Metabolismo Celular: Procesos Clave

Tipos de Fermentación:

La fermentación es un proceso de degradación anaerobia de la glucosa, cuyo objetivo es la obtención de energía en forma de ATP y la regeneración del NAD+.

Existen dos tipos principales de fermentación:

• Fermentación Láctica: El ácido pirúvico acepta los electrones del NADH y H+ producidos en la glucólisis, reduciéndose a ácido láctico. Un ejemplo son las bacterias ácido-lácticas, responsables de la producción de queso y yogur.
• Fermentación Alcohólica: El ácido pirúvico se descarboxila a acetaldehído, que luego se reduce a etanol. Este proceso se utiliza en la elaboración del pan, donde el CO2 y el alcohol se eliminan durante la cocción.

Fosforilación Oxidativa

La cadena de transporte de electrones mitocondrial utiliza electrones de NADH o FADH2, pasándolos a un aceptor final (O2) mediante reacciones redox. La energía liberada se usa para bombear protones al espacio intermembranoso, creando un gradiente que impulsa la síntesis de ATP a través de la ATP-sintetasa.

a) Comienza con ADP y termina con ATP.

b) Tiene lugar en la mitocondria.

c) Se genera ATP.

d) Sirve para obtener energía.

Glicólisis

La glicólisis es una serie de diez reacciones que degradan una molécula de glucosa a dos de ácido pirúvico en condiciones anaerobias. Se divide en dos fases:

• Fase de consumo energético: La glucosa se degrada a 2 moléculas de gliceraldehído-3-fosfato, consumiendo 2 ATP.
• Fase de producción energética: Las 2 moléculas de gliceraldehído-3-fosfato se transforman en 2 de ácido pirúvico, generando 4 ATP y 2 NADH.

a) Comienza con glucosa y termina con ácido pirúvico.

b) Tiene lugar en el citosol.

c) Se generan 2 moléculas de ácido pirúvico, 2 ATP y 2 NADH.

d) Sirve para la obtención de energía.

Anabolismo y Catabolismo

Catabolismo: Fase degradativa del metabolismo, donde moléculas complejas se descomponen en compuestos más simples, liberando energía (exergónico).

Anabolismo: Fase constructiva, donde moléculas simples se utilizan para construir moléculas complejas, consumiendo energía (endergónico).

Procesos Metabólicos

• Glicólisis: Catabólico.
• Gluconeogénesis: Anabólico.
• Ciclo de Calvin: Anabólico.
• Ciclo de Krebs: Catabólico.

Localización y Productos de Procesos Metabólicos

• Fase luminosa de la fotosíntesis: Membranas tilacoidales → ATP, O2
• β-oxidación: Matriz mitocondrial → Acetil-CoA, NADH
• Fermentación alcohólica: Citosol → Etanol
• Fosforilación oxidativa: Mitocondria → ATP, H2O
• Glicólisis: Citosol → Ácido pirúvico
• Ciclo de Calvin: Estroma del cloroplasto → ATP
• Ciclo de Krebs: Matriz mitocondrial → CO2, NADH
• Gluconeogénesis: Citosol → Glucosa

Rutas Metabólicas del Piruvato

La glicólisis ocurre en el citosol, comenzando con glucosa y terminando con ácido pirúvico. El piruvato puede seguir:

• Respiración mitocondrial: Piruvato a CO2.
• Fermentación: Piruvato a etanol o ácido láctico.

Respiración Mitocondrial vs. Fermentación

Respiración mitocondrial: Degradación aerobia de la glucosa, oxidando el piruvato a CO2 y H2O.

Fermentación: Degradación anaerobia de la glucosa para obtener energía y regenerar NAD+.

La reacción global de la fermentación alcohólica ocurre en el citosol.

Fotosíntesis

La fotosíntesis ocurre en el cloroplasto de células vegetales y es un proceso anabólico.

Fases de la Fotosíntesis

• Fase luminosa (A): En los tilacoides, se transportan electrones desde el H2O hasta el NADP+, generando NADPH y ATP.
• Fase oscura (B): En el estroma, se sintetizan moléculas orgánicas a partir de CO2, utilizando el NADPH y ATP de la fase luminosa.

Obtención de Ácido Láctico y Etanol

Ácido Láctico: El piruvato acepta electrones del NADH y se reduce a ácido láctico. Bacterias ácido-lácticas realizan este proceso.

Etanol: El piruvato se descarboxila a acetaldehído, que se reduce a etanol. Levaduras y algunas bacterias realizan este proceso.

Levaduras y Fermentación

La fermentación es la degradación anaerobia de la glucosa para obtener energía y regenerar NAD+. Los tipos son láctica y alcohólica. Una levadura es un hongo unicelular eucariota. Participan en la elaboración de cerveza y vino.

Catabolismo

Glicólisis: Degradación de glucosa a piruvato en el citosol.

Descarboxilación oxidativa del piruvato: Transformación de piruvato a acetil-CoA.

Acetil-CoA: Procede de la degradación de ácidos grasos, glucosa y aminoácidos.

Coenzimas reducidas en el ciclo de Krebs: NADH y FADH2.

Finalidad de la cadena respiratoria: Obtener ATP en presencia de oxígeno.

Fotosíntesis: Papel de Agua, Luz y CO2

Agua: Aporta protones, electrones y oxígeno.

Luz: Fuente de energía para excitar la clorofila.

CO2: Substrato para sintetizar hidratos de carbono.

En la fase luminosa se genera NADPH2 y ATP, utilizados en el ciclo de Calvin.

Fotosistemas y Fase Luminosa

Un fotosistema es un complejo de proteínas y pigmentos en las membranas tilacoidales. Los productos finales de la fase luminosa son ATP y NADPH2, utilizados en la fase oscura. La fotólisis del agua libera protones, electrones y oxígeno.

Definiciones Clave

• Gluconeogénesis: Síntesis de glucosa a partir de piruvato.
• Glicólisis: Degradación de glucosa a piruvato.
• Autótrofo: Organismo que sintetiza materia orgánica a partir de inorgánica.
• Heterótrofo: Organismo que utiliza materia orgánica como fuente de carbono y energía.
• Fermentación: Degradación anaerobia de glucosa.

Funciones en la Fotosíntesis

Luz: Proporciona energía para la excitación de pigmentos.

Clorofila: Capta la energía de la luz.

ATP y NADPH: Producidos en la fase luminosa, utilizados en el ciclo de Calvin.

Hidratos de carbono: Se forman por fijación de CO2 en el ciclo de Calvin.

Protones: Provienen de la fotólisis del agua.

Localización de Procesos Metabólicos

• Ciclo de Krebs: Matriz mitocondrial.
• Glicólisis: Citosol.
• Fotosíntesis: Cloroplastos.
• Gluconeogénesis: Citosol.

Ecuación Global de la Fotosíntesis

CO2 + H2O + LUZ → MATERIA ORGÁNICA + O2

Los pigmentos fotosintéticos están en las membranas tilacoidales. En la fase luminosa se obtiene oxígeno, NADPH y ATP, utilizados en el ciclo de Calvin.

Reacción de la Respiración Celular

C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + energía (ATP)

La glicólisis es la degradación anaerobia de glucosa a piruvato en el citosol. La gluconeogénesis no es el proceso inverso exacto de la glicólisis.

Finalidad, Productos y Ubicación de Procesos Metabólicos

• Glicólisis: Degradación de glucosa a piruvato en el citosol (catabólico).
• Ciclo de Krebs: Degradación de acetil-CoA a CO2 en la matriz mitocondrial (catabólico).
• Ciclo de Calvin: Fijación de CO2 para formar materia orgánica en el estroma del cloroplasto (anabólico).

Rutas Metabólicas en el Catabolismo de la Glucosa

El catabolismo de la glucosa se realiza en tres rutas:

• Glicólisis: Rompe la glucosa en piruvato en el citosol.
• Ciclo de Krebs: Convierte acetil-CoA en CO2 en la matriz mitocondrial.
• Cadena respiratoria y fosforilación oxidativa: Transfiere electrones para sintetizar ATP en la membrana mitocondrial interna.

Levaduras y Fermentación

Una levadura es un hongo unicelular eucariota. Participa en la elaboración de cerveza y vino. La fermentación es la degradación anaerobia de la glucosa.

Localización de Procesos en Orgánulos

• β-oxidación: Matriz mitocondrial.
• Ciclo de Krebs: Matriz mitocondrial.
• Cadena de transporte de electrones: Membrana interna mitocondrial y tilacoidal.
• Ciclo de Calvin: Estroma del cloroplasto.

Los animales no pueden convertir ácidos grasos en glucosa por falta de enzimas específicas.

Resumen de Procesos Metabólicos

• Ciclo de Calvin: Síntesis de moléculas orgánicas a partir de inorgánicas en el estroma del cloroplasto.
• Cadena respiratoria y fosforilación oxidativa: Transporte de electrones y síntesis de ATP en la membrana interna mitocondrial.
• β-oxidación: Degradación de ácidos grasos a acetil-CoA en la matriz mitocondrial.
• Glicólisis: Degradación de glucosa a piruvato en el citosol.
• Ciclo de Krebs: Oxidación de acetil-CoA a CO2 en la matriz mitocondrial.