Al conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en el interior de las células, con objeto de
descargar 56.22 Kb.
|
C  ATABOLISMO TEMA 16TEMA 16. EL CATABOLISMO. Se llama metabolismo al conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en el interior de las células, con objeto de
Esto supone el intercambio de materia y energía con el entorno, a través de un gran número de reacciones, la mayor parte de las veces encadenadas describiendo rutas, perfectamente controladas y catalizadas por enzimas. Se divide en dos tipos de procesos: el anabolismo y el catabolismo.
Las moléculas oxidadas proceden del exterior o de las reservas celulares El catabolismo podrá, básicamente, ser aerobio o anaerobio, en función de si los procesos destructivos (oxidativos) requieren o no la presencia de oxígeno.
Existen organismos anaerobios estrictos que no pueden utilizar el oxígeno, o que incluso les resulta nocivo, como algunas bacterias; y aerobios, como la mayor parte de los seres vivos. Otros, las levaduras por ejemplo, son anaerobios facultativos, de forma que prefieren utilizar el O2, pero si este escasea, emplean otras moléculas aceptoras. Hay células, como las del músculo esquelético, que necesitan gran cantidad de energía en un momento dado; como el O2 que les llega no es suficiente, el proceso anaerobio complementa al aerobio en la obtención de energía.
Las moléculas sintetizadas pasan a formar parte de los componentes celulares o son almacenadas para utilizarlas posteriormente como fuentes de energía El anabolismo puede ser autótrofo o heterótrofo, dependiendo de cual sea la fuente de carbono:
No todas las células de un organismo pluricelular son del mismo tipo. Así, por ejemplo, las células de la raíz de una planta son heterótrofas, puesto que no pueden captar luz. Se abastecen de los productos de las células fotosintéticas de las hojas. En conjunto, un organismo es autótrofo si es capaz de construir su propia estructura y obtener la energía necesaria sin aportes que procedan de otros seres vivos. En cambio, es heterótrofo si necesita de otros organismos para mantenerse. P  or tanto, el metabolismo está basado en la oxidación reducción, porque se produce una transferencia constante de electrones desde los procesos catabólicos hacia los anabólicos. En las oxidaciones del catabolismo se liberan electrones, que son recogidos por las moléculas transportadoras, que los transfieren a los procesos reductores del anabolismo. LA GLUCOLISIS. Es un conjunto de reacciones en las que la glucosa (6C) se degrada, transformándose en dos moléculas de ácido pirúvico (3C). Su principal objetivo es la obtención de energía (ATP). Se desarrolla en el hialolasma celular, en condiciones anaeróbicas. Esta ruta se encuentra prácticamente en todas las células y para algunas de ellas es la única capaz de producir ATP Consta de tres etapas:
A partir de aquí se tiene que producir la regeneración del coenzima NAD (oxidado) para que esta ruta metabólica no se detenga. La reoxidación puede hacerse: a) En condiciones aeróbicas:
El proceso global podemos resumirlo en la siguiente ecuación global:
b) En condiciones anaerobias, el ácido pirúvico es reducido a ácido láctico u otro compuesto en el citoplasma, mediante la fermentación. Función biológica de la glicólisis. Su importancia radica en el hecho de que, en condiciones anaeróbicas o en células que no contienen mitocondrias, es la única vía metabólica capaz de producir ATP. Tal es el caso de los glóbulos rojos humanos o de las células musculares cuando el ejercicio acaba con la reserva de oxígeno. FERMENTACIÓN. CONCEPTO Y TIPOS. Denominamos fermentación al conjunto de rutas metabólicas por las cuales ciertos organismos obtienen energía por la oxidación incompleta de compuestos orgánicos, con lo que se obtiene ATP mediante fosforilación a nivel de sustrato. Los electrones liberados en esta oxidación no son aceptados por el oxígeno molecular (respiración) sino por un compuesto orgánico sencillo que es el producto final de la fermentación. Se caracteriza porque:
Las fermentaciones las llevan a cabo diferentes tipos de bacterias y levaduras (hongos unicelulares) capaces de vivir sin oxígeno, pero también se producen procesos de fermentación en células aerobias, como las células musculares, que las utilizan como metabolismo alternativo a la respiración celular. Respecto a los tipos de fermentación podemos distinguir:
a1) Láctica: en la que el producto final que se obtiene es el ácido láctico. La realizan bacterias del género Lactobacillus y Streptococcus. También las células musculares cuando el aporte de oxígeno es insuficiente. A nivel industrial es utilizada para la obtención del yogur y el queso. a  2) Alcohólica: Se obtiene alcohol etílico. L  a realizan levaduras del género Saccharomyces que intervienen en la elaboración del vino, la cerveza y el pan b) Oxidativas, que requieren oxígeno, el cual no actúa como último aceptor de electrones sino como oxidante del sustrato. La más conocida es la acética. L  a realizan la bacteria Acetobacter aceti, que es capaz de oxidar el etanol y convertirlo en ácido acético en presencia de oxígeno. A esta reacción se debe la producción de vinagre a partir del vino. LA RESPIRACIÓN AEROBIA. En presencia de O2, que actúa como aceptor final de electrones, el ácido pirúvico es oxidado totalmente transformándose en CO2, lo que implica un mayor rendimiento energético. El proceso se desarrolla en las mitocondrias y consta de una serie de reacciones encadenadas en las que podemos diferenciar las siguientes etapas:
La energía liberada se almacena en un enlace de alta energía, entre el grupo acetilo y la coenzima A, obteniendose acetil-coA 2. Ciclo de Krebs. Es una ruta catabólica cíclica que se produce en la matriz mitocondrial y que constituye una fase fundamental de la respiración celular Recibe el nombre de ciclo porque comienza con la unión del acetil-CoA a una molécula de ácido oxalacético, que posteriormente se recupera al final de las reacciones, sirviendo como cebador para nuevos ciclos.
Sus reacciones más características son
Vemos que por cada grupo acetilo oxidado en el ciclo se obtienen 3 moléculas de NADH2, 1 FADH2 y 1 GTP. Posteriormente, las moléculas de NADH2 y FADH2 deben ser regeneradas. Para ello los coenzimas reducidos ceden sus electrones a la cadena respiratoria, desde donde viajan hasta el O2. Durante el transporte de electrones se libera energía para la síntesis de ATP. El ciclo de Krebs tiene carácter anfibólico: además de ser la ruta catabólica de los glúcidos, lípidos y algunos aminoácidos, es también una ruta anabólica, ya que a partir de él se fabrican intermediarios para la síntesis de numerosas moléculas, como p, ej. algunos aminoácidos. Rutas catabólicas: En el ciclo ingresa
Rutas anabólicas: Por otra parte, algunos de los compuestos intermedios de este ciclo pueden salir de la mitocondria y servir como precursores para diferentes procesos biosintéticos (anabólicos) que ocurren en el hialoplasma.
El destino de los coenzimas reducidos (NADH2 y FADH2) producidos en el ciclo de Krebs es su oxidación en la CADENA RESPIRATORIA, cadena de transporte de electrones de la membrana mitocondrial interna. En ella se libera la energía necesaria para la fosforilación oxidativa, que es el proceso de síntesis de ATP.  La fosforilación oxidativa se explica según la teoría quimiosmótica, formulada por Mitchell en 1961. Sus puntos fundamentales son:
La cadena de transporte electrónico esta constituida por 4 complejos enzimáticos, cada uno de los cuales, a su vez, está formado por varias cadenas polipeptídicas que se hallan inmersas en la membrana interna de las mitocondrias. Dichos complejos, cada uno de los cuales actúa con varios coenzimas, son:
 Los organismos procariotas, al carecer de mitocondrias, localizan la cadena respiratoria y la ATPsintetasa responsable de la fosforilación oxidativa en los mesosomas de la membrana celular. SIGNIFICADO BIOLÓGICO DE LA FERMENTACIÓN Y LA RESPIRACIÓN AEROBIA.
Las células primitivas, en ausencia de oxígeno, utilizaron la fermentación como proceso para obtener energía. Con la aparición de los organismos fotosintéticos, productores de oxígeno, la atmósfera primitiva se enriqueció en este elemento. Pudieron surgir entonces los organismos que realizan la respiración aerobia, con un rendimiento energético mucho mayor. Aún así, las células eucarióticas mantienen la capacidad para fermentar como mecanismo alternativo y complementario a la respiración cuando la cantidad de oxígeno es insuficiente. (1) Hay fermentaciones, como la acética, que sí precisa del oxígeno, pero ni hay cadena de transporte mitocondrial ni degradación completa de la materia orgánica; el producto final sigue siendo un compuesto orgánico capaz de ser oxidado (ácido acético). (2) En algunas bacterias se da un tipo de respiración celular que podemos llamar anoxidativa o anaerobia en la que el último aceptor de los electrones en la cadena mitocondrial no es el oxígeno sino otro compuesto (por ejemplo el S que se reduce a H2S). En conclusión podemos decir que la única ventaja de la fermentación frente a la respiración es que la fermentación se puede realizar sin la necesidad de oxígeno. LA RUTA DE LAS PENTOSAS FOSFATO Además de la glucólisis, existe otra vía de degradación de la glucosa en la que su oxidación se produce en las fases iniciales de la ruta, al contrario de lo que sucede en la ruta glucolítica, y se forman pentosas fosfato y NADPH2.
E  n los tejidos en los que se requiere NADPH2 más que ribosa 5 fosfato, las pentosas fosfato se reciclan a glucosa 6 fosfato a través de una serie de reacciones regenerativas lo que permite la oxidación continua de esta con producción de NADPH2. Debido a su carácter cíclico, esta ruta se suele denominar también ciclo de las pentosas fosfato, que, como hemos visto, suministran a la célula:
BIOLOGÍA 2º BACHILLERATO. |
lucosa + 2(ADP+Pi) + 2 NAD 2 Ac. Pirúvico + 2 ATP+ 2 NADH2
lucosa + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + 38 ATP
lucosa 6 fosfato + 2 NADP + H2O Ribosa 5 fosfato + CO2 + 2 NADPH2
