METABOLISMO CELULAR I
La vida se inicia en un mundo en el que ya existen la materia y energía. Los seres vivos deben procurarse ambos elementos para a partir de ellos elaborar su propia materia y realizar sus funciones vitales.
Según el modo de obtener la materia y energía (alimento) del medio, se distinguen dos tipos de seres vivos:
1. Autótrofos
Los que a partir de compuestos inorgánicos sencillos sintetizan la materia orgánica (alimento) que necesitan, es decir elaboran su propio alimento. Esto pueden realizarlo mediante dos reacciones:
1. Fotosíntesis : Las plantas y bacterias.
2. Quimiosíntesis : Algunas bacterias.
2. Heterótrofos
Los que toman como fuente de materia y energía (alimento), materia orgánica ya elaborada, pues son incapaces de sintetizarla a partir de material inorgánico.
Una vez obtenido el alimento, se inicia dentro de la célula una serie de reacciones bioquímicas por las cuales extrae de aquél la energía que usa para realizar alguna actividad. A este conjunto de reacciones se le conoce como:
METABOLISMO CELULAR
Conjunto de todas las reacciones bioquímicas que ocurren en la célula con el objetivo de intercambiar energía y material con su entorno (medio extracelular)
Nutrición de una célula autótrofa Nutrición de una célula heterótrofa
CO2 + agua + sales minerales
FOTOSÍNTESIS
CATABOLISMO
ENERGÍA Cloroplasto
Moléculas de la célula
Mitocondrias Azucares
CO+ H2O + productos de excreción
CO + agua + productos de excreción
Mitocondria ENERGÍA Moléculas de la
célula
Materia orgánica en moléculas pequeñas ANABOLISMO
ANABOLISMO CATABOLISMO
DIGESTIÓN INGESTIÓN
Vacuola alimenticia
Incluye todas las reacciones necesarias para la vida celular: cómo crecer, repararse, mantenerse, etc.
Se divide en dos procesos: Anabolismo, Catabolismo.
1. Anabolismo
Que incluye las reacciones bioquímicas en virtud de las cuales se combinan moléculas sencillas para formar moléculas de mayor complejidad. Esto implica un gasto de energía y su consiguiente almacenamiento (reacción endergónica). Ej.: Fotosíntesis, gluconeogénesis.
Es una fase de síntesis que implica formación de enlaces químicos en los que se almacena la energía.
2. Catabolismo .
Que incluye las reacciones bioquímicas en virtud de las cuales moléculas complejas se desdoblan en moléculas sencillas con la consiguiente liberación de energía (reacción exergonica). Ej.: Respiración celular, lipólisis, etc.
La energía liberada en el catabolismo es usada en el anabolismo. Así el catabolismo y el anabolismo son dos procesos simultáneos e interdependientes.
Un concepto básico para entender los procesos metabólicos es el ATP.
FLUJO DE ENERGÍA
A + B
Reactivos
Suministro de energía
A B
Productos
A + B
Reactivos Liberación
de energía
A B
Productos
Energía luminosa No usa el
99%
Usa el 1%
FOTOSÍNTESIS
Metabolismo (degradación y
síntesis) Compuestos orgánicos
(energía química potencial)
.Crecimiento . Reproducción . Almacenaje
Cloroplasto (Clorofila)
Compuestos no asimilados
Desechos metabólicos
Organismo animal o vegetal
CALOR INTERCAMBIO MOVIMIENTO
TRABAJO CALOR
SÍNTESIS
ATP
Moléculas que es la fuente inmediata de energía para el trabajo celular, se le llama por ello la moneda energética de la célula. Está formado por Adenina, Ribosa y 3 fosfatos. Es en los enlaces entre los fosfatos donde se almacena la energía.
Las reacciones catabólicas liberan energía de los alimentos, ésta es usada para sintetizar ATP y cuando se necesita la energía del ATP es liberada para el trabajo celular.
Abordaremos un proceso anabólico fundamental para nuestra existencia y la de muchísimos seres vivos: la fotosíntesis.
FOTOSÍNTESIS
Proceso anabólico por medio del cual se captura la energía luminosa y se le almacena como energía química en compuestos orgánicos como la glucosa, que se elaboran a partir de CO2 y agua.
Este proceso es realizado por organismos procarióticos fotosintéticos como ciertas bacterias y algas verde azuladas (cianobacterias) por organismos eucarióticos como las plantas, algas uni y pluricelulares. Ni los hongos, ni los protozooarios, ni los animales realizan fotosíntesis.
1) ELEMENTOS NECESARIOS PARA LA FOTOSÍNTESIS 1. Luz
2. Fotopigmentos
3. Enzimas fotosintetizadoras 4. Agua
5. CO2
1. LUZ .- Conjunto de radiaciones electromagnéticas que constituyen la fuente energética del proceso.
La luz útil está mayormente en el rango de la luz visible.
2. FOTOPIGMENTOS .- Sustancias capaces de absorber la luz, es decir capturar su energía. En el proceso fotosintético participan 3 tipos: Clorofilas (luz roja y azul violeta), carotenoides (luz
FOTOSÍNTESIS: Elementos
Viaje dentro de un cloroplasto. La planta mostrada es un geranio, que se puede reconocer por la forma característica de sus hojas. Los tejidos internos de la hoja están completamente encerrados por células epidérmicas transparentes, cubiertas con una capa cérea, la cuticula. El oxígeno, el dióxido de carbono y otros gases entran en la hoja principalmente a través de abertura especiales, los estomas.
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 del haz vascular, y los azúcares, producto de la fotosíntesis, dejan la hoja por el mismo haz vascular. Esta síntesis se realiza en las células del parénquemina en empalizada, células alargadas que se encuentran directamente por debajo de la epidermis superior.
Tienen un vacuolo 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 disciformes, dentro de los cloroplastos.
3. ENZIMAS FOTOSINTETIZADORAS .- Compuestos que aceleran las reacciones de la fotosíntesis, se hallan localizados también en los tilacoides de el cloroplasto.
4. AGUA .- Que es absorbida del suelo por las raíces. Se le usa como fuente de electrones y protones.
5. CO 2 .- Es captado por la hoja a través de orificios llamados estomas. A partir de él se elaboran los compuestos orgánicos finales: glucosa, almidón.
2) FASES DE LA FOTOSÍNTESIS
A partir de los experimentos realizados con algas unicelulares llamadas Clorelas se encontró que la fotosíntesis presenta 2 fases y que ambas ocurren en el cloroplasto.
Dichas fases son:
1. Fase luminosa (ocurre en los Tilacoides del Cloroplasto) 2. Fase oscura (ocurre en el Estroma del Cloroplasto)
1. FASE LUMINOSA
En la que se captura la energía luminosa y se le convierte en energía química.
La luz (energía luminosa) es captada por el fotopigmento (clorofila) con lo que se “excita” pues ha capturado mucha energía. Para salir de ese estado libera electrones de su estructura, que se llevan la energía capturada. Estos electrones pasan por un conjunto de sustancias químicas (cadena transportadora de electrones) que van retirando paulatinamente la energía y la almacenan en el ATP. Finalmente los electrones son recibidos por el NADP+ que se convierte así en NADPH+H+ (molécula también energética); el vacío electrónico de el fotopigmento es cubierto por electrones que se liberan de la molécula de agua, como resultado de su ruptura por acción de la luz (fotólisis de agua). Como producto de ésta también se desprende oxígeno.
En resumen, las reacciones químicas de esta etapa necesitan luz, clorofila y agua y tienen como productos oxígeno, ATP y NADP+H+ 2. Estos últimos dos compuestos son de alta energía y es en ellos que se ha almacenado, temporalmente la energía.
En esta fase ha ocurrido entonces el paso de una forma de energía (luminosa = luz solar) a otra (química = ATP, NADPH+) ESTRUCTURA DEL CLOROPLASTO
Cadena de ácido desoxirribonucleico
(ADN)
Grano de almidón
Ribosoma
Lamela (membrana
tilacoides)
Tilacoide (saco aplanado
de la grana) Grana
(conjunto de tilacoides)
Estroma (matriz acuosa)
Membrana interna
Membrana externa
2. FASE OSCURA
En la que se usa la energía almacenada en la fase luminosa (ATP, NADPH+H+) para fijar el CO2 y producir glucosa. En los enlaces de ésta quedará finalmente almacenada la energía. No requiere de luz para realizarse.
En esta fase el CO2 es capturado por una molécula llamada Ribulosa difosfato, formando un compuesto inestable que se descompone para formar fosfogliceratos (2). Estos son convertidos en fosfogliceraldehido (2), empleando la energía del ATP y NADPH+H+. Un fosfogliceraldehido (molécula de 3 carbonos) se une con otro igual y forman la glucosa (molécula de seis carbonos).
3. ECUACIÓN GENERAL DE LA FOTOSÍNTESIS
12H
2O + 6CO
2C
6H
12O
6+ 6H
2O + 6O
2FOTOSÍNTESIS
LUZ
Fotopigmentos + Enzimas
(RuDP)
(6c)
C C C C C C
C C
C
C C C C C
C Glucosa
Ribulosa bifosfato
Dióxido de carbono Ácido fosfoglicérido
(PGA)
2(3c) (5c) 2(3c)
Diversas moléculas orgánicas FASE
OSCURA
Fosfogliceroáldehido (PGAL)
NAP+
ADP+P +NAPDH, H+
FASE
LUMINOSA H2O Oxidación de agua Energía transferida de los electrones H+
e-
Clorofila Energía luminosa
CONVERSIÓN DE LA ENERGÍA LUMINOSA EN ENERGIA QUÍMICA POTENCIAL
O2
C C C
ATP
FACTORES QUE ALTERAN EL PROCESO FOTOSINTÉTICO
El rendimiento de la fotosíntesis puede ser afectado por la concentración de CO2 en la atmósfera; si está elevada y constante, la fotosíntesis aumenta en relación directa hasta llegar a un punto en el cual se estabiliza; la escasez de agua en el suelo: al faltar agua, disminuye el rendimiento de la fotosíntesis, pues la planta cierra sus estomas reduciendo la transpiración desde las hojas, lo que determina un menor ingreso de CO2; y la temperatura; cada especie está adaptada para vivir dentro un rango de temperatura, a mayor temperatura, más eficacia en la producción de oxígeno y glucosa. Sin embargo, cuando se supera el límite máximo de temperatura, la planta pierde agua en forma excesiva y muere.
1. ¿En qué estructuras almacenan energía los seres vivos?
2. ¿Qué es una reacción endergónica?
3. ¿Qué es anabolismo?
4. ¿Qué es una reacción exergónica?
5. ¿Qué es catabolismo?
6. ¿Qué es metabolismo?
7. ¿Qué es el ATP?
8. ¿Dónde se lleva acabo la fase luminosa de la fotosíntesis?
9. ¿Dónde se lleva a cabo la fase oscura de la fotosíntesis?
10. ¿Qué elementos son necesarios para la fotosíntesis?
11. Elabore un mapa conceptual de acuerdo al tema tratado.
Resumen del Proceso
6CO2
(C6H12O6) Glucosa
E°
12H2O 6O2
