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METABOLISMO
Biología. 2º Bachillerato
METABOLISMO.
METABOLISMO
Biología. 2º Bachillerato
Concepto de metabolismo: conjunto de reacciones químicas que se
producen en el interior de las células y que conducen a la
transformación de unas biomoléculas en otras . Las distintas
reacciones químicas del metabolismo se denominan vías metabólicas
y las moléculas que en ellas intervienen metabolitos.
Catabolismo: transformación de moléculas orgánicas complejas en
otras sencillas con liberación de energía que se almacena en los
enlaces fosfato de ATP.
Anabolismo: Síntesis de moléculas complejas a partir de otras
sencillas , para lo cual se necesita suministrar energía.
Las moléculas de ATP pueden proceder de las reacciones
catabólicas, de la fotosíntesis y quimiosíntesis.
METABOLISMO
Biología. 2º Bachillerato
CLASES DE ORGANISMOS SEGÚN SU TIPO DE NUTRICIÓN
Tipo
Fuente Fuente
carbono
ener
gía
Fuente
H
Ejemplos
vegetales, algas
cianofíceas, bact.
rojas del S
Fotoautótrofos
CO2
Luz
H2O, SH2
Quimioautotrofos
CO2
Reacc
redox
NH3,H2,SH2
bact.desnitrif.; incol.
del S, Fe,
Fotoheterótrofos
c. orgánicos
Luz
c. orgánicos
bacterias purpúreas nosulfúreas
c. orgánicos
Reacc
redox
c. orgánicos
animales, hongos,
protozoos, resto de
bacterias
Quimioheterótrofos
METABOLISMO
Biología. 2º Bachillerato
Existen dos mecanismos para sintetizar ATP:
Fosforilación a nivel de sustrato: se forma un compuesto
intermediario rico en energía y en la siguiente reacción se utiliza
la energía liberada por la hidrólisis de este compuesto fosforilado
que recoge el ADP para formar ATP.
Fosforilación en el transporte de electrones.
METABOLISMO
Biología. 2º Bachillerato
METABOLISMO
Biología. 2º Bachillerato
PAPEL DEL ATP COMO TRANSPORTADOR
DE ENERGÍA
El ATP almacena energía y actúa como “moneda de
cambio energético”.
ADP
Desfosforila
ción del
sustrato
Fosforilación Desfosforila
ción
ATP
Fosforilación
del sustrato
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Biología. 2º Bachillerato
UTILIZACIÓN CELULAR DE LA ENERGÍA PARA:
1. Síntetizar biomoléculas y macromoléculas a partir de
precursores simples.
2. Transportar activamente iones y moléculas a través
de su membrana.
3. Realizar trabajo mecánico en la contracción muscular
y en otros movimientos celulares.
4. Producir calor para mejorar las reacciones
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Catabolismo:
Las moléculas orgánicas complejas se transforman en sencillas y se libera energía en forma
de ATP. Las reacciones que tienen lugar en el metabolismo son reacciones redox, en las
que unos compuestos ganan electrones y se reducen y otros los ceden y se oxidan. Las
enzimas que intervienen en estas reacciones son las deshidrogenasas.
Una molécula cuando pierde hidrógenos pierde electrones y se oxida y cuando los gana se
reduce. H---e ¯ + H+.
Los hidrógenos desprendidos antes de llegar a la molécula final aceptora de hidrógenos son
captados por NAD, NADP, FAD, que son coenzimas de las deshidrogenasas. Los protones
van por una vía y los electrones por otra. Los electrones son captados por los citocromos
que se van oxidando y reduciendo según ceden y captan los electrones y los protones
suelen ser bombeados en determinados puntos acoplados al transporte de electrones y por
tanto , se forma ATP, cuando los protones son captados por la ATP sintetasa.
Existen dos tipos de catabolismo: fermentación y respiración.
En la fermentación el aceptor y dador de electrones son compuestos orgánicos .
En la respiración el dador de electrones es un compuesto orgánico y el aceptor es un
compuesto inorgánico, si es el oxígeno sería respiración aerobia y si es el ión nitrato,
sulfato la respiración es anaerobia.
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Biología. 2º Bachillerato
ACOPLAMIENTO ENERGÉTICO ENTRE REACCIONES
La energía desprendida en una reacción exergónica, puede aprovecharse
para que se produzcan reacciones energéticamente desfavorables.
FOSFORILACIÓN DE LA GLUCOSA MEDIANTE ATP
ATP
Glucosa + Pi  Glucosa-6-P
ATP + H2O 
Glucosa-6~P
ADP + Pi
Glucosa +ATP + H2O  Glucosa-6-P + ADP
G= -7,3kcal/mol
G= +3 kcal/mol
G= -7,3 kcal/mol
G= -4,3 kcal/mol
G= +3kcal/mol
La hidrólisis del ATP (proceso exergónico)
se acopla a la fosforilación de la glucosa
(proceso endergónico).
Glucosa
ADP
Hexoquinasa
El proceso global es favorable energéticamente.
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Biología. 2º Bachillerato
RUTAS METABÓLICAS DEL CATABOLISMO
AEROBIO
Aminoácidos
Glúcidos
Grasas
Desaminación
Glucólisis
ß -oxidación
Ácido
pirúvico
Acetil -CoA
Cadena
respiratoria
CO2, H2O y ATP
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Catabolismo de la glucosa:
Glucolísis en el citosol
Ciclo de Krebs en la matriz mitocondrial
Cadena de transporte electrónico o cadena
respiratoria, en la membrana interna mitocondrial.
METABOLISMO
Glucolisis, paso de glucosa
a ácido pirúvico.
El paso de glucosa a
glucosa 6 fosfato es
necesario para que la
glucosa
atraviese
la
membrana celular.
La DHAP tiene que
isomerizar a gliceraldheído
3 fosfato que es el único
que puede servir de
sustrato para la siguiente
reacción.
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Fosforilación a
nivel de sustrato.
Fosforilación a
nivel de sustrato.
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Balance de la glucolísis:
Glucosa+2NAD⃰+2ADP+2P---2
ac.pirúvico+2NADH+2H⃰ +2ATP
Si queremos que el proceso de la glucolísis no se detenga
deberemos aportar nuevas moléculas de glucosa y oxidar el NADH
para que pueda ser reutilizado nuevamente en forma de NAD⃰. La
oxidación del NADH se puede realizar en células anaeróbicas
mediante las fermentaciones y en células aeróbicas siguiendo la
vía del ciclo de Krebs y cadena respiratoria.
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OXIDACIÓN DEL ÁCIDO PIRÚVICO
2
Coa - SH
2
CO2
COMPLEJO DE LA
Piruvato deshidrogenasa
2 CH
3
CO
2 CH
COOH
3
Ácido pirúvico
CO
SCoA
Acetil - CoA
2
NAD +
2
NADH
+ 2 H+
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Ciclo de Krebs
GDP-GTP
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EL CICLO DE KREBS (UNA VUELTA)
Glucosa
Acetil-CoA
Ácidos
grasos
8
Coenzima A
1
Ácido oxalacético
H2O
7
Ácido málico
NAD +
H2O
NADH
Ácido cítrico
2
Ácido fumárico
FADH2
6
NAD +
FAD
SHCoenzima A
NADH
NADH
SHCoenzima A
Ácido succínico
NAD +
3
Ácido isocítrico
5
4
GTP
ADP
H2O
ATP
CO2
GDP
Succinil-CoA
CO2
Ácido -cetoglutárico
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Balance global del ciclo de Krebs.
Ac. Pirúvico+2H2O+4NAD⃰+FAD+GDP+P—
3CO2+4NADH+4H⃰+FADH2+GTP
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CADENA DE TRANSPORTE ELECTRÓNICA O CADENA
RESPIRATORIA.
- 0,4
NADH
NAD + + H+
2e- + 2H+
FMN
2e-
+ 2H+
FMN
0
FADH2
2e-
CoQ
+ 2H+
2H+
CoQ
FAD
Cit b
2e-
Cit b
Cit c
2e+ 0,4
Cit c
Cit c
2eCit c
a3
2e-
2H+ + 1/2 O2
a3
+ 0,8
Voltios
2e-
2e-
H2O
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Cadena de transporte de electrones y fosforilación oxidativa
sistemaI: complejo NADH
deshidrogenasa
Sistema II: complejo cit b-C1
Sistema III .complejo citocromo
oxidasa
ATP
H+
Matriz
mitocondrial
ADP
Espacio intermembrana
H+
Matriz mitocondrial
NAD
NADH
FAD
+
_
FADH2
H+
2
F1
H2O
_
_
H+ + 1/2 O2
F0
_
2e2e-
CoQ
Cit c
Sistema I
Sistema II
H+
H+
Espacio
intermembrana
H+
Sistema III
H+
H+
H+
H+
H+
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METABOLISMO
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METABOLISMO
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EL CATABOLISMO COMPLETO DE LA GLUCOSA
RUTA:
INTERVIENEN:
PRODUCTOS:
GLUCOLÍSIS
(en hialoplasma)
C6H12O6
2 NAD+
2 CH3-C0-COOH
2 (NADH + H+)
2 (ADP + Pi)
2 ATP
PIRUVATO
DESHIDROGENASA
(en matriz mitocondrial)
2 SH-CoA
2 CH3-C0-COOH
2 NAD+
2 CH3-C0-S-CoA
CICLO DE KREBS
(2 VUELTAS)
(matriz mitocondrial)
2 CH3-C0-S-CoA
6 H2O, 6 NAD+,
2 FAD, 2 (ADP + Pi)
2 SH-CoA, 4 CO2,
6 (NADH + H+), 2 FADH2,
FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
(membrana interna
mitocondrial)
10 (NADH + H+)
2 FADH2
12 H2O , 34 ATP
34 (ADP + Pi) , 6 O2
2 CO2
2 (NADH + H+)
2 ATP
10 NAD+
2 FAD
Balance final:
C6H12O6 + 6 H2O +6 O2 + 38 (ADP+Pi)     6 CO2 + 38 ATP + 12 H2O
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BALANCE ENERGÉTICO GLOBAL
2 NADH
Glucosa
2 NADH
Glucólisis
2
ATP
Ácido
pirúvico
6 NADH
AcetilCoA
Ciclo
de
Krebs
Cadena
respiratoria
2 FADH2
2 ATP
38 ATP
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Se
produce
cuando
levaduras qué están
catabolizando mediante
respiración un líquido
rico en azúcar agotan el
O2
disponible
y
continúan el catabolismo
mediante fermentación.
Fermentación alcohólica.
La realizan levaduras del
género Sacharomyces que son anaerobias facultativas. Dependiendo de la
especie de levadura se puede obtener cerveza (S. cerevisiae), vino (S.
ellypsoideus) ,sidra (S. apiculatus), pan, variedad purificada de (S.
cerevisiae).
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FERMENTACIÓN ETÍLICA
Dihidroxiacetona
fosfato
Glucosa
G3P
Ácido 1,3bifosfoglicérico
NAD +
CH3 - CH2OH
Etanol
NADH
2
ATP
CH3 - CO - COOH
Ácido pirúvico
CH3 - CHO
Acetaldehído
CO2
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FERMENTACIÓN LÁCTICA
Dihidroxiacetona
fosfato
Glucosa
G6P
Ácido 1,3bifosfoglicérico
G3P
NAD +
CH3 - CHOH - COOH
Ácido láctico
NADH
Láctico deshidrogenasa
2
CH3 - CO - COOH
Ácido pirúvico
ATP
METABOLISMO
Fermentación láctica:se forma
ácido láctico a partir de la
degradación de la glucosa. Se
suele producir cuando
determinados m. inician la
fermentación de la lactosa de la
leche, lo que produce el
agriamiento de ésta y la
coagulación de la proteína
caseína.
Agujetas.
L. casei, L. bulgaricus
Streptococcus lactis
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METABOLISMO
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ANABOLISMO.
Es la vía constructiva del metabolismo, es decir la ruta de síntesis de moléculas complejas
a partir de sustancias sencillas. Si las moléculas son inorgánicas (nitrato, CO2)….se
denomina anabolismo autótrofo y si son orgánicas (glucosa, aa…) anabolismo
heterótrofo.
Anabolismo autótrofo:
Fotosíntesis, gracias a la energía luminosa. Lo realizan las plantas ,
algas, cianobacterias y bacterias fotosintéticas
Quimiosíntesis, por medio de la energía desprendida de las reacciones de
oxidación-reducción. Algunas bacterias.
Anabolismo heterótrofo: Se da en todos los organismos y es muy similar
en todos ellos. Su objeto es la síntesis de reservas energéticas y crear
estructuras para que el organismo pueda crecer o renovar estructuras
determinadas.
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Fotosíntesis: es la conversión de energía luminosa en energía química estable. La
primera molécula en la que queda almacenada esa energía química es el ATP
La fotosíntesis se lleva a cabo gracias a unos pigmentos ( antena y diana) que se
encuentran en los fotosistemas y a una cadena de transporte de electrones,
donde hay diferentes moléculas que se van oxidando y reduciendo , según ceden o
reciben los electrones.
Se distinguen dos tipos de procesos fotosintéticos:
Fotosíntesis oxigénica: propia de las plantas superiores, algas y cianobacterias,
en la que el dador de electrones es el agua y se desprende oxígeno.
Fotosíntesis anoxigénica: propia de las bacterias púrpuras y verdes de azufre en
las que el dador de electrones es elSH2, por lo que no se desprende oxígeno sino S.
Fotosíntesis oxigénica. Consta de dos partes una fase luminosa , en la que se
obtiene ATP y poder reductor en forma de NADPH y la fase oscura en la que se
obtiene la materia orgánica. El aparato fotosintetizador se encuentra en los
cloroplastos , en la membrana de los tilacoides y está formado por:
•Fotosistema I
•Fotosistema II
•Cadena de transporte de electrones
•ATP asas
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METABOLISMO
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Fotosistema I:
•Pigmentos antena: clorofila a, una pequeña
proporción de clorofila b, proteínas y β carotenos.
•Centro de reacción: molécula diana, clorofila a
(700 nm). Abundan en los tilacoides del estroma.
Fotosistema II:
•Pigmentos antena. Clorofilas a y b y xantofilas.
Proteínas.
•Centro de reacción: molécula diana clorofila b
(680nm). Abundan en tilacoides de los grana.
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FOTOSISTEMAS
Contiene dos moléculas de
clorofila a y los electrones
que liberan son enviados a
la cadena de transporte
electrónico.
Centro de
reacción
Fotón
Moléculas
antena
Cuando una molécula se excita
transfiere energía a las cercanas por
un proceso de resonancia y así hasta
el centro de reacción.
Atrapan fotones de
diferente longitud de onda.
Localización
Fotosistema I (PSI)
Fotosistema II (PSII)
Membranas de
tilacoides no apilados
Grana
Absorción maxima del
centro de reacción
700 nm
680 nm
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Pigmentos
antena
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ESTRUCTURA DE LA
CLOROFILA
Anillo de porfirina
Su función es absorber la luz
Cola de fitol
Los dobles enlaces
alternativos permiten la
descolocación de los
electrones favoreciendo
la pérdida de uno hacia
un aceptor.
Mantiene la clorofila integrada
en la membrana fotosintética
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Ao
pheo
Z
Fase luminosa
Z-dador primario al P680
Cf-plastocianina
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FOTOFOSFORILACIÓN CÍCLICA
H+
Luz
Fe
eCit b6f
PS I
Pc
H+
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ECUACIÓN GENERAL DE LA FOTOSÍNTESIS DEL CARBONO
6 CO2 +12 H2O
-------> C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O
1) FASE LUMINOSA O PRIMERA ETAPA:
12 H2O + 12 NADP+ 18 (ADP +Pi) + LUZ --> --->...
6 O2 + 12 (NADPH + H+) + 18 ATP
2) FASE OSCURA O SEGUNDA ETAPA:
6 CO2 + 12 (NADPH + H+) +18 ATP --> --->
C6H12O6 + 6 H2O + 12 NADP+ +18 (ADP +Pi)
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1. Fijación de CO2
2. Reducción del CO2 fijado
3. Regeneración de la
ribulosa 1-5 didfosfato
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6
(12)
6
6
(12)
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Factores que influyen en la fotosíntesis:
•Concentración de CO2
•Concentración de O2
•Escasez de agua
•Temperatura
•Intensidad de la luz
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FACTORES QUE CONDICIONAN EL RENDIMIENTO
FOTOSINTÉTICO
El aumento de
CO2 incrementa
el rendimiento de
la fotosíntesis.
200
R.. 180
.foto 160
sint 140
etic 120
o
100
80
60
40
20
0
0
123 lux
21,9 lux
6,31 lux
1,74 lux
0,407 lux
5
10
15
20
25
30
Concentración de CO2 (mol/l)
El aumento de
O2 disminuye la
eficacia de la
fotosíntesis.
R
.
f
o
t
o
s
i
n
t
e
t
i
c
o
100
0,5% O2
80
20% O2
60
40
20
0
0
10
20
Intensidad de la luz
30
(x104
erg/cm2/seg)
40
50
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FACTORES QUE CONDICIONAN EL RENDIMIENTO
FOTOSINTÉTICO
Escasez de agua: disminuye el rendimiento
fotosintético, ante la falta de agua se cierran los
estomas para evitar la desecación y aumenta la
fotorrespiración.
El rendimiento
fotosintético aumenta con
la temperatura hasta un
punto máximo (Tª óptima
de actividad enzimática).
R.f
oto
sin
tet
ico
400
350
300
250
200
150
100
50
0
0
10
20
30
40
Temperatura
10
(oC)
20
30
40
METABOLISMO
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FACTORES QUE CONDICIONAN EL RENDIMIENTO
La fotosíntesis es
proporcional a la
intensidad de luz hasta
un punto en el que su
rndimiento se estabiliza.
Intensidad fotosintética
FOTOSINTÉTICO
Planta de sol
Planta de sombra
Intensidad luminosa
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Quimiosíntesis:formación de materia orgánica a partir de materia inorgánica con la
energía de reacciones de oxidación-reduccción.
1. Se obtiene ATP y NADH
2. Se emplea el ATP y NADH para sintetizar compuestos orgánicos a partir de CO2, sulfatos…
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METABOLISMO
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Ejemplos de bacterias quimiosintéticas:
Bacterias del nitrógeno: oxidan el amoníaco que
procede de la descomposición de animales,
cadáveres, restos vegetales y lo transforman en
nitratos.
Bacterias nitrosificantes: pasan el amoníaco en
ión nitrito. Genéro Nitrosomonas
Bacterias nitrificantes: pasan el ión nitrito a
nitrato. Género Nitrobacter
Bacterias incoloras del S, oxidan el sulfuro de
hidrógeno a sulfitos y sulfatos.
Bacterias del hierro; oxidan los compuestos
ferrosos a férricos.