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Capitulo 4 Metabolismo Celular

Introducción 

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Capitulo 3

Capitulo 4 

Capitulo 5

Capitulo 6 

Capitulo 7

Capitulo 8

Capitulo 9

 Capitulo 10

Capitulo 11

Capitulo 12 

Capitulo 13

Capitulo 14 

Capitulo 15 

Capitulo 16

Capitulo 17 

Capitulo 18 

Capitulo 19 

Capitulo 20 

Capitulo 21

Capitulo 22

Capitulo 23 

Capitulo 24 

Capitulo 25 

Capitulo 26 

Capitulo Ecologia y Energia 

Capitulo Ecologia y Humano

Capitulo Ecología Población y Comunidad  

Capitulo Ecología Hormonas Vegetales 

Capitulo Evolución 

Capitulo Evolución de los Primates

 

Glosario

Foro 

Temas DEMRE

 

1.    Metabolismo celular

 

·         RESPIRACIÓN CELULAR Y CATABOLISMO

 

El catabolismo está representado principalmente por el conjunto de reacciones que integran  la Respiración Celular, proceso por el cual se desagradan los nutrientes, principalmente la glucosa como también aminoácidos y ácidos grasos. Las reacciones que se llevan a cabo en este proceso son de tipo oxidativas.

 

A partir de la glucosa obtenida, se lleva a cabo la Glucolisis, que produce piruvato. Según el tipo de célula y las circunstancias metabólicas, el piruvato puede degradarse en por dos vías distintas, la fermentación o la acetilación, donde se obtiene acetil-CoA, el cual se incorpora al Ciclo de Krebs.

 

En  la degradación completa de la glucosa se consume oxígeno y se obtiene como productos finales dióxido de carbono y energía en forma de ATP.

 

a.    Glicólisis y Fermentación: Es una etapa parcial del catabolismo de la glucosa y  se realiza en el citosol. En la glucólisis se distinguen dos etapas. En la primera se consume energía y en la segunda se obtiene energía.

 

El balance neto del proceso es: 2 ATP (4 ATP generados - 2 ATP gastados). De esto resulta que la producción de ATP en la glucólisis es pobre, pero muy rápido y, por ello, el piruvato debe ingresar a la mitocondria para aumentar el rendimiento de ATP.

 

Destino del piruvato

El producto final de la glucólisis es piruvato que aún contiene una gran cantidad de energía.

 

·         En condiciones anaeróbicas (es decir en ausencia de O2) el piruvato es degradada a lactato  o en etanol, por un proceso denominado como fermentación.

 

·         En condiciones aeróbicas (en presencia de O2), el piruvato sufre una oxidación y da lugar a acetil-CoA, NADH+H y CO2.

 

b.    Acetilación: Una vez que el piruvato ingresa a la mitocondria sufre la transformación en acetilcoenzima A, que es el compuesto que ingresa al ciclo de Krebs. Este proceso tiene lugar en la matriz mitocondrial.

 

El rendimiento de la acetilación son 2 NADH,  uno por cada ácido pirúvico o piruvato que entra a la mitocondria, dos moléculas de acetil coenzima y dos CO2

 

c.    Ciclo de Krebs

 

Es una secuencia cíclica de reacciones en las que el acetil-CoA procedente del catabolismo del piruvato se oxida a CO2 y agua. También se le conoce como ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos y tiene lugar en la matriz mitocondrial.

 

Balance energético: la oxidación de una molécula de acetil-CoA en el ciclo de Krebs libera 1 ATP, 3 NADH+H y 1 FADH.

 

Como la glucosa al degradarse formó 2 piruvato y luego éste formó 2 acetil coenzima, son 2 vueltas al ciclo con producción de 6 NADH y 2 FADH. Además se agregan 2 ATP que se forman directamente en este ciclo.

La  oxidación de las coenzimas NADH y FADH está acoplada a la síntesis de ATP (fosforilación oxidativa).

 

d.    Fosforilación Oxidativa

 

Representa la última etapa del catabolismo y ocurre en la membrana mitocondrial interna o cresta mitocondrial. Durante ésta, los intermediarios reducidos o coenzimas: NADH y FADH2 provenientes de la glucólisis, acetilación y ciclo de Krebs son oxidados, entregando sus electrones a los componentes de la cadena transportadora de electrones. El último aceptor de los electrones es el oxígeno con quienes se une para formar agua.

 

e. Cadena Transportadora de Electrones: corresponde a un conjunto de moléculas transportadoras de electrones presentes a nivel de las crestas mitocondriales. 

La circulación de electrones por la cadena respiratoria se produce mediante reacciones de oxidación - reducción (reacciones Redox), ordenadas en serie. El potencial electroquímico proporciona al complejo ATP sintetasa la energía necesaria para la formación de ATP.

 

Las coenzimas NADH y FADH son las que ponen en marcha la cadena transportadora de electrones y la fosforilación oxidativa. Por cada molécula de NADH se forman 3 ATP mientras que por cada FADH sólo  2 ATP.

 

 

 

Citosol

Matriz mitocondrial

Transporte electrónico

Total

Glucólisis

Glucosa a Ácido piruvico

2ATP

2 NADH

 

6 ATP

2 ATP

6 ATP

Respiración

Celular

 

Ácido pirúvico a acetil CoA

 

2 x (NADH)

2x (3 ATP)

6 ATP

Ciclo de Krebs

 

2 x (1ATP)

2x (NADH)

2 x (FADH2)

2 x (9 ATP)

2 x (2 ATP)

2 ATP

18 ATP

4 ATP

El balance de 36 ó 38 ATP depende de la célula de la cual se hable. Los 2 balances son reales, por ejemplo las células hepáticas generan 36 ATP y las musculares 38 ATP.

 

·         FOTOSÍNTESIS Y ANABOLISMO CELULAR

 

En la fotosíntesis el flujo de electrones se invierte, el agua se hidroliza por efecto de la luz y el hidrógeno y sus electrones se transmiten a varias cadenas aceptoras. Durante esta transferencia la energía solar incrementa el nivel de energía de los electrones. Este es un proceso endergónico en el cual se utiliza parte de la energía en la reducción del CO2 para formar glucosa.

Todas estas reacciones se realizan en los cloroplastos.

Las reacciones se resumen así:

 

a. Pigmentos fotosíntéticos.

Los pigmentos son sustancias  químicas que absorben luz de diferente longitud de onda, reflejando las longitudes de onda que no se absorben.

 

La clorofila, el principal pigmento de la fotosíntesis, absorbe luz  principalmente de las regiones violeta y azul y también en el rojo del espectro de luz visible. Dado que refleja la luz verde, parece verde.

 

Los pigmentos accesorios actúan como pantallas que transfieren la energía a la clorofila, extendiendo la gama de luz disponible para la fotosíntesis.

 

La fotosíntesis se divide en dos etapas o fases: la fase dependiente de la luz (fase clara) y la fase independiente de la luz (fase oscura).

 

b. Fases de la fotosíntesis.

 

®    Fase dependiente de la luz

Las reacciones luminosas se inician cuando la clorofila y otros pigmentos absorben luz. Según el modelo actual, la clorofila, y los pigmentos accesorios se encuentran organizados en unidades llamadas fotosistemas.

 

·         El fotosistema I contiene una variedad especial de clorofila a, de nombre P700, porque tiene su peak de absorción a 700 nm de longitud de onda.

·         El fotosistema II contiene también clorofila a, la P680, con absorción máxima a 680 nm de longitud de onda.

 

Las reacciones luminosas se inician cuando la clorofila y otros pigmentos absorben luz. Cuando las clorofilas, absorben la energía, un electrón salta a un nivel de energía superior, desde el cual  se transfiere a otra molécula (un aceptor primario de electrones).

 

Los pigmentos accesorios captan la energía solar a modo de antena y la transmiten al centro de reacción, lugar donde  la clorofila responde emitiendo 2 electrones producto de su excitación.

 

Otras moléculas que también participan en la fotosíntesis son las moléculas transportadoras de electrones, estas moléculas están relacionadas con los pigmentos. Los electrones resultantes de la excitación del fotosistema II se transfieren a moléculas transportadoras de electrones que unen ambos sistemas.

 

La fase dependiente de la luz se resume en los siguientes puntos:

 

·         Como consecuencia de la incidencia de luz en los fotosistemas I y II, los electrones de los centros de reacción pasan a un orbital superior.

·         Los electrones resultantes de la excitación del fotosistema II se transfieren a moléculas transportadoras de electrones que unen ambos sistemas. Llegan de esta manera al fotosistema I.

·         Los electrones resultantes de la excitación del fotosistema I se transfieren a moléculas transportadoras de electrones, llegando finalmente al NADP el cual  se reduce a NADPH,

·         La luz también produce la fotólisis de una molécula  agua (escisión de una molécula de agua), la cual libera 2 átomos de hidrógeno, 1 átomo de oxígeno y dos electrones, estos últimos son transferidos al fotosistema II.

 

Como consecuencia del transporte de electrones se produce un bombeo de protones (iones de H+)  desde el estroma al espacio tilacoidal. Este transporte de protones provoca una diferencia de cargas eléctricas y de pH, con lo que se genera un potencial electroquímico; este potencial proporciona la energía necesaria a  ATP sintetasa para que se forme ATP. Este proceso se denomina fotofosforilación oxidativa.

 

Fotofosforilación:  

Corresponde a la formación de ATP a partir de ADP y fosfato. Ésta tiene lugar en la ATP sintetasa.

 

®    Fase independiente de la luz

Aunque las reacciones oscuras no requieren de luz, necesitan de los productos de la fase clara.

 

Las reacciones oscuras forman un proceso llamado ciclo de Calvin. Por cada ciclo completo, se produce una  molécula de fosfogliceraldehído que es precursora de la glucosa y otros compuestos orgánicos. Esta fase cíclica se lleva a cabo en el estroma. Durante el ciclo de Calvin, ocurre la fijación del CO2gracias a la energía proporcionada por al ATP y NADPH formados en la fase clara.

 

Durante esta fase, la energía química del ATP y del NADPH es transferida a los enlaces químicos de las moléculas de carbohidratos. De esta forma se permite reservar la energía por un tiempo más prolongado.

 

Además de la glucosa, en el estroma del cloroplasto se fabrican aminoácidos, ácidos grasos y almidón y en el citosol sacarosa, que es la forma en que las plantas transportan el azúcar  en su savia.

 

®    Factores que afectan la Fotosíntesis

 

·         Temperatura: Debido a que en la fotosíntesis participan enzimas a una determinada temperatura, cuando la temperatura aumenta las enzimas se desnaturalizan y la fotosíntesis se detiene.

      

·         Luz (Intensidad y Duración): Una iluminación muy baja hace que el O2  sea consumido en la fotorrespiración.

 

·         Presión atmosférica del CO2: El CO2 es la molécula utilizada por las plantas para producir distintas sustancias orgánicas. La falta de él disminuye la productividad y en exceso el proceso se satura (porque depende de enzimas).

      

·         Concentración de O2: El aumento en la concentración de O2 tiene un efecto inhibitorio sobre la fotosíntesis.

 

·         Apertura o cierre de los estomas: La difusión de los gases, incluido el vapor de agua, hacia el interior y el exterior de la hoja es regulada por los estomas. Los estomas se abren y se cierran por la acción de la célula oclusivas, debido a cambios en la turgencia.