METABOLISMO CELULAR El total de las reacciones qumicas que ocurren en la clula para la obtencin de energa y su utilizacin, constituyen el metabolismo. Catabolismo: En el cual los compuestos qumicos se degradan y liberan as la energa almacenada ( reacciones exergnicas) Metabolismo Anabolismo: La energa es incorporada (reacciones endergnicas) y utilizada en la sntesis de sustancias mas complejas. En los organismos vivos, simultnea y constantemente tienen lugar ambos procesos. Herramientas del metabolismo celular Las enzimas son protenas de gran tamao molecular y de amplia variedad, lo que les otorga una gran especificidad: existe una enzima para cada reaccin y para cada tipo de molculas sobre las que acta (sustrato). Las enzimas actan como catalizadores biolgicos, no participan como reactivos en una reaccin, sino que disminuyen la energa de activacin acelerando el proceso de formacin del o los productos. hexoquinasa GLUCOSA + ATP ADP + GLUCOSA 6-P Las molculas de ATP desempean el papel de intermediarios en los intercambios de energa en las clulas. Son nucletidos, al igual que los integrantes de los cidos nucleicos, y uno de los ms conocidos es el ATP o adenosin trifosfato. Esta molcula representa una unin de alta energa disponible para la clula, porque requiere de gran cantidad de ella para formarse, la que se libera al romperse. Ejemplo: ATP + H2O ADP + Pi hexoquinasa GLUCOSA + ATP ADP + GLUCOSA 6-P

RELACION ENTRE ANABOLISMO Y CATABOLISMO

exergonia Catabolismo re lacionado con de gradacin oxidacin de molculas complejas

Sustratos Productos

M olculas pe queas y oxidadas, cofactores re ducidos y AT P

M olculas comple jas y re ducidas cofactore s oxidados

sustratos

productos

ende rgonia Anabolismo relacionado con snte sis de molculas complejas reduccin de molculas sencillas

VIA CATABOLICA HIPOTETICAC e1 A B e4 D Molcula com pleja Molcula sim ple e2 J e3 F e7 e5 G e6 H I

Los cuadros indican diferentes enzimas. Es tipo de va es una muestra de eficiencia, flexibilidad y regulacin

PROCESOS CATABLICOS RESPIRACION: degradacin completa de molculas orgnicas a inorgnicas. Puede ser AEROBICA (precisa oxgeno que es el aceptor final de los electrones). ANAEROBICA (ocurre sin oxgeno y el aceptor de electrones es otra molcula nitratos o sulfatos), en ambos casos son molculas obtenidas desde el medio externo.

FERMENTACION: Siempre es ANAEROBIA y tiene como ltimo aceptor una molcula que la misma clula produce (el cido pirvico). REACCIONES DE ANABOLISMO - Cmo obtienen glucosa los diferentes organismos? Tomndola del medio externo (HETEROTROFOS) Sintetizndola a partir de materia orgnica (FOTOSINTESIS - AUTOTROFOS) Elaborndola desde cido pirvico (GLUCONEOGENESIS, tanto AUTOTROFOS como HETEROTROFOS) LA LUZ La luz blanca se separa en colores cuando pasa a travs de un prisma. Un haz de luz est compuesto por pequeas cantidades de energa (fotones).

La energa de un fotn es inversamente proporcional a la longitud de onda: cuanto mayor sea la longitud de onda, menor ser la energa (luz violeta tiene el doble de energa que la luz roja, que es la longitud de onda visible ms larga).

El espectro visible va desde 380 nm (luz violeta) a la los 750 nm (luz roja).

LOS PIGMENTOS

Para que la energa lumnica pueda ser usada por los sistemas vivos, primero debe ser absorbida por los pigmentos.

Existen distintos pigmentos (clorofilas, carotenos, etc) con distinta absorcin de la luz

FOTOSNTESIS La vida sobre la Tierra depende de la luz. La energa lumnica es capturada por los organismos fotosintticos que forman carbohidratos (compuestos reducidos) y oxgeno libre a partir del dixido de carbono y del agua. En la fotosntesis, la energa lumnica se convierte en energa qumica y el carbono se fija en compuestos orgnicos. Luz solar C6H1206 + 6O2 6CO2 + 6H2O Clorofila Un pigmento es cualquier sustancia que absorbe luz. Al absorber la luz los pigmentos, los electrones de sus molculas adquieren niveles energticos superiores. Cuando vuelven a su nivel inicial liberan la energa que sirve para activar una reaccin qumica: una molcula de pigmento se oxida al perder un electrn que es recogido por otra sustancia, que se reduce. As la clorofila puede transformar la energa luminosa en energa qumica. La fotosntesis en eucariotas ocurre en los cloroplastos. Dentro de ellos hay un estroma, y un sistema de membranas que forman sacos llamados tilacoides. Los tilacoides se apilan formando los grana. Los pigmentos y otras molculas que capturan la luz estn en las membranas tilacoides

ETAPAS DE LA FOTOSINTESIS En la fotosntesis se diferencian dos etapas, con dos tipos de fases: LUMINOSA/FOTODEPENDIENTE/FOTOQUIMICA: en tilacoide, en ella se producen transferencias de electrones. FOTOINDEPENDIENTE/BIOQUIMICA (mal llamada oscura): en el estroma. En ella se realiza la fijacin de carbono. La molcula de clorofila, es la responsable de "captar" la energa luminosa (en forma de fotones), excitarse y, mediante este proceso, liberar energa que es captada por algunas molculas como el ADP y el NADP (que reaccionan formando ATP y NADPH2).

Etapa fotodependiente

La luz que incide sobre el FII lanza electrones cuesta arriba. Estos electrones son reemplazados por electrones de molculas de agua que, al romperse liberan O2. Los electrones luego pasan cuesta abajo, a lo largo de una cadena de transporte de electrones, al FI y de ste nuevamente cuesta abajoal NADP, que se reduce formando NADPH. Como resultado de este proceso, se forma un gradiente por el cual se produce ATP.

Etapa fotoindependiente Ciclo de Calvin. El NADPH y el ATP formados en las reacciones que capturan energa lumnica se utilizan para reducir el dixido de carbono. El ciclo produce gliceraldehdo fosfato, a partir del cual puede formarse glucosa y otros compuestos orgnicos

ESQUEMA DEL PROCESO COMPLETO DE LA FOTOSINTESIS

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FERMENTACIN El trmino se refiere a la obtencin de energa sin oxgeno, siendo el producto final un compuesto orgnico. Propio de microorganismos como bacterias y levaduras, tambin se produce en el tejido muscular, cuando hay deficiencia de oxgeno. Glucosa Gluclisis

Acido pirvico

Fermentacin (anaerbica)

Acido lctico o etanol Desde el punto de vista energtico, las fermentaciones son muy poco rentables si se comparan con la respiracin ya que a partir de una molcula de glucosa, slo se obtienen 2 molculas de ATP, mientras que en la respiracin se producen 38 molculas de ATP a partir de una molcula de glucosa. Esto se debe a la oxidacin del NADH, que en lugar de penetrar en la cadena respiratoria, cede sus electrones a compuestos orgnicos con poco poder oxidante.

Fermentacin alcohlica El cido pirvico puede convertirse en etanol (alcohol etlico) o en cido lctico. Primero se desprende CO2, luego se oxida el NADH y se reduce el acetaldehdo. Mucha energa qumica permanece en el alcohol, aunque como se regenera NAD+, la gluclisis continua, con pequeo rendimiento de ATP. Fermentacin alcohlica

Fermentacin lctica

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RESPIRACION Es la ruta metablica por la cual las clulas adquieren energa a partir del metabolismo de molculas nutritivas GLUCOSA + 6 02 6 CO2 + 6H2O + 36ATP

Consta de los siguientes pasos: 1. Gluclisis 2. Formacin del Acetil CoA (Acetil Coenzima A) 3. Ciclo de Krebs o de los cidos tricarboxlicos 4. Cadena respiratoria 5. Fosforilacin oxidativa La ruptura de la glucosa es uno de los principales trayectos.

GLUCLISIS La glucolisis ocurre en el citoplasma de la clula. No necesita oxgeno para su realizacin y se trata simplemente de una secuencia de ms o menos nueve etapas. A lo largo de estas una molcula de glucosa se transforma en dos molculas de cido pirvico. Se produce en todas las clulas vivas, procariotas y eucariotas animales y vegetales. Se necesita la energa de 2 molculas de ATP para iniciar el proceso, pero una vez iniciado se producen 2 molculas de NADH y 4 de ATP por lo que el balance final es de: 2 NADH y 2 ATP por molcula de glucosa.

Glucosa + 2 ADP + 2Pi + 2 NAD+ ==>2 Acido pirvico + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 Agua En condiciones aerobias, las molculas de NADH ceden sus electrones a la cadena de transporte electrnica, que los llevar hasta el oxgeno, producindose agua y regenerndose NAD+ que se reutilizar en la gluclisis. En condiciones anaerobias, sin oxgeno, el NADH se oxida a NAD+ mediante la reduccin del cido pirvico. As se produce energa de forma anaerbica y ocurre en el citoplasma.

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CICLO DE KREBS Toma los derivados de la gluclisis (dos molculas de cido pirvico) y completa la ruptura de la molcula de la glucosa en molculas de un carbono. Ocurre en la matrz de las mitocondrias. Genera 6 molculas de dixido de carbono. Las rutas catablicas de los aminocidos y cidos grasos que se han metabolizado, tambin convergen en el ciclo de Krebs. El cido pirvico pasa desde el citoplasma a la matriz mitocondrial, atravesando las membranas. El cido pirvico sufre una oxidacin, se libera una molcula de CO2 y se forma un grupo acilo (CH3CO). En esta reaccin se forma una molcula de NADH. Como en la gluclisis el producto final eran dos molculas de cido pirvico, lgicamente se formarn ahora dos de NADH por cada molcula de glucosa. Cada grupo acilo se une a un Coenzima A y se forma acetilCoenzimaA. En este momento empieza el ciclo de Krebs

ES IMPORTANTE NO PERDER EL OBJETIVO DE TODO ESTE PROCESO, QUE ES: DEGRADAR MOLECULAS ORGANICAS para obtener ENERGIA en forma de ATP y GTP y Obtener poder reductor (NADH + H+ y FADH) necesarios para llevar a cabo otros procesos. El poder reductor es transformable en energa qumica (ATP) mediante las etapas que continan al Ciclo de Krebs, que son la Cadena Respiratoria y la Fosforilacin Oxidativa.

ESQUEMA DEL CICLO DE KREBS

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CADENA RESPIRATORIA O DE TRANSPORTE DE ELECTRONES Es un mecanismo para pasar electrones de una molcula a la otra. Algunos saltos generan energa suficiente para bombear protones del interior de la membrana externa al exterior de la mitocondria. Ocurre en las crestas mitocondriales. La ATPsintetasa aprovecha la energa liberada por el gradiente de H+ para fabricar ATP a partir ADP. Parte de la energa de la glucosa oxidada se ha invertido en la sntesis de ATP. Pero la mayor parte est en los electrones capturados por el NAD+ y el FAD. Estos electrones son conducidos a travs de una cadena con mltiples y sucesivos aceptores. Cada uno de los cuales es capaz de aceptar electrones a un nivel ligeramente inferior al precedente. Los transportadores pueden existir en dos estados de oxidacin prximos, pasando del uno al otro segn acepten o desprendan electrones. Cuando los electrones se mueven por la cadena transportadora salen a niveles energticos inferiores y van liberando energa. Esta energa se emplea para fabricar ATP, a partir de ADP, en el proceso de fosforilacin oxidativa. Por cada dos electrones que pasan del NADH al oxgeno se forman 3 molculas de ATP. Por cada dos electrones que pasan desde el FADH2 al oxgeno forman 2 de ATP.

CADENA DE TRASPORTE DE ELECTRONES

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FOSFORILACIN OXIDATIVA Los protones son bombeados hacia afuera de la matriz mitocondrial, a medida que los electrones descienden a lo largo de la cadena de transporte electrnico, que se encuentra en la membrana mitocondrial interna. El movimiento de protones a favor del gradiente, a medida que pasan a travs del complejo de ATP sintetasa, suministra la energa por medio de la cual se regenera el ATP a partir del ADP y el fosfato inorgnico. El nmero exacto de protones bombeados fuera de la matriz, a medida que cada par de electrones desciende a lo largo de esta cadena, no es conocido, al igual que el nmero que fluye a travs de la ATP sintetasa por cada molcula de ATP formada. Se estima que la membrana interna de una mitocondria, en la clula heptica, tiene mas de 10.000 copias de cadenas transportadoras de electrones y complejos ATP sintetasa.

RESUMEN DE LA RESPIRACION

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RESUMEN DEL RENDIMIENTO DE LA RESPIRACION

Integracin Metablica Las vas biosintticas, aunque son semejantes a las catablicas, se diferencian de ellas. Hay enzimas diferentes que controlan los pasos y hay varios pasos crticos del anabolismo que difieren de los de los procesos catablicos

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