Metabolismo

Metabolismo: Es el conjunto de reacciones que tienen lugar en las células, mediante las cuáles obtienen energía y la utilizan para mantener sus concentraciones iónicas y regenerar continuamente las moléculas y las estructuras que se degradan.

Anticodón: Un anticodón es la secuencia de tres nucleótidos complementaria a una secuencia de otros tres nucleótidos que se encuentran en el ARN mensajero (ARNm), siendo esta última el codón. El anticodón, en cambio, forma parte de un extremo de una molécula de ARN de transferencia (ARNt).
Codón: Es una combinación de tres nucleótidos sucesivos en una cadena de ADN o ARN.
Cebador: El cebador o primer está formado por nucleótidos de ácido ribonucleico (ARN) (éste es sintetizado por la ARN primasa), que permite que la ADN polimerasa III comience la síntesis de la nueva cadena de ADN. El cebador es la secuencia de inicio en la replicación de la cadena. Sin éste, la ADN polimerasa III no puede actuar.
Fragmento de Okazaki: Durante la replicación de ADN, se conocen como fragmentos de Okazaki a las cadenas cortas de ADN recién sintetizadas en lahebra discontinua. Éstos se sintetizan en dirección 5

? 3 a partir de cebadores de ARN que después son eliminados. Los fragmentos de Okazaki se unen entre sí mediante la ADN ligasa completando la nueva cadena.Están formados por 1000 a 2000 nucleótidos en Escherichia coli y entre 100 y 200 nucleótidos en eucariotas. Están separados por cebadores de ARN de aproximadamente 10 nucleótidos de longitud.

Oxidación-reducción: El paso de energía en una célula lleva aparejada un flujo de electrones de una molécula a otra. Estas reacciones se denominan oxidación-reducción.
Oxidación: una molécula pierde electrones. La sustancia queda oxidada y se denomina dador de electrones.
Reduccion: La molécula gana electrones. La molécula que los acepta se reduce y recibe el nombre de aceptor de electrones.

El metabolismo puede descomponerse en dos series de reacciones:
– Anabolismo: Son procesos químicos producidos en una célula y cuya finalidad es la obtención de sustancias orgánicas complejas a apartir de sustancias más simples con un consumo de energía(procesos endergónicos). La construcción de biomoléculas orgánicas requiere electrones para reducir sus precursores oxidados. El anabolismo es un proceso constructivo, reductor y endergónico.
– Catabolismo: Las moléculas complejas son degradadas formándose moléculas más simples. Son procesos destructivos generadores de energía(procesos exergónicos). Muchas reacciones del catabolismo suponen una pérdida de electrones de los sustratos orgánicos que se degradan. El catabolismo es un proceso degradativo, oxidante y exergónico.

Rutas metabólicas: Son las reacciones químicas que integran el metabolismo las cuales no tienen lugar de forma independiente unas de otras, sino que están articuladas en largas secuencias de reacciones consecutivas ligadas entre si por intermediarios comunes, de modo que el producto de cada reacción resulta ser el sustrato o el reactivo de la siguiente. Las rutas metabólicas que forman el catabolismo se llaman rutas catabólicas y las que forman el anabolismo se llaman rutas anabólicas.

Las fermentaciones: Son procesos metabólicos que se producen en el citoplasma celular, obteniendose energía en condiciones anaerobias, por oxidación parcial de la glucosa o de otros combustibles orgánicos.
El aceptor final no es el oxígeno, sino una molécula orgánica que se reduce y origina el producto final característico del tipo de fermentación. La degradación de la glucosa no es parcial y su rendimiento energético es de 2ATP/glucosa. La fermentación permite regenerar NAD+ en el citoplasma de forma que la glucolisis no se detenga.

Las fermentaciones consisten en la transformación del ácido pirúvico que se ha obtenido al final de la glucólisis, en algún otro producto orgánico que es diferente en cada tipo de fermentación. Existen muchos tipos de fermentación pero los principales son: la fermentación láctica y la fermentación alcohólica.

La fermentación láctica: ocurre en una sola etapa: el ácido pirúvico acepta un par de electrones procedente del NADH y se reduce a ácido láctico que es el producto final. La fermentación láctica la realizan muchos microorganismos como las ácido-lácticas que provocan el agriado de la leche y produce derivados de esta como queso, yogurt… También se produce en las células del músculo esquelético durante ejercicios cortos e intensos, debido a que el aporte de oxígeno es insuficiente para producir la oxidación de glucosa por vía aerobia. Durante el período de recuperación, el ácido láctico es retirado del músculo y transformado en glucosa mediante la gluconeogénesis.
La fermentación alcohólica: Tiene lugar en dos etapas. En la primera el ácido pirúvico pierde su grupo carboxilo en forma de CO2 y da acetaldehído. En la segunda el acetaldehído acepta un par de electrones procedentes del NADH transformándose en alcohol etílico. alcohol etílico y CO2 son los productos finales.
La fermentación alcohólica la realizan las levaduras y dependiendo de las condiciones en las que se realice la fermentación se pueden originar gran cantidad de bebidas alcohólicas:vino, cerveza, sidra, etc… También es utilizada en la elaboración del pan pero en este caso, el CO2 y el alcohol son eliminados en el proceso de cocción.

ANABOLISMO: Es el conjunto de procesos constructivos que suceden en una célula donde se produce la síntesis de moléculas complejas a partir de otras más sencillas. El anabolismo es endergónico, ya que, necesita incorporación de energía.

La fotosíntesis: es un proceso de nutrición autótrofa por el que se forma materia orgánica por reducción de materia inorgánica, utilizando la energía luminosa. Tiene lugar en los clorosplastos de las células eucariotas, en los tilacoides de las cianobacterias y en la membrana celular y citoplasma de bacterias fotosintéticas.
Importancia de la fotosíntesis: El cambio producido en la atmósfera terrestre primitiva que en principio era reductora. – la síntesis de materia orgánica que es la base de los ecosistemas. – la energía almacenada en combustibles fósiles. – la liberación de oxígeno a la atmósfera permitiendo la respiración aerobia. – la retirada de CO2 atmosférico quien es el principal causante del efecto invernadero.
Las reacciones de la fotosíntesis se agrupa en dos grandes bloques:
– La fase luminosa: La energía de la luz capturada por los pigmentos fotosintéticos se transforma en energía química del ATP y NADPH.
– La fase oscura: La energía acumulada en estos dos compuestos es utilizada para transformar el dióxido de carbono y las sales minerales en materia orgánica.

FASE LUMINOSA: Es el transporte de electrones a través de la cadena transportadora ubicada en la membrana tilacoidal de los clorosplastos. Mientras que, en la mitocondria el transporte se realiza a favor del gradiente de potencial redox, desde dadores de electrones a aceptores en el clorosplasto, este transporte se realiza en sentido contrario, desde el H2O que es un dador débil hasta el NADP+ que es un aceptor débil.
Este transporte electrónico es un proceso endergónico y no tiene lugar si no se le suministra energía. Interviene la energía luminosa captada por los pigmentos fotosintéticos, la cual es utilizada para impulsar los electrones desde el agua hasta el NADP+ que se reduce para dar NADPH.
– El proceso comienza cuando la luz excita un par de electrones del PS II que se oxida y puede aceptar dos electrones procedentes del agua volviendo a su estado inicial.

La molécula de agua se rompe y libera el oxígeno que es necesario para la fotosíntesis.
– Los electrones excitados del PS II son cedidos a la cadena de transportadores.
– Al mismo tiempo un par de electrones del PS I fueron excitados por la luz y cedidos a otro tramo de la cadena, conduciendolos al NADP+ que se reduce a NADPH. Los electrones procedentes del PS II son cedidos ahora al PS I que recupera su estado inicial.

Fosforilación no cíclica: Aunque el transporte electrónico fotosintético se realiza «cuesta arriba», el uso de dos fotosistemas permite la existencia de un tramo descendente donde los electrones circulan a favor del gradiente de potencial redox. En este tramo se libera energía, similar a lo que ocurre en la mitocondria, utilizada para bombear protones a través de la membrana tilacoidal, creando un gradiente electroquímico de protones. En esta membrana existe una ATP-sintetasa que debido a la energía liberada puede sintetizar ATP al regresar los protones al estroma. El tramo descendente mencionado es corto comparado con la totalidad de la cadena, se bombean muy pocos protones y solo se obtiene una molécula de ATP por cada par de electrones que circulan desde el agua al NADP+.
Fosforilación cíclica: Se observa que por cada molécula de agua que se rompe por fotolisis se obtiene una molécula de NADPH y una molécula de ATP. Esto supone que en la fase oscura se necesita más cantidad de ATP que de NADPH. Las células fotosintéticas se ven obligadas a recurrir a un mecanismo alternativo para obtener ATP sin obtener NADPH.
Este mecanismo se llama fosforilación cíclica y consiste en que los electrones excitados del PS I, en lugar de ser cedidos al NADP+, lo son a los transportadores del tramo descendente de la cadena que regresan al PS I, en este tramo se libera energía para bombear protones y obtener ATP. En comparación a lo que ocurre en la fosforilación no cíclica, aquí no participa agua, ni se libera oxígeno, no participa el PS II y tampoco se obtiene NADPH.

FASE OSCURA: Es la síntesis de moléculas orgánicas sencillas por reducción de moléculas inorgánicas, utilizando el NADPH y el ATP obtenidos en la fase luminosa. Se produce en el estroma del cloroplasto y puede suceder en presencia o en ausencia de luz. El principal sustrato utilizado es el CO2 que es reducido por monosacáridos sencillos, pero es psible la utilización de nitratos o sulfatos. La reducción del CO2 se realiza mediante el Ciclo de Calvin.
– El CO2 es reducido a gliceraldehído-3-fosfato(G3P) en un conjunto de reacciones donde interviene la ribulosa 1,5-difosfato y necesita los hidrógenos aportados por el NADPH y la energía del ATP procedentes de la fase luminosa.
– En cada vuelta del ciclo se reduce una sola molécula de CO2 por lo que para obtener una molécula de G3P hacen falta tres vueltas, es decir, la reducción de tres moléculas de CO2 con los hidrógenos de otras seis de NADPH y la energía de nueve moléculas de ATP y la intervención de 3 ribulosas 1,5-difosfato que se regeneran una en cada vuelta.
– Para sintetizar una glucosa, se requiere la formación de dos G3P(seis vueltas). Siendo la ecucación general sería: 6CO2+ 12NADPH + 12H+ + 18ATP -> C6H12O6 + 12 NADP+ +18ADP + 18P.
Las moléculas producidas en el ciclo de Calvin se incorporan a las distintas rutas del metabolismo celular, donde originaran el resto de moléculas orgánicas.
– Frecuentemente se usa para fabricar glucosa y fructosa, y son utilizadas para sintesis de polisacáridos sacarosa, que son exportadas al resto del vegetal.
– El G3P es el punto de partida para la sintesis de los ácidos grasos y aminoácidos.
– Se utliza como sutrato energético para la síntesis de ATP en el catabolismo celular.

GENÉTICA
Gen: Son segmentos específicos de ADN que controlan las estructuras y funciones celulares, son la unidad funcional de la herencia.
Genes alelos: Cada una de las formas en que se puede presentar un gen en un determinado locus de cromosomas homólogos.
Gameto: es una celula cuya función es reproductora y puede ser masculina(espermatozoide) o femenina(óvulo).
Herencia intermedia: Es cuando los alelos de un determinado gen representan la misma fuerza para expresarse. En estos casos los individuos heterocigotos mostraran un fenotipo intermedio que no corresponde al de los progenitores de raza pura.
Homocigoto: Organismo diploide que lleva alelos idénticos en uno o mas loci génicos.
GENOTIPO: Es el conjunto de genes de un organismo. Es toda la dotación genética de un individuo. El genotipo también recibe el nombre de genoma.
FENOTIPO; Es del conjunto de características o rasgos físicos de un organismo.
HETEROCIGOTO: Individuo que para un gen dado tiene en cada cromosoma homólogo un alelo distinto.
Operón: conjunto de genes que codifican proteínas diferentes implicadas en procesos bioquímicos muy relacionados.

1º LEY DE MENDEL
Primera ley de Mendel o ley de la uniformidad de los híbridos de la primera generación. Cuando se cruzan dos variedades de individuos de línea pura para un carácter determinado, todos los individuos de la F1 son iguales entre sí, y a su vez. iguales a uno de sus progenitores, el que tiene el alelo dominante. 
«Al cruzar dos razas puras, la descendencia será heterocigótica y dominante».
Ej:

2º LEY DE MENDEL
Segunda Ley de Mendel o ley de la separación de los alelos que forman la pareja. Cuando se cruzan entre sí plantas de la primera generación, se obtienen semillas amarillas y verdes en una proporción 3:1.
«Al cruzar dos razas híbridas, la descendencia será homocigótica e híbrida al 50 %»

Ej:

LA REPLICACIÓN DEL ADN:
Es el proceso por el que el ADN se duplica y se obtienen dos copias idénticas a él. Tiene lugar en la interfase del ciclo celular y se necesita para llevar a cabo la división celular. Hay tres modelos de replicación:
– Modelo conservativo: Propone que después de la replicación se mantiene la molécula original de ADN intacta, obteniéndose una molécula idéntica de ADN completamente nueva, es decir, con dos hebras nuevas.
– Modelo semiconservativo: Se obtienen dos moléculas de ADN hijas, formadas ambas por una hebra original y una hebra nueva.
– Modelo dispersivo: El resultado final son dos moléculas nuevas formadas por hebras donde se mezclan fragmentos originales con fragmentos nuevos. Todo mezclado al azar, es decir, no se conservan hebras originales ni se fabrican hebras nuevas, sino que aparecen ambas mezcladas.
Elementos que intervienen:
– ADN original que servirá como modelo para ser copiado.

– Helicasas: enzimas que rompen los puentes de hidrógeno entre las bases complementarias.
– Topoisomerasas: desarrollarán las hebras de la doble hélice.
– ADN-polimerasa: son las responsables de la síntesis del ADN. Catalizarán la formación de los enlaces fosfodiéster en sentidos 5′–>3′. En E.Coli existen 3 polimerasas que son I, II y III. El ADN polimerasa I elimina los cebadores y rellena los huecos, por otro lado, el ADN polimerasa II puede servir como polimerasa de reparación alternativa, si el ADN-polimerasa I resulta dañado por una mutación. Y el ADN-polimerasa III es el responsable de la replicación.
– Primasa: Fabrica cebadores, pequeños fragmentos de ARN que sirven como para iniciar la síntesis de ADN.
– Proteínas SSB: mantienen abiertas las cadenas de ADN.
– ADN-ligasa: une fragmentos de ADN.
– Desoxirribonucleótidos trifosfato: utilizados como fuente de nucleótidos y aportación de energía.
– Ribonucleótidos trifosfato: para la fabricación de cebadores.
Mecanismo: Replicación procariotas
– El ADN se desenrolla y se separan las dos hebras de la doble hélice, deshaciéndose los puentes de hidrógeno entre bases complementarias, por la acción de helicasas y topopisomerasas.
– En el ADN eucariota se producen muchos desenrollamientos a lo largo de la molécula, formándose zonas de ADN abierto. Estas zonas se llaman origen de la replicación que es donde comenzará la síntesis. En procariotas la replicación comienza en un punto determinado.
– La ARN polimerasa fabrica pequeños fragmentos de ARN complementarios del ADN original. Llamados cebadores a los cuales se les añadirá desoxirribonucleótidos, ya que, el ADN-polimerasa sólo puede añadir nucleótidos a un extremo 3′ libre, no puede empezar una síntesis por si misma.
– La ADN-Polimerasa añade los desoxirribonucleótidos al extremo 3′(sentido 5′->3′) tomando como molde la cadena de ADN preexistente, alargando la hebra.

– La síntesis de ADN se produce de forma bidireccional, es decir, simultáneamente en las dos cadenas. En las horquillas de replicación hay una hebra que se sintetia de forma continua en el mismo sentido que se abre la horquilla de replicación llamada hebra conductora y se sinteriza en varios fragmentos denominados fragmentos de okazaki y se conoce como hebra seguidora o retardada, ya que, se sintetiza en sentido contrario al de la apertura de la horquilla.
– La ADN-ligasa va uniendo todos los fragmentos de ADN a la vez que elimina los ribonucleótidos de los cebadores.
– Conforme se van sintetizando las hebras y uniendo los fragmentos se origina la doble hélice, de forma que cuando finalice el proceso se liberan dos moléculas idénticas de ADN, con una hebra antigua y otra nueva(replicación semiconservativa).

Replicación en eucariotas:
Es similar a la de las eucariotas, es decir, semiconservativa y bidireccional. Existe una hebra conductora y una hebra retardada con fragmentos de okazaki. Se inicia en las burbujas de replicación.
Intervienen enzimas similares a los que actúan en las células procariotas y otros enzimas que han de duplicar las historias que forman parte de los nucleosomas. Los nucleosomas viejos permanecen en la hebra conductora.
Hay cinco tipos de ADN polimerasas que se reparten las tareas de elongación y corrección de errores.
La replicación se completa hasta llegar al extremo del cromosoma, el telómero. Cuando se elimina el último cebador, la hebra retardada queda incompleta, ya que, la ADN polimerasa no puede rellenar el hueco al ser incapaz de sintetizar en dirección 3′->5′. Este hecho provoca que el telómero se vaya acortando un poco cada vez que la célula se divide, fenómeno que se asocia con el envejecimiento y la muerte celular.

LA TRANSCRIPCIÓN: Es el proceso de copia de un gen o fragmento de ADN utilizando ribonucleótidos y originándose diferentes tipos de ARN. En procariotas ocurre en el citoplasma celulas mientras que en eucariotas se produce en el núcleo.
Elementos que intervienen:
– ADN ORIGINAL que servirá de molde para ser copiado.
– ARN-polimerasa: sintetiza el ARN a partir del molde de ADN. En procariotas solo existe un ARN polimerasa mientras que en eucariotas hay 3( I, II y III).
– Ribonucleótidos trifosfato(A, G, C Y U) para llevar a cabo la copia.
Mecanismos:
– Iniciación. La ARN polimerasa se une a una secuencia de ADN llamada promotor, que se encuentra al inicio de un gen. Cada gen (o grupo de genes co-transcritos en bacterias) tiene su propio promotor. Una vez unida, la ARN polimerasa separa las cadenas de ADN para proporcionar el molde de cadena sencilla necesario para la transcripción.
– Elongación. Una cadena de ADN, la cadena molde, actúa como plantilla para la ARN polimerasa. Al «leer» este molde, una base a la vez, la polimerasa produce una molécula de ARN a partir de nucleótidos complementarios y forma una cadena que crece de 5′ a 3′. El transcrito de ARN tiene la misma información que la cadena de ADN contraria a la molde (codificante) en el gen, pero contiene la base uracilo (U) en lugar de timina (T).
– Terminación. Las secuencias llamadas terminadores indican que se ha completado el transcrito de ARN. Una vez transcritas, estas secuencias provocan que el transcrito sea liberado de la ARN polimerasa. A continuación se ejemplifica un mecanismo de terminación en el que ocurre la formación de un tallo-asa en el ARN.