Catabolismo y anabolismo Laura Acevedo Paola Rojas Laura

Catabolismo y anabolismo Laura Acevedo Paola Rojas Laura Ñungo Lina Rodríguez Helene Freytag Soraya Quiroga Ana Goyeneche

METABOLISMO � El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que se producen en el interior de las células de un organismo. Mediante esas reacciones se transforman las moléculas nutritivas que, digeridas y transportadas por la sangre, llegan a ellas.

FINALIDADES DEL METABOLISMO � Obtenergía química utilizable por la célula, que se almacena en forma de ATP (adenosín trifostato). Esta energía se obtiene por degradación de los nutrientes que se toman directamente del exterior o bien por degradación de otros compuestos que se han fabricado con esos nutrientes y que se almacenan como reserva. � Fabricar sus propios compuestos a partir de los nutrientes, que serán utilizados para crear sus estructuras o para almacenarlos como reserva. Al producirse en las células de un organismo, se dice que existe un metabolismo celular permanente en todos los seres vivos, y que en ellos se produce una continua reacción química.

FASES DEL METABOLISMO � Existen � Una dos fases en el metabolismo: de degradación de materia orgánica o catabolismo. � Otra de construcción de materia orgánica o anabolismo.

CATABOLISMO

CATABOLISMO � Es el conjunto de reacciones metabólicas que tienen por objeto obtenergía a partir de compuestos orgánicos complejos que se transforman en otros más sencillos. La respiración celular aerobia y las fermentaciones son las vías catabólicos más corrientes para la obtención de la energía contenida en las sustancias orgánicas. Ambas vías, no obstante, tienen una primera fase común: la glucolisis. Otras vías catabólicas son, la beto-oxidación de los ácidos grasos, el ciclo de Krebs, la fermentación láctica, la fermentación acética, etc.

Fases del catabolismo: � fase I: fase inicial o preparatoria: en ella los grandes moléculas de los elementos nutritivos se degradan hasta liberar sus principales componentes (los polisacáridos se degradan en monosacáridos: los lípidos o ácidos grasos y glicerina, y las proteínas liberan sus aminoácidos). � Fase II: fase intermedia: en ella los diversos productos formados en la fase I, son convertidos en una misma moléculas, más sencillas el acetilcoenzima A (acetil Co. A). � Fase III: fase final: en la que el acetil-Co. A (se incorpora al ciclo de Krebs) da lugar a moléculas elementales CO 2 Y H 2 O.

� De estas tres fases, la intermedia y la final son comunes para todos los principios inmediatos orgánicos , glúcidos, lípidos y proteínas. � El catabolismo de cada uno de ellos difiere en la fase inicial, los glúcidos (glucólisis) y las proteínas (desaminación y transaminación). Ocurre en el hialoplasma, mientras que para los lípidos (oxidación), ocurre en la matriz mitocondrial.

� Existen dos tipos de catabolismo según sea el aceptor final de electrones: � fermentación: si se degrada a un compuesto todavía orgánico pero más sencillo. En ella tanto el aceptor final de electrones es un compuesto orgánico. � Respiración celular: si la degradación del compuesto orgánico es hasta CO 2 y H 2 O. El aceptor final de electrones es una sustancia inotgánica. � Respiración aerobia: se necesita oxígeno. � Respiración anaerobia: no necesita oxígeno

CARACTERISTICAS CATABOLICAS � Son reacciones degradativas, mediante ellas compuestos complejos se transforman en otros más sencillos. � Son reacciones oxidativas, mediante las cuales se oxidan los compuestos orgánicos más o menos reducidos, liberándose electrones que son captados por coenzimas oxidadas que se reducen. � Son reacciones exotermicas en las que se libera energía que se almacena en forma de ATP. � Son procesos convergentes mediante los cuales a partir de compuestos muy diferentes se obtienen siempre los mismos compuestos (CO 2, ácido pirúvico, etanol, etcétera).

EJEMPLOS CATABOLISMO � Glucolisis: es un conjunto de reacciones anaerobias que tienen lugar en el citosol o hialoplasma celular, en el cual se oxida la glucosa (el cual posee 6 átomos de carbono) así transformándola en 2 moléculas de acido piruvico (cada una con 3 átomos de carbono); las células llevando a cabo este proceso obtienen energía por medio de los azucares. � El resultado final seria: 2 acido piruvico, 2 ATP y 2 NADH +2 H+

� El ciclo de krebs Este se desarrolla en la matriz mitocondrial celular. El ciclo inicia con la unión del acetil con una molécula con 4 átomos de carbono (acido oxalacetico) para formar una molécula de 6 átomos de carbono (acido cítrico) , luego después de una secuencia de 7 reacciones se genera el acido oxalacetico, el cual puede reanudar el ciclo: Acido cítrico Acido oxalacetico A. isocítrico A. málico A. Acetoglutarico A. fumárico Succinil -Co. A A. succínico

� Fermentación: es un conjunto de rutas metabólicas, que se realizan en el hialoplasma, por los cuales ciertos organismos obtienen energía por la oxidación incompleta de compuestos orgánicos. los electrones liberados en esta oxidación no son llevados al oxigeno molecular (como en la respiración celular) sino que estos son recibidos por un compuesto orgánico sencillo que es el producto final de la fermentación

� Tipos de fermentación: � Anaerobia: no requiere de oxigeno � Láctica: el producto final es acido láctico. La realizan ciertas bacterias como las del genero lactobacillus. � Alcohólica: es en la que se obtiene alcohol etílico. La realizan ciertas levaduras ( genero saccharomyces) para fabricar bebidas como cerveza, el vino etc. A partir de azucares como uvas, cereales etc. � Oxidativa: aquellas que requieren oxigeno (son aerobias). Pero este no actúa como el ultimo aceptor de electrones sino como oxidante del sustrato. (fermentación acéticas) por ejemplo la producción del vinagre a partir del vino.

� Fosforilacion oxidativa Hay pasos en el transporte de electrones en los que se libera suficiente energía para bombear protones desde la matriz mitocondrial, al espacio de las intermembranas donde se acumulan. Así se produce un gradiente electroquímico que hace que los protones tiendan a volver de nuevo a la matriz a favor de gradiente. Los Protones solo pueden atravesar la membrana interna mediante los complejos enzimáticos.

FUNCIONES DEL ANABOLISMO El anabolismo es el responsable de: � La fabricación de los componentes celulares y tejidos corporales y por tanto del crecimiento. � El almacenamiento de energía mediante enlaces químicos en moléculas orgánicas (almidón, glucógeno, triglicéridos). Las células obtienen la energía del medio ambiente mediante tres tipos distintos de fuente de energía que son: � La fotosíntesis en las plantas, gracias a la luz solar. � Otros compuestos orgánicos como ocurre en los organismos heterótrofos. � Compuestos inorgánicos como las bacterias quimiolitotróficas que pueden ser autótrofas o heterótrofas.

CARACTERISTICAS ANABOLICAS Las reacciones anabólicas se caracterizan por: � Son reacciones de síntesis, mediante ellas a partir de compuestos sencillos se sintetizan otros más complejos. � Son reacciones de reducción, mediante las cuales compuestos más oxidados se reducen, para ello se necesitan los electrones que ceden las coenzimas reducidas (NADH, FADH 2 etcétera) las cuales se oxidan. � Son reacciones endotermicas que requieren un aporte de energía que procede de la hidrólisis del ATP. � Son procesos divergentes debido a que, a partir de unos pocos compuestos se puede obtener una gran variedad de productos.

ANABOLISMO Y FOTOSINTESIS El anabolismo representa la parte constructiva del metabolismo, consiste en la síntesis de moléculas complejas a partir de otras más sencillas, con el consiguiente gasto de energía, tomada de los ATP producidos durante las fases catabólicas. Estas moléculas sintetizadas pueden: • Formar parte de la propia estructura de la célula. • Ser almacenadas para su posterior utilización como fuente de energía. • Ser exportadas al exterior de la célula. Procesos del Anabolismo GLÚCIDOS Ácido Pirúvico LÍPIDOS PROTEÍNAS Glucosa Acetil-Co A Aminoácidos ÁC. NUCLEICOS Nucleótidos Glucosa (gluconeogénesis y es casi la inversa de la glucólisis) Glucógeno Ácidos grasos Proteínas ADN (Replicación) ARN (Transcripción)

ANABOLISMO Y FOTOSINTESIS � La fotosíntesis puede definirse como un proceso anabólico en el que la energía luminosa es transformada en energía química que posteriormente será empleada para la fabricación de sustancias orgánicas a partir de sustancias inorgánicas. � Los vegetales no sólo realizan la fotosíntesis (en los cloroplastos) sino que los compuestos orgánicos que fabrican, los tienen que catabolizar para extraer energía de ellos cuando la necesitan, es decir, deben realizar una respiración y por tanto poseen mitocondrias para catabolizar los compuestos orgánicos

FOTOSINTESIS (LINA) � Es un proceso en el cual los organismos con clorofila capturan energía en forma de luz y la transforma en energía química. � En la fotosíntesis se evidencia procesos tales como: • Obtención de electrones a partir del agua • Síntesis de materia orgánica a partir de compuestos in orgánicos

FOTOSÍNTESIS � Fase • • luminosa aciclica: Requiere la presencia de luz Ocurre en la membrana de los tilacoides, en los cloroplastos. Consta de una cadena transportadora de electrones acoplada a la fosfórilacion de ATP y a la reducción de NADPH (poder reductor) generando una molécula de cada tipo cada ves que es transitada por un par de electrones. El origen de los electrones transportados es la fotolisis del agua que al descomponerse libera O 2 producto residual. La energía solar es captada por dos fotosistemas PSI y PSII.

FOTOSÍNTESIS � Fase • • • Luminosa cíclica Ocurre en las membranas de los cloroplastos Sólo genera ATP, uno por cada vuelta de los electrones. No produce O 2 ni NADPH , ya que no hay ni fotólisis del agua ni fotorreducción Solo interviene el PSI , es la captación de energía cíclica y al ser cíclica , los mismos electrones que salen de la clorofila vuelven a ella Se produce porque en la fase oscura se necesitan 3 ATP por cada 2 NADPH

FOTOSÍNTESIS � • • • Fase Oscura Ocurre en el estroma de los cloroplastos No requiere de la presencia de luz. Puede ocurrir tanto de día como de noche. Etapa de fijación: Se incorpora CO 2 que se fija sobre un compuesto de 5 C Etapa de reducción: Se emplea el ATP y el NADPH obtenidos en la etapa luminosa para reducir el carbono fijado Etapa de regeneración: Se produce una serie de reacciones destinadas a regenerar el compuesto 5 C con el que comienza el ciclo. En cada vuelta del ciclo se produce un carbono orgánico que es utilizado para la síntesis de biomoléculas en el estroma

La fotosíntesis y la respiración celular son procesos químicamente opuestos, siendo sus ecuaciones generales casi idénticas pero invertidas: FOTOSINTESIS: 6 CO 2 + 6 H 2 O + energia luminosa → C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 RESPIRACIÓN: C 6 H 12 O 6 + 6 O 2→ 6 CO 2 + 6 H 2 O + energia química (38 ATP)

RUTAS METABÓLICAS � Las reacciones del metabolismo están ligadas en una trama de secuencias llamadas rutas metabólicas. Una ruta metabólica es una secuencia de reacciones bioquímicas que relacionan entre sí dos tipos de compuestos importantes, el compuesto inicial de la ruta y el producto o productos finales. Entre ambos, los productos de transformación sucesivos se denominan intermediarios metabólicos o metabolitos. El conjunto de enzimas que catalizan la ruta es un “sistema multienzimático”. � Aunque el metabolismo comprende centenares de reacciones diferentes, las rutas metabólicas centrales son pocas e idénticas en la mayor parte de los organismos.

TIPOS DE RUTAS METABÓLICAS Las rutas metabólicas pueden ser: � Lineales. Cuando el sustrato de la primera reacción (sustrato inicial de la ruta) es diferente al producto final de la última reacción. � Cíclicas. Cuando el producto de la última reacción es el sustrato de la reacción inicial, en estos casos el sustrato inicial de la ruta es un compuesto que se incorpora en la primera reacción y elproducto final de la ruta es algún compuesto que se forma en alguna etapa intermedia y que sale de la ruta. � Frecuentemente los metabolitos o los productos finales de una ruta suelen ser sustratos de reacciones de otras rutas, por lo que las rutas están enlazadas entre sí formando redes metabólicas complejas.