El metabolismo: La historia interminable

¡Buenas tardes, biólogos curiosos!

Y ya que estamos, ¡espero que estéis pasando un feliz finde!

Hay que ver como pasa el tiempo. Siento que ha pasado una eternidad desde la última vez que escribí una entrada en mi blog y en parte, así es. ¡Mi última entrada fue a principios de enero!

Así que hoy, para compensaros el tiempo perdido vamos a ver muuuuuchas cosas, y con muchas cosas, quiero decir muchísimas... Bueno, yendo al grano y sin más rodeos hoy os vengo a hablar del metabolismo celular.

El metabolismo celular es el conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en el interior de las células de los seres vivos para satisfacer sus necesidades de materia y energía.

La célula realiza intercambios de materia y energía con su entorno:

-Sintetizando todas las sustancias necesarias para mantener sus estructuras celulares en buen estado.

-Realizando sus funciones vitales.

En el metabolismo celular se distinguen dos fases, es decir, dos grupos de rutas metabólicas: catabolismo y anabolismo.

Catabolismo

El catabolismo consiste en la degradación de moléculas complejas a moléculas más sencillas, es decir que se llevan a cabo reacciones de oxidación. En el catabolismo se obtiene energía en forma de moléculas de moléculas de ATP.

Se distingue entre el catabolismo por respiración o por fermentación. Cada proceso comparte algunos mecanismos como el de la glucólisis. Asimismo, comparten también la misma finalidad, la obtención de ATP. Aunque en la respiración se obtiene mucho más ATP, sobre todo en el catabolismo de los lípidos, que se obtiene alrededor de 100 ATP.

En la respiración distinguimos tres fases: la glucolisis, el ciclo de krebs y la cadena transportadora de electrones.

Y por último, observamos los diferentes tipos de fermentaciones: Alcohólica, láctica, butírica y pútrica.

El esquema del catabolismo os lo dejo aquí:

Anabolismo

El anabolismo consiste en reacciones redox y endotérmicas en las cuales a partir de una molécula sencilla se forma una molécula más compleja gastando en este proceso energía. En los organismos autótrofos dependiendo de la fuente de energía se llevará a cabo la fotosíntesis (luz) o la quimiosíntesis (reacciones de oxidación de compuestos inorgánicos).

El proceso de la fotosíntesis comprende la fase luminosa y la oscura. Dentro de la fase luminosa distinguimos entre la fase luminosa cíclica y la acíclica.

Por otro lado, el anabolismo de heterótrofos lleva a cabo la síntesis de moléculas orgánicas sencillas en otras como las proteínas. (Cuadro rosa inferior del esquema)

Espero que os sirva de gran ayuda el siguiente esquema para entenderlo un poquito mejor:

Diferencias entre anabolismo y catabolismo

Sé que puede ser un poco complejo entender las diferencias entre anabolismo y catabolismo así que voy a explicarlo aparte.

La principal diferencia es que en el catabolismo es que se degradan moléculas complejas en simples obteniendo mucha energía y en cambio, el anabolismo es el proceso contrario, es la fabricación de moleculas complejas mediante moléculas simples gastando energía.

Algunos ejemplo de rutas catabólicas podría ser la glucólisis, el ciclo de Krebs, cadena transportadora de electrones (respiración celular) y fermentaciones. Y de rutas anabólicas podrían ser la fotosíntesis y la quimiosíntesis.

En la siguiente tabla veréis sus diferencias concretas:

Enzimas

A continuación hablaremos sobre las enzimas:

Estas son biocatalizadores cuya función principal es la de aumentar la velocidad en las reacciones metabólicas. Sus características principales, las que comparten con los catalizadores biológicos y las que las diferencian de los catalizadores no biológicos.

Además de ello se muestra su clasificación ya que según su estructura estas se pueden clasificar en dos tipos, Holoenzimas y enzimas estrictamente proteicas. Estas como sus nombres indican se diferencian en si están compuestas únicamente por proteínas o además de proteínas por  cofactores.

Los factores que afectan a la actividad enzimática son la temperatura, el PH o los inhibidores, los tipos de especificidad entre enzima y sustrato, y de inhibición.

Algunos tipos de enzimas serian por ejemplo en el catabolismo de lípidos encontramos lipasas, en el de los ácidos nucléicos, nucleasas y en el de las proteínas, transaminasas.

Tenéis un esquema explicándolas (que me ha costado bastante trabajito jeje) aquí:

Apuntes videos metabolismo

A continuación os dejo todos los apuntes que he tomado viendo los videos del anabolismo, catabolismo y metabolismo:

Relación entre anabolismo y catabolismo

Catabolismo

Glucólisis

Ciclo de Krebs

Transporte de electrones y fosforilación oxidativa

Diferencias entre respiración celular y fermentación

ATP y NAD+ y cinética enzimática

Anabolismo y fase luminosa

Fase oscura

PREGUNTAS GRUPALES

Os dejo el documento con todas las preguntas grupales aquí:

https://docs.google.com/document/d/1fRKY1sRRLo_NhuZYsuJQ27qpVUpRFYicSHBvmsNFGs4/edit?usp=sharing

PREGUNTAS INDIVIDUALES

1.- ¿Todos los organismos autótrofos son fotosintéticos? No, ya que también existen los quimiosintéticos, que son algunas bacterias.

2.- Indica las semejanzas y las diferencias entre fotosíntesis y quimiosíntesis. En ambas los organismos sintetizan materia orgánica a partir de inorganica. En la fotosíntesis se utiliza la energía solar. Y en la quimiosintesis se utiliza la energía obtenida de las reacciones de oxidación de algunas moléculas.

3.- ¿Qué diferencia hay entre un pigmento diana y un pigmento antena? El pigmento antena se encuentra en el complejo antena y solo puede captar la energía que se transportada a los pigmentos Diana, que se encuentran en los centros de reacción.

4.- ¿Qué se entiende por fotólisis del agua y cuántas moléculas han de sufrir este proceso, para generar una molécula de O2?

La fotólisis del agua consiste en la rotura de los enlaces que une al oxígeno y al hidrógeno para obtener dos electrones, dos protones y 1/2 O2. Para generar una molécula de O2 tienen que realizar la fotólisis dos moléculas de agua.

5.- Tanto en la respiración mitocondrial como en la fase luminosa acíclica hay enzimas que trabajan con NADH o NADPH, una cadena transportadora de electrones y ATP-sintetasas, pero hay cietas diferencias. Responde a las cuestiones de la siguiente tabla:

6.- Indica cuáles son los objetivos de la fase luminosa y de la fase oscura de la fotosíntesis, explicando la relación entre ambas. ¿Sería correcto decir que “la fase luminosa se realiza durante el día, mientras que la fase oscura ocurre durante la noche”? Razona la respuesta.

Los objetivos de la fase luminosa de la fotosíntesis son la obtención de energía (tanto ATP como coenzimas) a partir de la energía que se obtiene de la luz del sol. Esta energía obtenida es la utilizada para la fase oscura, en la que se produce la síntesis de moléculas orgánicas complejas, que es el verdadero objetivo de la fotosíntesis.

La fase oscura es independiente de la luz, esto quiere decir que se puede producir tanto de día como de noche, sin embargo, la mayoría de las veces se produce de día, ya que es cuando se produce la fase luminosa y se obtiene la energía necesaria para la fase oscura, por lo que la frase es falsa.

7. ¿En qué orgánulos de la célula eucariota transcurren los siguientes procesos metabólicos?

β-oxidación de los ácidos grasos se produce mayoritariamente en la matriz mitocondrial, aunque también se llega a producir dentro de los peroxisomas

Fotofosforilación es llevado a cabo por las ATP-sintasas de la membrana del tilacoide, en los cloroplastos de las células vegetales.

Glucólisis ocurre en el citoplasma.

Fosforilación oxidativa se produce en las membranas biológicas. En procariotas es la membrana plasmática y en eucariotas es la membrana interna mitocondrial.

Captación de luz por el complejo antena ocurre en la membrana de los tilacoides.

Ciclo de Calvin tiene lugar en el estroma de los cloroplastos.

Ciclo de los ácidos tricarboxílicos se realiza en la matriz mitocondrial. En la célula procariota, el ciclo de Krebs se realiza en el citoplasma.

8. ¿Por qué disminuye el rendimiento de la fotosíntesis en las plantas C3, cuando en ellas hay escasez de agua? ¿Por qué no sucede esto en las plantas C4?

En las plantas C3, cuando hay escasez de agua, la planta que hace es cerrar los estomas de las hojas para evitar la pérdida de agua. Eso origina un aumento de la concentración de oxígeno y una disminución de la concentración de dióxido de carbono, por lo que la enzima Rubisco, en vez de actuar como carboxilasa actúa como oxidasa reduciendo en un 50% la capacidad fotosintética de la planta.

Las plantas C4 han resuelto este problema mediante una ruta alternativa de fijación del CO2 durante la noche, cuando pueden abrir los estomas sin peligro de pérdida de agua, ya la enzima que actúa no se ve perjudicada por una concentración alta de oxígeno.

9. ¿El oxígeno que se desprende durante la fotosíntesis procede del CO2 o del H2O?

En la fotosíntesis oxigénica propia de las plantas superiores, las algas, y las cianobacterias se desprende oxígeno del agua porque es el dador de electrones en esas plantas.

10.- ¿A qué molécula orgánica se une el CO2, durante la fotosíntesis, para convertirse en carbono orgánico?

Se une a la ribulosa-1,5-difosfato.

11.- ¿Cuáles son los productos iniciales y finales de la gluconeogénesis y de la glucólisis? ¿Se puede decir que simplemente son vías metabólicas inversas? Razona la respuesta.

El producto inicial de la glucólisis es la glucosa y el producto final son dos moléculas de piruvato. El producto inicial de la gluconeogénesis es el ácido pirúvico y el final es la glucosa. La gluconeogénesis es en líneas generales un proceso inverso a la glucólisis, aunque no es exactamente inverso porque algunas reacciones que se realizan en un sentido, son irreversibles, por este motivo es imposible que se lleve a cabo en sentido contrario. Concretamente hay tres pasos que son irreversibles; la conversión de ácido pirúvico a ácido fosfoenolpirúvico, la transformación de fructosa-1,6-difosfato a fructosa-6-fosfato y la transformación de glucosa-6-fosfato a glucosa.

12.- ¿Por qué el ácido pirúvico entra en la mitocondria para iniciar la gluconeogénesis?

El ácido pirúvico se encuentra en la mitocondria dado que es donde se encuentra la piruvato carboxilasa que lo transforma en oxalacetato, y a través de una serie de reacciones este pasa a fosfoenol-piruvato y así se llega a formar la glucosa.

13.- ¿Por qué la gluconeogénesis tiene procesos en los que el ácido oxalacético pasa a málico y de nuevo a oxalacético?

En la gluconeogénesis, el piruvato gracias a la enzima piruvato carboxilasa se transforma en oxalacetato. Entonces, este último como no puede atravesar la membrana mitocondria tiene que transformarse en malato, que sale al citosol y se regenera el oxalacetato de nuevo.

14.- ¿Qué molécula actúa como cebador (iniciador de la reacción) en la síntesis de ácidos grasos?

La molécula que actúa como cebador es el Acetil-CoA.

15.- ¿Cuántas moléculas de malonil-CoA (3 carbonos) se necesitan para obtener ácido lignocérico (24 carbonos)?

Se necesitan 11 malonil-CoA.

16.¿ Cuál sería el balance neto de la síntesis de un ácido graso de 14 C?

Acetil-CoA +6 malonil-CoA + 12 NADPH + H*-----> ácido de 14 C + 7 CoA-SH + 5 H2O

17.- ¿En qué parte de la célula se realiza la biosíntesis de los ácidos grasos?

La biosíntesis se realiza en el hialoplasma de la células animales y en los cloroplastos de las vegetales.

18.- ¿Qué molécula es la que por transaminación, proporciona –NH2, en gran número de vías sintetizadoras de aminoácidos?

Ácido glutámico.

19.- Describa los procesos principales que ocurren durante la fase dependiente de la luz (fase luminosa) de la fotosíntesis. (Opción A-Junio 2004)

La fase luminosa consta de dos fases: la fase cíclica y la acíclica.

En la fase luminosa cíclica interviene el fotosistema I. En él inciden dos fotones, haciendo que la clorofila P700 libere dos electrones a la ferredoxina para que después vayan pasando por una cadena transportadora de electrones en la que participan plastoquinonas y el complejo citocromo b6-f, que es el que libera protones al espacio tilacoidal para que posteriormente se produzca la fotofosforilación gracias a la ATP-sintetasa. Finalmente, la cadena transportadora de electrones da a la clorofila P700 dos electrones para que se estabilice.

En la fase acíclica intervienen el fotosistema I y el II. En ella los fotones inciden en el fotosistema II y la clorofila P680 libera dos electrones. Esta clorofila recupera los dos electrones por la fotólisis del agua, que también da dos protones y átomos de O, que se unen en moléculas de O2 para liberarlos a la atmósfera. Los dos electrones nombrados al principio pasan por la cadena transportadora de electrones y son captados por el fotosistema I, que antes ha sido estimulado por dos fotones y pierde dos electrones. Los electrones liberados del fotosistema I son captados por NADP+ reductasa, que recoge los dos electrones y dos protones del estroma para formar NADPH+H+. Los electrones que han ido pasando llegan hasta el complejo citocromo b6-f, que al igual que en la fase luminosa cíclica, libera protones al espacio intermembrana, creando una diferencia de gradientes electroquímico para gracias a la ATP-sintetasa conseguir ATP.

20.- Defina y diferencie los siguientes pares de conceptos referidos a los microorganismos: autótrofo/heterótrofo; quimiosintético/fotosintético; aerobio/ anaerobio. (Opción B-Junio 2002)

Autótrofo-heterótrofo: ambas son referidas a tipos de anabolismo, es decir, como obtener moléculas complejas a partir de moléculas sencillas. En el anabolismo autótrofo, las moléculas iniciales son inorgánicas, como el agua y el CO2. En el anabolismo heterótrofo, las moléculas iniciales son orgánicos, como glucosa o aminoácidos.

Quimiosintético-fotosintético: Ambas son referidas a tipos de anabolismo autótrofo. Los organismos fotosintéticos obtienen la energía a partir de la luz y son las plantas, cianobacterias y bacterias fotosintéticas. Los organismos quimiosintéticos obtienen la energía a partir de la oxidación de otras moléculas y son las bacterias quimioautótrofas.

Aerobio-anaerobio: Estos términos son referidos a la utilización de oxígeno en los procesos. En los procesos metabólicos aerobios, el oxígeno es el último aceptor de electrones, mientras que en los procesos anaerobios no, es otra molécula.

TODAS LAS IMÁGENES SON PROPIAS.