Metabolismo celular
Introducción
¡Hola!
Qué gusto poder encontrarte en esta nueva sesión, espero que sigas descubriendo este curso de Los Organismos y el Ambiente y lo encuentres fascinante.
En esta clase recordaremos algunos puntos importantes trabajados en la clase anterior como es el de la célula que es la unidad de todo ser vivo, es capaz de realizar varias funciones; se alimenta, crece, respira, se mueve, trabaja y se reproduce. Todos los seres vivos llevamos a cabo las mismas funciones, algunas se manifiestan con movimiento, otras como el crecimiento y reproducción se aprecian con el aumento de tamaño y la multiplicación de individuos.
Alguna vez te has preguntado ¿Cómo genera calor tu cuerpo cuando estás en un lugar frío? ¿Por qué se dice que las aves y los mamíferos tienen la sangre caliente y los reptiles y anfibios son de sangre fría?
En esta clase trataremos de contestar esas incógnitas. ¡Comenzamos!
Desarrollo del tema
Metabolismo celular
El metabolismo se define como todas las reacciones químicas que se llevan a cabo dentro de un organismo y lo mantienen vivo. Las reacciones metabólicas de la célula la obligan a estar en constante actividad. Las concentraciones de innumerables sustancias cambian de forma continua en el interior de la célula, y otras más entran o salen de ésta. Durante este proceso las reacciones químicas tienen una secuencia programada diferente para cada función según el tipo de célula que se conoce como ruta o vía metabólica. En algunos casos, las distintas vías metabólicas pueden interrelacionarse.
Rutas metabólicas
Anabolismo y catabolismo
El metabolismo celular es la suma de todas las reacciones químicas que ocurren en una célula, cuyas vías o rutas metabólicas pueden dividirse en anabólicas y catabólicas.
- ANABOLISMO conocido como biosíntesis, es la parte del metabolismo en la que se incorporan sustancias simples a moléculas más complejas, necesarias para la célula. En este proceso se obtienen materiales y energía química de las moléculas del alimento para que realicen funciones de reparación y crecimiento de la célula.
- CATABOLISMO, representado por funciones de degradación que acompañan de liberación de energía química producto, sobre todo, de las moléculas complejas que se descomponen en otras más simples.
Fotosíntesis
Proviene de las raíces griegas photo, luz y síntesis, formación, por lo tanto, es la creación de alimentos a partir de energía luminosa. Se lleva a cabo por células u organismos fotosintetizadores o fotoautótrofos que poseen clorofila, la cual se ubica dentro de los cloroplastos.
En este proceso metabólico, la energía del sol se convierte en energía química mediante transformaciones físico-químicas. De este modo la energía queda contenida en los nutrimentos que las células utilizarán como alimento, del que obtendrán la materia necesaria para sintetizar nueva materia viva y estructuras.
La fotosíntesis
Se define como el proceso por el cual los organismos autótrofos capturan energía en forma de luz y la transforman en energía química, además transforma el agua y el CO2 en compuestos orgánicos reducidos (glucosa), liberando oxígeno. Si analizamos este fenómeno de manera matemática, obtendremos una ecuación de la siguiente manera:
Este proceso tiene dos fases
Fase luminosa
Con dos etapas:
- Fotosistema I: los protones H+ que se desprendieron se acumulan en el estroma y los electrones son transportados hasta el fotosistema I (PSI) hasta alcanzar un complejo que transformará el NADP en NADPH. Estos protones pasan a través de la enzima ATP-asa hacia el estroma, generando la energía suficiente para agregar un grupo fosfato a una molécula de ADP y convertirla en ATP.
- Fotosistema II: la clorofila que se encuentra en este fotosistema (PSII) en la membrana del tilacoide, captura la energía luminosa proveniente del sol y la transmite en forma de electrones hacia el agua, con lo que se rompen las moléculas del agua. En este proceso se desprende oxígeno, el cual sale del cloroplasto a la célula y después a la atmósfera por medio de las estomas, (estructuras foliares con pequeños orificios que se especializan en el intercambio de gases entre la planta y el ambiente.)
Fase oscura
O fase biocinética. Se lleva a cabo en el estroma de los cloroplastos. En este proceso se utilizan el ATP y el NADPH que se obtuvieron durante la fase luminosa para la fijación del CO2 mediante el ciclo de Calvin-Benson y la posterior producción de Carbohidratos.
Durante este ciclo se realiza un proceso anabólico cuyo principal reactivo es el CO2 , en el cual la enzima RuBisCo (Ribulosa 1-5 difosfato) se encarga de unir los carbonos provistos por el CO2 para formar compuestos más complejos como los carbohidratos.
La RuBisCo origina un compuesto inestable de seis carbonos que se descompone en dos moléculas de ácido -3-fosfoglicérico, las cuales están constituidas por tres átomos de carbono, razón por la que se llama C3 en las plantas que siguen esta vía metabólica, las cuales comprenden casi el 85% de las plantas superiores que habitan el planeta.
Este ácido – 3- fosfoglicérico se reduce a gliceraldehído – 3- fosfato, el cual puede seguir dos alternativas; en una de ellas se puede regenerar la RuBisCo y en la otra se puede seguir la vía para originar la glucosa y la fructosa. De esta manera, las plantas C3 obtienen los carbohidratos necesarios para nutrirse.
Respiración celular y fermentación
Existen dos tipos de respiración celular, la aerobia, que se lleva a cabo con la presencia de oxígeno molecular, y la anaerobia, que se efectúa en ausencia de oxígeno. La primera es más eficiente que la segunda para la obtención de energía.
Respiración AEROBIA
Lo más importante de la respiración aerobia es la producción de energía que se realiza en presencia de oxígeno molecular dentro de las mitocondrias de las células eucariotas; está producción se efectúa a través de reacciones de óxido-reducción en las que participan enzimas respiratorias. Este tipo de respiración se lleva a cabo en las células de la mayoría de los seres vivos que utilizan como combustible respiratorio a la glucosa, principal carbohidrato en los seres vivos.
La respiración celular es el proceso por el cual la energía química de las moléculas es liberada y parcialmente capturada en la forma de adenosina Trifosfato (ATP). Los carbohidratos, grasas y proteínas, pueden ser usados como combustibles en la respiración celular, pero la glucosa es el ejemplo más común para poder examinar las reacciones y caminos involucrados.
Si partimos de la glucosa como combustible respiratorio, la respiración aerobia se puede dividir en tres etapas o procesos: GLUCÓLISIS, CICLO DE KREBS (ciclo del ácido cítrico) y la cadena respiratoria o transferencia de electrones.
Glucólisis
El término glucólisis significa “romper la glucosa” (lisis es romper). Proceso que se realiza en el citoplasma de la célula. Inicia cuando la glucosa (molécula de 6 carbonos) entra a través de la membrana celular. Entonces empiezan a actuar sobre ella diversas enzimas que la rompen hasta convertirla en dos moléculas de tres carbonos, llamadas ácido pirúvico. El proceso consiste en once reacciones, lo que da como resultado dos moléculas de ATP por cada molécula de glucosa y la liberación de dos H+ que se unen al NAD y forman dos moléculas de NADH.
Ciclo de Krebs
Etapa que se realiza en la mitocondria. El piruvato que se formó en la etapa anterior entra a la matriz mitocondrial y libera una molécula de CO2. Una coenzima se enlaza con el fragmento de dos carbonos y se transforma en Acetil coenzima A, en este paso se produce una molécula de NADH por cada piruvato.
Se inician varias reacciones que en conjunto se conocen como ciclo de Krebs o ciclo del ácido cítrico en las cuales los restos de la glucosa se rompen cada vez más, hasta dejarlos convertidos en dióxido de carbono e hidrógeno. Los hidrógenos son atrapados por moléculas acarreadoras especializadas; el NAD (nicotinamida adenina dinucleótido) y el FAD (flavina adenina dinucleótido). Así, en esta etapa, por medio de los dos piruvatos, se obtienen cuatro moléculas de CO2, dos de ATP y, lo más importante, ocho moléculas del NADH y dos de FADH.
Cadena de transferencia de electrones
La etapa de la cadena de transporte de electrones es la más provechosa porque en ella se utilizan los electrones que tienen las moléculas acarreadoras para la obtención de ATP. Recordemos cuantas veces se han formado en todo el proceso.
- Dos NADH en la glucolisis
- Ocho NADH en el ciclo de Krebs
- Dos FADH en el ciclo de Krebs
Este proceso se realiza en las crestas de la mitocondria y consiste en el bombeo de iones de hidrógeno de un lado a otro, a través de una serie de moléculas aceptoras. Se obtienen 32 moléculas de ATP.
El último aceptor de iones de hidrógeno es el oxígeno, así que el último producto que se forma en este proceso es el agua (H2O). Si la célula deja de recibir oxígeno, la cadena de transporte de electrones se detiene, y se deja de producir ATP, de igual manera se detiene el ciclo de Krebs ya que son dos etapas acopladas.
La eficiencia del proceso respiratorio para la obtención de energía de una molécula de glucosa es bastante alta, por cada molécula de glucosa se obtienen 36 a 38 moléculas de ATP, de las cuales dos se producen en la glucólisis, dos en el ciclo de Krebs y el resto en la fase del transporte de electrones.
Fermentación o respiración anaeróbica.
La respiración anaeróbica no utiliza oxígeno y también es llamada FERMENTACIÓN. Es característica de organismos procariotas como bacterias y hongos que producen fermentos para obtener su ATP. En este tipo de respiración se usa la glucosa y otros compuestos orgánicos, que son los aceptores finales de electrones.
La respiración anaeróbica consta de dos etapas: la glucólisis (igual que en la respiración aerobia) y la fermentación.
Existen dos tipos de fermentación:
Fermentación Alcohólica
Se realiza principalmente en células de levaduras (hongos) y ocurre un proceso similar al descrito sobre la glucólisis, con excepción del último paso, en el que el ácido pirúvico (C3H4O3) también conocido como piruvato, es descarboxilado, es decir, se retira una molécula de CO2 antes de ser reducido por el NADH, por lo que resultan dos moléculas de CO2 y dos moléculas de etanol (C2H5OH) o alcohol, por cada molécula de glucosa fermentada. Proceso que se utiliza para elaborar pan y cerveza. Son muy útiles en la industria alimenticia y vitivinícola.
Fermentación Láctica
Se presenta en algunas bacterias y en los músculos de los animales, sobre todo durante el ejercicio intenso, cuando el oxígeno no es suficiente. En este tipo de fermentación, el ácido pirúvico (C3H4O3) se vuelve un aceptor de hidrógeno y se forma el ácido láctico (C3H6O3), que es el que produce el dolor muscular.
La fermentación láctica es utilizada en la industria alimentaria, ya que da como resultado productos como yogur, leche y quesos a partir de bacterias que pueden lograr esta fermentación; los lactobacilos.
Conclusión
En conclusión:
En esta clase revisamos las vías metabólicas y procesos que ocurren en la célula Eucariota Vegetal y animal. Ambos procesos la Fotosíntesis y la respiración celular son procesos fundamentales para el funcionamiento de las células.
Tal vez, cuando pensamos en organismos fotosintéticos, se nos viene rápidamente a la mente un árbol o el pasto de la pradera. Sin embargo, pocos nos imaginamos que la mayor parte de los organismos fotosintéticos se encuentran en el mar y son algas microscópicas las que llevan a cabo el 70% de la fotosíntesis del planeta.
Te invito a revisar ambos con más profundidad para que estos procesos queden entendidos en su totalidad.
Te felicito por llegar hasta aquí con ese ímpetu tan incontrolable por saber cada día un poco más, continúa así y no dejes que ese ánimo decaiga. Realiza las actividades correspondientes. Te encuentro próximamente.
Fuentes de información
- Gama Fernández, M. A. (2016). Biología 1, (3a ed.). Pearson.
- ALLEN ROSALES, M. E. (2015). BIOLOGÍA I. México: Book Mart.
- Solomon, E. P., Berg, L. R., y Martin, D. W. (2008). Biología, (8ª ed.). México: Mc Graw’ Hill Interamericana.