METABOLISMO CELULAR

SEPARATA DE BIOLOGIA - 1 - UNMSM -2002

SEPARATA DE BIOLOGÍAMETABOLISMO CELULAR

CICLO SAN MARCOS

Conjunto de reacciones bioquímicas de la celula cuyo fin general es de transformar la materia y energia de una forma a otra . *ANABOLISMO: consiste en la construcción de materia organica compleja a parti de las moléculas sencillas del citoplasma de la celula, utilizando la energia del ATP. *CATABOLISMO: Fase de destrucción, consiste en la transformación de sustancias organicas complejas en moléculas sencillas, con la liberación de energia que es almacenada en ATP. Los procesos metabolicos mas importantes son. -Respiracion celular:-Fotosintesis

RESPIRACIÓN CELULAR

-IMPORTANCIA: Desde la aparicion de la primera celula en nuestro planeta, la respiración celular es un proceso que permite a los organismos obtener energia util, a partir de la degradacionde los nutrientes, indudablemente cada celula debe abastecerce de una cantidad adecuada de nutrientes ,de acuerdo a la actividadque desempeña; las celulas con mayor actividad como las neuronas, hepatocitos, celulas renales y musculares en actividadtienen una alta tasa de respiración celular . Otras celulas como los adipositos glóbulos rojos y ovocitos tienen un bajo consumo energético

-DEFINICION: Conjunto de reacciones biológicas que se dan con la finalidad de obtener, liberar y almacenar energia bajo la forma de ATP.

-MECANISMOS: 1.-Glucolisis: Obtención de energia a partir de los carbohidratos.2.-B Oxidación: obtención de energia a partir de los acidos grasos libres consiste en la oxidación del carbono B del acido graso u transformación hasta Acetil COA.3.-Desaminacion: Obtención de energia a partir de los aminoácidos, los aminoácidos pueden transformarse en diferentes compuestos e ingresar directamente al ciclo de Krebs ,( treonina, glicina, triptofano, isoleucina. )

-LOCALIZACION: En las celulas eucrionticas


la respiración se realiza en el citoplasma y en las mitocondrias. De la energia obtenida , un 60%se disocia en forma de calor, el 40% restantes se almacena en los enlaces de alta energia en las moléculas de ATP.

-TIPOS: De acuerdo a la ausencia o presencia del oxigeno pueden ser : A.-Respiracion anaerobica : Proceso de desintegracion de nutrientes en ausencia de oxrgeno, ests proceso no produce energia, clmprende solamente la glucolisis anaerobica. B.-Respiracion aerobica : Utiliza el oxigeno como agente oxidante, se logra una mayor produccion de energia (36 ATP), esun proceso complejo que comprende diferentes etapas como glucolisis, ciclo de Krebs y respiracion celular.

ETAPAS:

A.-GLUCOLISIS: ( via de Embdem Meyerhof ), se realiza en la parte soluble o citosol de la matriz citoplasmatica dedo que la glucosa es la molecula energetica por exelencia. Su degradacion en el citosol se denomina glucolisis ( ruptura de la glucosa ). Se llevan a cabo los siguientes pasos.

1.- Fosforilacion: la glucosa es transformada hasta fructuosa difosfato, consumiendo 2 ATP. Este proceso tambien se llama activacion. 2.-Ruptura de fructuosa difosfato: Esta reaccion origina 2 moleculas de fosfogliceraldehido. 3.- Oxidacion: El fosfogliceraldehido se oxida perdiendo hidrogenos ( protones y electrones ). El resultado es la formacion de difosfoglicerato. El NAD capta los hidrogenos formando NADH2. 4.- Formacion de ATP: El difosfogliceeato se transforma en piruvato. En esta reaccion se forma 4 moleculas de ATP

Por lo tanto por cada molecula de glucosa que se degrade hasta dos moleculas de piruvato, se gasta 2 ATP y se forman 4 ATP Y 2 NADH. La presencia o ausencia de oxigeno determina el cambio a seguir lor el piruvato.

A.1.- GLUCOLISIS ANAEROBICA: Llamada tambien fermentacion, proceso catalitico en donde el aceptor final de electrones viene hacer sustancias organicas.

Fernetacion lactica : El piruvato en ausencia de oxigeno se transforma acido lactico ( lactato ), siendo esta reaccion catalizada por la lactato deshidrogenasa. Este proceso es producido por algunas bacterias anaerobicas. Ejemplo: Lactobacillus cusei

En algunas celulas de los organismos aerobicos cuando es limitada la cantodad de oxigeno . Ejemplo: Miocito, celulas dela cornea cristalina.

* Fermentacion alcoholica. Conciste en la transformacion de piruvato en alcohol etilico por una reaccion de descarboxilacion y reduccion. Esta es realizada por algunas levaduras Ejemplo .Sacchoramyces vinae.

A.1.- GLUCOLISIS AEROBICA: En presencia de oxigeno el piruvato ingresa a la mitocondria y sufre reacciones de descarboxilacion, formandose un radical de dos carbonos llamado acetil que se une a la coenzima A (en cuya estrutura se halla el acido pantotenico), creandose un compuesto llamado Acetil coenzima A (Acetil COA).


0

0CP

CP O

CP O C P

GLUCOSA

GLUCOSA 6 - FOSFATO

FRUCTUOSA 6 - FOSFATO

FRUCTUOSA 1-6 DIFOSFATO

GLICERALDEHIDO 3- FOSFATO

CHO

H - C - OH

CH2 - O - P

CHO

H - C - OH

CH2 - O - P

1- 3 DIFOSFOGLICERATO

3 - FOSFOGLICERATO

FOSFOENOLPIRUVATO

PIRUVATO

2CH

OC

COOH

2CH

POC

COOH

2CH

OHCH

COOH

POCH

OHCH

POCO

2

ATP

ADP

ATP

ADP

ADP

ATP

ATP

ADP

NAD

NADH2


*ETAPA MITOCONDRIAL

*Descarbocilacion y Deshidrogenacion del piruvato: La descarboxilación consiste en que el piruvato pierde un carbono en forma de C02 y la deshidrogenación en que pierde 2H a través de la formación NADH+H+. El piruvato tras esos dos pasos se convierte en acetilo (2C) e inmediatamente se acopla con la coenzima -A(Co-A): constituyendo AcetilCoA.

B.-CICLO DE KREBS:

Fue descrito por Hans Kreb en 1934, es conocido también como ciclo del ácido cítrico o

Tricarboxílico.Se realiza en la matriz mitocondrial, esta constituido por una serie de reacciones mediante los

cuales se completa la degradación total de los productos de la glucólisis.

Este ciclo se inicia cuando el Acetil CoA (2C) se une a un compuesto de 34 carbonos denominado

Oxalacético para formar una molécula de 6 carbonos el ácido cítrico, que sufre reacciones de

deshidrogenación y descarboxilación dando lugar a una nueva molécula de Oxalacético.

CITRATO

ISOCITRATO

- CETOGLUTARATO CETCETCETOGLUTARATO

SUCCINIL CO - ASUCCINATO

FUMARATO

MALATO

OXALACETATO

ACETIL CO - A

NAD+NADH2

FADH2

FAD

NADF

NADH2 CO2

CO2

NAD

NADH2

GTP GDP

CICLO DEKREBS


Por cada Acetil CoA que ingrese al ciclo de Krebs se obtiene como producto final 1 GTP, 2CO2 y 4 partes de

Hldrogeno (3 NADH2 y FADH2) estos son denominados equivalentes reductores quienes ingresaran a la

siguiente etapa:

Durante todo el ciclo de Krebs no se forma ningun ATP.

.B.-CADENA TRANSPORTADA DE ELECTRONES Y FOSFORILACIÓN OXIDATIVA:

Los hidrógenos en la superficie de la membrana Interna se descomponen en H+ (protones) y (electrones), los

H+ pasan a la cámara externa mientras que los e- son transportados por proteínas ubicadas en la membrana

interna. Estas proteínas conforman la cadena transportadora de e- donde sus componentes más importantes son

los citocromos: proteínas que contienen Hierro (Fe). Los electrones son transportados hasta el O2 (aceptor

final de e-).

Los protones de la cámara externa se han concentrado y generado un potencial químico, el regreso de los

protones desde la cámara interna desprende alta cantidad de energía, lo que hace posible en la partícula “F”

localizado sobre la superficie interna, captura energía para la formación de ATP. Este proceso se denomina

fosforilación oxidativa. Algunos protones de la cámara externa se unen al oxigeno formando agua.

Por lo tanto en toda la respiración celular se gasta 2 ATP y se gana en total entre 36-38 ATP.

FP Q B Cl C Al A

CO22H+2H+2H+

NADH2

FADH2

2 e-

2 e-


FOTOSÍNTESIS

1.- GENERALIDADES:

- principal mecanismo de energía para el mundo viviente.

- Se lleva a cabo en las plantas superiores e inferiores, en las cianofilas y en algunas bacterias y

protistas. No se da en hongos ni animales.

- Se ha comprobado mediante estudios que el CO2 atmosférico se renueva cada 200 años y el 02

del aire se renueva cada 2,000 años.

2.-DEFINICION:

Función biológica fundamental que por medio de la clorofila, contenido en los cloroplastos, es capaz de

absorber la energía que la luz solar emite como fotones y transforma, lo en energía química de la siguiente manera:

nCQ2 + nH20 (CH2O)n + nO2

La cual queda almacenada en los enlaces carbono de los glúcidos formados en la fotosíntesis (son solubles) la cual

circula por los diferentes tejidos de la planta o se acumulan como gránulos de almidón en los cloroplastos o se

acumulan en los amiloplastos. Además por diferentes sistemas enzimáticos el material surgido en la fotosíntesis

puede convertirse por lo general fuera de los Plastidios en polisacaridos estructurales o en lípidos o proteínas de la

planta.

3.-ELEMENTOS IMPORTANTES DE LA FOTOSÍNTESIS

- Luz - Enzimas Fotosintéticas -CO2

- Fotopigmentos - Agua

A.- LUZ: Esta constituida por un haz de fotones que tiene un desplazamiento ondulatorio en el espacio. U luz

visible corresponde a una porción del espectro de radiación electromagnética total que comprende longitudes de

ondas entre 400 - 700 nm. La energía contenida es transmitida en unidades fotones, un fotón tiene un cuanto de

energía.

* Ecuación de Plank

E =


h = Constante de Planck

c = Velocidad de la luz

=Longitud de Onda

Los fotones con menor longitud de onda tiene mayor energía.

Hay sustancias capaces de absorber la energía de la luz. Así los fotones absorbidos producen, la excitación de

los electrones, que al desplazarse de la órbita de sus átomos adquiere un nivel de energía mayor (elevado

potencial de transferencia).

Los electrones excitados tienden a volver a su orbital original (estado fundamental) y al hacerlo liberan

energía. Esta puede disiparse en forma de calor o radiación (fluorescencia) ser transferido de una molécula a

otra por resonancia o convertirse en energía química (los 2 últimos en la fotosíntesis).

B.-. FOTOPIGMENTOS:

Son capaces de absorber la luz. Estos son encargados de capturar la energía luminosa solar. Existe varios

tipos, cada una con una capacidad de absorción de tira gama particular de longitud de onda.

*Clorofila.: Molécula asimétrica anfipática con una cabeza hldrofílica integrada por 4 anillos Pirrólicos

unidos por un átomo de Magnesio y una cola hidrofóbica (Llamada Fitol). Ligado a uno de los anillos.

*Tipos: Clorofila a, b, c, d y la clorofila bacteriana. Por otro lado la clorofila a, es el principal captador de luz

de las plantas superiores y la mas abundante Existen varios tipos de clorofila y los mas importantes son (P 680

y P700 ) . P por pigmento y y el numero indice la longitudde onda absorbida mas eficientemente.

* Otros Pigmentos: Carotenos y xantofilas. ficocianina. ficobilina. Estos absorben la luz a longitudes de

onda que la clorofila no es eficiente.

Observación: Todos los Fotopigmentos se encuentran en la membrana de los tilocoide

: C.- ENZIMAS FOTOSINTETICAS:

En las células eucariótica se localizan en la membrana tilacoide de los cloroplastos yson responsables de las

reacciones fotoquímicas (Fase luminosa), también lo encontramos en el Estroma del cloroplasto (Fase Oscura)

En cambio en células procarióticas se localizan en la membrana celular.

4.-FASES:

A.- FASE LUMINOSA DE LA FOTOSISINTESIS.

- Las enzimas fotosintéticas se hallan en la membrana tilacoidal.


- Se lleva a cabo en la membrana interna de los tllacoide.

- Depende directamente de la luz

-Existe una cadena de complejos moleculares (equivale a la cadena de transporte de electrones

que da lugar a la fosforilación oxidativa.

*FOTOSISTEMA 1:

Cada unidad fotosintética del sistema consta de aproximadamente de 400 moléculas de clorofila “a” y 50

moléculas de carotenoides y una molécula adicional de clorofila llamada P700 nm por su sensibilidad a la longitud

de onda de 700 nm.

*FOTOSISTENA II:

Consiste en 400 moléculas de clorofila “b” y una molécula de clorofila “a” llamada P680, por su particular

sensibilidad de absorber las ondas de 680 nm de longitud.

-Etapas:

1.-FOTOEXITACION DE LA CLOROFILA:

Los fotones exciten a las clorofila presentes en la fotosistemas II y I cuando un fotón excita a una molécula de

clorofila uno de los electrones es sacado de su órbita molecular y transferido a otro de mayor energía.

- Fotosistema II: Caso de la clorofila situado en la antena del fotosistema II energizada es transferida por

resonancia a un electrón de la clorofila P680 el electrón excitado abandona el fotosistema II y pasa al siguiente

eslabón de la cadena y aceptado por la plastoquinona a continuación pasa al complejo (b-f) (Ubiquinona en

Mitocondria) que contiene citocromos b y f donde parte de su energía es utilizado pera trasladar en contra del

agradiente electroquímico, un H+ desde el Estroma al espacio tilacoidal pasa a la plastocianina y de este el

Fotosistema I.

Fotosistema I: Ocurren pasos equivalentes a el fotosistema II con las siguientes particularidades:

1.-El electrón energizado corresponde a la clorofila P700 (no es el P600)

2.-El electrón es transferido a la ferredoxina (y no a la plastoquinona)

3.-Es reemplazado por el electrón proveniente de la plastocianina (no de la Fotolisis del H20)

2.- FOTOLISIS DEL H20:

Mientras tanto con la intervención de un átomo de Magnesio 2 moléculas de H2O son escindidas y genera 02, 4H+

y 4e-.Cada uno de estos 4e- pasan al fotosistema II y reemplaza a la salida de la clorofila P680. Los hidrógenos

formados se suman a los hidrógenos que llegan del fotosistema II al espacio tilacoide.


3.-REDUCCIÓN DEL NADP:

El nuevo electrón deja la ferrodixina e Ingresa a el NADP reductasa, donde parte de su energía es utilizado para

reducir un NADP a NADHP en el lado de la membrana tilacoidal que da al Estroma utilizado un H formado del

Estroma.

4.- FOTOFOSFORILACION

4.1 Fotofosforilación Acíclica

(No cíclica) Los 3 pasos citados corresponden a una fosforilación no cíclica. Se sintetiza ATP.

4.2. Fotofosforilación Cíclica:

Si se excita el fotosistema I en ciertas condiciones como en ausencia de NADP los electrones disparados retoman a

la clorofila a través de una cadena transportadora y sintetiza ATP.

B.-FASE OSCURA DE LA FOTOSINIESIS:

- Es conocido con el nombre de Ciclo de Calvin o Ruta del C3.

- Tiene lugar en el Estroma del cloroplasto.

- Las moléculas de ATP y NADPH e hidrógeno producido en la reacción fotoquímica proporcionan la energía

necesaria para sintetizar carbohidratos a partir de CO2 y H20.

- El proceso no utiliza luz aunque puede estar presente.

- El proceso puede dividirse en 3 fases:

PLASTOQUINONA

PLASTOCIANINA

FERREDOXINA

NADPH

NADP

FOTON700 nm

P 700

P 680

FOTON680 nm

ADP+Pi

ATP

FOTOSISTEMA I

FOTOSISTEMA II

2H2O O2 + 4 H+ +4 e-


1.-CARBOXILACION:

El C02 es fijado por la Rlbulosa 1,5 difosfato, molécula de 5C aceptan de CO 2 y se forma un compuesto transitorio

de 6C el cual se hidroliza rápidamente en 2 moléculas de fosfoglicerato.

2.-REDUCCION:

El 3-fosfoglicerato es reducido mediante NADPH producido en la fase luminosa, produciendo 3-

fosfogliceraldehido, con consumo de ATP a partir del cual, en un proceso inverso a la glucólisis, se sintetiza

glucosa.

3.- REGENERACION:

roceso por el cual a través de una serie de etapas complejas se regenera la Ribulosa 1,5 difosfato (aceptar de CO 2)

con consumo de ATP

C.- RUTA DEL C4 O RUTA DE HATCH – SLOCK: Caso de ciertas gramineas tropicales como caña de azucar, maiz, grana tambien en soya y trigo etc. Las plantas C4 concentran el CO2 en las cellas que efectuan la fotosintesis por la via C3. Incrementan la circulacion de CO2 en las celulas de la via vascular 10 a 60 veces en comparacion con las plantas que solo realizan C3 lo que permite que la fotosintesis ocurra agran velocidad.

Casi todas las plantas C4 tienen una capa de celulas en la vaina vascular y rodeada a su vez por cellas del mesofilo, contienen la enzima :Fosfoenol piruvato carboxilasa que asimila el CO2 y forma el Oxalacetato (4c) que es susceptible de formar Malato o Aspartato que pasa a la vena vascular, donde se forma piruvato, el CO2 liberado se condensa con la Ribulosa 1, 5 Difosfato e ingresa al ciclo de Calvin. El piruvato regresa a la celula del mesofilo donde se regula el fosfoenol piruvato por medio de la reaccion piruvato con ATP.

DEPARTAMENTO DE COORDINACION ACADEMICAAPPU - JCM : 12 DE JULIO DEL 2001

RIBULOSA 1,5 BIFOSFATO

FRUCTUOSA 1,6 BIFOSFATO

FRUCTUOSA 6 - FOSFATO FOSFATOF.F.FFFFFOSFATOFFFFFFFFFFFFFFFOSFATOFOSFATO

GLUCOSA 6- FOSFATO

ALMIDONADP

ATP

CO2

2 ADP

2 ATP

2 NADP +2H

2 NADP

CICLO DECALVIN

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