Respiración Aerobia
Todos los seres vivos obtienen energía para realizar sus funciones vitales a partir de la oxidación de biomoléculas orgánicas.
En las células eucariotas, las mitocondrias son los orgánulos celulares que proporcionan la mator parte de energía necesaria para las actividades celulares, actuando así como sintetizadoras de ATP.
Como combustible bioquímico las células utilizan: glúcidos, lípidos y proteínas. La glucosa es el principal combustible metabólico.
Catabolismo de Glúcidos
Glicolisis: Es la ruta metabólica que convierte a la glucosa en piruvato, con la producción de dos moléculas de ATP.
Formación del acetil-CoA a partir del piruvato
El piruvato obtenido de la glicolisis, que penetra en la mitocondria, se descarboxila para formar acetil-CoA y CO2, esta reacción dirige al piruvato hacia su oxidación final en el ciclo de Krebs. ENLACE(piruvato deshidrogenasa)
Ciclo de Krebs
Es la ruta oxidativa final de la glucosa y de la mayoría de los combustibles metabólicos.
Entra un grupo acetilo que es oxidado completamente
Tres moléculas de NAD+ son reducidas a NADH.
Una molécula de FAD es reducida a FADH2.
Se forma una molécula de GTP
Fosforilación Oxidativa (Cadena Respiratoria)
Es el principal medio de regeneración de ATP en los organismos heterótrofos. En ella el ATP se regenera a partir de ADP y está ligada al transporte de electrones desde el NADH hasta el O2.
Síntesis de ATP a partir del ADP y Pi. No se realiza de forma espontánea pero si gracias a la energía liberada durante el transporte de electrones. Se fosforila.
Oxidativa: el NADH y el FADH se encontraban reducidos y se oxidan.
En las eucariotas, la cadena tiene lugar en la membrana interna de las mitocondrias.
La energía liberada en dichos saltos se emplea en bombear protones desde la matriz mitocondrial hacia el espacio intermembranoso.
Catabolismo de Lípidos
Los ácidos grasos son oxidados para obtener energía en la mayor parte de los tejidos. En los animales se almacenan en forma de triacilglicéridos en el tejido adiposo y se movilizan por la acción hidrolítica de las lipasas.
Activación de los Ácidos Grasos
En la membrana mitocondrial externa, los ácidos grasos se activan por unión con la CoA para dar acil-CoA, al mismo tiempo que el ATP se rompe en AMP y pirofosfato.
En esta etapa se gastan 2 moléculas de ATP. El gasto que se produce es igual al que se produce en la degradación de la glucosa.
B-oxidación de los Ácidos Grasos
La oxidación de los ácidos grasos, saturados con número par de átomos de carbono, consiste en la liberación sucesiva de fraagmentos de dos átomos de carbono a partir del extremo carboxílico del acil-CoA.
Este proceso se llama así porque previamente a la rotura de la molécula de acil-CoA, se produce la oxidación del átomo de carbono B. Este proceso se repite varias veces hasta la degradación total del acil-CoA.
Rendimiento Energético de la Oxidación del Estearato
La oxidación de los ácidos grasos produce gran cantidad de ATP. Así por ejemplo, la oxidación completa del estearato genera 146 moléculas de ATP.
Catabolismo Anaerobio
Algunos microorganismos pueden vivir anacrónicamente, obteniendo la energía que necesitan mediante procesos fermentativos. Se clasifican en dos grupos: los anaerobios estrictos que no toleran el O y los anaerobios facultivos que pueden vivir tanto en ausencia como en presencia del O. La fermentación es un proceso anacrónico que consiste en la oxidación parcial d los combustibles orgánicos, obteniéndose ATP mediante fosforilación a nivel de sustrato.
Fermentación Alcohólica
El piruvato obtenido en la glicolisis se descarboxila para formar acetaldehído y CO2, el acetaldehído se reduce a etanol por acción de NADH, regenerándose el NAD+.
Glucosa + 2Pi + 2ADP —> 2etanol + 2CO2 + 2ATP + 2H2O
Fermentación Láctica
La glucosa se transforma primero en piruvato mediante la glicolisis y a continuación el piruvato se reduce a lactado, de igual forma que en las células animales.
Glucosa + 2Pi + 2ADP —> 2lactato + 2H+ + 2ATP + 2H2O
Anabolismo
El metabolismo celular se divide en: catabolismo (libera energía) y anabolismo (requiere energía). Ambas vías comparten muchas reacciones químicas y sus correspondientes enzimas. La función de las vías anabólicas es sintetizar, a partir de los nutrientes.
Interconversiones Anabólicas
El catabolismo produce moléculas a partir de las cuales se fabrican muchas de las restantes moléculas que componen la célula. Los productos intermedios de algunas reacciones de la glicolisis y ciclo de Krebs, en vez de Saer oxidados para formar CO2, pueden ser reducidos para formar glucosa —> gluconeogénesis El acetil- CoA es también el primer sustrato de la biosíntesis de los ácidos grasos. Determinados sustratos de la glicolisis y del ciclo de Krebs pueden convertirse en aminoácidos, se convertirán en la cadena carbonadas de futuras moléculas de aminoácidos, los esqueletos de C se convierten en los aminoácidos que formarán nuevas proteínas.
• Anabolismo Autótrofo.
Todos los seres vivos obtienen energía a partir de la oxidación de biomoléculas orgánicas. Sin embargo, mientras una célula heterótrofa catabólica moléculas de glucosa procedentes de alimentos, una célula autótrofa debe sintetizar previamente la glucosa antes de poderla catalizar.
Fotosíntesis
Es un proceso anabólico de síntesis de biomoléculas orgánicas que parte del dióxido de C y del H2O como sustratos iniciales y requiere como fuente de energía la luz de Sol. De este proceso depende la vida en nuestro planeta, ya que casi todas las biomoléculas orgánicas que las células necesitan son producidas por fotosíntesis. Reacción gobal:
6CO2 + 12H2O + luz —> C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
Los electrones excitados son recogidos por proteínas transportadores, algunas de las cuales asocian el transporte electrónico a un bombeo de protones desde el estorba del cloroplasto al interior del espacio tilacoidal; la vuelta de los protones al estroma se acopla a la síntesis de ATP a partir de AD y ácido fosfórico.
El proceso de excitación electrónica de la clorófila y obtención del ATP y NADPH constituye la fase fotoquímica o fase luminosa. La segunda etapa de la fotosíntesis es la fase oscura, cuyo eslabón principal es la reducción del CO2. Las reacciones metabólicas de esta sega da etapa se denominan ciclo de Calvin.
Fase Luminosa de la Fotosíntesis. Fotofosforilación
Hace falta energía para realizar esta reacción en contra de la tendencia espontánea de estos compuestos.
H20 + NADP+ + —> 1/2O2 + NADPH + H+ • Los fotosistemas: estructura y función.
En las membranas tilacoidales de los cloroplastos se encuentran los denominados fotosistemas, formados por moléculas de clorofilas y caratehoides, junto con la moléculas transportadoras de electrones. Existen dos tipos de fotosistemas; el fotosistema I (700) y fotosistema II (680). Cuando la energía luminosa es captada por los pigmentos, llega a la molécula especial de clorofila a del fotosistema I, esta se cita y cede electrones a una molécula transportadora de electrones, que a su vez los transfiere a otra. En el FS II, cuando la molécula especial de clorofila a del centro ese reacción es excitada por la luz, se oxida cediendo electrones a un transportador electrónico que a su vez los transfiere a otros. Se produce así una cadena de transporte electrónico, que analiza cuando los electrones son recuperados por la clorofila P700 del FS, es ahora la clorofila P680 del FS II la que queda oxidada y necesita volver a su estado inicial.
Fotofosforilación no cíclica
La transferencia de electrones desde el agua hasta el NADP+ implica, dos pasos en los que se absorbe la energía de la luz. Pero durante el transporte electrónico entre el FS II y el FS I, parte de la energía que pierden los electrones se utiliza para bombear protones. Cuando los protones vuelven al estroma a favor de su gradiente lo hacen a través de las ATP-sintasas lo que da como resultado la síntesis de ATP: ADP + Pi —> ATP. (Este proceso es denominado fotofosforilación). Se denomina no cíclica ya que el flujo de los electrones que la produce no es cíclico. La energía de la luz se emplea en la fotosíntesis para generar NADPH y ATP, que se requieren para la reducción de CO2 en el ciclo de Calvin.
Fotofosforilación cíclica
Se denomina al proceso donde se producen aproximadamente la misma cantidad de moléculas de ATP que de NADPH. En este mecanismo solo interviene el FS I y se produce un transporte electrónico cíclico que no genera l reducción del NADP. La clorofila a (P700) del FS I se excita por la luz y el electrón excitado se transfiere hasta la ferredoxina, pero en vez de pasar de ella al NADP+ se transfiere a la plastoquinona, a través del complejo citocromo bf.
Fase Oscura. El Ciclo de Calvin
El Ciclo de Calvin tiene lugar en el estroma de los cloroplastos donde se acumulan los productos de la fase lumínica. Tres etapas:
1. Fijación del CO2.
El CO2 se incorpora al ciclo de Calvin y se une a un azúcar con cinco carbonos, la ribulosa-1,5-bifosfato llamada también rubisco.
Ribulosa-1,5-bifosfato + co2 —> 2 moléculas de 3-fosfoglicerato
2. Reducción.
El gliceraldehído (es un monosacárido de tres átomos de C), proporciona la materia prima necesaria para la síntesis de azúcares o cualquier otro tipo de compuesto orgánico por la vía metabólica adecuada. (Entra ATP y NADH de la etapa luminosa)
3. Regeneración de la ribulosa-1,5-bifosfato.
Las moléculas de -gliceraldehído-3-fosato sufren una serie compleja de transformaciones en otros derivados fosfatos de monosacáridos, ribulosa-5-fosfato. El ATP es suministrado por la fotofosforilación.
Factores que Afectan al Rendimiento de la Fotosíntesis (Hoja)
Quimisíntesis
NO2- + 1⁄2 O2 –> NO3- + Energía