Fase Oscura de la Fotosíntesis

En esta fase, se utiliza el ATP y NADPH generados en la fase luminosa para reducir el CO₂ y formar glucosa. Tiene lugar en el estroma y se conoce como el ciclo de Calvin.

Procesos del Ciclo de Calvin

• Fijación del CO₂: El CO₂ se une a la ribulosa-1,5-difosfato (mediante la enzima rubisco), dando lugar a un compuesto de 6 átomos de carbono que se escinde en dos moléculas de 3 átomos de carbono (ácido 3-fosfoglicérico).
• Reducción del ácido fosfoglicérico a gliceraldehído-3-fosfato (G3P): Se realiza mediante el uso de ATP y NADPH. Estos G3P se utilizan para:
  • Regenerar la ribulosa-1,5-difosfato.
  • Fabricar glucosa o fructosa para consumo inmediato.
  • Fabricar sacarosa para ser transportada a otras partes de la planta (savia elaborada).

Balance de Síntesis de Carbono

Por cada CO₂ fijado, se requieren 2 NADPH y 3 ATP. Para formar una molécula de glucosa (6 átomos de carbono), se necesitan 12 NADPH y 18 ATP.

Las plantas toman el nitrógeno en forma de nitratos (NO₃^–) del suelo. En el cloroplasto, se reduce (utilizando NADPH y ATP) a NH₃, que se incorpora a los aminoácidos. El azufre se toma del suelo en forma de sulfatos (SO₄^2-) y se reduce para formar H₂S, que también se incorpora a los aminoácidos. Este proceso también requiere NADPH y ATP.

Quimiosíntesis

La quimiosíntesis es realizada por bacterias. Estas obtienen ATP y NADH₂ de la oxidación de sustancias como NH₃ y H₂S, que proceden de la descomposición de materia orgánica. Estos compuestos se transforman en nitratos (NO₃^–) y sulfatos (SO₄^2-), que pueden ser absorbidos por las plantas. Estas bacterias cierran los ciclos biogeoquímicos.

Fases de la Quimiosíntesis

1. Fase de Oxidación: Se obtiene energía en forma de ATP (fosforilación oxidativa). Parte de este ATP se utiliza para formar NADH₂ en un proceso inverso al transporte de electrones en la cadena respiratoria.
2. Fase de Reducción: Se utilizan el ATP y NADH₂ formados para reducir el CO₂ en un ciclo similar al ciclo de Calvin, formando moléculas de glucosa.

Anabolismo de Ácidos Nucleicos

Para formar nucleótidos, se necesita:

• Ribosa y desoxirribosa, sintetizadas a partir de la ribosa-5-fosfato.
• Bases nitrogenadas:
  • Púricas: Se sintetizan a partir de la ribosa-5-fosfato, añadiendo grupos amino procedentes de aminoácidos.
  • Pirimidínicas: Se forman a partir de un aminoácido (ácido aspártico).

Anabolismo de Aminoácidos

Los humanos solo podemos sintetizar 10 aminoácidos (aminoácidos no esenciales); los otros 10 (aminoácidos esenciales) deben ser ingeridos en la dieta. Las plantas son capaces de fabricar todos los aminoácidos. Se forman a partir de moléculas de 3 a 5 átomos de carbono, a las que se añade un grupo amino por transaminación o directamente en forma de ión amonio (desaminación).

Catabolismo por Respiración

Glucólisis

Es la ruta metabólica en la que la glucosa se escinde en dos moléculas de ácido pirúvico. La energía liberada se utiliza para sintetizar 2 moléculas de ATP.

Fases de la Glucólisis

1. Por cada glucosa, se consumen 2 ATP y se forman 2 gliceraldehído-3-fosfato.
2. Por cada gliceraldehído-3-fosfato, se forman 2 ATP y se genera un ácido pirúvico.

Ciclo de Krebs

En las células eucariotas, el ácido pirúvico obtenido en la glucólisis entra por transporte activo en la mitocondria, donde el sistema piruvato deshidrogenasa lo transforma en Acetil-CoA. Se pierde un grupo carboxilo que sale como CO₂, y 2H son aceptados por un NAD⁺, que pasa a NADH + H⁺. El grupo acetilo se une a la coenzima A y forma Acetil-CoA, que se incorpora al ciclo de Krebs. Se forma un ácido cítrico, que se degrada a partir del grupo acetilo en 2 CO₂ e H, generando un ácido oxalacético. En el ciclo se genera ATP, 3 NADH y 1 FADH₂.

Transporte de Electrones en la Cadena Respiratoria

En esta cadena, se oxidan las coenzimas reducidas y se utiliza la energía para sintetizar ATP.

Procesos del Transporte de Electrones

• Transporte de electrones: En las mitocondrias de las células procariotas, cada molécula se reduce para después oxidarse. La cadena respiratoria está formada por 6 grandes complejos proteicos. Los complejos I, II, III y IV están englobados en la membrana, la ubiquinona transporta electrones al I, II y III, y el citocromo comunica el III con el IV.
• Quimiosmosis: La energía perdida por los electrones se utiliza para bombear H⁺ al espacio intermembranoso, donde se acumulan hasta que su concentración es elevada. Luego, vuelven a la matriz mitocondrial a través de la ATP-sintetasa.
• Fosforilación oxidativa: La ATP-sintetasa está formada por varias subunidades polipeptídicas que se mueven entre sí cuando los protones fluyen por su canal interior. Se produce la unión de un ADP y un grupo fosfato, generando un ATP.

Catabolismo por Fermentación

Es un proceso catabólico en el que no interviene la cadena respiratoria. Es un proceso anaerobio, el aceptor final es un compuesto orgánico, y la síntesis de ATP ocurre a nivel de sustrato, generando solo dos ATP. Ocurre en microorganismos.

Tipos de Fermentación

• Alcohólica: Transformación del ácido pirúvico en etanol y CO₂.
• Láctica: Se forma ácido láctico a partir de la degradación de glucosa.
• Butírica y putrefacción.

Catabolismo de Proteínas

Implica la separación de los grupos amino mediante dos reacciones:

• Transaminación: Consiste en el traspaso del grupo amino de un aminoácido a un cetoácido, que se transforma en glutámico.
• Desaminación oxidativa: Separación del grupo amino de un aminoácido y su liberación al medio acuoso como amoniaco. Se regenera el glutamato deshidrogenasa.

El resto resultante se transforma en ácido pirúvico, acetil-CoA o en algún compuesto del ciclo de Krebs, y se eliminan los grupos amino.