Biologia -Unidad 2- " Metabolismo celular"

*Anabolismo y catabolismo 

1.- Concepto de anabolismo y catabolismo

♦ Anabolismo. Así se designa a las reacciones químicas que permiten, a partir de sustancias sencillas, producir sustancias complejas (glucosa + galactosa = formación de lactosa), pero requieren energía para llevarse a cabo, un ejemplo de anabolismo es la fotosíntesis. 

♦ Catabolismo. Reacciones químicas que desdoblan sustancias complejas a sustancias más simples (hidrólisis de la lactosa), con liberación de energía; un ejemplo de catabolismo es la respiración.

2.- Función de las enzimas y del ATP en el metabolismo. 

Las enzimas son proteínas que actúan como catalizadores, es decir, afectan la velocidad de las reacciones químicas de las células, sin sufrir alteración. Las enzimas son específicas, cada enzima es determinada para cada reacción. La mayoría de ellas recibe su nombre de acuerdo con el sustrato sobre el que actúan, se les agrega la terminación "asa"; como en sacarasa, que actúa sobre la sacarosa; ureasa sobre la urea; amilasa sobre el almidón, etcétera. Así como las enzimas ayudan al metabolismo para que se lleven a cabo reacciones básicas para la vida, la energía contenida en los alimentos puede combinarse con el ADP y el fosfato (reacción de fosforilación), para producir una molécula de ATP, la cual está formada por adenina, grupo fosfato y ribosa.

*Fotosíntesis 

La fotosíntesis es el proceso por medio del cual los organismos autótrofos convierten la energía proveniente del Sol en energía química aprovechable. La siguiente reacción química describe este proceso. 

                                   6CO2 + 6H20 + energía -> C6H120 6 + 6O 2

Los organismos capaces de realizar la fotosíntesis son las plantas, algas y cianobacterias. 

1.- Aspectos generales de la fase luminosa

La fase luminosa requiere la participación de los siguientes factores:

 ♦ Cloroplastos. Cada célula presenta entre 25 y 75 cloroplastos (Gold, 1983) formados por estroma, tilacoides (sitio donde se efectúa esta fase), grana, lamelas y varios pigmentos, entre los que sobresalen las clorofilas a y b.

♦ Luz. La luz del Sol se capta y transforma en energía química. Los pigmentos tienen un espectro de absorción distinto, capaz de absorber diferentes longitudes de onda, la fotosíntesis más eficaz se lleva a cabo sobre los espectros de absorción del rojo  y el azul.

 ♦ Agua. La absorbe la raíz y transporta sales minerales, y en presencia de luz, dentro de los cloroplastos se rompe en H+ (que forma parte del NADPH) y 0 2, que se desprende a la atmósfera.

♦ CO2. Se utiliza para la formación de glucosa, y se intercambia por oxígeno a través de los estomas (que se encuentran en el envés de la hoja). 

En resumen: En las reacciones luminosas el agua se descompone en H+ y 0 2, y la energía que se captura del Sol se convierte en ATP y NADPH. 

2.- Aspectos generales de la fase oscura

Se le conoce también como ciclo de Calvin y se efectúa en el estroma de los cloroplastos, donde se usa el ATP y NADPH (que se originan en la fase luminosa) para convertir el C 0 2 y el H20 en glucosa. La siguiente reacción sintetiza este proceso:

 C 02 + NADPH+ + H+ + ATP ^ C6H120 6 + NADP + ADP + Pi (fosfato inorgánico)

 La formación de glucosa comienza con la unión del CO2 a un compuesto de cinco carbonos que se encuentra en el estroma del cloroplasto. La glucosa que se obtiene en la fase oscura se utiliza en la nutrición de las plantas y los seres vivos que se alimentan de ellas; el ADP se usa en la fase luminosa como materia prima para la formación de ATP y el NADP se utiliza como materia prima para formar NADPH + H.

*Respiración aerobia

1.- Aspectos generales de la glucólisis 

En el citoplasma se rompe la molécula de la glucosa en dos moléculas de ácido pirúvico (piruvato).

2.-  Aspectos generales del ciclo de Krebs

Este proceso debe su nombre a quien lo descubrió, Sir Hans Krebs (1937), y recibe también el nombre de Ciclo del ácido cítrico. 

Es una secuencia repetitiva de transformaciones que se efectúan en las crestas mitocondriales, donde el ácido pirúvico se descompone por medio de enzimas y forma un grupo acetilo, este grupo se combina con la coenzima A formando la acetil-coenzima A, la cual lo transfiere y transforma en ácido cítrico. A partir de esto se llevan a cabo una serie de reaccciones químicas, en las que intervienen enzimas como descarboxilasas y coenzimas aceptoras de hidrógeno como el NAD (dinucleótido de niacina-adenina) y el FAD (dinucleótido de flavin-adenina). En cada una de estas reacciones se separan moléculas para formar H, C 0 2, H20 y energía. 

Estas reacciones son sintetizadas en la siguiente expresión:

2 acetil CoA + 6NAD+ + 2FAD+ + 2ADP + 2Pi 6NADH + 6 H+ + 2FADH2 + 2ATP + 4C 02 

3.- Aspectos generales de la cadena respiratoria

La última fase de la respiración aeróbica es la cadena de transporte de electrones o cadena respiratoria. Existe una relación entre la glucólisis, el ciclo de Krebs y la cadena de transporte de electrones, los productos obtenidos en las dos primeras fases activan la tercera.

La membrana interna de la mitocondria contiene moléculas transportadoras de electrones, un transportador recibe un electrón y los pasa a otro transportador en una serie de reacciones de reducción-oxidación conocidos como complejos I, II y III. Este proceso es aerobio, ya que el aceptor de electrones es el oxígeno; cuando el oxígeno acepta electrones se combina con dos hidrogeniones o protones para formar una molécula de agua. El movimiento de los protones de un lado a otro del compartimento de la mitocondria, permite la generación de energía para fosforilar al ADP a ATP, proceso conocido como fosforilación quimiosmótica.

4.-Balance energético

La siguiente ecuación sintetiza las reacciones de la respiración aerobia: glucólisis, ciclo de Krebs y cadena de transporte de electrones:

                            C6Hi2 ° 6 + 6 ° 2 — ► 6 C 02 + 6 H20 + 38 ATP

Energéticamente se obtienen 2 ATP en la glucólisis, 2 en el ciclo de Krebs y los 34 restantes se generan en la cadena de transporte de electrones.

*Respiración anaerobia

1.-Aspectos generales de la glucólisis

En este proceso se degrada la glucosa (CgH^Og) en ausencia de oxígeno, para producir dos moléculas de ácido pirúvico, el que puede seguir una de dos vías. La secuencia completa se resume en la siguiente reacción química:

 glucosa + 2ATP + 4ADP + 2Pi + 2NAD+ 2 ácido pirúvico + 2ADP + 4ATP + 2NADH+ + 2H+ + 2 ^ 0

2.-Fermentación alcohólica y fermentación láctica

Una de las vías a seguir del ácido pirúvico es convertirse en etanol o ácido láctico. Cuando los jugos azucarados de las uvas y otras frutas se extraen y se almacenan en condiciones anaeróbicas, así las levaduras transforman el jugo en vino, convirtiendo la glucosa en etanol (C2H5OH) y C 0 2, este proceso es conocido como fermentación alcohólica.

 El ácido láctico (C3H60 3), se forma a partir del ácido pirúvico, por acción de una variedad de microorganismos (bacterias), esta capacidad es aprovechada por el hombre para producir queso, yogurt y otros compuestos similares, aunque también algunas células animales, cuando el 0 2 es escaso o está ausente, formarán ácido láctico. A este proceso se le llama fermentación láctica.