Metabolismo 2016
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METABOLISMO Biología X Nivel Liceo de Coronado. 2016.
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METABOLISMO
Biología X NivelLiceo de Coronado.2016.
METABOLISMO ANABOLISMO
FOTOSÍNTESIS. QUIMIOSÍNTESIS. SÍNTESIS DE PROTEÍNAS.
CATABOLISMO GLICÓLISIS. RESPIRACIÓN CELULAR FERMENTACIÓN (LÁCTICA Y ALCOHÓLICA)
Nutrición Autótrofa Es el proceso biológico por medio del
cual algunos organismos son capaces de fabricar su propio alimento para realizar sus funciones metabólicas a partir de materia prima inorgánica.
Reciben el nombre de productores Fotosintéticos: plantas, algas azul-
verdosas y bacterias. Quimiosintéticos: bacterias.
FOTOSÍNTESIS Es el proceso mediante el cual los seres
autótrofos (plantas, algas eucariotas y ciertos tipos de procariotas) producen sustancias orgánicas a partir de sustancias inorgánicas como dióxido de carbono y agua, utilizando una pequeña fracción de la luz solar
Formula química6 CO2 + 12 H2O + luz → C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O
Dióxido de carbono Agua Glucosa Oxigeno Agua
La energía solar se transforma en energía química.
La fotosíntesis en los vegetales se lleva acabo dentro de los cloroplastos:
Tilacoides Grana Estroma
Estomas de las hojas
Captura de la luz: en las reacciones luminosas, la clorofila y otras moléculas en las membranas de los tilacoides captan la energía solar y convierten parte de la misma en energía química de moléculas transportadoras de energía (ATP y NADPH)
Captura de CO2: en las reacciones oscuras, las enzimas en el estroma utilizan la energía química de las moléculas transportadoras para llevar acabo la fotosíntesis de glucosa o de otras moléculas orgánicas.
Reacciones de Hill (reacciones dependientes de la luz)
Factores que influyen en la función fotosintética:
Intensidad luminosa Temperatura Concentración de Dióxido de carbono en
la atmósfera Disponibilidad de agua
OTRAS VÍAS DE INCORPORACIÓN DE CARBONO
La vía de 4 carbonos, vía C4 o ruta C4, también denominada vía de Hatch-Slack en honor a sus descubridores, es una serie de reacciones bioquímicas de fijación del carbono proveniente del CO2 atmosférico.
El proceso consiste en la captación del dióxido de carbono en las células del mesófilo de la planta, pero el CO2, en lugar de utilizarse inmediatamente en el ciclo de Calvin-Benson, reacciona con el fosfoenolpiruvato (PEP) gracias a la catálisis de la enzima fosfoenolpiruvato carboxilasa.
Plantas C3 y C4 Vía C4
El producto final de la reacción entre el PEP y el CO2 es el oxalacetato, que posteriormente se convierte en malato.
El malato se transporta hacia las células de la vaina, donde es descarboxilado, produciendo el CO2 necesario para el ciclo de Calvin, además de piruvato.
Este último pasa nuevamente al mesófilo donde se transforma por medio de ATP en fosfoenolpiruvato, para quedar nuevamente disponible para el ciclo.
Las plantas que usan esta vía para la fijación del carbono se denominan plantas C4; entre ellas, se pueden mencionar el maíz (Zea mays), la caña de azúcar (Saccharum officinarum), la grama invasora (Cynodon dactylon), el sorgo (Sorghum spp) y el amaranto (Amaranthus spp).
VÍA CAM (Metabolismo Ácido de las Crasuláceas)
El metabolismo ácido de las crasuláceas (CAM) es un tipo de metabolismo que se da en plantas y que se descubrió en la familia de las crasuláceas, de ahí su nombre.
El nombre de metabolismo ácido hace referencia a la acumulación de ácidos orgánicos durante la noche por las plantas que poseen este mecanismo de fijación de carbono.
Esta vía metabólica es semejante a la vía C4, sin embargo en la vía CAM la separación de las dos carboxilaciones no es espacial, como ocurre en las plantas C4, sino temporal.
QUIMIOSÍNTESIS
La quimiosíntesis es un proceso metabólico realizado únicamente por algunas bacterias autótrofas.
Consiste en la obtención de energía (ATP) a partir de la oxidación de diversas sustancias inorgánicas; y el posterior uso de esa energía para transformar sustancias inorgánicas en compuestos orgánicos.
Etapas de la Quimiosíntesis
Fases de la quimiosíntesis
Primera fase: corresponde a la oxidación de sustancias inorgánicas. compuestos como NH3, NO2
-, H2, H2S, S, Fe2+. SE PRODUCE ATP Y NADH
Segunda fase: es coincidente o muy semejante a la fase oscura de la fotosíntesis. Así, la fijación del CO2 ocurre generalmente a través del ciclo de Calvin; y el nitrógeno se obtiene a partir de la reducción de nitratos.
Clases de bacterias quimiosintéticas. Lo particular de la quimiosíntesis es la primera fase, la obtención de energía mediante la oxidación de sustancias inorgánicas.
Por ello, las bacterias quimiosintéticas se clasifican dependiendo del sustrato inorgánico que utilicen.
Bacterias del nitrógeno. Son bacterias comunes en los suelos e imprescindibles para el correcto desarrollo del ciclo del nitrógeno. Se diferencian dos grupos:
Bacterias que transforman el amoníaco en nitritos. Por ejemplo Nitrosomonas.
2 NH3 + 3O2 ——> 2 NO2- + 2 H+ + 2 H2O + energía
Bacterias que transforman los nitritos en nitratos.
Por ejemplo Nitrobacter. 2 NO2
- + 1/2 O2 ——> 2 NO3- + energía
Ciclo del Nitrógeno
Bacterias incoloras del azufre. Viven en las aguas residuales de las poblaciones, así como en emanaciones hidrotermales y en otros ambientes con H2S y otros derivados del azufre, oxidando estos sustratos para obtener energía. No se deben confundir con las sulfobacterias verdes o purpúreas, que utilizan H2S, pero son fotosintéticas.
Bacterias del hierro. Viven en aguas ricas en sales ferrosas que oxidan a férricas. Por ejemplo Ferrobacillus.
Bacterias del hidrógeno y del metano. Utilizan estos sustratos como fuente reductora
Las bacterias del metano, junto con algunas bacterias del azufre, abundan en los fondos marinos, donde se producen emanaciones volcánicas, constituyendo la base alimenticia de unos ecosistemas muy peculiares, situados a más de 2000 m de profundidad.
CATABOLISMO
Glucólisis Respiración Celular. Fermentación. Degradación de lípidos Degradación de proteínas.
Glucólisis o glicólisis
La glucolisis o ruta de Embden-Meyerhof, ocurre en el citosol de la célula.
No necesita oxígeno para su realización (se da en condiciones anaerobias) y se trata simplemente de una secuencia de más o menos nueve etapas.
A lo largo de estas una molécula de glucosa se transforma en dos moléculas de ácido pirúvico.
RESPIRACIÓN AEROBIA
Mediante la respiración celular, el ácido pirúvico formado en la glucólisis se oxida completamente a CO2 y agua en presencia de oxígeno.
Se desarrolla en dos etapas sucesivas: el ciclo de Krebs y la cadena respiratoria, asociada a la fosforilación oxidativa.
Formación de Acetil-Coenzima A.
El paso previo al ciclo de Krebs es la formación de la Acetil-Coenzima A.
El ácido pirúvico pasa desde el citoplasma a la matriz mitocondrial, atravesando las membranas.
El ácido pirúvico sufre una oxidación, se libera una molécula de CO2 y se forma un grupo acilo (CH3-CO).
En esta reacción se forma una molécula de NADH por cada piruvato.
Cada grupo acilo se une a un Coenzima A y se forma acetilCoenzimaA.
Ciclo de Krebs El ciclo de Krebs, o ciclo del ácido cítrico o
ciclo de los ácidos tricarboxílicos, toma su nombre de su descubridor, Hans Adolf Krebs, un bioquímico alemán premiado con el Nobel en el 1953.
En las células eucariotas el ciclo de Krebs tiene lugar en la matriz de la mitocondria en presencia de oxígeno, es decir se da en condiciones aerobias.
Su fin es la obtención de NADH, que se utiliza para la producción de ATP mediante la cadena respiratoria.
Mitocondria y respiración celular
Propiamente el ciclo de Krebs produce dos moléculas de CO2, tres de NADH, una de FADH2 y una de ATP por molécula de Acetil CoA.
Si se considera el paso previo en la formación de Acetil Coenzima A, se debe agregar una molécula más de NADH.
Estos electrones de alta energía liberarán sus electrones energéticos en la cadena de transporte de la membrana interna, donde la energía de los electrones se empleará para sintetizar más ATP por quimiósmosis.
Cadena respiratoria La cadena respiratoria, cadena de transporte
de electrones o fosforilación oxidativa, ocurre en las crestas mitocondriales, donde se encuentran las enzimas necesarias y específicas que permiten el acoplamiento energético y la transferencia de electrones por quimiósmosis.
Para este proceso se necesita oxígeno en la célula. Quimiósmosis es el proceso mediante el cual se
produce un gradiente de iones hidrógeno (H+) y luego se les permite bajar por él, captando energía en los enlaces de moléculas de ATP.
Al final de la cadena de transporte de electrones, el oxígeno acepta los electrones energéticamente agotados: dos electrones, dos iones hidrógeno y un átomo de oxígeno se combinan para formar agua.
En resumen, la cadena de transporte de electrones mitocondrial utiliza electrones desde un donador ya sea NADH o FADH2 y los pasa a un aceptor de electrones final, como el O2, mediante una serie de reacciones redox.
La cadena de transporte de electrones produce 32-34 moléculas de ATP por cada molécula de glucosa que se degrada.
La ganancia neta del ATP producido de glucólisis es de 2 ATP, y de 2 ATP más que se producen en el ciclo de ácido cítrico.
Hay, pues, una ganancia neta de 36-38 ATP por cada molécula de glucosa que se degrada en bióxido de carbono y agua.
En términos generales, se producen 36 moléculas de ATP por cada molécula de glucosa.
Catabolismo anaerobio
Cuando el catabolismo se realiza en condiciones anaeróbicas, es decir cuando el último aceptor de hidrógenos o electrones no es el oxígeno, sino una molécula orgánica sencilla, las rutas de degradación de la glucosa se llaman fermentaciones.
Fermentación láctica
En este caso, el Piruvato o ácido pirúvico producto de la glucólisis, se transforma en lactato o ácido láctico, ya sea por la intermediación de bacterias lácticas como Lactobacillus, Streptoccocos y algunos protozoos, o bien mediante condiciones anaeróbicas en el músculo esquelético.
Ejemplos: la producción de lácteos acidificados como el yogurt, quesos, cuajada, crema ácida, natilla, entre otros.
El ácido láctico tiene excelentes propiedades conservantes de los alimentos.
Fermentación alcohólica o etílica
Es un proceso anaeróbico realizado por las levaduras (Saccharomyces cereviae), mohos y algunas clases de bacterias, que producen cambios químicos en las sustancias orgánicas.
Tiene como finalidad biológica proporcionar energía anaeróbica a los microorganismos unicelulares (levaduras), para disociar las moléculas de glucosa y obtener la energía necesaria para sobrevivir, produciendo el alcohol y CO2 como desechos consecuencia de la fermentación.
Fermentación acética
Consiste en la oxidación bioquímica del etanol contenido en un sustrato alcohólico, mediante la participación de bacterias acéticas como Acetobacter aceti y Micoderma aceti, principalmente.
La oxidación del etanol se realiza en dos etapas: en la primera el etanol se oxida a acetaldehído y en la segunda el acetaldehído a ácido acético.
La transformación del alcohol se produce en aerobiosis (presencia de oxígeno), produciendo ácido acético cuando el vino se contamina con O2.
El ácido acético también es conocido como ácido metilencarboxílico, se puede encontrar en forma de ion acetato.
Éste es un ácido que se encuentra en el vinagre, siendo el principal responsable de su sabor y olor agrios. Su fórmula es CH3-COOH (C2H4O2).
Los organismos que llevan a cabo la fermentación acética para producir acetona, son anaerobios estrictos, y generalmente pertenecen a bacterias del género Clostridium.
Fermentación butírica
Esta fermentación se da cuando las bacterias de la especie Clostridium butyricum, en ausencia de oxígeno, transforman la glucosa y otros glúcidos, en ácido butírico, un ácido graso de cadena corta.
Es el responsable del mal olor del vino alterado. Huele fuertemente a mantequilla rancia, de la que
es un componente, como también lo es de lo que se acostumbra a llamar “olor corporal” así como el denominado "olor de pies".
Es responsable también del olor del queso ya que se encuentra en las grasas de la leche, al proceder de la fermentación de la lactosa.
C6H12O6
Clostridium butyricum Ácido butírico
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MedicinABC - Blog de Medicina para Estudiantes: El Ciclo de Krebs.
http://www.ecured.cu/Fermentaci%C3%B3n_but%C3%ADrica.
