TEMA 13
RESPIRACIÓN
Y
FOTOSÍNTESIS
CATABOLISMO
El catabolismo es el conjunto de reacciones
químicas en las que se destruye materia
orgánica compleja, obteniéndose
sustancias sencillas y energía que se
almacena en forma de ATP.
 Es semejante en células autótrofas y
heterótrofas.

TIPOS DE CATABOLISMO

Según el aceptor de los electrones de las
sustancias que se oxidan se distinguen los
siguientes tipos de catabolismo:



Respiración: Cuando son sustancias inorgánicas.
Puede ser aerobia cuando es el oxígeno o anaerobia
cuando son otras sustancias como el NO3- , SO4= y
CO2.
Fermentación: Cuando son sustancias orgánicas como
el ácido pirúvico.
Según la sustancia que se oxida el catabolismo
puede ser de glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos
nucleicos.
CATABOLISMO DE GLÚCIDOS

Los polisacáridos y disacáridos se hidrolizan en el
tubo digestivo obteniéndose monosacáridos, de los
que la glucosa es el más importante.
Glucogenolisis

Glucógeno
Glucosa
Glucogenogénesis

Ácido pirúvico
Gluconeogénesis
En el catabolismo de la glucosa se distinguen las
siguientes fases:


Glucolisis
Glucolisis, Ciclo de Krebs y Cadena respiratoria.
Estas fases no son exclusivas del catabolismo de
glúcidos, sino que el resto de moléculas se incorporan
en distintos lugares de estas rutas.
CATABOLISMO DE GLÚCIDOS

GLUCOLISIS



Es un proceso anaerobio que tiene lugar en el
hialoplasma.
Es una ruta metabólica que convierte a la glucosa
en ácido pirúvico.
Funciona en prácticamente en todas las células y
para algunas es su única fuente de energía.
CATABOLISMO DE GLÚCIDOS
CATABOLISMO DE GLÚCIDOS

GLUCOLISIS

Este proceso puede resumirse en dos etapas:

Una primera etapa preparatoria, en la que la glucosa es
fosforilada y fragmentada, dando lugar a dos moléculas de
gliceraldehído 3 fosfato y consumiéndose 2 moléculas de ATP.

GLUCOSA + 2 ATP
2 GLICERALDEHIDO-3 P + 2 ADP

Una segunda etapa oxidativa, en la que las dos moléculas de
gliceraldehído 3 fosfato son oxidadas por 2 moléculas de
NAD+ que se reducen a NADH + H+ y convertidas en ácido
pirúvico, obteniéndose 4 moléculas de ATP.

2 GLICERALDEHIDO-3P + 4 ADP + 2 NAD+
2 ÁC. PIRÚVICO + 4 ATP + 2 NADH + H+
CATABOLISMO DE GLÚCIDOS

GLUCOLISIS

ECUACIÓN GLOBAL:
Glucosa + 2 ADP + 2Pi + 2 NAD+ ==>2 Ácido pirúvico + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+
CATABOLISMO DE GLÚCIDOS

GLUCOLISIS

Destino de los productos:



El ácido pirúvico en condiciones anaeróbicas fermenta al
reducirse por el NADH + H+ a productos orgánicos como el
ácido láctico o el alcohol. Estas fermentaciones las
realizan microorganismos como levaduras y bacterias,
pero también se produce dentro de los músculos
esqueléticos.
El ácido pirúvico en condiciones aerobias entra en la
mitocondria.
El NADH + H+ se puede oxidar cediendo sus electrones al
oxígeno a través de la cadena respiratoria mitocondrial.
CATABOLISMO DE GLÚCIDOS

DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA


El ácido pirúvico en la entrada de la mitocondria se
produce una descarboxilación oxidativa,
transformándose en acetil-CoA.
Se desprende una molécula de CO2 y la energía
desprendida se acumula en una molécula de NADH
+ H+.
CATABOLISMO DE GLÚCIDOS

CICLO DE KREBS
Se realiza en la matriz de la mitocondria.
 Su función es oxidar el grupo acetilo del
acetil-CoA a CO2.
 En estas reacciones se desprende energía
que es utilizada para reducir el NAD+ a NADH
+ H+, el FAD a FADH2 y para fosforilar una
molécula de GDP a GTP
 Es además una ruta ANFIBÓLICA

CATABOLISMO DE GLÚCIDOS

CICLO DE KREBS

ECUACIÓN GLOBAL:
Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP
2 CO2 + 3 NADH + H+ + FADH2 + GTP
CATABOLISMO DE GLÚCIDOS

CADENA RESPIRATORIA



Está formada por una serie de enzimas transportadores de
electrones y otros con capacidad deshidrogenasa, que se
encuentran situados en las crestas mitocondriales formando
un complejo multienzimático.
Las proteínas transportadoras están agrupadas en 3 grandes
complejos, cada uno posee un potencial redox más positivo
que el anterior, de forma que los electrones descienden en
cascada desde el NADH + H+ y FADH2 hasta el oxígeno, que
con dos protones formarán la molécula de agua.
El NADH +H+ cede sus electrones al complejo I y FADH2 lo
hace al coenzima-Q, al que llegarán también los electrones
del complejo I; del coenzima-Q pasan al complejo II y de éste
a través del citocromo-C llegan al complejo III, quien se los
cede finalmente al oxígeno
CATABOLISMO DE GLÚCIDOS
CADENA RESPIRATORIA
CATABOLISMO DE GLÚCIDOS

FOSFORILACIÓN OXIDATIVA






La formación del ATP queda explicada por la
hipótesis quimiosmótica de Mitchel.
la energía liberada en el transporte de electrones
permite bombear protones desde la matriz hacia el
espacio intermembrana en los tres complejos.
Se crea por tanto una alta concentración de protones
en el espacio intermembrana.
Los protones sólo pueden salir a través de unas
proteínas con capacidad de sintetizar ATP y que se
denominan partículas F
Por cada NADH + H+ se forman 3 ATP
Por cada FADH2 se forman 2 ATP.
CATABOLISMO DE GLÚCIDOS

FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
CATABOLISMO DE GLÚCIDOS

Balance energético de la respiración
aerobia para una molécula de glucosa
ENTRAR
CATABOLISMO DE GLÚCIDOS

Sistemas de lanzaderas
CATABOLISMO DE LÍPIDOS



Para la obtención de energía de las grasas, primero
debe separarse la glicerina de los ácidos grasos
mediante la actuación de las lipasas.
Los ácidos grasos entran en la mitocondria y se
degradan en una ruta denominada b-oxidación o hélice
de Lynen.
Al entrar en la mitocondria los ácidos grasos se
activan añadiéndole un CoA. En este proceso se gasta
una molécula de ATP.
Tiocinasa

Ácido graso + CoA + ATP
Citoplasma

acil-CoA + AMP +PPi
mitocondria
CATABOLISMO DE LÍPIDOS



Posteriormente este ácido activado o Acil-CoA, sufre
la b-oxidación, que consiste en la rotura por el
carbono b del ácido obteniéndose un Acetil-CoA y un
Acil-CoA con dos átomos de carbono menos. Este
último vuelve a la hélice hasta que todo el ácido graso
se haya transformado en moléculas de Acetil-CoA.
En cada vuelta se produce un NADH +H+ y un FADH2.
Las moléculas de Acetil-CoA terminan de degradarse
en el ciclo de Krebs y el NADH +H+ y FADH2 en la
cadena respiratoria.
CATABOLISMO DE LÍPIDOS
CATABOLISMO DE LÍPIDOS

Balance energético del catabolismo aerobio de
un ácido graso con 16 átomos de carbono
CATABOLISMO DE PROTEÍNAS



Las proteínas no son utilizadas como fuente
energética en los seres vivos.
Sin embargo los aminoácidos, que son las unidades
constituyentes, si pueden degradarse y liberar energía
al transformarse en compuestos que ingresan en el
ciclo de Krebs como el ácido pirúvico.
Alanina + a-cetoglutárico
Ácido Pirúvico + Ácido Glutámico
Transaminación
CATABOLISMO DE ÁCIDOS
NUCLEICOS
Una vez separados sus componentes:
 las pentosas se incluyen en la vía de la
glucolisis
 el fosfato se utiliza para fosforilar el ADP
 las bases pueden utilizarse de nuevo o
degradarse dando compuestos
nitrogenados que se excretarán.
CUADRO GENERAL DE LOS
PROCESOS CATABÓLICOS
FOTOSÍNTESIS

CONCEPTO
FOTOSÍNTESIS

FASES
FOTOQUIMICA: captación de luz y obtención
de energía (ATP) y poder reductor (NADPH +
H+).
 BIOSINTÉTICA: Síntesis de materia orgánica
con gasto de ATP y NADPH + H+.

FOTOSÍNTESIS

FASE FOTOQUÍMICA



La luz va a ser captada por los COMPLEJOS ANTENA
La energía lumínica se canaliza hasta una molécula de
clorofila especial llamada clorofila del centro de
reacción
En éste se encuentra la molécula de clorofila aI en el
fotosistema I (P700) o la clorofila aII en el fotosistema II
(P680).
Cada fotosistema
contiene carotenos,
clorofilas y proteínas.
Estas moléculas
captan la energía
luminosa y la ceden a
las moléculas vecinas
presentes en cada
fotosistema hasta que
llega a una molécula
de clorofila-a
denominada molécula
diana.
Fotosistema
Las diferentes sustancias
captan luz de diferente
longitud de onda. De
esta manera, gran
parte de la energía
luminosa es captada.
FOTOSÍNTESIS

FASE FOTOQUÍMICA

La fotosíntesis puede realizarse de forma acíclica
cuando funcionan los fotosistemas I y II o de forma
cíclica cuando sólo funciona el fotosistema I.

ACÍCLICA

CÍCLICA
FOTOSÍNTESIS

FASE FOTOQUÍMICA ACÍCLICA
FOTOSÍNTESIS

FASE FOTOQUÍMICA CÍCLICA
FOTOSÍNTESIS

FASE FOTOQUÍMICA COMPARACIÓN
FOTOSÍNTESIS

FASE BIOSINTÉTICA

En esta fase se utiliza la energía (ATP) y poder reductor
(NADPH + H+) obtenida de la fase fotoquímica, para
transformar unos compuestos inorgánicos en
orgánicos. No se precisa la luz. Esta fase tiene lugar en
el estroma de los cloroplastos
FOTOSÍNTESIS

FASE BIOSINTÉTICA

Biosíntesis de compuestos de carbono (Ciclo de Calvin)
FOTOSÍNTESIS

FASE BIOSINTÉTICA

Biosíntesis de compuestos de nitrógeno

Las células vegetales obtienen el Nitrógeno a partir de los nitratos
del suelo, lo reducen a amoníaco, y este se incorpora a ácidos
orgánicos para formar aminoácidos.

NO3- + NADPH + H+ + ATP
NO2- + NADPH + H+ + ATP

NO2- + NADP+ + ADP
NH4+ + NADP+ + ADP
FOTOSÍNTESIS

FASE BIOSINTÉTICA

Biosíntesis de compuestos de azufre

El azufre se obtiene a partir de los sulfatos del suelo que es
reducido a sulfito y posteriormente a sulfuros, que se
incorporan a los aminoácidos, mediante el NADPH + H+ y
gasto de energía en forma de ATP.
SO4-2 + NADPH + H+ + ATP
SO3-2 + NADPH + H+ + ATP
SO3-2 + NADP+ + ADP
S-2 + NADP+ + ADP
FOTOSÍNTESIS

ECUACIÓN GLOBAL
6
FOTOSÍNTESIS

FACTORES QUE INTERVIENEN

La concentración de CO2
6
FOTOSÍNTESIS

FACTORES QUE INTERVIENEN

La concentración de O2
6
FOTOSÍNTESIS

FACTORES QUE INTERVIENEN

La disponibilidad de agua
6
FOTOSÍNTESIS

FACTORES QUE INTERVIENEN

La temperatura
6
FOTOSÍNTESIS

FACTORES QUE INTERVIENEN

La intensidad luminosa
6
FOTOSÍNTESIS

FACTORES QUE INTERVIENEN

Color de la luz
6
QUIMIOSÍNTESIS

CONCEPTO

En la quimiosíntesis la energía se obtiene de la
oxidación de moléculas inorgánicas sencillas y la
materia también. Este metabolismo sólo es capaz de
realizarlo algunas bacterias
6
QUIMIOSÍNTESIS

FASES
1. Obtención de energía en forma de ATP y NADPH2.
2. Síntesis de compuestos orgánicos a partir de
inorgánicos.
6
Las bacterias se clasifican según el sustrato que oxidan
QUIMIOSÍNTESIS

TIPOS DE BACTERIAS

NITRÓGENO
6
QUIMIOSÍNTESIS

TIPOS DE BACTERIAS

DEL AZUFRE Y DEL HIERRO
6
QUIMIOSÍNTESIS

TIPOS DE BACTERIAS

DEL HIDRÓGENO Y DEL METANO

Oxidan hidrógeno y metano respectivamente
6
QUIMIOSÍNTESIS

SÍNTESIS DE COMPUESTOS ORGÁNICOS


Los procesos son similares a los de la fotosíntesis.
Existe un grupo especial de bacterias (Rizobium sp.) con
capacidad para fijar N2 atmosférico, lo que supone una gran
ventaja debido a su abundancia y fácil acceso
6
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