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PANORÁMICA GENERAL DEL METABOLISMO
I. CONCEPTO Y TIPOS DE CATABOLISMO
Catabolismo: fase destructiva del metabolismo en la cual se obtienen moléculas sencillas, que servirán para
construir las propias biomoléculas, y energía para la realización de otras funciones celulares.Son procesos
oxidativos
TIPOS DE CATABOLISMO:
A. Catabolismo aerobio: el aceptor final de los e- es el O2. Genera gran cantidad de energía.
B. Catabolismo anaerobio
1. Fermentación: el aceptor final de e- es orgánico (generalmente etanol o un ácido orgánico). La oxidación
del compuesto orgánico es parcial y libera poca energía.
2. Respiración anaeróbica: actúa la cadena respiratoria, pero el aceptor final de e- es un compuesto
inorgánico diferente del O2. Se da sólo en algunas bacterias.
II. ORGÁNULOS QUE INTERVIENEN
La mayor parte de las cadenas catabólicas se desarrollan en las mitocondrias, por lo que son consideradas
los orgánulos respiratorios de la célula.
En el citosol se produce la glucólisis: transformación de la glucosa en ácido pirúvico.
III. PRODUCTO FINALES
Los productos finales son los propios de todos los carburantes metabólicos: CO2, protones y electrones.
Todos producirán energía en la cadena transportadora de electrones.
IV. CATABOLISMO DE LA DIFERENTES BIOMOLÉCULAS
CATABOLISMO DE LOS GLÚCIDOS
1. Ruptura de polímeros.
En el hígado HIDRÓLISIS del glucógeno. Es escindido en moléculas de glucosa-1-P
FOSFORILACIÓN. Se forma la glucosa-6-P .
Lo mismo ocurre con el almidón en las células vegetales.
2. Glucólisis. Se produce en el citoplasma de casi todas las células.
1. Conversión de la glucosa en fructosa
F-1,6-difosfato.
2. Ruptura de la fructosa en dos moléculas 3C.
3. Formación de ácido pirúvico
3. Degradación anaeróbica del ácido pirúvico: Fermentaciones
Se produce en ciertas bacterias y levaduras y, en determinadas condiciones, también en células de eucariotas
pluricelulares.
La oxidación del compuesto orgánico es parcial. El aceptor final de electrones es orgánico.
Se produce una pequeña cantidad de energía. Algunas fermentaciones tienen interés comercial.
1. Fermentación alcohólica
Proceso semejante a la glucólisis. Después el piruvato se decarboxila y se convierte en acetaldehído que
posteriormente se reduce a etanol.
2. Fermentación láctica
El piruvato se reduce a lactato.
BALANCE ENERGÉTICO DE LAS FERMENTACIONES.
Se producen 2 ATPs (14,6 Kcal·mol-1) lo que supone un rendimiento del 31%.
4. Degradación aeróbica del ácido pirúvico:
4.1 Decarboxilación oxidativa del ácido pirúvico
Ocurre en la matriz mitocondrial. Catalizada por el complejo piruvato deshidrogenasa. A partir del ácido
pirúvico se forma Acetil-CoA y se desprende una molécula de CO2.
4.2 Ciclo de Krebs (ciclo de los ácidos tricarboxílicos o del ácido cítrico)
Los enzimas implicados en el proceso también se encuentran en la matriz mitocondrial.
ES LA VÍA FINAL COMÚN PARA LA OXIDACIÓN DE LOS COMBUSTIBLES METABÓLICOS.(LÍP Y PROT.)
4.3 Cadena respiratoria
Los e- de alta energía de los coenzimas son transferidos, a través de una cadena de transportadores situada
en la membrana mitocondrial interna, hasta el O2.
La energía liberada se utiliza para fosforilar ADP. HAY DOS TRANSPORTES:
1. Transporte de electrones
El FMN y el CoQ transportan hidrógeno, los citocromos transportan sólo electrones.
El potencial de oxidorreducción de los transportadores de la cadena es progresivamente decreciente.
2. Fosforilación oxidativa (transporte del H+)
La energía liberada en el transporte de e- impulsa el bombeo de H+ hacia el espacio intermembrana y se
produce la fosforilación del ADP.
BALANCE ENERGÉTICO DE LA RESPIRACIÓN DE UNA MOLÉCULA DE GLUCOSA
Se producen 38 ATPs (277 kcal·mol-1) lo que supone un rendimiento del 40,4%.
CATABOLISMO DE LOS LÍPIDOS
1. Degradación de las macromoléculas
Hidrólisis de los triglicéridos por acción de las lipasas. Los ácidos grasos sufren la ß-oxidación
en la matriz mitocondrial.
2. Activación de los ácidos grasos (unión del á. graso al CoA)
El enzima acil-CoA sintetasa cataliza la unión del ácido graso al CoA con gasto de un ATP.
El acil-CoA es transportado al interior de la mitocondria por la carnitina.
3. ß-oxidación de los ácidos grasos
El ácido graso se va rompiendo en fragmentos de dos carbonos.
4. CICLO DE KREBS
5. Cadena respiratoria
BALANCE ENERGÉTICO DE LA OXIDACIÓN DE LOS ÁCIDOS GRASOS
La oxidación completa del ácido palmítico (saturado de 16C) genera 129 ATPs (942 kcal·mol-1) lo que supone un
rendimiento del 40,2%.
CATABOLISMO DE PROTEÍNAS
La degradación de las macromoléculas (proteolisis) es realizada por las proteasas en el medio extracelular. El
exceso de aminoácidos no puede ser almacenado ni excretado, por lo que es utilizado como combustible
metabólico.
A. Transaminación
Las transaminasas catalizan la transferencia del grupo amino desde un aa hasta un a-cetoácido
B. Desaminación oxidativa
Los a-cetoácidos resultantes de la transaminación siguen la vía del ciclo de krebs hasta ser totalmente oxidados.
C. Eliminación del amonio
Una parte del amonio es utilizado en la síntesis de aminoácidos. El resto es excretado.
Organismos ureotélicos (anfibios, quelonios, mamíferos y elasmobranquios): excretan urea.
Organismos uricotélicos (insectos, aves y reptiles terrestres): excretan ácido úrico.
Organismos amoniotélicos (insectos acuáticos y peces): excretan directamente amonio.
V. CONCEPTO Y FUNCIÓN DE ANABOLISMO
Incluye todas las rutas metabólicas de BIOSÍNTESIS.
Las moléculas orgánicas son reducidas para formar otras complejas, con gasto de ATP.
Las rutas anabólicas persiguen renovar todos los componentes celulares y almacenar moléculas que pueden ser
catabolizadas posteriormente.
VI. TIPOS DE ANABOLISMOS
I. FOTOSÍNTESIS
1. Concepto e importancia biológica
Proceso mediante el cual ciertos organismos son capaces de transformar la energía de la luz solar en energía
química (ATP y NADPH+) y utilizarla para sintetizar compuestos orgánicos a partir de CO2 y H2O.
Las plantas, algas y cianobacterias poseen clorofila como principal pigmento fotosintético. En cambio, las bacterias
fotosintéticas verdes y púrpuras tienen bacterioclorofila como principal pigmento.
2. Fases
A. Fase luminosa (captación de energía). Ocurre en la membrana de los tilacoides. Requiere de la energía directa
de la luz. En esta fase se generan los transportadores que son utilizados en la segunda fase.
B. Fase oscura
A pesar de su nombre, algunos de los sistemas enzimáticos implicados en el proceso requieren ser estimulados por
la luz. Es necesario que estén presentes la fuente de energía ATP y la fuente reductora NADPH, formadas en la fase
anterior. En esta fase se producen los enlaces C-C de los carbohidratos. Las reacciones químicas son diferentes
según se trate de fijar el CO2 o las sales de N o S.
B1. Ciclo de Calvin
Descubierto por M. Calvin utilizando al alga unicelular Chlorella a la que se le suministraba CO2 marcado con
14C.
El proceso ocurre en el estroma de los cloroplastos. Se pueden distinguir tres fases:
- Fijación del CO2 a la ribulosa-1,5-difosfato.
- Reducción del ácido 3-fosfoglicérico.
- Formación de glucosa y regeneración de la ribulosa-1,5-difosfato.
B2. Fijación fotosintética del nitrógeno y del azufre
El NO3 - es reducido a NH3 en los cloroplastos, por el NADPH formado en la fase luminosa.
Este amoníaco es el origen de otros aminoácidos.
La fijación fotosintética del azufre ocurre también en los cloroplastos y la energía procede de la fase luminosa.
II. QUIMIOSÍNTESIS
1. Concepto e importancia biológica
La quimiosíntesis es una forma de nutrición autótrofa en la que la energía necesaria para la elaboración de
compuestos orgánicos se obtiene de la oxidación de ciertas sustancias del medio. Aunque este proceso es exclusivo
e algunos grupos de bacterias tiene una gran importancia biológica ya que de esta manera se reciclan los
compuestos totalmente reducidos (NH3, H2S, CH4) y se cierran los ciclos de la materia en los ecosistemas.
Igual que en la fotosíntesis se pueden distinguir dos fases: en la primera se obtiene energía; la segunda fase es
semejante a la que ocurre en la fotosíntesis y en ella se asimila y reduce el dióxido de carbono.
2. Organismos quimiosintéticos
1. Bacterias del hidrógeno
Estas bacterias pueden activar el hidrógeno molecular con ayuda de hidrogenasas y utilizarlo para obtener energía.
2. Sulfobacterias
Las bacterias del género Thiobacillus son capaces de obtener energía por oxidación de compuestos reducidos de
azufre. La mayoría de las bacterias forman sulfato como producto final.
3. Ferrobacterias
Algunas bacterias viven en aguas ricas en compuestos de hierro ferroso, absorben estas sustancias y las oxidan a
hierro férrico. Esta reacción produce poca energía por lo que deben oxidar grandes cantidades de hierro para poder
vivir.
4. Bacterias nitrificantes
Oxidan compuestos reducidos del nitrógeno presentes en el suelo. Estas bacterias existen en todos los suelos, salvo
en los tropicales, que son pobres en oxígeno.
III. ANABOLISMO DE LAS BIOMOLÉCULAS
A. ANABOLISMO DE LOS GLÚCIDOS
1. Gluconeogénesis
Síntesis de glucosa en la matriz mitocondrial.
2. Glucogenogénesis
Este proceso se realiza especialmente en las células del hígado y en los músculos. Consiste en la síntesis de
glucógeno realizada en el hialoplasma a partir de moléculas de glucosa activadas.
La síntesis de almidón en las células vegetales es similar, aunque el activador es el ATP.
B. ANABOLISMO DE LOS LÍPIDOS
Los fosfolípidos, colesterol y derivados se sintetizan en el retículo endoplasmático. Los triglicéridos en el
hialoplasma.
C. ANABOLISMO DE LOS AMINOÁCIDOS
Algunos aminoácidos no pueden ser sintetizados (aminoácidos esenciales) por el hombre. Se produce en el
hialoplasma. La biosíntesis de proteínas se realiza en los ribosomas.
D. ANABOLISMO DE LOS NUCLEÓTIDOS
Es un proceso complejo. Los productos de su degradación son utilizados en la síntesis.
Los ácidos nucleicos son sintetizados en el núcleo.
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