Metabolismo

Conjunto de todas las reacciones químicas que suceden en el interior de las células, transformándose unas moléculas en otras con el fin de obtener materia y energía para llevar a cabo sus funciones vitales.

Nutrición

La célula toma energía y materia del exterior para fabricar sus propias estructuras y obtener energía para realizar sus funciones.

Catabolismo

Conjunto de reacciones de oxidación en el que las sustancias complejas se degradan formando otras más simples, liberando energía (reacciones exotérmicas), parte de la cual se almacena en forma de ATP y parte se libera en forma de calor. Algunos ejemplos son la respiración aeróbica y anaeróbica, y la fermentación.

Ciclo de Krebs

El ácido pirúvico entra desde el citosol a la matriz mitocondrial, en cuyo interior se descarboxila oxidativamente para formar acetil-CoA y CO₂. Aunque se obtiene algo de energía en este proceso, la mayor cantidad de energía que se obtiene en el catabolismo de los glúcidos es mediante la cadena respiratoria y la fosforilación oxidativa.

Cadena Respiratoria y Fosforilación Oxidativa

Es la etapa donde se consigue la mayor parte de energía a partir del poder reductor (NADH+H⁺ y FADH₂) obtenido en el ciclo de Krebs. Estas moléculas ceden sus H⁺ a moléculas aceptoras de la cadena respiratoria situadas en la membrana mitocondrial. Estos transportadores de electrones pueden obtener dos estados:

• Pueden recibir electrones de otro par (reduciéndose) con un potencial de reducción más electronegativo.
• Pueden ceder electrones a otro par (oxidándose) con un potencial de reducción menos electronegativo.

En cada paso de electrones desde un par redox a otro se libera energía que es invertida en producir ATP, proceso llamado fosforilación oxidativa, la cual se explica por la hipótesis quimiosmótica de Mitchell: la energía liberada en el transporte de e^– por la cadena respiratoria se invierte en provocar un bombeo de protones desde la matriz mitocondrial al espacio intermembranoso y, una vez allí, los protones son bombeados de nuevo a la matriz a través de un canal formado por las partículas F con actividad ATP sintetasa. Por cada tres H⁺ que fluyen a su través se forma un ATP. Por cada NADH+H⁺ se forman 3 ATP. Por cada FADH₂ se producen 2 ATP.

Catabolismo de Proteínas

Para obtener energía de los aminoácidos, estos se oxidan en tres pasos:

1. Desaminación: pérdida del grupo amino del aminoácido, liberándose NH₃ y obteniéndose un esqueleto carbonado.
2. Transformación del esqueleto carbonado en acetil-CoA: que entra al ciclo de Krebs y a la fosforilación oxidativa.
3. Excreción de los grupos NH₃: que, si se acumulan en el citosol, serían muy tóxicos porque aumentarían el pH. El NH₃ es eliminado tras ser transformado en otras sustancias.

Fermentación

Proceso catabólico en el que no interviene la cadena respiratoria y el aceptor final de electrones es un compuesto orgánico, por lo que entre sus productos finales se produce algún compuesto orgánico.

• Fermentación láctica: Se produce en bacterias. El ácido láctico producido a partir de la lactosa de la leche disminuye el pH del medio, coagula la caseína (se desnaturaliza y forma el yogur, el queso…). En los músculos, si no llega suficiente O₂, entonces se produce la fermentación, produciéndose cristales de ácido láctico (agujetas). 1 Glucosa → 2 ATP (fermentación); 1 Glucosa → 38 ATP (respiración celular, catabolismo aeróbico).
• Fermentación alcohólica: Las levaduras son microorganismos anaeróbicos facultativos: si hay O₂ hacen la respiración celular; si no, la fermentación. Se utiliza en la producción de pan, vino, etc.

Anabolismo

Ruta o conjunto de reacciones en la que se sintetizan moléculas complejas a partir de moléculas sencillas. Puede ser anabolismo autótrofo o heterótrofo.

Fotosíntesis Oxigénica

Proceso anabólico autótrofo en el que las células de las plantas verdes, algas y cianobacterias, usando como nutrientes el agua y CO₂, y gracias a la energía lumínica, forman sus propias moléculas orgánicas. 6 H₂O + 6 CO₂ + energía luminosa → C₆H₁₂O₆ (glucosa) + 6 O₂

Fase Oscura

Es la fase en la que, a partir del ATP y NADPH+H⁺ producidos en la fase luminosa, se produce materia orgánica (glucosa, aminoácidos, ácidos grasos) a partir de la materia inorgánica (CO₂ como fuente de carbono, nitritos o nitratos como fuente de nitrógeno, sulfatos como fuente de azufre). No necesita luz. Se lleva a cabo mediante el ciclo de Calvin. Por cada CO₂ incorporado se necesitan 3 ATP y 2 NADPH+H⁺. Las plantas que siguen el ciclo de Calvin se denominan plantas C3 porque producen un compuesto de 3 carbonos en el ciclo.

Factores que Afectan a la Fotosíntesis

• Intensidad luminosa: cada especie está adaptada a vivir en un intervalo de intensidad luminosa.
• Concentración de CO₂: si la intensidad luminosa es elevada y constante, entonces a mayor CO₂ mayor rendimiento fotosintético, hasta llegar a unos límites, donde se satura.
• Temperatura: cada especie está adaptada a vivir en un intervalo de temperatura.
• Escasez de agua: La fotorrespiración es una modificación del ciclo de Calvin que presentan las plantas que viven en zonas muy cálidas y secas. Sus estomas estarán cerrados para evitar perder H₂O, entonces el O₂ producido durante la fotosíntesis se acumula y no puede entrar el CO₂. La fotorrespiración reduce al 50% la capacidad fotosintética de la planta, es decir, es perjudicial para ella, pero es la única manera en la que la planta puede sobrevivir en condiciones de sequía. Es una adaptación a climas secos y áridos.

Fotosistemas

Están formados por:

• Antena: contiene distintos pigmentos fotosintéticos (clorofila a, clorofila b) que captan la energía luminosa.
• Centro de reacción: formado por:
  • Dos moléculas de clorofila a diana que reciben la energía de los pigmentos de la antena.
  • Primer aceptor de electrones, por el cual la clorofila a diana transfiere sus electrones.
  • Primer dador de electrones, por el cual el primer aceptor de electrones transfiere sus electrones al segundo dador de electrones.