METABOLISMO CATABOLISMO RESPIRACIN CELULAR FERMENTACIONES ANABOLISMO FOTOSNTESIS QUIMIOSNTESIS

METABOLISMO CATABOLISMO. RESPIRACIÓN CELULAR. FERMENTACIONES. ANABOLISMO. FOTOSÍNTESIS. QUIMIOSÍNTESIS.

METABOLISMO • Es el conjunto de reacciones químicas que se producen en el interior de la célula y que conducen a una transformación de unas biomoléculas en otras, , con el fin de obtener MATERIA y ENERGÍA que permitirán realizar las funciones vitales. • La Materia se utiliza para crecer y desarrollarse y la Energía se almacena en los enlaces químicos o se transforma en diversas formas de energía como la mecánica para el movimiento, la calorífica para regular la temperatura, la eléctrica para transmitir el impulso nervioso…. . • Las diferentes reacciones se denominan rutas o vías metabólicas y las moléculas que intervienen metabolitos. • Todas las reacciones están reguladas por ENZIMAS y en todas se crea o se destruye ATP.

CATABOLISMO. A-B E A+B+ATP • Es la transformación de moléculas orgánicas complejas en moléculas más sencillas estructural y energéticamente. En estas reacciones se libera energía que se almacena en los enlaces fosfato del ATP. • Muchos de los productos finales son productos de excreción. • La energía acumulada en forma de ATP se utiliza para las actividades celulares o para crear compuestos más complejos (anabolismo) en los que se almacena la energía sobrante. • Las reacciones catabólicas son reacciones de óxido-reducción o redox, donde la molécula que se oxida pierde electrones y la sustancia que la recibe , capta dichos electrones. • El agente oxidante es la sustancia que acepta electrones y el agente reductor es el que los cede.

Respiración celular. • Se produce en moléculas ricas en energía como la glucosa en las células eucariotas y algunas procariotas. • La glucosa se oxida en presencia de oxígeno como agente oxidante al ser el aceptor de electrones y se libera energía. Los carbonos pasan a formar CO 2, o sea el mayor nivel de oxidación • En el catabolismo de la glucosa, la energía se libera gradualmente y en forma de energía química o sea almacenada en ATP. Para que pueda ser gradual se dan las siguientes características: v. Reacciones sucesivas. , una detrás de otra y catalizadas por enzimas. v. Transporte de Hidrógenos. Los electrones de la glucosa no pasan directamente al oxígeno, sino que en las primeras etapas van junto a protones , que pasan a una coenzima como el NAD+ y el FAD , reduciéndose a NADH+H+ y FADH 2 -. v. Cadena transportadora de electrones. -Los electrones que ceden el NADH y el FADH 2 son captados por proteínas y citocromos que se encuentran englobados en la membrana de las crestas mitocondriales. Los electrones pasan de un citocromo al siguiente ocupando un lugar más próximo al núcleo de laceptoe, siendo el aceptor final el Oxígeno que al unirse con los protones forma agua. La energía que se libera al pasar a un nivel de menor energía, se utiliza para fosforilar al ADP y formar ATO mediante la enzima ATPsintasas.

• La respiración puede ser: v. Aeróbica. Cuando el aceptor final de electrones es el oxígeno y se forma agua. v. Anaeróbica. el aceptor final es otra molécula diferente al oxígeno, como el ión nitrato se transforma en nitrito. Esta posee cadena de electrones. v. Las fermentaciones no se consideran respiración por no poseer cadena de electrones y el aceptor final de electrones es un compuesto orgánico, el proceso es anaeróbico.

Catabolismo de los glúcidos. • Tomamos por ejemplo a la glucosa que proviene de la digestión de alimentos o del almidón y entra en la célula eucariota lo primero que ocurre es la GLUCÓLISIS, que ocurre en el citosol en las células procariotas y eucariotas obteniéndose 2 ATP, 2 NADH+H+ y 2 ácidos pirúvicos. • El ácido pirúvico entrará en la mitocondria para realizar el ciclo de Krebs, concretamente en la matriz mitocondrial en las células procariotas ocurre el ciclo de Krebs en el citosol. • El ácido pirúvico está en forma de ión piruvato y no puede entrar si no es mediante proteínas transportadoras, mediante transporte activo. • Una vez dentro se transforma en acetil Co A para que pueda incorporarse al ciclo de Krebs, está catalizado con un conjunto de enzimas denominadas sistema piruvato deshidrogenasas. Se libera 1 CO 2 1 NADH+H+

Glucólisis

• En cada vuelta al ciclo de Krebs se forma: 2 CO 2, 3 NADH+H+, 1 FADH 2 y 1 GTP. • Las sustancias reducidas pasan a la cadena respiratoria.

Descarboxilación oxidativa y Ciclo Krebs

Fosforilación oxidativa • En las células eucariotas ocurre en las membranas de las crestas mitocondriales y en las procariotas en la membrana plasmática. • La fosforilación oxidativa consta de transporte de electrones y quimiósmosis. v. Transporte de electrones. -La cadena respiratoria está formada por proteínas y citocromos englobadas ordenadamente en la membrana de las crestas. Cada molécula recibe electrones de NADH o FADH 2 y se reduce, posteriormente se oxida al pasar los electrones a la siguiente molécula. La cadena está formada por 4 grandes complejos proteicos I, III, IV una molécula lipídica la ubiquinona , , que puede transportarse por la membrana y llevar electrones del complejo I, II al III y el citocromo c, que transporta electrones dl III al IV. La energía perdida se utiliza en 3 puntos con el NADH y 2 con el FADH 2 para bombear protones desde la matriz al espacio intermembranoso. Lugares de acoplamiento.

v. Quimiósmosis. • Cuando la concentración de protones es muy elevada en el espacio intermembranoso, la membrana no puede soportar esa diferencia de potencial y los protones vuelven a la matriz por los canales de las enzimas ATPsintasas. • Las ATP sintasas están formadas por una parte móvil que tiene un rotor embutido en la membrana del que sale un eje. Y una parte estática que sobresale una estructura globosa formada por 3 subunidades alfa y 3 betas. • Los protones mueven el rotor y el eje y produce la unión del ADP y el P con la energía liberada dando ATP en las subunidades beta.

Balance energético de glucosa GLUCÓLISIS citosol Descarboxilación Ciclo Krebs CADENA oxidativa Matriz mitocondrial RESPIRATORIA Matriz mitocondrial Crestas mitocondriales FOSFORILACIÓN OXIDATIVA Crestas mitocondriales 2 ácidos pirúvicos 2*1 NADH 2*3 NADH *3 24 ATP 2*1 FADH 2 2* 4 ATP *3 6 ATP 2*1 GTP=2 GTP 2 NADH+H+ 2 ATP C 6 H 12 O 6+6 O 2 6 CO 2+6 H 20+38 ATP

Fermentaciones • No interviene la cadena respiratoria. • Es un proceso anaeróbico. • El aceptor final de electrones y protones es una molécula orgánica. • Sólo hay síntesis de ATP a nivel de sustrato y por molécula de glucosa se obtienen los 2 ATP de la glucólisis. • Las fermentaciones son típicas de microorganismos como levaduras y bacterias. En las células musculares cuando no existe oxígeno se produce ATP. • Existen los siguientes tipos de fermentación:

Fermentación láctica • A partir de la glucosa se obtiene ácido láctico. Suele iniciarse con la lactosa, lo que suele agriar la leche y provocar la coagulación de la caseína. • Microorganismos como Lactobacillus casei, Lactobacillus bulgaricus, Strptococcus lactis y Leuconostoc citrovorum dan leche, queso, requesón o yogur.

FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA. • Es la transformación del ácido pirúvico en etanol y dióxido de carbono. • La producen hongos del género Saccharomyces, que primero por respiración metabolizan hasta que se agota el oxígeno y pasan a la fermentación. • S. ellypsoideus da vino, S. apiculatus da sidra, S. cerevisiae da cerveza, whisky, ron y pan.

• Otras fermentaciones son la butírica que fermentan los glúcidos vegetales en ácido butírico, CO 2 y sustancias malolientes. Descomponen los restos vegetales del suelo. • La fermentación pútrida, degrada aminoácidos y proteínas dando indol, cadaverina y escatol. Se utiliza en la fabricación de algunos quesos. • La fermentación acética está mal llamada por ser un proceso aeróbico es una respiración aeróbica de oxidación incompleta.

ANABOLISMO • Tipo de metabolismo que transforma moléculas sencillas en moléculas más complejas. • Existe dos tipos de anabolismo autótrofo(moléculas inorgánicas a orgánicas sencillas). v. Anabolismo autótrofo fotosintético o fotosíntesis. Cuando la energía inicial es la solar: plantas, algas, bacterias, cianobacterias. v. Anabolismo autótrofo quimiosintético o quimiosíntesis. La energía inicial procede de reacciones inorgánicas. Bacterias quimiosintéticas. El anabolismo heterótrofo es la segunda etapa de transfromar las moléculas orgánicas sencillas en moléculas orgánicas complejas. Todos los organismos autótrofos y heterótrofos.

FOTOSÍNTESIS • Es la transformación de la energía luminosa en energía química que se almacena en las moléculas orgánicas debido a los pigmentos fotosintéticos que captan la energía luminosa y excita a las clorofilas que ceden los electrones a otras moléculas, con la finalidad de producir ATP. • Existen 2 tipos de fotosíntesis : v. Fotosíntesis oxigénica se produce la fotolisis del agua para obtener electrones, desprendiéndose oxígeno a la atmósfera. Plantas, algas, cianobacterias. v. Fotosíntesis anoxigénica. Se descomponen moléculas de ácido sulfhidríco para obtener electrones dando derivados de azufre. Bacterias purpúreas y verdes del azufre

Fase luminosa • Fase luminosa acíclica. Fotolisis del agua, fotofosforilación del ATP y fotorreducción del NADP en NADPH+H+ • Fase luminosa cíclica. Sólo Fotofosforilación del ATP.

• El proceso se inicia con la llegada de 2 fotones a la clorofila diana del fotosistema dos, la cual pierde 2 electrones y se oxida. • Los 2 electrones pasan a la Plastoquinona, que se reduce y capta los protones del estroma que al oxidarse los cede al interior del tilacoide, los dos electrones pasan al citocromo b 6 el cual los transfiere al citocromo f, estos electrones son captados por la Plastocianina que será el dador de electrones del fotosistema 1. • Los dos electrones perdidos de la clorofila II son cedidos por la FOTOLISIS DEL AGUA reduciendo a la clorofila. • H 2 O + 2 hv 2 e- + 2 H+ +1/2 O 2. • Los protones junto a los introducidos por la plastoquinona activaran a la ATPasa y el Oxígeno se liberará a la atmósfera. • Los protones crean una diferencia de potencial electroquímico que al salir los protones de nuevo activan a las ATP sintetasas produciendo la FOTOFOSFORILACIÓN DEL ADP o formación de ATP

• La clorofila diana del fotosistema I, pierde igualmente 2 electrones que son captados por la ferredoxina y ésta se los pasa a la ferredoxina NADP reductasa que se activa y capta 2 protones del estroma y se los da al NADP+ junto a los 2 electrones formando la NADPH+H+, esta reacción se denomina FOTORREDUCCIÓN DEL NADP.

Fase luminosa cíclica. • Sólo interviene el fotosistema I creándose un flujo de e- que en cada vuelta dan lugar a nuevas fosforilaciones.

Fase BIOSINTÉTICA u oscura • Para poder realizar la síntesis de la materia orgánica en el estroma se necesita ATP y NADPH obtenidos en la fase luminosa. Como fuente de C utilizan el CO 2 y como fuente de nitrógeno nitritos, nitratos y los fosfatos como fuente de P. • Síntesis de compuestos de C mediante el ciclo de Calvin, donde el CO 2 se une mediante la enzima rubisco: ribulosadifosfatocarboxilasaoxidas , a la ribulosa 1, 5, difosfato que da un compuesto inestable que se rompe en dos moléculas de 3 fosfoglicérico (plantas 3 C) a partir de aquí se pueden sintetizar aminoácidos, ácidos grasos o puede transformarse en 3 fosfogliceraldehído a partir del cual se puede obtener glicerina, monosacáridos y regenera la ribulosa 15 di fosfato

Balance energético para una glucosa • 6 CO 2+ 12 H 2 O 48 hv C 6 H 1206+602+6 H 2 O • Son necesarios 48 fotones para sintetizar una molécula de glucosa ya que intervienen 24 H+ y 24 e- y cada electrón necesita 2 fotones uno en FSI y otro en el FSII. • Para fijar un CO 2 se necesitan 3 ATP y 2 NADPH, para una glucosa 18 ATP y 12 NADPH, para estos 12 NADPH se necesitan 24 electrones y por tanto 48 fotones. • El déficit de ATP se suple con la fase luminosa cíclica.

Factores que influyen en la fotosíntesis • Intensidad luminosa. Cada especie tiene un intervalo de luminosidad, hasta que alcanzan un límite. En general a mayor luminosidad mayor resndimiento hasta que se produce la fotooxidación( en ambientes cálidos y secos los estomas se cierran para evitar la pérdida de agua, el oxígeno se concentra y la enzima rubisco actúa oxidando y destruye la ribulosa 5 fosfato). • Temperatura. Todas las plantas tienen un intervalo, en general a mayor tª mayor reactividad de las moléculas de la fase oscura hasta que se desnaturalizan las proteínas. • Concentración de CO 2. A mayor concentración mayor rendimiento hasta que se estabiliza. • Concentración de oxígeno. A mayor concentración menor rendimiento debido a la fotorrespiración. • Escasez de agua. Tanto en el suelo como en forma de vapor disminuye el rendimiento, ya que se cierran los estomas y el CO 2 no entra y se favorece la fotorrespiración.