CATABOLISMO

1* Es el conjunto de reacciones de degradación de moléculas complejas, sus finalidades:

   -energía: se basa en los enlaces fosfato presentes en el ATP

    -poder reductor (anabólicos): NADH, NADPH y FADH2

    -precursores metabólicos: moléculas para la biosíntesis. 

1.1 Oxidación de los compuestos biológicos

  -mediante fermentación: (incompleta) el ATP se forma por fosforilación a nivel sustrato. Orgánico y el  aceptor final orgánico. Citoplasma

  -mediante respiración celular: (completa) ATP por fosforilación asociada a un gradiente quimiosmotico (fosforilación oxidativa) un compuesto orgánico con un aceptor inorgánico

2*Catabolismo de glúcidos. Son:

2.1 Glucólisis: a partir de glucosa y sin oxigeno se forman piruvato y ATP, citoplasma. La síntesis del ATP tiene lugar mediante fosforilaciones a nivel de sustrato. 2piruvatos por molécula de glucosa:

-Etapa 1: de fosforilación necesita aporte energético. Conversión de 1glucosa en 2 gliceraldehido-3fosfato es necesaria la hidrólisis de moléculas ATP. Glucosa+fosfato (del ATP)=fructosa-6-fosfato.  Fructosa-6-fosfato+fosfato (ATP)= fructosa-1,6-difosfato

-Etapa 2: oxidación rinde energía y poder reductor: las 2 moléculas gliceraldehido-3-fosfato se oxida formando dos 1,3-difosfoglicerato catalizado por la deshidrogenasa se emplea NAD+ obteniéndose NADH(energía almacenada). Se adhieren 2ADP+los gropos fosfato=2ATP

-Etapa 3 restitución del ATP de la primera: 3-fosfofliceratoàpiruvato liberándose 2 fosfatos que + 2 ADP forma ATP

CLAVES: citoplasma-ATP por fosforilación a nivel sustrato-eficiencia baja 2ATP/glucosa-poder reductor-suministra precursores metabólicos-no oxigeno-ruta más antigua

2.2 Respiración aerobia: tras glucólisis se produce una oxidación completa(cicloKrebs) después se produce la síntesis de ATP en la membrana mitocondrial interna. Los electrones de la glucosa se ceden al oxigeno. Las etapas son:

-Formación del acetil-CoA: el piruvato sufre descarboxilacion oxidativaàacetil CoA piruvato es conducido al interior de la mitocondria para que se produzca la reacción anterior actúa la deshidrogenasa. La perdida del carboxilo por CO2 / oxidación de grupo ceto con grupo carboxilo formando acetil CoA produciendo NADH

-Ciclo de Krebs es una oxidación completa del acetil CoA hasta CO2. Los electrones cedidos se unen a NAD+ y FAD obteniendo NADH y FADH2 (matriz mitocondrial). Funciones: obtención de poder reductor/ precursores metabólicos/ energía en forma GTP.  Se produce en 8 pasos: Citrato(formación)-isocitrato(formación)-&cetoglutarato y CO2(oxidación)-succinil CoA y CO2(oxidación)-succinato (conversión del anterior)-fumarato(oxidación)-malato(hidratación)-Oxalacetato(oxidación)

El acetil CoA se une al oxalacetato que se regenera al completarse el ciclo. La dirolisis de la CoA proporciona energía. Resumiendo en una vuelta se consigue:

1 GTP que se convierte en ATP // 3 moléculas NADH y 1FADH2 que permiten la formación de ATP en la fosforilación oxidativa // 2 moléculas CO2 // es una vía anfibolica que resulta clave en procesos de catabolismo y anabolismo.

-fosforilación oxidativa: mecanismo de síntesis del ATP en la respiración. Tiene lugar en la membrana mitocondrial interna, la enzima que cataliza la síntesis es la ATPsintetasa. La reacción ADP+P es endergonica que requiere un aporte energético importante.

**Transporte electrónico: las moléculas de NADH y FADH2 sus electrones son transportados por moléculas hasta un aceptor (es en este descenso donde se libera energía). Para que sea posible la cadena trasportadora de electrones debe ir bajando el gradiente de potenciales oxido reacción. 4 complejos:

—NADH deshidrogenasa mitocondrial I esta formado por 12 cadenas polipeptídicas que utilizan nucleótidos como coenzimas. Este oxida la NADH formando NAD+

—Ubiquinona II zona hidrofobia (mitocondria) acepta electrones y se oxida al cederlos

—Citocromo b-c1 III 8 polipéptidos en dimeros (2citocromos)

—Citocromo oxidasa IV este complejo transfiere los electrones al oxigeno que actúa como ultimo aceptor que lo reduce formando agua.

**Formación del gradiente quimiosmotico: la energía (electrones) perdido se usa para bombear protones a través de la membrana mitocondrial interna. La acumulación de estas forma un potencial eléctrico, esta situación de gradiente electroquímico de protones es la fuerza protón-matriz   2 electrones del NADH mas oxigeno proporciona 10protones

**Síntesis del ATP a través de la ATP sintetasa pasan los protones de esta manera que el gradiente electroquímico se disipa y esta energía se une con el ADP para formar ATP.

Rendimiento de la respiración aerobia:  se produce oxidación completa // produce una síntesis notable del ATP // a partir de cada acetil CoA forma 12 moléculas ATP // cada molécula de glucosa forma 36 ATP // solo 2 ATP y 2GTP se forman por fosforilación, los 32 restantes por la oxidativa.

2.4 La fermentación: el metabolismo fermentativo es un proceso oxidativo incompleto de los compuestos orgánicos ya que no se libera todo la energía que contienen. Sin oxigeno. La síntesis ATP tiene exclusivamente por fosforilación a nivel sustrato (los sustratos suelen ser glúcidos) la fermentación de los glúcidos se basa en la regeneración del NAD+ acoplada la oxidación de NADH a la reducción del piruvato. 2 etapas:

-oxidación glucosa que origina piruvato: consume NAD+ y se produce NADH

-reducción del piruvato formando dos productos finales, según sean estos:

**láctica: el paso de glucosa a piruvato mediante lactato deshidrogenasa se forma lactato: pasa de 2 NAD+ a 2NADH y produce dos moléculas de ATP. Si el lactato es el único producto final (homolactica) y si hay otros aparte (heterolactica)

**alcohólica: el paso de glucosa a piruvato. Entonces se libera CO2 formándose acetaldehído y con alcohol deshidrogenasa formando se etanol: se pasa de 2NAD+ a 2NADH

Rendimiento: es bajo ya que el producto final contiene moléculas orgánicas que poseen todavía energía. Alcohólica con glucosa 2ADP 2P y 2H+ se forma 2etanol 2CO2 2ATP 2H2O. Láctica: glucosa 2ADP 2P se forma 2lactato 2ATP y 2H2O

3* Catabolismo de lípidos

-la B-oxidación de los ácidos grasos: la degradación de los ácidos grasos proporciona más ATP que la glucosa. La B-oxidación es un proceso oxidativo que origina acetil CoA (en matriz mitocondrial). Para atravesar las 2 membranas mitocondriales la cadena se une a la carnitina, en el interior se unen a CoA y la carnitina vuelve a

salir. Cuatro etapas:

**hidratación: adicción de agua al doble enlace, da lugar a un grupo hidroxilo.

**oxidación: alcohol oxida a un grupo ceto que produce B-cetoacilCoA NAD+ y se vuelve a transformar en NADH

**Tiolisis: ruptura del enlace & y B por la CoA formando acetil  CoA que da 2 carbonos y se vuelve a producir el proceso

Degradación de los ácidos grasos: energía ATP por la incorporación de la cetil CoA al ciclo de KREBS y en la entrada de los electrones de FADH2 + NADH // precursor metabólico acetil CoA // poder reductor FADH2 y NADH

4*Catabolismo de proteínas: comienza por la hidrólisis de los enlaces peptídico que libera sus aminoácidos. Tiene lugar en los puntos donde hay enzimas proteoliticas

4.1 catabolismo aminoácidos: ocurre en 3 circunstancias diferentes:

-en dietas excesivamente de proteínas

-condiciones de ayuno y enfermedad

-en la degradación para el recambio proteico

En dos etapas: eliminación del grupo amino // oxidación de la cadena carbonada

**Eliminación del grupo amino: 2 vias: Transaminacion(la trasferencia del grupo amino desde el aminoácido hasta &cetoacido. Catalizadas por transaminasa (en el hígado). Desaminacion oxidativa: eliminación del grupo amino en forma de amoniaco (hígado y riñones) catalizado por la deshidrogenasa.

**Oxidación de la cadena carbonada: &cetoacido sigue procesos de transformación. Según sea la ruta: aminoácidos glucogénicos(oxidación piruvato) o aminoácidos cetoganicos (acetil CoA que produce ATP)

ANABOLISMO

1*Nutrición: necesaria materia y energía para sintetizar biomoleculas y estructuras. Es esencial en la síntesis de biomoleculas al compuesto carbonada, la forma de obtenerlo: autótrofos (carbono por CO2) heterótrofos(carbono por moléculas orgánicas); según la fuente de energía: fototrofos(energía luminosa) quimiotrofos(de los enlaces de las moléculas que oxidan)

2*Anabolismo es el conjunto de procesos bioquímicos mediante los cuales loas células sintetizan la mayoría de las sustancias que los contistiyen. En las reacciones de biosíntesis se distingue un nivel superior que consiste en la formación de estructuras celulares (reacciones de ensamblaje). Muchos requieren energía procedente de la hidrólisis del ATP. Para sintetizar moléculas biológicas se necesitan llevar a cabo reacciones de reducción de dos grandes grupos:

-permiten obtención de moléculas orgánicas a partir de inorgánicas (fotosíntesis/quicios)

-se basan en la síntesis de moléculas orgánicas a partir de otras orgánicas

3*Fotosíntesis: es un proceso anabólico de transformación de energía luminosa en química(ATP) y utilizarla para sintetizar moléculas orgánicas. La oxigenica es el proceso en el que se libera oxigeno como producto final, este proviene de la fotolisis del agua. En la anoxigenica se utiliza sulfuro de hidrogeno y no libera oxigeno. Se realiza en dos etapas: lumínica(tilacoides) oscura (estroma)

3.1Luminica: se realiza en tres procesos diferentes:

-Captación de energía: las clorofilas con el anillo tetrapirrolico(magnesio y fitol) y los carotenoides que son isoprenoides que poseen un abanico de luz mas amplio (caroteno y xantofila). Estos junto con proteínas forman los complejos antena. La energía lumínica es transferida al centro de reacción.

-Transporte electrónico dependiente de la luz, es aquí donde se produce el fenómeno de excitación del centro de reacción. Se llama fotosistema el conjunto formado por la molécula de clorofila del centro de reacción asociada a unas moléculas aceptoras de electrones. Cuando el aceptor final es el NADP+ es un flujo electrónico abierto y si el aceptor es el propio centro es un flujo electrónico cíclico, las cadenas que unen 2 fotosistemas entre si son: feotina, plastoquinona, citocromo b-f y plastocionina.

**Flujo electrónico abierto: los organismos fotosintéticos oxigenitos el transporte de electrones es desde el agua al NADP+. 1er proceso fotodependientes es la excitación del fotosistema I, cuando este absorbe los fotones, un electrón capta esa energía y se excita, la proteína transportadora de este se llama ferredoxino que cede NADP+ reductasa obteniendo pode reductor. Al perder un electrón necesita recuperarlo y es el fotosistema II quien actuara como donador. A su vez la fotolisis del agua actúa como donador electrónico. El gradiente quimiosmotico provocara la síntesis de ATP

**flujo electrónico cíclico: la clorofila del fotosistema I cede electrones a las moléculas transportadoras, y los electrones vuelven. La clorofila actúa de donador y aceptor. ATP por fotofoforilacion cíclica. De esta forma se puede variar la proporción de NADPH y ATP formadas durante la iluminación.

-síntesis de ATP gracias a la energía de los fotones de luz la energía perdida por los electrones sirve para bombear protones al interior del tilacoide. Los protones del interior del tilacoide solo pueden volver por las ATPpasas (pH). Al disponerse el gradiente la energía se emplea en conseguir ATP.

3.2Fotosintesis bacteriana: los pigmentos fotosintéticos son las bateriasclorofilas. La mayoría poseen un fotosistema por lo que el ATP se produce por fotofosforilacion cíclica, siendo anooxigenicas.

3.3Fase oscura: la conversión del CO2 en compuestos orgánicos se conoce como asimilación del CO2, es asimilado mediante el ciclo de Calvin.

Ciclo de Calvin: se utilizan aquí el ATP y NADPH de la fase lumínica.

–fijación del CO2: incorporación del átomo de C en la ribulosa-1,5-difosfato. La catalización es mediante la caboxilosa (rubisco) que origina como producto final 2 o 3 fosfoglicerato

–reducción del carbono del CO2 se lleva acabo en fosforilación y reducción, requieren ATP y NADH.

   Fosforilación P del ATP se une al C del CO2 formando 1.3-difosfoglicerato

   Reducción: les dona electrones NADPH se transforma en C carbonilito del gliceraldehido-3-fosfato. Los destinos de esta molécula son: síntesis de hexosas/obtención de energía/precursor metabólico/regeneración para el ciclo de Calvin

Regeneración de la ribulosa-1.5-fosfato: el gliceraldehido-3-fosfato forma ribosas fosfato que por fosforilación directa con ATP esto forma ribulosa-1.5-difosfato toda la reacción es catalizada por fosforribuloquinosa.

ESTEQUIOMETRIA del ciclo de Calvin: cada vuelta se fija 1 átomo de C del CO2.  Partiendo de la fijación de 6 moléculas de CO2 se forma un molécula hexosa, para que se produzca la enzima rubisco necesita 6 moléculas de ribulosa-1.5-fosfato obteniendo 3-fosfoglicerato. Para reducir 12 moléculas de fosfoflicerato se necesita 12 ATP y 12 NADH 12 gliceraldehido biosíntesis de 1 molécula de hexosa y 6 ribulosa-1,5-difosfato esta son fosforilizadas por 6 ATP. 1hexosa a partir de CO2 à 12NADPH y 18ATP

3.4Fotorrespiracion y plantas C4

La enzima rubisco puede actuar como oxigenasa esta va a representar un saldo negativo. El oxigeno compite con el CO2 como sustrato de la enzima en un proceso que se llama fotorrespiracion, cuando el CO2 es bajo o el oxigeno es alto.

C4 presenta una anatomía especial en sus hojas con la finalidad de reducir el problema de la fotorrespiracion. Capta Co2 en forma de acido málico. Las células del mesófila son las que fijan el CO2 conocida como células envolventes de haz. Esta vía se llama ciclo de Hatch-Slack.

3.5Factores que influyen en la fotosíntesis

-la luz: al aumentar la intensidad de la iluminación aumenta la actividad fotosintética. Los complejos antena son capaces de absorber un amplio abanico de longitudes de onda

-la concentración CO2: la eficacia es mayor según aumenta la concentración hasta la saturación del surisco

-la T: se acelera al aumentar la temperatura hasta un valor determinado. A partir del cual se desnaturaliza y el proceso se detiene. Hay una óptima para cada especie.

-La humedad: el grado de humedad condiciona el rendimiento fotosintético.

-la concentración de oxigeno: si es muy elevada, la eficacia disminuye.

4*Quimiosintesis: es el término del metabolismo de las bacterias quimiolitotrofas. Son autótrofas por lo que utilizan carbono del CO2. No captan luz por lo que la energía viene de lo oxidación del sustratos inorgánicos. El oxigeno es el aceptor final por lo que se trata de una respiración aerobia. Para conseguir poder reductor es necesario el transporte inverso de electrones y ATP. Estas bacterias se clasifican en

-Nitrificantes: oxidan compuestos reducidos de N. uno oxida el amoniaco y el otro el ion nitrito, se dan en un pH bajo.

-sulfooxidantes: el sustrato oxidable es un compuesto de S. se encuentra en minas de pirita u otros sulfuros.

-ferrooxidantes: el sustrato hierro ferroso y se encuentran en pH muy bajo

-oxidantes del hidrogeno: oxidan hidrogeno para formar agua. Viven en zonas que liberan hidrogeno como producto final de la fermentación.