4d Metabolismo Respiración A 2020 1

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TEMARIO
4.4. RESPIRACIÓN CELULAR y FERMENTACIÓN
a) Introducción
b) Definiciones
c) Respiración celular aeróbica – Etapas
d) Glicolisis
e) Formación de acetil CoA
f) Ciclo de Krebs
g) Fosforilación oxidativa o Cadena transportadora de electrones
h) Cómo es la ATPasa o ATP sintasa
i) Cómo se forman los ATPs en la ATPasa
j) Balance total de ATPs
k) La Fermentación
ATPs
¿Para que sirve la energía química o potencial producida a través de la fotosíntesis?
Para el 
sostenimiento 
de la vida en 
el planeta
a) INTRODUCCIÓN
ENERGÍA 
QUÍMICA
O ENERGÍA 
POTENCIAL
¿Para qué usan las células la 
energía química o potencial? 
Para producir principalmente 
ATP que es una molécula 
energética de uso directo 
“MONEDA ENERGÉTICA”
METABOLISMO
ATP
ENERGÍA 
QUÍMICA
¿Cómo liberan las células la 
energía química o potencial? 
Se libera a través del metabolismo (procesos 
catabólicos) en las que suceden reacciones de 
degradación que rompen enlaces y producen 
moléculas de reserva energética y ATPs
METABOLISMO
ENERGÍA QUÍMICA
O POTENCIAL
SE LIBERA Y SE
TRANSFORMA
ATP
MONEDA 
ENERGÉTICA
MOLÉCULAS 
RESERVORIO 
DE ENERGÍA
NADH2
FADH2
NADPH2
GTP
AMP
ADP
ATP
METABOLISMO
MONEDA ENERGÉTICA 
(Energía de uso directo)
ADP + Pi
TRANSPORTE ACTIVO
TRANSMISIÓN DE IMPULSOS
BIOLUMINISCENCIA
ATP
BIOSÍNTESIS DE MATERIAL CELULAR
MOTILIDAD, CONTRACCIÓN
¿PARA QUÉ USA LA CÉLULA LA ENERGÍA LIBERADA EN FORMA DE ATP)? 
CÉLULA
PROCESO CATABÓLICO
CO2 + H2O
RESIDUOS
ALIMENTO
FOTOSÍNTESIS
LA USA PARA REALIZAR SUS DIVERSAS FUNCIONES CELULARES 
ELEMENTOS DEL METABOLISMO (CATABOLISMO)
• ENZIMAS
• ATP
• MOLÉCULAS DE RESERVA ENERGÉTICA 
ALIMENTO
ATP
ENERGÍA
BIOLUMINISCENCIA
ENZIMAS
METABOLISMO
Peces de las 
profundidades 
iluminando su 
ambiente. 
¿ CÓMO OBTIENEN LAS CÉLULAS ENERGÍA EN FORMA DE ATP ?
A TRAVÉS DE PROCESOS METABÓLICOS CATABÓLICOS
- GLICÓLISIS (SISTEMA EMBDEN MEYERHOF 
PARNAS - EMP)
- RESPIRACIÓN AERÓBICA
- RESPIRACIÓN ANAERÓBICA
- FERMENTACIÓN
ATP
ATP
ATP
ATP
A
L
I
M
E
N
T
O
¿ CÓMO OBTIENEN LAS CÉLULAS ENERGÍA EN FORMA DE ATP ?
ATP
RESPIRACIÓN 
CELULAR
METABOLISMO
ATP
CÉLULA
RESPIRACIÓN
Es un proceso de oxidación total de compuestos orgánicos o degradación 
total de compuestos orgánicos hasta CO2 y H2O en presencia de oxígeno. 
Aquí el oxígeno actúa como aceptor final de electrones.
Proceso de degradación total de compuestos orgánicos en ausencia de 
oxígeno hasta NO2 o N2 o SH2 o CH4. Aquí los aceptores de electrones 
son otros compuestos inorgánicos diferentes al oxígeno como: NO3 o 
SO4 o CO2.
Es un proceso de oxidación total de compuestos orgánicos o 
degradación total de compuestos orgánicos hasta compuestos simples.
RESPIRACIÓN AERÓBICA
RESPIRACIÓN ANAERÓBICA
b) DEFINICIONES
GLUCOSA
ÁCIDO PIRÚVICO
2ATP
2 ADP
+ 2 P
2NADH
2 NAD+
CoA
Coenzima A
CO2
NAD+ NAD 
2- Formación de
acetil coenzima A
Acetil coenzima A
NADH
CoA
Ciclo
Krebs
coA
CO2
3 NAD+
3 NADH
ADP
+ 
P
ATP
FAD
FADH2
O2
e-
H2O
3-Ciclo del ácido cítrico
(ciclo de Krebs)
1-Glucólisis
4- Fosforilación
oxidativa
ETAPAS DE LA RESPIRACIÓN AERÓBICA
ATP
GLUCOSARESPIRACIÓN 
AERÓBICA
6C (glucosa)
3C 3C (ácido pirúvico)
oxidación 2 ATP
2 NADH (con los átomos de H disociados de la glucosa)
1-GLUCÓLISIS
2-FORMACIÓN DE ACETILCOENZIMA A
2C (acetato) coenzima A
Descarboxilación y 
oxidación
CO2
NADH
CÉLULA
3-CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO
(ciclo de Krebs)
CITOPLASMA
4C
(oxalacetato) 6C
(citrato)
6C
5C
4C4C
4C
4C
2C
CO2
NADH
CO2
NADH
FADH2
NADH
ATP
4-FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
RESPIRACIÓN 
ANAERÓBICA 
MENOS DE 30 ATP
PROCARIOTAS SO2-4
NO3-
CO2
H2S
NO2-
N2
CH4
Ausencia de oxígeno
EUBACTERIAS
ARQUEOBACTERIAS
RESPIRACIÓN 
ANAERÓBICA
FERMENTACIÓN
Proceso de degradación parcial de azúcares hasta compuestos 
intermedios en ausencia de oxígeno. En donde una molécula 
orgánica a través de una serie de reacciones es transformada hasta 
ácido pirúvico y luego a otros compuesto intermedios (etanol, 
ácido láctico, etc.). 
Azúcares →→Ac. Pirúvico → etanol
NUTRICIÓN
Es el conjunto de procesos por los cuales las células y los seres vivos 
toman nutrientes del medio externo para transformarlos en su 
propia materia viva y realizar sus funciones vitales.
Compuesto 
intermedio
Tipos de 
Nutrición
Tipo de Organismo Fuente de energía
Fuente de 
Carbono
Autotrófica
Fototrofos o Fotolitotrofos
(Ejm. Plantas, algas)
Luz solar
CO2
Quimiolitotrofos
(Ejm. Bacterias del 
Nitrógeno, Hierro, azufre)
Reacciones de oxidación 
de moléculas inorgánicas
Heterotrófica
Quimioorganotrofos
(Ejm. Hongos, animales, 
protozoarios)
Reacciones de oxidación 
de moléculas orgánicas
Materia 
orgánica 
elaborada
TIPOS 
DE 
NUTRICIÓN
c) RESPIRACIÓN CELULAR - AERÓBICA
Es un proceso de degradación total de compuestos orgánicos hasta CO y H2O 
en presencia de oxígeno con liberación de 36 o 38 ATPs (Moneda energética)
CÉLULA
CITOPLASMA
MITOCONDRIA
ETAPAS:
- GLICÓLISIS
- FORMACIÓN DE 
ACETIL CoA
- CICLO DE KREBS
- FOSFORILACIÓN 
OXIDATIVA
¿En dónde se desarrollan estas etapas?
La Glicólisis se desarrolla en el citoplasma de la célula, mientras
que la Formación de Acetil Coenzima A y el Ciclo de Krebs se
desarrolla en la matriz mitocondrial y finalmente la Cadena
transportadora de electrones (CTE) se desarrolla en la membrana
interna de la mitocondria o cresta mitocondrial.
ETAPAS:
- GLICÓLISIS
- FORMACIÓN DE 
ACETIL CoA
- CICLO DE KREBS
- FOSFORILACIÓN 
OXIDATIVA
GLUCOSA
2ATP
2 ADP
+ 2 P
2NADH
2 NAD+
1-Glucólisis
d) ETAPAS DE LA RESPIRACIÓN AERÓBICA: GLICÓLISIS
Mitocondria
Citoplasma
GLUCOSA CÉLULA
2 ÁCIDOs PIRÚVICOS
En esta primera etapa la molécula de glucosa (6C) se degrada hasta 2 ácidos pirúvicos 
(3C) con liberación de 4ATPs totales y una ganancia neta de 2 ATPs y 2 NADHs.
HEXOCINASA
ISOMERASA
ALDOLASA
TRIOSA FOSFATO 
DESHIDROGENASA
FOSFO 
FRUCTOCINASA
FOSFOGLICERO
MUTASA
FOSFOGLICERO
MUTASA
TRIOSA CINASA
TRIOSA CINASA
TRIOSA 
ISOMERASA
FOSFORILACIÓN 
A NIVEL DE 
SUSTRATO
ADP + Pi
ADP + Pi
¿Cómo se desarrolla la glicólisis?
GLUCOSA
ÁCIDO PIRÚVICO
2ATP
2 ADP
+ 2 P
2NADH
2 NAD+
CoA
Coenzima A
CO2
NAD+ NAD 
2- Formación de
acetil coenzima A
Acetil coenzima A
NADH
1-Glucólisis
e) FORMACIÓN DE ACETIL Co A 
Es una reacción de Matriz mitocondrial en donde se forma Acetil CoA 
y se libera energía en forma de NADH y una molécula de CO2
2. FORMACIÓN DE ACETIL Co A 
El piruvato se degrada para formar CO2 y un grupo acetilo. El grupo acetilo se une 
al CoA para formar acetil CoA. Simultáneamente, NAD recibe dos electrones 
energizados y un ión hidrógeno para formar NADH. El acetil CoA entra en el ciclo 
de Krebs.
GLUCOSA
ÁCIDO PIRÚVICO
2ATP
2 ADP
+ 2 P
2NADH
2 NAD+
CoA
Coenzima A
CO2
NAD+ NAD 
2- Formación de
acetil coenzima A
Acetil coenzima A
NADH
CoA
Ciclo
Krebs
coA
CO2
3 NAD+
3 NADH
ADP
+ 
P
ATP
FAD
FADH2
3-Ciclo del ácido cítrico
(ciclo de Krebs)
1-Glucólisis
f) CICLO DE KREBS O CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO
Es una reacción de Matriz mitocondrial en donde el Acetil CoA se une al ácido oxalacético y 
forma ácido cítrico dando lugar al Ciclo de Krebs o ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos 
tricarboxilicos.
El ciclo de Krebs
❶ El acetil CoA dona su grupo acetilo a una molécula de
oxaloacetato, que tiene cuatro carbonos. Se libera CoA. 
El agua dona hidrógenos a la molécula de CoA y 
oxígeno a la del citrato.
❷ El citrato se reorganiza para formar isocitrato.
❸ El isocitrato libera CO2 y forma α-cetoglutarato. El 
NAD capta dos electrones energéticos y un H+ para 
formar NADH.
❹ El α-cetoglutarato desprende CO2 y forma succinato. El 
NAD capta dos electrones energizados y un H+ para 
formar NADH y una molécula de ATP capta energía 
adicional. En este punto, los tres carbonos del piruvato 
original se liberaroncomo CO2.
❺ El succinato se convierte en fumarato. El FAD capta 
dos electrones energizados y dos H para formar FADH2.
❻ El fumarato se convierte en malato, que contiene otros 
dos hidrógenos y un oxígeno adicional, tomado del 
agua.
❼ El malato se convierte en oxaloacetato. El NAD capta 
dos electrones energizados y un H+ para formar NADH.
GLUCOSA
ÁCIDO PIRÚVICO
2ATP
2 ADP
+ 2 P
2NADH
2 NAD+
CoA
Coenzima A
CO2
NAD+ NAD 
2- Formación de
acetil coenzima A
Acetil coenzima A
NADH
CoA
Ciclo
Krebs
CoA
CO2
3 NAD+
3 NADH
ADP
+ 
P
ATP
FAD
FADH2
O2
e-
H2O
3-Ciclo del ácido cítrico
(ciclo de Krebs)
1-Glucólisis
4- Fosforilación
oxidativa
g) CADENA TRANSPORTADORA DE ELECTRONES O FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
ATP
La Cadena transportadora de electrones (CTE) en células eucariotas está formado 
por: (1) la proteína NADH-Q-Reductasa que tiene al FAD (Flavin adenin 
dinucleótido) como grupo prostético (2) La Coenzima Q o Ubiquinona 
(3) Citocromo b (4) Citocromo c (5) Citocromo a (6) Citocromo a3 (7) Oxígeno 
(8) ATP SINTASA
¿Cómo está estructurada la Cadena transportadora de electrones (CTE) en 
la membrana de la cresta mitocondrial (Unidad de respiración=Oxisoma)?
Los electrones fluyen de la siguiente manera: ❶ NADH y FADH2 donan sus electrones 
energizados y iones hidrógeno a la CTE. A medida que los electrones pasan por la cadena 
(flechas grises gruesas), parte de su energía sirve para bombear iones hidrógeno de la matriz al 
espacio intermembranoso (flechas rojas delgadas). ❷ Esto genera un gradiente de iones que 
impulsa la síntesis de ATP. ❸ Al final de la cadena de transporte de electrones, los que no 
tienen energía se combinan con los iones hidrógeno y el oxígeno de la matriz y forman agua. ❹
Los iones hidrógeno pasan por su gradiente de concentración del espacio intermembranoso a la 
matriz a través de los canales de ATP sintasa y producen ATP a partir del ADP y el fosfato. Por 
cada NADH se bombean 3 H+ y por cada FADH2 2 H
+ y forman 3 y 2 ATPs respectivamente.
¿Cómo fluyen los electrones a través de 
la Cadena transportadora de electrones? 
NADH produce 3 ATPs
FADH2 produce 2 ATPs 
NADH 
Reductasa Q
Cyt b
Cyt c
Cyt a
Cyt a3
Cyt b
¿Cómo fluyen los electrones? 
Los electrones son donados por el NADH, que trasfiere electrones y protones al FMN que se reduce 
formando FMNH2 quien le transfiere electrones y protones a la Coenzima Q reduciéndose y formando 
QH2. Posteriormente los electrones fluyen al Citocromo b, al citocromo c, al citocromo a y al citocromo 
a3 quien finalmente le cede los electrones al oxígeno reduciéndose formando agua.
¿Cómo se produce la fosforilación oxidativa o síntesis de ATPs? 
El flujo de electrones genera una corriente quimiosmótica (fuerza protón motriz -Teoría 
quimiosmótica) a ambos lados de la membrana lo que provoca un bombeo de protones de la 
matriz mitocondrial a la zona intermembranal en tres momentos (i) A nivel de la NADH-Q-
Reductasa (Sistema I) (ii) A nivel del Citromo b (Sistema II) y (iii) A nivel del citocromo a y 
a3 (Sistema III). Los protones bombeados regresan a la matriz fluyendo a través de la ATP 
sintasa quien se encarga de hacer la síntesis de los ATPs. Los NADH provocan el viaje de 03 
protones y los FADH2 el viaje de 02 protones los que al regresar por la ATPasa provocan la 
síntesis de 03 y 02 ATPs respectivamente. 
1NADH 03 ATPs
1FADH2 02 ATPs
h) ¿Cómo es la ATP asa o ATP sintasa o ATP sintetasa?
Mecanismo ATPsintasa: ADP y 
fosfato en rosado. ATP en rojo, y 
rodando en negro.
El complejo ATP sintasa o complejo FoF1-ATP sintasa es una enzima
transmembranal que cataliza la síntesis de ATP a partir de ADP, un grupo fosfato y la 
energía suministrada por un flujo de protones (H+). Durante la respiración celular, la 
síntesis de ATP se denomina fosforilación oxidativa y el flujo de protones tiene lugar 
entre el espacio intermembranal y la matriz mitocondrial.
Fo Unidad bombeadora de H
+
F1 Unidad catalítica ATPasa
CITOPLASMA
https://es.wikipedia.org/wiki/Prote%C3%ADna_transmembranal
https://es.wikipedia.org/wiki/Adenos%C3%ADn_trifosfato
https://es.wikipedia.org/wiki/Grupo_funcional
https://es.wikipedia.org/wiki/Fosfato
https://es.wikipedia.org/wiki/Protones
https://es.wikipedia.org/wiki/Fosforilaci%C3%B3n_oxidativa
https://es.wikipedia.org/wiki/Mitocondria
i) ¿Cómo se forman los ATPs en la ATPasa?
Se tienen 02 Modelos, el Directo Propuesto 
por Mitchell (Teoría Quimioosmótica) que 
indica que los protones que atraviesan por 
la ATPasa generan la energía suficiente para 
provocar la síntesis del ATP que luego se 
libera.
El indirecto Propuesto por Boyer que indica 
que en la región F1 de la ATPasa se produce 
la síntesis del ATP y que los protones que 
atraviesan por la ATPasa generan la un 
cambio conformacional que tiene menos 
afinidad del ATP y que sale liberado.
MECANISMO DIRECTO MECANISMO INDIRECTO 
En Glicolisis:
Directo --→ 2 ATPs 
2 NADH → 4 o 6 ATPs
En Formación de Acetil CoA
2 NADH → 6 ATPs
En el Ciclo de Krebs
6 NADH → 18 ATPs
2 FADH2 → 4 ATPs
Directo 2 ATPs TOTAL 36 ó 38 ATPs
Los NADH generados en el citoplasma son 
transportados a la matriz mitocondrial, algunas 
células usan la Lanzadera del Glicerol-Fosfato 
que gasta un ATP por NADH transportado, lo que 
produce 4 ATPs y neto se tendría 36 ATPs. En 
otras células se utiliza la Lanzadera Malato-
Aspartato que no gasta energía y se generan 6 
ATPs y neto se tendría 38 ATPs. La Lanzadera de 
Glicerol Fosfato es típico del musculo y la de 
Malato-Aspartato del corazón e hígado, en otras 
células es indistinto y se da de acuerdo al estado 
de la célula.
j) BALANCE TOTAL DE ATPs 
1NADH 03 ATPs
1FADH2 02 ATPs
Respiración Etapas Requerimiento Ocurre en Productos
Tipo de 
Organismo
Aeróbica
Con O2
a) Glucólisis Glucosa Citosol
2 Piruvato 
2NADH
2 ATP
Eucariotas y 
bacterias 
aeróbicas
b) Formación 
de A.CoA
Piruvato
CoA
Matriz 
mitocondrial
CO2
NADH
Acetil CoA
c) Ciclo de 
Krebs
Acetil CoA
otros componentes
Matriz 
mitocondrial
CO2
3 NADH
1 FADH2
ATP
d) 
Fosforilación 
Oxidativa
Coenzimas reducidas 
(NADH , FADH2 )
O2
Cresta 
mitocondrial
ATP
NAD
FAD
H2O
RESPIRACIÓN AERÓBICA
Es un proceso catabólico en el que una molécula orgánica se oxida 
parcialmente, ocurre en ausencia de oxígeno y no está asociada a 
una cadena transportadora de electrones.
Fermentación láctica
Glucosa
Ac. Pirúvico
Ac. Láctico
Fermentación Alcohólica
Glucosa
Ac. Pirúvico
Acetaldehido 
Alcohol etílico 
CO2
NADH
NAD
NADH
NAD
k) FERMENTACIÓN: ¿Qué pasa en la fermentación?
6C (glucosa)
3C 3C
2 ATP
2 NADH 
FERMENTACIÓN 2 ATP
Ácido láctico + NAD
3C + NADH
FERMENTACIÓN LÁCTICA
Células musculares, nerviosas, bacterias y 
algunos hongos
LACTOBACILOS (BACTERIAS): YOGUR, 
QUESO, ACEITUNAS, ENCURTIDOS, etc.
FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA
Bacterias, hongos unicelulares (levaduras)
LEVADURAS Saccharomyces cerevisiae: CERVEZA, 
WHISKY, SIDRA, VINO , PAN, etc.
6C (glucosa)
3C 3C
2 ATP
2 NADH 
ácido pirúvico ácido pirúvico
3C acetaldehído + CO2
Acetaldehído + NADH 
Alcohol etílico + NAD
CITOPLASMA
Lactato deshidrogenasa
alcohol deshidrogenasa
ÁCIDO LÁCTICO Y 
CALAMBRE MUSCULAR
El ácido láctico es una molécula que 
se produce a nivel de las células 
musculares cuando se desarrolla un 
metabolismo anaeróbico (ausencia 
de oxígeno en las células provocado 
por un excesivo ejercicio) haciendo 
que no haya un aceptor final de 
electrones y paralizando la cadena 
transportadora de electrones. Esto 
hace que el ácido pirúvico derive a la 
formación de ácido láctico que se 
acumula en el musculo produciendo 
la despolarización del mismo 
evitando su relajación y provocando 
dolor que se conoce como calambre.