécula de agua y gana otra a medida que el citrato se convierte en su isómero, isocitrato.

Pasos 3 y 4. En el paso tres, el isocitrato se oxida, produciendo una molécula de cinco carbonos, α-cetoglutarato, junto con una molécula de CO2 y dos electrones, que reducen NAD + a NADH. Este paso también está regulado por la retroalimentación negativa de ATP y NADH y por un efecto positivo de ADP. Los pasos tres y cuatro son pasos de oxidación y descarboxilación, que liberan electrones que reducen NAD + a NADH y liberan grupos carboxilo que forman CO2 moléculas. El α-cetoglutarato es el producto del paso tres y un grupo succinilo es el producto del paso cuatro. CoA se une al grupo succinilo para formar succinil CoA. La enzima que cataliza el paso cuatro está regulada por la inhibición por retroalimentación de ATP, succinil CoA y NADH.

Paso 5. Se sustituye la coenzima A por un grupo fosfato y se forma un enlace de alta energía. Esta energía se utiliza en la fosforilación a nivel de sustrato (durante la conversión del grupo succinilo en succinato) para formar trifosfato de guanina (GTP) o ATP. Hay dos formas de la enzima, llamadas isoenzimas, para este paso, según el tipo de tejido animal en el que se encuentran. Una forma se encuentra en los tejidos que utilizan grandes cantidades de ATP, como el corazón y el músculo esquelético. Esta forma produce ATP. La segunda forma de la enzima se encuentra en tejidos que tienen una gran cantidad de vías anabólicas, como el hígado. Este formulario produce GTP. GTP es energéticamente equivalente a ATP, sin embargo, su uso está más restringido. En particular, la síntesis de proteínas utiliza principalmente GTP.

Paso 6. El paso seis es un proceso de deshidratación que convierte el succinato en fumarato. Dos átomos de hidrógeno se transfieren a FAD, produciendo FADH2. La energía contenida en los electrones de estos átomos es insuficiente para reducir NAD + pero adecuada para reducir FAD. A diferencia del NADH, este portador permanece unido a la enzima y transfiere los electrones a la cadena de transporte de electrones directamente. Este proceso es posible gracias a la localización de la enzima que cataliza este paso dentro de la membrana interna de la mitocondria.

Paso 7. Se añade agua al fumarato durante el paso siete y se produce malato. El último paso del ciclo del ácido cítrico regenera el oxalacetato oxidando el malato. Se produce otra molécula de NADH.

Productos del ciclo del ácido cítrico

Dos átomos de carbono entran en el ciclo del ácido cítrico de cada grupo acetilo, lo que representa cuatro de los seis carbonos de una molécula de glucosa. Se liberan dos moléculas de dióxido de carbono en cada vuelta del ciclo, sin embargo, estas no contienen necesariamente los átomos de carbono añadidos más recientemente. Los dos átomos de carbono de acetilo eventualmente se liberarán en vueltas posteriores del ciclo, por lo que los seis átomos de carbono de la molécula de glucosa original finalmente se incorporarán al dióxido de carbono. Cada turno del ciclo forma tres moléculas de NADH y una FADH2 molécula. Estos portadores se conectarán con la última parte de la respiración aeróbica para producir moléculas de ATP. También se fabrica un GTP o ATP en cada ciclo. Varios de los compuestos intermedios en el ciclo del ácido cítrico pueden usarse en la síntesis de aminoácidos no esenciales, por lo tanto, el ciclo es anfibólico (tanto catabólico como anabólico).


El papel del oxígeno en el metabolismo aeróbico y anaeróbico

El cuerpo depende de dos procesos para crear energía en reposo y durante el ejercicio, el metabolismo aeróbico y anaeróbico. Simplificado, el sistema metabólico aeróbico usa oxígeno, mientras que el sistema anaeróbico no lo hace, sin embargo, el oxígeno juega un papel vital al permitir que el cuerpo funcione bajo ambos sistemas.

Tanto el sistema aeróbico como el anaeróbico ocurren simultáneamente, no hay cambio de uno a otro. Si el sistema aeróbico o anaeróbico es dominante depende de la cantidad de oxígeno muscular disponible.

Oxígeno muscular

El término oxígeno muscular se refiere al equilibrio entre el suministro y la demanda de oxígeno en el músculo. Por ejemplo, cuando la oferta supera la demanda, la oxigenación es baja y el músculo requiere un metabolismo anaeróbico para proporcionar energía. En el caso contrario, cuando la oferta excede la demanda, la oxigenación es alta y el músculo es capaz de utilizar el metabolismo aeróbico para potenciarse.

Metabolismo aeróbico

El metabolismo aeróbico alimenta la mayor parte de la energía necesaria para una actividad de larga duración. El sistema metabólico aeróbico funciona utilizando el ciclo de Krebs, una serie compleja de reacciones químicas que utilizan oxígeno para convertir nutrientes (carbohidratos, grasas y proteínas) en dióxido de carbono y trifosfato de adenosina (ATP), un compuesto rico en energía.

El metabolismo aeróbico depende del sistema circulatorio para transportar oxígeno a los músculos que trabajan antes de que cree ATP. El metabolismo aeróbico se utiliza principalmente durante los ejercicios de resistencia que, por lo general, son menos intensos y, por lo tanto, pueden continuar durante períodos de tiempo más prolongados.

Metabolismo anaeróbico

El metabolismo anaeróbico, por otro lado, ocurre durante ráfagas cortas de ejercicio de alta intensidad, cuando las demandas de oxígeno del tejido muscular exceden la capacidad de suministro de la circulación, creando una deuda de oxígeno. Si la deuda de oxígeno se vuelve demasiado alta, el músculo ya no puede funcionar. La única forma de recuperar el músculo es proporcionándole sangre rica en oxígeno para oxigenar el exceso de ácido láctico. Esto generalmente se logra durante un período de recuperación en un entrenamiento.

Mucha gente confunde los conceptos de lactato sanguíneo y ácido láctico. El lactato se produce como un subproducto del sistema energético, pero es completamente inofensivo, de hecho, el corazón y los músculos lo utilizan como combustible. Incluso en reposo, el cuerpo produce lactato, aunque las cantidades aumentan con el ejercicio. El ácido láctico, sin embargo, es un subproducto de la acumulación de lactato y hace que aumente la acidosis en el sistema.

La línea de fondo

El oxígeno juega un papel vital en los sistemas metabólicos aeróbicos y anaeróbicos. Si bien el oxígeno se requiere como fuente de energía directa en el sistema aeróbico, también es esencial para limpiar la sangre del exceso de acumulación de ácido láctico en el sistema anaeróbico.


Contenido: Glicólisis Vs Ciclo de Krebs

Gráfica comparativa

Base para la comparación Glucólisisciclo de Krebs
Comienza conDescomposición de la glucosa en piruvato. Oxida el piruvato en CO2.
También conocido comoEMP (vía de Embden-Meyerhof-Parnas o vía citolplásmica).Ciclo de TCA (ácido tricaboxílico), respiración mitocondrial.
Papel del dióxido de carbonoNo se desprende dióxido de carbono en la glucólisis.El dióxido de carbono se desarrolla en el ciclo de Krebs.
Sitio de ocurrenciaDentro del citoplasma.Occurs inside the mitochondria (cytosol in prokaryotes)
It can occur as Aerobically (i.e. in presence of oxygen) or anaerobically (i.e. in absence of oxygen).It occurs aerobically (presence of oxygen).
Degradation of moleculeA glucose molecule is degraded into two molecules of organic substances, pyruvate.Degradation of pyruvate is completely into inorganic substances which are CO2 and H2O.
Consumption of ATPIt consumes 2 ATP molecules, for the phosphorylation.It does not consume ATP.
Net gainTwo molecules of ATP and two molecules of NADH, for every molecule of glucose is broken down.Six molecules of NADH2, 2 molecules of FADH2 for every two acetyl CoA enzyme.
Number of ATP producedThe net gain of ATP is 8 (including NADH).The net gain of ATP is 24.
Oxidative phosphorylationNo role of oxidative phosphorylation.Vital role of oxidative phosphorylation, and oxaloacetate is considered to play a catalytic role.
Step in the process of respirationGlucose is broken into pyruvate, and hence glycolysis is said as the first step of respiration.Krebs cycle is the second step of respiration.
Type of pathwayIt is the straight or linear pathway.It is a circular pathway.

Definition of Glycolysis

Glycolysis is also known as ‘Embden-Meyerhof-Parnas Pathway‘. It is a unique pathway occurring aerobically as well anaerobically, without the involvement of molecular oxygen. It is the major pathway for glucose metabolism and occurs in the cytosol of all the cells. The basic concept of this process is that the one molecule of glucose gets partially oxidized into two moles of pyruvate, enhanced by the presence of enzymes.

Glycolysis is a process that occurs in 10 simple steps. In this cycle first seven steps reactions of glycolysis occur in the cytoplasmic organelles called as glycosome. While the other three reactions like hexokinase, phosphofructokinase, and pyruvate kinase are the irreversible one.

The whole cycle is divided into two phases, the first five steps are known as preparatory phase and the another is known as payoff phase. In the first five steps of this pathway, phosphorylation of glucose occurs twice and is converted to fructose 1,6 -biphosphate, so we can say that here energy is consumed due to phosphorylation and ATP is the phosphoryl group donor.

Further now fructose 1,6 -biphosphate gets splits to yield two 2,3-carbon molecules. Dihydroxyacetone phosphate, which is one of the product is converted into glyceraldehydes 3-phophate. This gives two molecules of glyceraldehyde 3-phopsphate, which are further processed to five-step payoff phase.

Pay-off phase is the energy gain phase of glycolysis, and it yields ATP and NADH in the last step. Firstly, glyceraldehyde 3-phosphate is oxidized with NAD+ as the electron acceptor (to form NADH) and an inorganic phosphate is incorporated to give a high energy molecule as 1,3 -biphosphoglycerate. Subsequently, high-energy phosphate on carbon one is donated to ADP to convert into ATP. This production of ATP is called substrate-level phosphorylation.

Thus the energy yield from the glycolysis is 2 ATP and 2 NADH, from one molecule of glucose.

Steps involved in glycolysis:

Step 1: This first step is called as fosforilación, it is an irreversible reaction leads by an enzyme called as hexokinase. This enzyme is found in all types of cells. In this step, Glucose is phosphorylated by ATP to form a sugar-phosphate molecule. The negative charge present on the phosphate prevents the passage of the sugar phosphate through the plasma membrane and thus engaging glucose inside the cell.

Step 2: This step is called Isomerization, in this a reversible rearrangement of the chemical structure moves the carbonyl oxygen from carbon 1 to carbon 2, forming a ketose from an aldose sugar.

Step 3: This is also a fosforilación step, the new hydroxyl group on carbon 1 is phosphorylated by ATP, for the formation of two three-carbon sugar phosphates. This step is regulated of the enzyme phosphofructokinase, which checks the entry of sugars into glycolysis.

Step 4: This is named as cleavage reaction. Here two three-carbon molecule is produced by cleaving the six carbon sugar. Only the glyceraldehyde 3-phosphate can proceed immediately through glycolysis.

Step 5: This is also Isomerization reaction, where the other product of step 4, dihydroxyacetone phosphate is isomerized to form glyceraldehyde 3 -phosphate.

Step 6: From this step, the energy generation phase will start. So the two molecules of glyceraldehyde 3-phosphate are oxidized. By reacting with the -SH group, Iodoacetate inhibits the function of enzyme glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase.

Step 7: ATP is formed, from the high-energy phosphate group that was generated in step 6.

Step 8: The phosphate ester linkage in 3-phosphoglycerate, having free energy is moved from carbon 3 to form 2-phosphoglycerate.

Step 9: Enol phosphate linkage is created with the removal of water from 2-phosphoglycerate. Enolase (enzyme catalyzing this step) is inhibited by fluoride.

Step 10: Forms ATP, with the transfer of ADP to the high energy phosphate group, generated in step 9.

Definition of Krebs Cycle

This cycle occurs in the matrix of mitochondria (cytosol in prokaryotes). The net result is the production of CO2 when the acetyl group entering the cycle as Acetyl CoA. In this, the oxidation of pyruvic acid into carbon dioxide and water occurs.

Krebs cycle was discovered by H.A Krebs (a German-born biochemist) in the year 1936. As the cycle begins with the formation of citric acid, it is called citric acid cycle. The cycle also contains three carboxylic groups (COOH), hence also called as a tricarboxylic acid cycle (TCA cycle).

The Citric acid (Krebs) cycle

Steps involved in Krebs cycle:

Step 1: Citrate is produced in this step when Acetyl CoA adds its two-carbon acetyl group to oxaloacetate.

Step 2: Citrate is converted to its isocitrate (an, an isomer of citrate), by the removal of one water molecule and adding the another.

Step 3: NAD+ is reduced to NA when isocitrate is oxidized and loses a CO2 molecule.

Step 4: CO2 is lost again, the resulting compound is oxidized and NAD+ is reduced to NADH. The remaining molecule gets attached to coenzyme A through an unstable bond. Alpha-ketoglutarate dehydrogenase catalyzes the reaction.

Step 5: GTP is generated by the displacement of CoA by a phosphate group and transferred to GDP.

Step 6: In this step, FADH2 and oxidizing succinate are formed, when two hydrogens are transferred to FAD.

Step 7: The substrate gets oxidized and NAD+ is reduced to NADH and oxaloacetate is regenerated.


Use of ferric ion as an electron acceptor

Ferric ion (Fe 3+ ) can be used by several bacteria as an electron acceptor, reducing it to ferrous ion (Fe 2+ ) this process is carried out by many microorganisms that reduce nitrate. The ferric ion is found in soil and rocks, often forming ferric hydroxide (Fe (OH) 3 ) insoluble under anaerobic conditions, these bacteria can reduce it to the ferrous state. The ferrous ion is much more soluble than the ferric, whereby the iron is mobilized, this being an important first step in the formation of a type of mineral deposit called marsh iron .


Bioquímica. 5th edition.

Figura

Mitochondria, Stained Green, Form a Network Inside a Fibroblast Cell (Left). Mitochondria oxidize carbon fuels to form cellular energy. This transformation requires electron transfer through several large protein complexes (above), some of which pump (more. )

El NADH y FADH2 formed in glycolysis, fatty acid oxidation, and the citric acid cycle are energy-rich molecules because each contains a pair of electrons having a high transfer potential. When these electrons are used to reduce molecular oxygen to water, a large amount of free energy is liberated, which can be used to generate ATP. Oxidative phosphorylation is the process in which ATP is formed as a result of the transfer of electrons from NADH or FADH 2 to O 2 by a series of electron carriers. This process, which takes place in mitochondria, is the major source of ATP in aerobic organisms (Figure 18.1). For example, oxidative phosphorylation generates 26 of the 30 molecules of ATP that are formed when glucose is completely oxidized to CO2 y H2O.

Figure 18.1

Electron Micrograph of a Mitochondrion. [Courtesy of Dr. George Palade.]

Oxidative phosphorylation is conceptually simple and mechanistically complex. Indeed, the unraveling of the mechanism of oxidative phosphorylation has been one of the most challenging problems of biochemistry. The flow of electrons from NADH or FADH2 to O2 through protein complexes located in the mitochondrial inner membrane leads to the pumping of protons out of the mitochondrial matrix. The resulting uneven distribution of protons generates a pH gradient and a transmembrane electrical potential that creates a proton-motive force. ATP is synthesized when protons flow back to the mitochondrial matrix through an enzyme complex. Por lo tanto, the oxidation of fuels and the phosphorylation of ADP are coupled by a proton gradient across the inner mitochondrial membrane (Figure 18.2).

Figure 18.2

Essence of Oxidative Phosphorylation. Oxidation and ATP synthesis are coupled by transmembrane proton fluxes.

Oxidative phosphorylation is the culmination of a series of energy transformations that are called cellular respiration or simply respiration in their entirety. First, carbon fuels are oxidized in the citric acid cycle to yield electrons with high transfer potential. Then, this electron-motive force is converted into a proton-motive force and, finally, the proton-motive force is converted into phosphoryl transfer potential. The conversion of electron-motive force into proton-motive force is carried out by three electron-driven proton pumps—NADH-Q oxidoreductase, Q-cytochrome C oxidoreductase, and cytochrome C oxidase. These large transmembrane complexes contain multiple oxidation-reduction centers, including quinones, flavins, iron-sulfur clusters, hemes, and copper ions. The final phase of oxidative phosphorylation is carried out by ATP synthase, an ATP-synthesizing assembly that is driven by the flow of protons back into the mitochondrial matrix. Components of this remarkable enzyme rotate as part of its catalytic mechanism. Oxidative phosphorylation vividly shows that proton gradients are an interconvertible currency of free energy in biological systems.

Respiration—

An ATP-generating process in which an inorganic compound (such as molecular oxygen) serves as the ultimate electron acceptor. The electron donor can be either an organic compound or an inorganic one.

  • 18.1. Oxidative Phosphorylation in Eukaryotes Takes Place in Mitochondria
  • 18.2. Oxidative Phosphorylation Depends on Electron Transfer
  • 18.3. The Respiratory Chain Consists of Four Complexes: Three Proton Pumps and a Physical Link to the Citric Acid Cycle
  • 18.4. A Proton Gradient Powers the Synthesis of ATP
  • 18.5. Many Shuttles Allow Movement Across the Mitochondrial Membranes
  • 18.6. The Regulation of Cellular Respiration Is Governed Primarily by the Need for ATP
  • Resumen
  • Problems
  • Selected Readings

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Ver el vídeo: Ciclo de Krebs: Reacciones, regulación y papel en enfermedad Bioquímica PASO A PASO (Enero 2022).