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Apunte de Metabolismo:
Moneda energética, energía liberada en reacciones exergónicas muchas veces acopladas.

ATP

En las células todas las actividades biosintéticas, muchos de sus procesos de transporte y una diversidad de otras actividades requieren energía. Una gran proporción de esta energía es suministrada por una sola sustancia: el adenosín trifosfato o ATP. La glucosa y otros carbohidratos son formas de almacenamiento de energía y también formas en las que se transfiere energía de célula a célula y de organismo a organismo. Son las reservas de energía, el ATP es la moneda energética de la célula que puede gastarse de inmediato.

La molécula de ATP está formada por la base nitrogenada adenina, el azúcar de cinco carbonos ribosa y tres grupos fosfato. Los tres grupos fosfato están unidos por dos enlaces covalentes que se rompen con facilidad, produciendo cada uno aproximadamente 7 kilocalorías de energía por mol.

En los sistemas biológicos, las reacciones endergónicas (requieren energía), como las de biosíntesis, se producen gracias a la energía liberada en las reacciones exergónicas (liberan energía) con las que están acopladas . En la mayoría de las reacciones acopladas, el ATP es el intermediario que conduce la energía de una reacción a otra.

La oxidación de la glucosa es una fuente principal de energía en la mayoría de las células. Cuando la glucosa se degrada en una serie de pequeños pasos por medio de enzimas, una proporción significativa de la energía contenida en la molécula vuelve a empaquetarse en los enlaces fosfato de las moléculas de ATP.

La primera fase en la degradación de la glucosa es la glucólisis que se efectúa en el citoplasma de la célula. La segunda fase es la respiración aeróbica, que requiere oxígeno y, en las células eucarióticas, tiene lugar en las mitocondrias. La respiración comprende el ciclo de Krebs y el transporte en cadena de electrones acoplado al proceso de fosforilación oxidativa. Todos estos procesos están íntimamente relacionados.

En condiciones anaeróbicas, el proceso de fermentación transforma al ácido pirúvico producido por la glucólisis o en etanol o en ácido láctico, dependiendo del organismo y el medio.

Es posible saber cómo y en qué cantidad la energía química, originalmente presente en la molécula de glucosa, se recupera en forma de ATP en el curso de la degradación de la molécula de glucosa. Así, es posible calcular el rendimiento energético global de la oxidación de la glucosa, que puede dar como resultado un máximo de 38 moléculas de ATP. La actividad de la glucólisis y la respiración están reguladas de acuerdo con las necesidades energéticas de la célula

Otras moléculas alimenticias, que incluyen a las grasas, los polisacáridos y las proteínas, pueden ser también degradadas a compuestos que pueden ingresar en las vías centrales -glucólisis y ciclo de Krebs- en diferentes pasos. La biosíntesis de compuestos orgánicos utiliza los compuestos precursores derivados de intermediarios en la secuencia respiratoria y es impulsada por la energía derivada de esos procesos. Así, otras vías catabólicas y anabólicas están íntimamente interrelacionadas.

Autor: Diana Victoria Netto.

Bibliografía:

Apuntes de clase - Facultad de Agronomía - U.B.A..
A. Lehninger, D, Nelson y M. Cox. "Principios de bioquímica". Editorial Omega, 2000.
Helena Curtis - N. Sue Barnes. "Biología". Sexta edición en español.

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Conceptos Importantes....

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Regulación de la glucólisis y la respiración

Los procesos de oxidación de la glucosa y la respiración aeróbica están finamente regulados de modo que la célula disponga siempre de cantidades adecuadas de ATP. La regulación se lleva a cabo mediante el control de enzimas que participan en pasos claves de esta vía metabólica. La glucólisis está sincronizada con las necesidades energéticas de la célula; a través de un mecanismo de retroalimentación, la fosfofructoquinasa es inhibida por altas concentraciones de ATP. El ATP, por otra parte, es un inhibidor a través de una interacción alostérica de inhibición del primer paso enzimático del ciclo de Krebs (citrato sintetasa). Por lo tanto, altas concentraciones de ATP bloquean el proceso oxidativo del acetil CoA que lleva a la producción de NADH y FADH2. A su vez, la reacción enzimática que lleva a la formación del acetil CoA, sustrato del ciclo de Krebs, está regulada negativamente por la concentración del producto.

Los electrones continuarán fluyendo a lo largo de la cadena de transporte de electrones, suministrando energía para crear y mantener el gradiente de protones, solamente si se dispone de ADP para convertirse en ATP. Así, la fosforilación oxidativa está regulada por el suministro y la demanda. Cuando los requerimientos energéticos de la célula disminuyen, se usan menos moléculas de ATP, hay menos moléculas de ADP disponibles y el flujo electrónico disminuye.

La regulación enzimática por retroalimentación permite controlar las velocidades de reacción en forma casi instantánea en respuesta a fluctuaciones en el metabolismo. Sin embargo, las células tienen otros mecanismos de regulación enzimática a más largo plazo. Estos últimos involucran a la fosforilación que es llevada a cabo por las quinasas. La fosforilación de enzimas específicas puede activarlas, y así se regulan ciertos procesos metabólicos. Además la remoción de grupos fosfato por parte de las enzimas fosfatasas también interviene en la regulación metabólica.

Otras vías catabólicas y anabólicas

La mayoría de los organismos no se alimentan directamente de glucosa. ¿Cómo extraen energía de las grasas o de las proteínas? La respuesta radica en el hecho que el ciclo de Krebs es un gran centro de comunicaciones para el metabolismo de energía. Otros alimentos son degradados y convertidos a moléculas que pueden entrar en esta vía central.

Dado que muchas de estas sustancias, como las proteínas y los lípidos, pueden degradarse y entrar en la vía central, se puede suponer que es posible el proceso inverso, o sea, que los distintos intermediarios de la glucólisis y del ciclo de Krebs pueden servir como precursores para la biosíntesis. Y así es. Sin embargo, las vías biosintéticas, aunque son semejantes a las catabólicas, se diferencian de ellas. Hay enzimas diferentes que controlan los pasos y hay varios pasos críticos del anabolismo que difieren de los de los procesos catabólicos.

Para que ocurran las reacciones de las vías catabólica y anabólica debe haber un suministro constante de moléculas orgánicas que puedan ser degradadas para producir energía y deben estar presentes moléculas que serán los ladrillos de construcción. Sin el suministro de estas moléculas, las vías metabólicas dejan de funcionar y la vida del organismo finaliza. Las células heterótrofas (incluyendo a las células heterótrofas de los vegetales, tales como las células de las raíces) dependen de fuentes externas, específicamente de células autótrofas, para obtener las moléculas orgánicas que son esenciales para la vida. Las células autótrofas, por el contrario, son capaces de sintetizar monosacáridos a partir de moléculas inorgánicas simples y de una fuente externa de energía. Luego, estos monosacáridos se utilizan no sólo para suministrar energía, sino también como sillares de construcción para la variedad de moléculas orgánicas que se sintetizan en las vías anabólicas. Las células autótrofas más importantes, sin lugar a dudas, son las células fotosintéticas de las algas y las plantas que capturan la energía de la luz solar y la utilizan para sintetizar las moléculas de monosacáridos de las cuales depende la vida en este planeta.

Vías principales del catabolismo y el anabolismo en la célula.

Biosíntesis

Las vías de degradación de la glucosa, no sólo son centrales para el catabolismo, sino también para los procesos biosintéticos que constituyen el anabolismo de la vida. Estos procesos son las vías de síntesis de las distintas moléculas y macromoléculas que constituyen un organismo.

Dado que muchas de estas sustancias, como las proteínas y los lípidos, pueden degradarse y entrar en la vía central, se puede suponer que es posible el proceso inverso, o sea, que los distintos intermediarios de la glucólisis y del ciclo de Krebs pueden servir como precursores para la biosíntesis. Y así es. Sin embargo, las vías biosintéticas, aunque son semejantes a las catabólicas, se diferencian de ellas. Hay enzimas diferentes que controlan los pasos y hay varios pasos críticos del anabolismo que difieren de los de los procesos catabólicos.

Para que ocurran las reacciones de las vías catabólica y anabólica debe haber un suministro constante de moléculas orgánicas que puedan ser degradadas para producir energía y deben estar presentes moléculas que serán los ladrillos de construcción. Sin el suministro de estas moléculas, las vías metabólicas dejan de funcionar y la vida del organismo finaliza. Las células heterótrofas (incluyendo a las células heterótrofas de los vegetales, tales como las células de las raíces) dependen de fuentes externas, específicamente de células autótrofas, para obtener las moléculas orgánicas que son esenciales para la vida. Las células autótrofas, por el contrario, son capaces de sintetizar monosacáridos a partir de moléculas inorgánicas simples y de una fuente externa de energía. Luego, estos monosacáridos se utilizan no sólo para suministrar energía, sino también como sillares de construcción para la variedad de moléculas orgánicas que se sintetizan en las vías anabólicas. Las células autótrofas más importantes, sin lugar a dudas, son las células fotosintéticas de las algas y las plantas que capturan la energía de la luz solar y la utilizan para sintetizar las moléculas de monosacáridos de las cuales depende la vida en este planeta.

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Bibliografia: H. Curtis et al. Biologia.

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Apunte de Metabolismo: Reacciones de oxido-reducción

Reacciones de oxido-reducción

Los electrones poseen diferentes cantidades de energía potencial dependiendo de su distancia al núcleo del átomo y de la atracción ejercida por el núcleo sobre ellos. Un ingreso de energía lanzará a un electrón a un nivel energético más alto, pero si no se añade energía, el electrón permanecerá en el nivel energético más bajo que encuentre disponible.

Las reacciones químicas son, transformaciones de energía en virtud de las cuales la energía almacenada en los enlaces químicos se transfiere a otros enlaces químicos recién formados. En estas transferencias, los electrones se desplazan de un nivel de energía a otro. En muchas reacciones, los electrones pasan de un átomo o molécula a otro, son de gran importancia en los sistemas vivos, y se conocen como reacciones de oxido-reducción -o redox-. La pérdida de un electrón se denomina oxidación y el átomo o molécula que pierde el electrón se dice que se ha oxidado. La razón de que la pérdida de electrones se conozca como oxidación es que el oxígeno, que atrae muy fuertemente a los electrones, es el que por lo general actúa como aceptor de electrones.

La reducción es, por el contrario, la ganancia de un electrón. La oxidación y la reducción siempre ocurren simultáneamente, porque el electrón que pierde el átomo oxidado es aceptado por otro átomo que se reduce en el proceso. En las reacciones de oxidación-reducción se produce un movimiento de electrones de un átomo a otro. Un átomo o molécula que pierde electrones se oxida; el que los gana se reduce.

Ejemplos de reacciones:


La oxidación del sodio y la reducción del cloro.


Otra reacción de oxidación-reducción; oxidación parcial del metano (CH4).


En algunas reacciones de oxidación-reducción, como la oxidación del sodio y la reducción del cloro, se transfiere únicamente un electrón de un átomo a otro. Estas simples reacciones son típicas de los elementos o de las moléculas inorgánicas.

En otras reacciones de oxidación-reducción, como esta oxidación parcial del metano (CH4), electrones y protones van juntos, estas son reacciones organicas. En estas reacciones la oxidación es la pérdida de átomos de hidrógeno y la reducción es la ganancia de átomos de hidrógeno. Cuando un átomo de oxígeno gana dos átomos de hidrógeno, como se muestra en la figura, evidentemente el producto es una molécula de agua.

La oxidación del sodio y la reducción del cloro

oxidación parcial del metano (CH4)

Reaccion redox

En los sistemas vivos, las reacciones que capturan energía (fotosíntesis ) y las reacciones que liberan energía (glucólisis y respiración ), son reacciones de oxidación-reducción. La oxidación completa de un mol de glucosa libera 686 kilocalorías de energía libre; de modo inverso, la reducción del dióxido de carbono para formar un mol de glucosa almacena 686 kilocalorías de energía libre en los enlaces químicos de la glucosa. Si esta energía fuera liberada de una sola vez, la mayor parte se disiparía como calor. Esto no solamente no sería útil para la célula, sino que la alta temperatura resultante sería letal. Sin embargo, la vida ha evolucionado adquiriendo mecanismos que regulan la marcha de estas reacciones químicas y una multitud de otras, de modo tal que la energía se almacena en enlaces químicos particulares de los que puede ser liberada en pequeñas cantidades cuando la célula lo necesite. Estos mecanismos, con la aparición de nuevos tipos de moléculas, permiten un aprovechamiento eficaz de la energía sin alterar el delicado equilibrio que caracteriza a los sistemas biológicos. Implican generalmente secuencias de reacciones, algunas de las cuales son reacciones de oxidación-reducción. Aunque cada reacción en la secuencia representa solamente un pequeño cambio en la energía libre, el cambio global de energía libre para la secuencia puede ser considerable.

Autor: Diana Victoria Netto.

Bibliografía:
Apuntes de clase - Facultad de Agronomía - U.B.A..
A. Lehninger, D, Nelson y M. Cox. "Principios de bioquímica". Editorial Omega, 2000.
Helena Curtis - N. Sue Barnes. "Biología". Sexta edición en español.

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Las leyes de la termodinámica

Primera ley: la energía puede convertirse de una forma a otra, pero no puede crearse ni destruirse. La energía puede almacenarse en varias formas y luego transformarse en otras.

Cuando los organismos oxidan carbohidratos, convierten la energía almacenada en los enlaces químicos en otras formas de energía. En el caso de las reacciones químicas, esto significa que la suma de la energía de los productos de la reacción y la de la energía liberada en la reacción misma es igual a la energía inicial de las sustancias que reaccionan.

Segunda ley: en el curso de las conversiones energéticas, el potencial termodinámico -o energía potencial termodinámica- de un sistema en el estado final siempre será menor que el potencial termodinámico del mismo sistema en el estado inicial. La diferencia entre los potenciales termodinámicos de los estados inicial y final se conoce como cambio en la energía libre (o de Gibss) del sistema y se simboliza como ΔG.

Las reacciones exergónicas (que liberan energía) tienen un ΔG negativo y las reacciones endergónicas (que requieren de energía) tienen un ΔG positivo. Los factores que determinan el ΔG incluyen ΔH, el cambio en el contenido de calor, y DS, el cambio en la entropía, que es una medida del comportamiento aleatorio o desorden del sistema. Estos factores se relacionan según la siguiente fórmula: ΔG=ΔH - TΔS.

La entropía de un sistema es una medida del "grado de desorden" o "grado de aleatoriedad" de ese sistema.

Otra manera de enunciar la segunda ley de la termodinámica es que todos los procesos naturales tienden a ocurrir en una dirección tal que la entropía del Universo se incrementa. Para mantener la organización de la cual depende la vida, los sistemas vivos deben tener un suministro constante de energía que les permita superar la tendencia hacia el desorden creciente. El Sol es la fuente original de esta energía.

Autor: Diana Victoria Netto.

Bibliografía:
Apuntes de clase - Facultad de Agronomía - U.B.A..
A. Lehninger, D, Nelson y M. Cox. "Principios de bioquímica". Editorial Omega, 2000.
Helena Curtis - N. Sue Barnes. "Biología". Sexta edición en español.

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Proceso oxidativo de acido piruvico a CO₂, con liberación de H₂O y gran producion de ATP


Respiración

La respiración se desarrolla en dos etapas: el ciclo de Krebs o ciclo de los ácidos tricarboxilicos y el transporte terminal de electrones o cadena de electrones. En el curso de la respiración, las moléculas de tres carbonos de ácido pirúvico producido en la glucólisis son degradadas a grupos acetilo de dos carbonos, que luego entran al ciclo de Krebs. En una serie de reacciones en el ciclo de Krebs, el grupo acetilo de dos carbonos es oxidado completamente a dióxido de carbono. En el curso de la oxidación de cada grupo acetilo se reducen cuatro aceptores de electrones (tres NAD⁺ y un FAD) y se forma otra molécula de ATP.

En el ciclo de Krebs los carbonos donados por el grupo acetilo se oxidan a dióxido de carbono y los electrones pasan a los transportadores de electrones. Lo mismo que en la glucólisis, en cada paso interviene una enzima específica. La coenzima A es el nexo entre la oxidación del ácido pirúvico y el ciclo de Krebs. En el ciclo de Krebs se producen una molécula de ATP, tres moléculas de NADH y una molécula de FADH2 que representan la producción de energía de este ciclo. Se necesitan dos vueltas del ciclo para completar la oxidación de una molécula de glucosa. Así, el rendimiento energético total del ciclo de Krebs para una molécula de glucosa es dos moléculas de ATP, seis moléculas de NADH y dos moléculas de FADH.

La etapa final de la respiración es el transporte terminal de electrones, que involucra a una cadena de transportadores de electrones y enzimas embutidas en la membrana interna de la mitocondria . A lo largo de esta serie de transportadores de electrones, los electrones de alta energía transportados por el NADH de la glucólisis y por el NADH y el FADH2 del ciclo de Krebs van bajando hasta el oxígeno. En tres puntos de su pasaje a lo largo de toda la cadena de transporte de electrones, se desprenden grandes cantidades de energía libre que impulsan el bombeo de (iones H⁺) hacia el exterior de la matriz mitocondrial. Esto crea un gradiente electroquímico a través de la membrana interna de la mitocondria. Cuando los protones pasan a través del complejo de ATP sintetasa, a medida que vuelven a fluir a favor del gradiente electroquímico al interior de la matriz, la energía liberada se utiliza para formar moléculas de ATP a partir de ADP y fosfato inorgánico. Este mecanismo, en virtud del cual se lleva a cabo la fosforilación oxidativa, se conoce como acoplamiento quimiosmótico .

Representación esquemática de la cadena transportadora de electrones.

En esta representación de la cadena respiratoria, las moléculas que se indican: flavina mononucleótido (FMN), coenzima Q (CoQ) y los citocromos b, c, a y a3, son los principales transportadores de electrones de la cadena. Al menos otras nueve moléculas transportadoras funcionan como intermediarias además de las que se muestran aquí. Los electrones transportados por la NADH entran en la cadena cuando son transferidos a la FMN, que entonces se reduce (azul). Casi instantáneamente, el FMN cede los electrones al CoQ. El FMN vuelve así a su forma oxidada (naranja), listo para recibir otro par de electrones, y la CoQ se reduce. CoQ entonces pasa los electrones al siguiente aceptor, y vuelve a su forma oxidada. El proceso se repite en sentido descendente. Los electrones, al pasar por la cadena respiratoria, van saltando a niveles energéticos sucesivamente inferiores. Los electrones que son transportados por el FADH2 se encuentran en un nivel energético ligeramente inferior que los del NADH. Entrando en la cadena de transporte más abajo, a la altura de la CoQ. Los electrones finalmente son aceptados por el oxígeno, que se combina con protones (iones hidrógeno) en solución, y forman agua., que es liberada y luego utilizada por la célula en otros procesos.

Esquema de la fosforilación oxidativa

De acuerdo con la teoría quimiosmótica, los protones son bombeados hacia afuera de la matriz mitocondrial, a medida que los electrones descienden a lo largo de la cadena de transporte electrónico, que se encuentra en la membrana mitocondrial interna. El movimiento de protones a favor del gradiente electroquímico, a medida que pasan a través del complejo de la ATP sintetasa, suministra la energía por medio de la cual se regenera el ATP a partir del ADP y el fosfato inorgánico. El número exacto de protones bombeados fuera de la matriz, a medida que cada par de electrones desciende a lo largo de esta cadena, aún debe ser determinado, al igual que el número que debe fluir a través de la ATP sintetasa por cada molécula de ATP que se forma. Se estima que la membrana interna de una mitocondria, en la célula hepática, tiene mas de 10.000 copias de cadenas transportadoras de electrones y complejos ATP sintetasa.

Autor: Diana Victoria Netto.

Bibliografía:
Apuntes de clase - Facultad de Agronomía - U.B.A..
A. Lehninger, D, Nelson y M. Cox. "Principios de bioquímica". Editorial Omega, 2000.
Helena Curtis - N. Sue Barnes. "Biología". Sexta edición en español.

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Apunte de Metabolismo:

Oxidación de acido pirúvico a alcohol o acidos organicos en falta de oxígeno

Fermentacion

En ausencia de oxígeno, el ácido pirúvico puede seguir vías anaeróbicas (sin presencia de O2 como aceptor). El ácido pirúvico puede convertirse en etanol (alcohol etílico) o en uno de varios ácidos orgánicos diferentes, de los cuales el ácido láctico es el más común. El producto de reacción depende del tipo de célula. Cuando los jugos azucarados de las uvas y de otras frutas se extraen y se almacenan en condiciones anaeróbicas, las levaduras transforman el jugo de fruta en vino, convirtiendo la glucosa en etanol. Cuando el azúcar se agota, las levaduras dejan de funcionar; en este momento, la concentración de alcohol es entre 12% y 17% dependiendo de la variedad de uvas y de la estación en la cual fueron cosechadas.

En el primer paso de la glucólisis se desprende dióxido de carbono. En el segundo, se oxida el NADH y se reduce el acetaldehído. La mayor parte de la energía química de la glucosa permanece en el alcohol, que es el producto final de la secuencia. Sin embargo, regenerando NAD+, estos pasos permiten que la glucólisis continúe, con su pequeño, pero en algunos casos vitalmente necesario, rendimiento de ATP, por lo que es necesario mucho mas oxidaciones de acido pirúvico.

Fermentación alcohólica

El ácido láctico se forma a partir del ácido pirúvico, por acción de una variedad de microorganismos y también por algunas células animales cuando el O2 es escaso o está ausente.

Fermentación láctica

Reacción enzimática que produce ácido láctico anaeróbicamente a partir de ácido pirúvico en las células musculares.

En los musculos en excesiva actividad y con una respiración inadecuada, se produce fermentación, el NADH se oxida y el ácido pirúvico se reduce. Las moléculas de NAD+ producidas en esta reacción se reciclan en la secuencia glucolítica. Sin este reciclado, la glucólisis no puede seguir adelante. Esta acumulación de ácido láctico da como resultado dolor y fatiga muscular.

Por ejemplo, se produce en las células musculares de los vertebrados durante ejercicios intensos, como en el caso de una carrera. Cuando corremos rápido, aumentamos la frecuencia respiratoria, incrementando de este modo el suministro de oxígeno, pero incluso este incremento puede no ser suficiente para satisfacer los requerimientos inmediatos de las células musculares. Sin embargo, las células pueden continuar trabajando y acumular lo que se conoce como deuda de oxígeno. La glucólisis continúa, utilizando la glucosa liberada por el glucógeno almacenado en el músculo, pero el ácido pirúvico resultante no entra en la vía aeróbica de la respiración sino que se convierte en ácido láctico que, a medida que se acumula, disminuye el pH del músculo y reduce la capacidad de las fibras musculares para contraerse, produciendo la sensación de fatiga muscular. El ácido láctico se difunde en la sangre y es llevado al hígado. Posteriormente, cuando el oxígeno es más abundante (como resultado de la inspiración y espiración profunda que siguen al ejercicio intenso) y se reduce la demanda de ATP, el ácido láctico se resintetiza en ácido pirúvico y nuevamente en glucosa o glucógeno.

La función de la conversión de acido lactico a acido pirúvico es que se usa el NADH y regenera el NAD+, sin el cual la glucólisis no podría continuar.

Autor: Diana Victoria Netto.

Bibliografía:
Apuntes de clase - Facultad de Agronomía - U.B.A..
A. Lehninger, D, Nelson y M. Cox. "Principios de bioquímica". Editorial Omega, 2000.
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Apunte de Metabolismo:

Anabolismo, diferencia entre biosíntesis y catabolismo


Biosíntesis

Las vías de degradación de la glucosa, no sólo son centrales para el catabolismo, sino también para los procesos biosintéticos, que es la construcción de nuevas moléculas y macromoléculas, que constituyen el anabolismo de la vida.

Dado que muchas de estas sustancias, como las proteínas y los lípidos , pueden degradarse y entrar en la vía central, donde es posible el proceso inverso, o sea, que los distintos intermediarios de la glucólisis y del ciclo de Krebs pueden servir como precursores para la biosíntesis . Y así , las vías biosintéticas, aunque son semejantes a las catabólicas, se diferencian de ellas. Hay enzimas diferentes que controlan los pasos y hay varios pasos críticos del anabolismo que difieren de los de los procesos catabólicos.

Para que ocurran las reacciones de las vías catabólica y anabólica debe haber un suministro constante de moléculas orgánicas que puedan ser degradadas para producir energía y deben estar presentes moléculas que serán los ladrillos de construcción. Sin el suministro de estas moléculas, las vías metabólicas dejan de funcionar y la vida del organismo finaliza. Las células heterótrofas (incluyendo a las células heterótrofas de los vegetales, tales como las células de las raíces) dependen de fuentes externas, específicamente de células autótrofas , para obtener las moléculas orgánicas que son esenciales para la vida. Las células autótrofas, por el contrario, son capaces de sintetizar monosacáridos a partir de moléculas inorgánicas simples y de una fuente externa de energía, la energía solar. Luego, estos monosacáridos se utilizan como sillares de construcción para la variedad de moléculas orgánicas que se sintetizan en las vías anabólicas. Las células autótrofas más importantes, sin lugar a dudas, son las células fotosintéticas de las algas y las plantas que capturan la energía de la luz solar y la utilizan para sintetizar las moléculas de monosacáridos de las cuales depende la vida en este planeta.

Apunte de Metabolismo:

Fijación de carbono en plantas C3, C4 y CAM y fotorrespiración

Fijación de carbono

En las reacciones de fijación del carbono que ocurren en el estroma, el NADPH y el ATP, producidos en las reacciones de captura de energía, se usan para reducir un compuesto de tres carbonos, el gliceraldehído fosfato. A esta vía en la que el carbono se fija por medio del gliceraldehído fosfato se la denomina vía de los tres carbonos o C3. En este caso, la fijación del carbono se lleva a cabo por medio del ciclo de Calvin, en el que la enzima ribulosa bifosfato (RuBP) carboxilasa combina una molécula de dióxido de carbono con el material de partida, un azúcar de cinco carbonos llamado ribulosa bifosfato.

En cada ciclo completo, ingresa una molécula de dióxido de carbono. El número requerido para elaborar dos moléculas de gliceraldehído-fosfato, que equivalen a un azúcar de seis carbonos, son seis vueltas. Se combinan seis moléculas de RuBP, un compuesto de cinco carbonos, con seis moléculas de dióxido de carbono, produciendo seis moléculas de un intermediario inestable que pronto se escinde en doce moléculas de fosfoglicerato, un compuesto de tres carbonos. Estos últimos se reducen a doce moléculas de gliceraldehído fosfato. Diez de estas moléculas de tres carbonos se combinan y se regeneran para formar seis moléculas de cinco carbonos de RuBP. Las dos moléculas "extra" de gliceraldehído fosfato representan la ganancia neta del ciclo de Calvin. Estas moléculas son el punto de partida de numerosas reacciones que pueden implicar, por ejemplo, la síntesis de glúcidos, aminoácidos y ácidos grasos.

La energía que impulsa al ciclo de Calvin son el ATP y el NADPH producidos por las reacciones de captura de energía en la primera etapa de la fotosíntesis.

El gliceraldehído fosfato también puede ser utilizado como material de partida para otros compuestos orgánicos necesarios para la célula. Otras plantas que viven en ambientes secos y cálidos tienen mecanismos que les permiten fijar inicialmente el CO2 por una de dos vías, y así logran minimizar la pérdida de agua. Estas vías se conocen como la vía de cuatro carbonos, o C4 y la vía de las plantas CAM, y preceden al Ciclo de Calvin.

Esquema del ciclo de Calvin

En las llamadas plantas C4, la enzima PEP carboxilasa une primero el dióxido de carbono al fosfoenol piruvato (PEP) para formar un compuesto de cuatro carbonos, que depende de la especie. El dióxido de carbono, así incorporado, atraviesa una serie de reacciones químicas y pasa a niveles más profundos dentro de la hoja, donde finalmente ingresa en el ciclo de Calvin. Aunque las plantas C4 gastan más energía para fijar carbono, en ciertas condiciones su eficiencia fotosintética neta puede ser superior a la de las plantas C3 descriptas anteriormente debido a ciertas características clave que diferencian a las enzimas RuBP carboxilasa (presente tanto en las plantas C3 como en las C4) y PEP carboxilasa (presente en las C4), ya que no realizan la fotorespiración, donde se pierden carbonos en forma de CO2 por la respiración. En las plantas CAM (palabra que alude al metabolismo ácido de las crasuláceas o fotosíntesis CAM), la asimilación del CO2 tiene lugar de noche, cuando a pesar de estar abiertos los estomas, la pérdida de agua debida a la transpiración es mínima.

Planta C4 mecanismo que permiten fijar CO2 minimizando la pérdida de agua. El CO2 se fija primero en las células del mesófilo como ácido oxaloacético. Luego es transportado a las células de la vaina, donde se libera dióxido de carbono. El CO2 así formado entra en el ciclo de Calvin. El ácido pirúvico regresa a la célula del mesófilo, donde es fosforilado a PEP.

Mecanismo de la planta C4

En ausencia de abundante oxígeno, la RuBP carboxilasa/oxidasa -presente tanto en las plantas C3 como en las C4- fija dióxido de carbono eficientemente, integrándolo al ciclo de Calvin. Sin embargo, cuando la concentración de dióxido de carbono de la hoja es baja en relación con la concentración de oxígeno, esta misma enzima cataliza la reacción de la RuBP con el oxígeno antes que con el dióxido de carbono, actuando como oxidasa. Esta reacción lleva a la formación de ácido glicólico, el sustrato para un proceso conocido como fotorrespiración. El ácido glicólico sale de los cloroplastos y entra en los peroxisomas de las células fotosintéticas. Allí, se oxida y, a través de ciertas reacciones químicas, se forman peróxido de hidrógeno y el aminoácido glicina. Dos moléculas de glicina así producidas son transportadas a las mitocondrias. Allí se transforman en una molécula de serina (otro aminoácido), una de dióxido de carbono y una de amoníaco. Este proceso, pues, conduce no ya a la fijación sino a la pérdida de una molécula de dióxido de carbono. No obstante, a diferencia de la respiración mitocondrial propiamente dicha, la fotorrespiración no produce ATP ni NADH. En condiciones atmosféricas normales, hasta el 50% del carbono fijado durante la fotosíntesis puede ser reoxidado a CO2 durante la fotorrespiración. Así, la fotorrespiración reduce en gran medida la eficiencia fotosintética de algunas plantas.

La fotorrespiración es un proceso en el cual la ribulosa fosfato, tiene mas afinidad con el oxigeno, ya que este se encuentra en mayor proporción que el C, dando como resultado final -después de varios pasos que implican a los cloroplastos, peroxisomas y mitocondrias- la liberación de dióxido de carbono. La fotorrespiración es muy limitada en las plantas C4 y, en condiciones de luz solar intensa, elevadas temperaturas o sequía, las plantas C4 son más eficientes que las C3.

Fotorespiración

Autor: Diana Victoria Netto.

Bibliografía:
Apuntes de clase - Facultad de Agronomía - U.B.A..
A. Lehninger, D, Nelson y M. Cox. "Principios de bioquímica". Editorial Omega, 2000.
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Ayuda y otras fuentes...


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Bioquímica de los seres vivos

Esperanza Blanco

Segundo curso Bachillerato LOGSE

NUTRICIÓN Y CATABOLISMO

Hasta ahora hemos visto cómo se produce energía a partir de una molécula de
glucosa. Sin embargo, la alimentación de los seres humanos está formada por todo tipo de productos animales y vegetales, que contienen todo tipo de nutrientes.

Nuestro objetivo ahora es analizar de qué manera participan los diferentes nutrientes, glúcidos, lípidos y proteínas, en la producción de energía en el interior de la célula. De esta manera podremos comprender el papel que desempeñan los diferentes nutrientes en la regulación homeostática del organismo.

Observemos detenidamente el siguiente esquema:





Ahora, contesta a las siguientes preguntas, con ayuda de los conocimientos que ya
posees:

1.- Completa el gráfico, señalando los procesos de glucogenogénesis, glucogenolisis,
glucolisis, neoglucogénesis, lipogénesis, lipolisis, â-oxidación, proteolisis, traducción, transaminación y descarboxilación oxidativa.

2.- El exceso de ácidos grasos en la dieta se almacena como grasas en el tejido
adiposo. ¿Qué proceso es el responsable de la biosíntesis de grasas?

3.- El exceso de hidratos de carbono se almacena, en parte como glucógeno, en el
hígado y el músculo estriado, y la mayor parte como grasas. ¿Cuál es la sustancia
más sencilla a partir de la cual se puede llevar a cabo la biosíntesis de glucógeno?
¿A partir de qué sustancia sencilla, procedente del catabolismo de los azúcares, se
pueden sintetizar grasas?

4.- Como puede observarse en el esquema, las proteínas también pueden utilizarse
para producir energía cuando se han agotado todas las reservas de glucosa y ácidos grasos. Sin embargo, este es un proceso considerado como "ruinoso" para la célula. ¿Por qué?

SOLUCIONES

2.- La lipogénesis.


3.- La biosíntesis de glucógeno se puede producir a partir del ácido pirúvico. En
cambio, la de las grasas tiene lugar a partir del Acetil CoA. Este último no puede
servir como precursor de la síntesis de glucógeno, ya que la descarboxilación oxidativa es irreversible en los animales.


4. Las proteínas pueden entrar a formar parte de la respiración, a partir de la formación de ácido pirúvico. Energéticamente, por tanto, darían lugar aproximadamente al mismo rendimiento que la respiración de la glucosa (menos los ATP y NADH producidos durante la glucolisis, que en las proteínas no tiene lugar).

Sin embargo, la destrucción de las proteínas es una ruina para la célula, ya que
todas las enzimas que controlan el metabolismo son proteínas, además de precursoras de los ácidos nucleicos, y por tanto imprescincibles para la continuación
de la vida.


5.- Las principales reservas utilizables por el organismo están constituidas por el
glucógeno del hígado y los triacilglicéridos del tejido adiposo. Las relaciones entre el
hígado y el tejido adiposo constituyen un buen ejemplo de integración metabólica.
Su finalidad es optimizar la acumulación de reservas cuando hay abundancia de
nutrientes, y mantener una disponibilidad de combustibles en sangre durante el
ayuno, preservando en la medida de lo posible una glucemia constante.

En general, la utilización de glucosa y metabolitos derivados de las grasas en los
distintos tejidos varía de forma inversa, y esta relación está controlada
hormonalmente.

En ausencia de nutrientes, (glucemia baja), ciertas hormonas, como el glucagón o la
adrenalina, activan la TAG lipasa del tejido adiposo, que produce la hidrólisis rápida
de los triacilglicéridos, liberando glicerol y ácidos grasos al torrente circulatorio. El
glicerol será, entonces, utilizado por el hígado como precursor neoglucogénico. El
elevado aporte de ácidos grasos al hígado estimula su transformación en cuerpos
cetónicos, que se liberan a la sangre y serán utilizados como combustibles en

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[Ge. Pe.]

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Apunte de Fotosíntesis, luz y vida.
La etapa de reacciones lumínicas donde la luz es capturada por los organismos fotosintéticos y se conserva la energía en forma de ATP y NADPH que es utilizada para fijar CO₂ en hidratos de carbono

.

Fotosíntesis, luz y vida

La vida sobre la Tierra depende de la luz. La energía lumínica es capturada por los organismos fotosintéticos quienes la usan para formar carbohidratos y oxígeno libre a partir del dióxido de carbono y del agua, en una serie compleja de reacciones. En la fotosíntesis, la energía lumínica se convierte en energía química y el carbono se fija en compuestos orgánicos. La ecuación generalizada para este proceso es:

CO2 + 2H₂A + energía lumínica --> (CH₂O) + H₂O + 2A

en la cual H₂A significa agua o alguna otra sustancia cuyos electrones puedan ser desprendidos.

La energía lumínica es capturada por fotorreceptores quimicos, como la clorofila y los carotenoides, llamados pigmentos fotosinteticos. La fotosíntesis en los eucariotas ocurre dentro de organelas llamadas cloroplastos, que están rodeados por dos membranas. Dentro de las membranas del cloroplasto está contenida una solución de compuestos orgánicos e iones, conocida como estroma, y un sistema complejo de membranas internas fusionadas que forman sacos llamados tilacoides. Los tilacoides se apilan formando las granas. Los pigmentos y otras moléculas responsables de la captura de la luz están situados en las membranas tilacoides, una serie de membranas internas que se encuentran en los cloroplastos. En los procariotas fotosintéticos, que no contienen organelas internas, los tilacoides pueden formar parte de la membrana celular, pueden aparecer aislados en el citoplasma o constituir, como en el caso de las cianobacterias, una compleja estructura de la membrana interna.

La fotosíntesis ocurre en dos etapas. La etapa de reacciones lumínicas donde la luz es capturada por los organismos fotosinteticos y se conserva en forma de ATP y NADPH: Y la reacciones de fijación de carbono, antiguamente llamada obscura ya que no es necesaria la luz, directa, solo para la activación enzimatica. La energía almacenada en los ATP y NADPH es utilizada para fijar CO₂ en hidratos de carbono.

Se ha postulado un modelo para explicar cómo ocurren las reacciones que capturan energía. Según este modelo, la energía lumínica incide sobre pigmentos antena del Fotosistema II; luego, los electrones pasan cuesta abajo al Fotosistema I, a lo largo de una cadena de transportadores de electrones. Este pasaje genera un gradiente de protones que impulsa la síntesis de ATP a partir de ADP, proceso llamado fotofosforilación.

Al igual que la fosforilación oxidativa en las mitocondrias, la fotofosforilación en los cloroplastos es un proceso quimiosmótico. En las reacciones de fijación del carbono los productos de la primera etapa de la fotosíntesis se usan en la síntesis de moléculas orgánicas. Estas reacciones, que ocurren en el estroma, forman parte de un proceso denominado Ciclo de Calvin. Las moléculas orgánicas obtenidas en el Ciclo de Calvin -azúcares de seis carbonos- son usadas por las células vegetales para elaborar glúcidos, aminoácidos y ácidos grasos. Estas moléculas son utilizadas in situ para los propios fines de la planta y para exportar a otras partes de su cuerpo.

Autor: Diana Victoria Netto.

Bibliografía:
Apuntes de clase - Facultad de Agronomía - U.B.A..
A. Lehninger, D, Nelson y M. Cox. "Principios de bioquímica". Editorial Omega, 2000.
Helena Curtis - N. Sue Barnes. "Biología". Sexta edición en español.

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Fuente: FisicaNet



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Apuntes de Metabolismo.


Productos de la fotosíntesis.


Los productos son esqueletos carbonados, azucares, poder reductor y ADP.

El gliceraldehído fosfato, el azúcar de tres carbonos producido por el ciclo de Calvin, esta molécula y las que derivan de ella suministran la fuente energética para virtualmente todos los sistemas vivos y el esqueleto de carbono básico a partir del cual puede sintetizarse la gran diversidad de moléculas orgánicas. El carbono se ha fijado, fue transferido del mundo inorgánico al orgánico.

Las moléculas de gliceraldehído fosfato pueden fluir en una variedad de vías metabólicas distintas, dependiendo de las actividades y requerimientos de la célula. A menudo se integran en glucosa o fructosa, siguiendo una secuencia que es en muchos de sus pasos la inversa de la secuencia de la glucólisis, la gluconeogenesis. En algunos pasos, las reacciones simplemente se invierten, pero las enzimas son las mismas. Estos azucares son utilizados para la síntesis de almidón y celulosa para sus propios fines y sacarosa para exportar a otras partes de la planta. Las células animales la almacenan como glucógeno. Todas las células usan azúcares, incluyendo el gliceraldehído fosfato y la glucosa, como punto de partida para la elaboración de otros carbohidratos, grasas y otros lípidos y, con la adición de nitrógeno, para elaborar aminoácidos y bases nitrogenadas.

La fotosíntesis constituye el punto de captura de energía de las plantas y -por extensión- de la casi totalidad de los seres vivos, la respiración constituye un sistema mediante el cual todos los seres vivos consumen la energía almacenada en los enlaces químicos. En las plantas, ambos procesos ocurren en forma simultánea. para que las plantas puedan crecer, la velocidad a la que se realiza la fotosíntesis debe exceder la velocidad de la respiración. A muy bajas concentraciones de dióxido de carbono o a muy bajas intensidades de luz, la cantidad de energía capturada por la fotosíntesis será igual o menor que la consumida a través de la respiración. Se define el punto de compensación para la luz como la intensidad lumínica a la cual se igualan las velocidades de fotosíntesis y de respiración. De manera similar, se define el punto de compensación para el dióxido de carbono como la concentración de dióxido de carbono a la cual se igualan las velocidades de ambos procesos. Por debajo del punto de compensación de la luz o del dióxido de carbono, la respiración excederá la fotosíntesis. Es importante considerar que las raíces u otros órganos subterráneos como los tubérculos de papa, así como las flores y los frutos no suelen realizar fotosíntesis. Por lo tanto, las plantas para mantenerse y más aun para poder crecer, necesitan que la tasa de fotosíntesis exceda largamente la tasa de respiración, no sólo de las hojas, sino también la de estos otros órganos.

Autor: Diana Victoria Netto.

Bibliografía:
Apuntes de clase - Facultad de Agronomía - U.B.A..
A. Lehninger, D, Nelson y M. Cox. "Principios de bioquímica". Editorial Omega, 2000.
Helena Curtis - N. Sue Barnes. "Biología". Sexta edición en español.

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Regulación por la necesidades energeticas de las celulas

La glucólisis y la respiración

Los procesos de oxidación de la glucosa y la respiración aeróbica están finamente regulados de modo que la célula disponga siempre de cantidades adecuadas de ATP. La regulación se lleva a cabo mediante el control de enzimas que participan en pasos claves de esta vía metabólica. La glucólisis está sincronizada con las necesidades energéticas de la célula; por medio de distintos mecanismo de retroalimentación, por ejemplo, la fosfofructoquinasa es inhibida por altas concentraciones de ATP. El ATP, por otra parte, es un inhibidor a través de una interacción alostérica de inhibición del primer paso enzimático del ciclo de Krebs (citrato sintetasa). Por lo tanto, altas concentraciones de ATP bloquean el proceso oxidativo del acetil CoA que lleva a la producción de NADH y FADH2. A su vez, la reacción enzimática que lleva a la formación del acetil CoA, sustrato del ciclo de Krebs, está regulada negativamente por la concentración del producto.

Los electrones continuarán fluyendo a lo largo de la cadena de transporte de electrones, suministrando energía para crear y mantener el gradiente de protones, solamente si se dispone de ADP para convertirse en ATP. La fosforilación oxidativa está regulada por el suministro y la demanda. Cuando los requerimientos energéticos de la célula disminuyen, se usan menos moléculas de ATP, hay menos moléculas de ADP disponibles y el flujo electrónico disminuye, disminuyendo la respiración, que solo se mantiene para el mantenimiento mínimo.

La regulación enzimática por retroalimentación permite controlar las velocidades de reacción en forma casi instantánea en respuesta a fluctuaciones en el metabolismo. Sin embargo, las células tienen otros mecanismos de regulación enzimática a más largo plazo. Estos últimos involucran a la fosforilación que es llevada a cabo por las quinasas. La fosforilación de enzimas específicas puede activarlas, y así se regulan ciertos procesos metabólicos. Además la remoción de grupos fosfato por parte de las enzimas fosfatasas también interviene en la regulación metabólica.

Autor: Diana Victoria Netto.

Bibliografía:
Apuntes de clase - Facultad de Agronomía - U.B.A..
A. Lehninger, D, Nelson y M. Cox. "Principios de bioquímica". Editorial Omega, 2000.
Helena Curtis - N. Sue Barnes. "Biología". Sexta edición en español.
• Si utilizaste el contenido de esta página no olvides citar la fuente "Fisicanet"

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Apunte de Metabolismo: Captación de la energía lumínica para la formación de ATP

Reacciones que capturan energía

La energía lumínica incide sobre pigmentos antena del Fotosistema II, que contiene moléculas de clorofila, a y b. Los electrones son lanzados cuesta arriba desde la molécula reactiva P680 de la clorofila a a un aceptor de electrones primario. Cuando se eliminan los electrones, ellos son reemplazados por electrones de las moléculas de agua, con la producción simultánea de O2 libre y protones (iones H+).

Luego, los electrones pasan cuesta abajo al Fotosistema I a lo largo de una cadena de transportadores de electrones; generando un gradiente de protones que impulsa la síntesis de ATP a partir de ADP, proceso denominado fotofosforilación . La energía lumínica absorbida en los pigmentos antena del Fotosistema I y transferida a la clorofila P700 da como resultado que se lancen electrones hacia otro aceptor primario de electrones. Los electrones eliminados del P700 son reemplazados por electrones del Fotosistema II y estos finalmente son aceptados por el transportador de electrones NADP+. La energía proveniente de esta secuencia de reacciones está contenida en las moléculas de NADPH y en el ATP formado por fotofosforilación.

Entre éstas se distinguen los pigmentos, los transportadores de electrones, los Fotosistemas I y II y enzimas necesarias, incluyendo las ATP sintetasas. La disposición de estas moléculas en la membrana tilacoidal hace posible la síntesis quimiosmótica del ATP durante la fotofosforilación.

Para generar una molécula de NADPH, deben ser lanzados dos electrones desde el Fotosistema II y dos del Fotosistema I. Se escinden dos moléculas de agua para formar protones y gas oxígeno, poniendo en disponibilidad los dos electrones de reemplazo necesarios para el Fotosistema II. Se regenera una molécula de agua en la formación de ATP.

Esquema del fotosistemas I y II

La energía lumínica atrapada en la molécula reactiva de la clorofila a del Fotosistema II lanza los electrones a un nivel de energía más alto. Estos electrones son reemplazados por electrones de las moléculas de agua, que liberan protones y gas oxígeno.



La fotofosforilación también ocurre como resultado del flujo cíclico de electrones, proceso ciclico en el que no participa el Fotosistema II. Los electrones lanzados desde el P700 en el Fotosistema I no pasan al NADP+, sino que son desviados a la cadena de transporte de electrones que une al Fotosistema II con el Fotosistema I. A medida que fluyen a lo largo de esta cadena, nuevamente al P700, el ADP se fosforila a ATP.

En un proceso quimiosmótico a medida que los electrones fluyen en la cadena de transporte de electrones desde el Fotosistema II al Fotosistema I, los protones son bombeados desde el estroma al espacio tilacoide, creando un gradiente electroquímico. A medida que los protones fluyen a favor de este gradiente desde el espacio tilacoide nuevamente al estroma, pasando a través de los complejos de ATP sintetasa, se forma ATP. Al igual que la fosforilación oxidativa en las mitocondrias, la fotofosforilación en los cloroplastos es un proceso de acoplamiento quimiosmótico.

Esquema de la cadena de electrones

Dispuestas dentro de la membrana tilacoide se encuentran las moléculas y complejos moleculares que participan de las reacciones directamente dependientes de la luz en la fotosíntesis.

En este proceso, los electrones de la molécula reactiva de clorofila a del Fotosistema II son impulsados a niveles energéticos superiores por la luz solar. A medida que descienden por una cadena de transportadores de electrones hacia la molécula reactiva de clorofila a del Fotosistema I, la energía que liberan es empleada para bombear protones (H+). Los protones se bombean desde el estroma al espacio tilacoidal. Esto crea un gradiente electroquímico. Cuando los protones se mueven a favor del gradiente a través del complejo de la ATP sintetasa, desde el espacio tilacoidal al estroma del cloroplasto, el ADP se fosforila a ATP.

Autor: Diana Victoria Netto.

Bibliografía:
Apuntes de clase - Facultad de Agronomía - U.B.A..
A. Lehninger, D, Nelson y M. Cox. "Principios de bioquímica". Editorial Omega, 2000.
Helena Curtis - N. Sue Barnes. "Biología". Sexta edición en español.

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Apunte de Metabolismo:

Fotosíntesis, etapa de captación de energia y etapa de fijación de carbono


Las etapas de la fotosíntesis

Antiguamente se dividió a la fotosíntesis en dos etapas, ya que La evidencia de que la fotosíntesis puede ser influenciada por distintos factores llevó a distinguir una etapa dependiente de la luz, la etapa llamada de reacciones "lumínicas", y una etapa enzimática, independiente de la luz, las reacciones "oscuras". Aunque las reacciones "oscuras" no requieren de la luz como tal, sino solamente de los productos químicos de las reacciones "lumínicas", pueden ocurrir tanto en la luz como en la oscuridad. Más aun, trabajos recientes han mostrado que varias enzimas que controlan reacciones "oscuras" claves son reguladas indirectamente por la luz. Como resultado, estos términos han caído en desuso y están siendo reemplazados por vocablos que describen más precisamente los procesos que ocurren durante cada etapa de la fotosíntesis: las reacciones que capturan energía y las reacciones de fijación del carbono.

En la primera etapa de la fotosíntesis, la luz es absorbida por las moléculas de clorofila a, que están compactadas de un modo especial en las membranas tilacoides. Los electrones de las moléculas de clorofila a son lanzados a niveles energéticos superiores, y, en una serie de reacciones, su energía adicional es usada para formar ATP a partir de ADP y para reducir una molécula transportadora de electrones conocida como NADP⁺. El NADP⁺ es muy semejante al NAD⁺ y también se reduce por la adición de dos electrones y de un protón, formando NADPH. Sin embargo, los papeles biológicos de estas moléculas son notablemente distintos. El NADH es un transportador de electrones, que continúan transfiriéndolos en pasos discretos a niveles de energía sucesivamente más bajos.

Esquema de la molécula de NADP⁺.

En el curso de esta transferencia de electrones se forman moléculas de ATP, que es un transportador de energia. En contraste, el NADPH proporciona energía directamente a los procesos biosintéticos de la célula que requieren grandes ingresos de energía. En esta primera etapa de la fotosíntesis, también se escinden moléculas de agua, suministrando electrones que reemplazan a los que han sido lanzados desde las moléculas de clorofila a. La escisión de las moléculas de agua es la causa de que se forme oxígeno libre, que difunde hacia el exterior.

En la segunda etapa de la fotosíntesis, el ATP y el NADPH formados en la primera etapa se utilizan para reducir el carbono del dióxido de carbono a un azúcar simple. Así, la energía química almacenada temporalmente en las moléculas de ATP y de NADPH se transfiere a moléculas adecuadas para el transporte y el almacenamiento de energía en las células de las algas o en el cuerpo de las plantas. La resultante de este proceso es pues la formación de un esqueleto de carbono, a partir del cual pueden construirse luego otras moléculas orgánicas. La incorporación inicial de CO2 en compuestos orgánicos se conoce como fijación del carbono. Los pasos por los cuales se lleva a cabo, llamados las reacciones de fijación del carbono , ocurren en el estroma del cloroplasto.

Esquema global de la fotosíntesis.

Autor: Diana Victoria Netto.

Bibliografía:
Apuntes de clase - Facultad de Agronomía - U.B.A..
A. Lehninger, D, Nelson y M. Cox. "Principios de bioquímica". Editorial Omega, 2000.
Helena Curtis - N. Sue Barnes. "Biología". Sexta edición en español.

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Apunte de Metabolismo:

Espectro lumínico y su incidencia en la fotosíntesis


La naturaleza de la luz

La luz blanca se separa en sus colores componentes cuando pasa a través de un prisma. La luz visible es sólo una pequeña porción del vasto espectro electromagnético. De acuerdo con el llamado modelo corpuscular de la luz, un haz de luz está compuesto por pequeños paquetes de energía, denominados actualmente cuantos de luz o fotones.

La energía de un fotón no es la misma para todos los tipos de luz, sino que, es inversamente proporcional a la longitud de onda: cuanto mayor sea la longitud de onda, menor será la energía. Los fotones de luz violeta, por ejemplo, tienen casi el doble de energía que los fotones de luz roja, que es la longitud de onda visible más larga. Para el ojo humano, el espectro visible va desde la luz violeta -cuyos rayos de longitudes de onda más cortos son de 380 nanómetros- a la luz roja, cuyos rayos visibles de mayor longitud son de 750 nanómetros.

La clorofila y otros pigmentos

Para que la energía lumínica pueda ser usada por los sistemas vivos, primero debe ser absorbida.

Aquí entran en juego los pigmentos. Un pigmento es cualquier sustancia que absorbe luz. Algunos pigmentos absorben luz de todas las longitudes de onda y, por lo tanto, parecen negros. Otros solamente absorben ciertas longitudes de onda, transmitiendo o reflejando las longitudes de onda que no absorben, esa longitud reflejada son los colores que podemos observar.

Los pigmentos que intervienen en la fotosíntesis de los eucariotas incluyen las clorofilas y los carotenoides. Diferentes grupos de plantas y algas usan varios pigmentos en la fotosíntesis. Hay varios tipos diferentes de clorofila , la clorofila a y la clorofila b las mas comunes, que varían ligeramente en su estructura molecular. En las plantas, la clorofila a es el pigmento involucrado directamente en la transformación de la energía lumínica en energía química. La mayoría de las células fotosintéticas también contienen un segundo tipo de clorofila. Con respecto a los carotenoides, uno de los que se encuentran en las plantas es el beta-caroteno. Los carotenoides son pigmentos rojos, anaranjados o amarillos. En las hojas verdes su color está enmascarado por las clorofilas, que son más abundantes. En algunos tejidos, sin embargo, como los del tomate maduro, predominan los colores reflejados por los carotenoides. Lo mismo ocurre en las células foliares cuando dejan de sintetizar clorofila en el otoño.

La luz absorbida por los pigmentos lanza los electrones a niveles energéticos más altos. Dada la forma en que los pigmentos están compactados en las membranas, son capaces de transferir su energía a moléculas reactivas de clorofila a, empaquetadas en una forma particular.

Espectro de acción de la fotosíntesis

La curva superior muestra el espectro de acción de la fotosíntesis, y las curvas inferiores, los espectros de absorción para distintos pigmentos: la clorofila a, la clorofila b y los carotenoides que se encuentran dentro del cloroplasto.

Autor: Diana Victoria Netto.

Bibliografía:
Apuntes de clase - Facultad de Agronomía - U.B.A..
A. Lehninger, D, Nelson y M. Cox. "Principios de bioquímica". Editorial Omega, 2000.
Helena Curtis - N. Sue Barnes. "Biología". Sexta edición en español.

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Seguimos y terminamos estos apuntes tan buenos sobre el metabolismo....


Fuente: FisicaNet



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Apunte de Metabolismo:

Organelas compuestas de estromas donde se encuentran los cloroplastos, donde se lleva a cabo la fotosíntesis

Los tilacoides, membranas fotosintéticas

La unidad estructural de la fotosíntesis en los eucariotas fotosintéticos es el cloroplasto. Dentro del cloroplasto se encuentran las membranas tilacoides, una serie de membranas internas que contienen los pigmentos fotosintéticos: las clorofilas y los carotenoides. Cada tilacoide tiene habitualmente la forma de un saco aplanado o vesícula.

Los tejidos internos de la hoja están completamente encerrados por células epidérmicas transparentes, cubiertas con una capa cerosa, la cutícula. El oxígeno, el dióxido de carbono y otros gases entran en la hoja principalmente a través de aberturas especiales, los estomas, que son pequeñas aberturas, en la cara inferior de las hojas que se abren y cierran, dependiendo la diferencia de concentración entre el exterior y el interior de la hoja. Los gases y el vapor de agua llenan los espacios existentes entre las células de la capa esponjosa, entrando y saliendo de las células por difusión. El agua, absorbida por las raíces, entra en la hoja por medio de los vasos del xilema del haz conductor, en tanto que los azúcares, producto de la fotosíntesis, dejan la hoja a través de un tejido conductor conocido como floema, viajando a otras partes de la planta, entre ellas, los órganos no fotosintetizantes (raíces y toda parte que no sea verde de la planta). La mayor parte de la fotosíntesis se realiza en las células del parénquima en empalizada, células alargadas que se encuentran directamente por debajo de la epidermis superior y que constituyen el mesófilo. Tienen una vacuola central grande y numerosos cloroplastos que se mueven dentro de la célula, orientándose con respecto a la luz. La luz es capturada en las membranas de los tilacoides, dentro de los cloroplastos.

Viaje dentro de un cloroplasto.

Autor: Diana Victoria Netto.

Bibliografía:
Apuntes de clase - Facultad de Agronomía - U.B.A..
A. Lehninger, D, Nelson y M. Cox. "Principios de bioquímica". Editorial Omega, 2000.
Helena Curtis - N. Sue Barnes. "Biología". Sexta edición en español.

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[Ge. Pe.]

Conceptos...


Bibliografia: H. Curtis et al.


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Analicemos las funciones, semejanzas y diferencias entre:

hormonas gastrointestinales/enzimas gastrointestinales;

jugo gástrico/bilis;

amilasas/lipasas;

digestión/absorción;

vellosidades/microvellosidades;

vitaminas/aminoácidos esenciales.

• Las hormonas gastrointestinales coordinan y regulan las actividades digestivas del estómago y del intestino delgado. Estimulan las contracciones musculares del estómago y de los intestinos, y la secreción de jugo gástrico, de bilis alcalina, de los fluidos pancreáticos, y de varias enzimas digestivas. Las enzimas gastrointestinales son enzimas que catalizan la ruptura de varias moléculas de alimento dentro del estómago y del intestino delgado.
  
  
• El jugo gástrico, una mezcla de fluidos que incluye moco, ácido clorhídrico y pepsinógeno (que es convertido a su forma activa, la pepsina, en presencia de HCl) es producido por las células de la mucosa estomacal. Diferentes tipos de células secretan distintos componentes del jugo gástrico. El ácido clorhídrico mata a la mayoría de las bacterias y otras células vivas que se ingieren con los alimentos, y ablanda los componentes fibrosos de los tejidos. La pepsina comienza la ruptura de las proteínas. La bilis, que es producida en el hígado y almacenada en la vesícula biliar, emulsiona las grasas, rompiéndolas en gotas que pueden ser atacadas por las lipasas.
  
  
• Las amilasas son enzimas que rompen las moléculas de almidón. Las amilasas de la saliva comienzan la ruptura de los almidones en la boca, y otras amilasas continúan el proceso en el intestino delgado. Las lipasas son enzimas que rompen las grasas. Su sitio de acción es el intestino delgado.
  
  
• La digestión rompe las moléculas de alimento en moléculas más pequeñas que pueden ser transportadas a través del cuerpo y ser usadas donde fuesen necesarias, ya sea para liberar energía o para construir bloques en la síntesis de moléculas más grandes. La absorción transfiere estas moléculas pequeñas desde el intestino delgado a los vasos sanguíneos o a los vasos linfáticos, a través de los cuales pueden ser transportadas a cualquier otro lugar para su uso inmediato o para almacenamiento. La absorción de las moléculas en las células intestinales marca la verdadera entrada al cuerpo.
  
  
• Las vellosidades son las numerosas proyecciones del intestino delgado (a modo de dedos) a través de las cuales las moléculas de alimento son absorbidas. Las microvellosidades son pequeñas proyecciones citoplasmáticas en la superficie de las células epiteliales individuales de las vellosidades. Éstas incrementan la superficie de absorción.
  
  
• Las vitaminas, moléculas requeridas por las células vivas, no pueden ser sintetizadas por las células animales. Las vitaminas tienen una variedad de funciones. Muchas de ellas son coenzimas o forman parte de moléculas transportadoras de electrones, mientras que otras parecen tener efectos regulatorios. Los aminoácidos esenciales, aminoácidos que no pueden ser sintetizados por los vertebrados, son necesarios como constituyentes de las proteínas.

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[Ge. Pe.]

Conceptos y fenómenos vitales...




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Entre las reacciones de conversión de energía que ocurren en el cuerpo se pueden encontrar:

la conversión de energía química a energía calórica por la combustión de hidratos de carbono;

la conversión de energía química a energía mecánica en la acción de los músculos;

la energía mecánica en calor como resultado de la fricción en los movimientos;

la conversión de energía lumínica en química o eléctrica en los ojos;

la conversión de energía química en eléctrica en las células del sistema nervioso;

la conversión de energía eléctrica en energía química en las terminaciones nerviosas de los músculos.

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Bibliografia: Op cit.

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[Ge. Pe.]

Apuntes...


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La Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO) se define como la cantidad de oxígeno molecular necesaria para biodegradar la materia orgánica. Este parámetro depende de las especies de microorganismos, su concentración y edad.

La materia orgánica, cuando muere, sufre procesos de oxidación orgánica, procesos que consumen mucho oxígeno.

Este parámetro permite apreciar la carga del agua en materia putrescibles y su poder autodepurador, y de ello deducir la carga máxima aceptable. Este indicador se aplica principalmente en el control del tratamiento primario en las estaciones depuradoras.

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[Ge. Pe.]

Apuntes...


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¿Cuál es la base de la especificidad de la acción enzimática? ¿Cuál es la ventaja para la célula de esta especificidad? ¿Cuáles serían las desventajas para la célula?

La especificidad de la acción de una enzima resulta de la precisa relación estructural que existe entre el sitio activo de la enzima y su molécula sustrato. La principal ventaja de esa especificidad es que la reacción química dentro de la célula está precisamente regulada por la presencia de esa enzima. Una desventaja es que cualquier alteración del sitio activo de una enzima puede hacer que la enzima sea inactiva. Esta alteración puede estar causada, por ejemplo, por un incremento en la temperatura que rompe los puentes de hidrógeno y otras fuerzas que mantienen la estructura terciaria o cuaternaria de la enzima. Otra desventaja es que una célula debe fabricar muchas clases diferentes de enzimas en lugar de unas pocas de "uso múltiple".

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[Ge. Pe.]

EN

MINISTERIO DE EDUCACIÓN - ESPAÑA


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Banco de cuestiones y sus respuestas para la autoevaluación EN BIOMOLÉCULAS

1) Los disacáridos con enlace dicarbonílico carecen de:

a) Sabor dulce
b) Poder reductor (*)
c) Capacidad de hidrólisis
d) Solubilidad en agua



2) Qué enlace es -NH-CO-

a) Glucosídico
b) Éster
c) Peptídico (*)
d) Fosfodiéster



3) Cuando reacciona un ácido graso con un álcali se forma un:

a) Glicérido
b) Jabón (*)
c) Éster
d) Alcohol



4) Que utilizará la célula para conseguir energía si dispone de todo tipo de materia orgánica:

a) Glúcidos (*)
b) Lípidos
c) Proteínas
d) Ácidos Nucleicos



5) Una proteína con varias subunidades, es activa cuando alcanza la estructura:

a) Primaria
b) Secundaria
c) Terciaria
d) Cuaternaria (*)



6) En los ácidos nucléicos siempre encontraremos solamente los siguientes elementos:

a) C, O, H
b) C, O, H, N
c) C, O, H, N, P (*)
d) C, O, H, N,P, S



7) Qué moléculas tiene grupos carbonilo:

a) Los glucidos (*)
b) Los lípidos
c) Las proteínas
d) Las enzimas



8 ) La función de un polisacárido con enlaces b es:

a) Energética
b) Reserva de materiales
c) Estructural (*)
d) Dinámica



9) La separación de coloides y cristaloides a través de una membrana semipermeable es la:

a) Difusión
b) Ósmosis
c) Diálisis (*)
d) Electroforesis



10) Cuántos estereoisómeros tiene la glucosa:

a) 2
b) 6
c) 12
d) 16 (*)



11) El enlace característico de los ácidos Nucleicos es el:

a) Glucosídico
b) Éster
c) Peptídico
d) Fosfodiéster (*)



12) Los aminoácidos pueden actuar como ácidos y como bases porque tienen:

a) Comportamiento anfipático
b) Carácter anfótero (*)
c) Capacidad amortiguadora del pH
d) Alta solubilidad hídrica




Las preguntas tipo test llevan señaladas las respuestas correctas con un asterisco (*)

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