Fotosíntesis y Metabolismo Celular
La fotosíntesis es el proceso mediante el cual los organismos autótrofos fabrican su propio alimento utilizando la energía luminosa. Esta energía luminosa se convierte en energía química que se almacena en la glucosa.
6CO2 + 6H2O + Energía Luz → C6H12O6 + 6O2
Materias Primas para la Fotosíntesis
- Dióxido de carbono
- Agua
Enzimas y coenzimas: Controlan la síntesis de glucosa.
Clorofila
Existen clorofila a, b, c y d. Las más importantes son la a y la b. La clorofila a captura la energía luminosa dentro del espectro rojo y violeta. La clorofila b tiene la propiedad de transferir la energía recibida a la a, las que generalmente convierten esa energía luminosa en energía química.
La clorofila es de tamaño grande, formada por carbono e hidrógeno, con su centro de magnesio (Mg) rodeado de nitrógeno (N). Esto se llama anillo de porfirinas.
Los colores que la clorofila absorbe mejor son el violeta, azul y rojo; por ende, refleja mejor los colores cercanos al verde, siendo esta la razón de que las partes que presentan clorofila son verdes.
La fotosíntesis tiene lugar en los cloroplastos.
Cuando la energía de los pigmentos aumenta, comienza progresivamente a bajar esa energía, liberándose y produciendo ATP (energía utilizable en los cloroplastos).
ATP
El ATP se produce en reacciones de luz y se utiliza en reacciones de oscuridad.
Ciclo de Krebs
El ciclo de Krebs es una ruta metabólica, es decir, una sucesión de reacciones químicas, que forma parte de la respiración celular en todas las células aeróbicas. En organismos aeróbicos, el ciclo de Krebs es parte de la vía catabólica que realiza la oxidación de glúcidos, ácidos grasos y aminoácidos hasta producir CO2, liberando energía en forma utilizable (poder reductor y GTP).
El metabolismo oxidativo de glúcidos, grasas y proteínas frecuentemente se divide en tres etapas, de las cuales, el ciclo de Krebs supone la segunda. En la primera etapa, los carbonos de estas macromoléculas dan lugar a moléculas de acetil-CoA de dos carbonos, e incluye las vías catabólicas de aminoácidos (p. ej. desaminación oxidativa), la beta oxidación de ácidos grasos y la glucólisis. La tercera etapa es la fosforilación oxidativa, en la cual el poder reductor (NADH y FADH2) generado se emplea para la síntesis de ATP según la teoría del acomplamiento quimiosmótico.
El ciclo de Krebs también proporciona precursores para muchas biomoléculas, como ciertos aminoácidos. Por ello se considera una vía anfibólica, es decir, catabólica y anabólica al mismo tiempo.
NADH
El NADH es una coenzima que contiene la vitamina B3 y cuya función principal es el intercambio de electrones e hidrogeniones en la producción de energía de todas las células.
El NAD+ interviene en múltiples reacciones metabólicas de óxido-reducción. Cuando una enzima oxida un sustrato por deshidrogenación, los átomos de hidrógeno arrancados a dicho sustrato son cedidos por la enzima al NAD+; éste actúa como agente oxidante al aceptar dos electrones (y un protón), quedando libre en el medio otro protón:
A-H2 + NAD+ → A + NADH + H+
Por tanto, el NADH es la forma reducida del NAD+, ya que posee dos electrones (y un protón) más. El NADH actúa como transportador de 2e– y 1H+, para acabar cediéndolos. En el catabolismo aerobio, el NADH cede sus electrones al complejo NADH-deshidrogenasa (el primer elemento de la cadena respiratoria) situado en la membrana interna de la mitocondria; en el catabolismo anaerobio, como en la fermentación láctica, el NADH cede sus electrones al ácido pirúvico que se reduce a ácido láctico.
El NADP+ es la nicotinamida adenín dinucleótido fosfato, siendo la NADPH su forma reducida; su mecanismo de acción es similar al descrito para el NAD+. La principal función del NADP+ es la oxidación de la glucosa-6-fosfato a 6-fosfato-gluconato en la Vía de las pentosas, vía alternativa de la oxidación de la Glucosa, cuyo objetivo principal es la producción de Ribosas y NADPH para su utilización durante la Síntesis de Ácidos Grasos.
Las formas reducidas del NAD+ se obtienen de la glucólisis y ciclo de Krebs principalmente.
FADH
Bioquímicamente, el FADH es una coenzima que interviene como dador o aceptor de electrones y protones (poder reductor) en reacciones metabólicas redox; su estado oxidado (FAD) se reduce a FADH2 al aceptar dos átomos de hidrógeno (cada uno formado por un electrón y un protón).
Acetil CoA
El Acetil CoA es un compuesto intermediario clave en el metabolismo, que consta de un grupo acetilo, de dos carbonos, unido de manera covalente a la coenzima A.
El acetil coenzima A se forma en numerosas rutas catabólicas, entre otras:
- Descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico. El ácido pirúvico sufre una descarboxilación oxidativa en el complejo piruvato deshidrogenasa de la matriz mitocondrial, antes de entrar al ciclo de Krebs, y un grupo carboxilo es eliminado en forma de dióxido de carbono, quedando un grupo acetilo (-CO-CH3) con dos carbonos que es aceptado por la coenzima A y se forma acetil-CoA, que es, por tanto, un compuesto clave entre la glucólisis y el ciclo de Krebs. Esta reacción es imprescindible para que la oxidación de los glúcidos (glucógeno, glucosa) continúe por la vía aerobia (ciclo de Krebs, cadena respiratoria, fosforilación oxidativa). De este modo puede aprovecharse toda la energía contenida en dichos nutrientes, con obtención de una cantidad máxima de ATP.
- Beta oxidación de los ácidos grasos. Los ácidos grasos son escindidos en fragmentos de dos carbonos que son aceptados por el coenzima A originando acetil-CoA que ingresa en el ciclo de Krebs.