El ser vivo, posea la complejidad estructural que posea, necesita energ?a para vivir y desarrollar todas y cada una de sus funciones vitales. Esta energ?a, imprescindible para las m?ltiples actividades de los diversos organismos, procede de la energ?a almacenada en los enlaces qu?micos de las biomol?culas que los seres vivos poseen (gl?cidos, l?pidos, prote?nas, etc.).
De esta manera estas _archivos/biomol.JPG" title="Tipos de biomol?culas">biomol?culas energ?ticas, que sirven de combustible a la c?lula, son utilizadas en los diversos compartimentos celulares y de ellas es extra?da la energ?a necesaria para todos los procesos vitales celulares. El aporte de energ?a debe ser continuo para mantener el orden biol?gico.
Si los seres vivos s?lo tomaran energ?a de sus propias estructuras se ir?an poco a poco consumiendo a s? mismos lo cual no mantendr?a el orden biol?gico. Por esta raz?n, frente a las v?as de destrucci?n molecular (catabolismo energ?tico) deben existir otras v?as de construcci?n molecular (anabolismo energ?tico). Estas v?as son construidas unas veces a partir de mol?culas capturadas y consumidas de otros seres vivos y otras (en algas y vegetales) son construidas por procesos complejos como la fotos?ntesis.

CONSIDERACIONES GENERALES SOBRE EL METABOLISMO?

En toda ruta metab?lica hay productos iniciales, productos intermedios y productos finales. Tambi?n deben existir un conjunto de sustancias que permitan la realizaci?n de todos y cada uno de los pasos de la ruta general de metabolismo. Estas sustancias que facilitan las reacciones son los metabolitos, los enzimas, los nucle?tidos, las mol?culas energ?ticas y las mol?culas externas ambientales.

El metabolismo comprende una serie de transformaciones qu?micas y procesos energ?ticos que ocurren en el ser vivo. Para que sucedan cada una de esas transformaciones se necesitan enzimas que originen sustancias que sean a su vez productos de otras reacciones. El conjunto de reacciones qu?micas y enzim?ticas se denomina ruta o v?a metab?lica.
El catabolismo es el metabolismo de degradaci?n de sustancias con liberaci?n de energ?a.
En las rutas metab?licas se necesitan numerosas y espec?ficas enzimas que van conformando los pasos y productos intermedios de las rutas. Pero, adem?s, son necesarios varios tipos de mol?culas indispensables para su desarrollo final:

0. Metabolitos (mol?culas que ingresan en la ruta para su degradaci?n o para participar en la s?ntesis de otras sustancias m?s complejas),
0. Nucle?tidos (mol?culas que permiten la oxidaci?n y reducci?n de los metabolitos),
0. Mol?culas energ?ticas (ATP y GTP o la Coenzima A que, al almacenar o desprender fosfato de sus mol?culas, liberan o almacenan energ?a),
0. Mol?culas ambientales (ox?geno, agua, di?xido de carbono, etc. que se encuentran al comienzo o final de alg?n proceso metab?lico).

El anabolismo es el metabolismo de construcci?n de sustancias complejas con necesidad de energ?a en el proceso.

El catabolismo (Reacciones redox)

Todas las transformaciones moleculares que desprenden energ?a en los procesos catab?licos son reacciones de oxidaci?n.?En ellas se transfieren electrones de un ?tomo o mol?cula a otro. Toda oxidaci?n requiere una reducci?n; por ello las reacciones se llaman redox. En los procesos metab?licos existen secuencias de reacciones redox en las que se transfieren ?tomos de hidr?geno o su electr?n de un compuesto a otro.

El catabolismo comprende el metabolismo de degradaci?n oxidativa de las mol?culas org?nicas, cuya finalidad es la obtenci?n de energ?a necesaria para que la c?lula pueda desarrollar sus funciones vitales. Debe existir una ?ltima mol?cula que capte los electrones o los hidr?genos desprendidos en las reacciones de oxidaci?n. Si el aceptor de electrones es el ox?geno molecular la ruta o el catabolismo es aer?bico y si es otra mol?cula es catabolismo anaer?bico.

Metabolismo aer?bico

El catabolismo aerobio est? formado por varias rutas metab?licas que conducen finalmente a la obtenci?n de mol?culas de ATP. Estas mol?culas de ATP m?s tarde ser?n imprescindibles para dar energ?a en las rutas anab?licas. La energ?a que no se usa se disipar? en forma de calor.

Gluc?losis

La gluc?lisis es un proceso com?n a todas las c?lulas. En ?l la glucosa se degrada en el citosol, sin necesidad de ox?geno, obteni?ndose energ?a en forma de NADH y ATP.

La gluc?lisis o ruta de Embden-Meyerhof, ocurre en el citosol de la c?lula. No necesita ox?geno para su realizaci?n y se trata simplemente de una secuencia de m?s o menos nueve etapas. A lo largo de estas una mol?cula de glucosa se transforma en dos mol?culas de ?cido pir?vico.
Se produce en todas las c?lulas vivas, desde procariotas hasta eucariotas animales y vegetales. Se necesita la energ?a de 2 mol?culas de ATP para iniciar el proceso, pero una vez iniciado se producen 2 mol?culas de NADH y 4 de ATP por lo que el balance final es de: 2 NADH y 2 ATP por mol?cula de glucosa:

Glucosa + 2 ADP + 2Pi + 2 NAD⁺ ==>2 Acido pir?vico + 2 ATP + 2 NADH + 2 H⁺ + 2 Agua

En condiciones aerobias, las mol?culas de NADH ceden sus electrones a la cadena de transporte electr?nica, que los llevar? hasta el ox?geno, produci?ndose agua y regener?ndose NAD⁺ que se reutilizar? en la glucolisis. As?, en estas condiciones el ?cido pir?vico entra en la mitocondria y se transformar? en Acetil-CoenzimaA que ingresar? en la respiraci?n celular.
En condiciones anaerobias, sin ox?geno, el NADH se oxida a NAD⁺ mediante la reducci?n del ?cido pir?vico. As? se produce energ?a de forma anaer?bica, denomin?ndose fermentaciones y ocurren en el citosol.

La respiraci?n celular: Ciclo de Krebs

La respiraci?n celular es un complejo proceso de reacciones qu?micas que tienen como finalidad la obtenci?n de energ?a, a partir de compuestos org?nicos como la glucosa. Consta de diversas fases, pero la mayor cantidad de nucle?tidos con valor energ?tico se obtiene en la fase de la llamada respiraci?n celular o ciclo de Krebs.

Mediante la respiraci?n celular, el ?cido pir?vico formado en la gluc?lisis se oxida completamente a CO2 y agua en presencia de ox?geno. Se desarrolla en dos etapas sucesivas: el ciclo de Krebs y la cadena respiratoria, asociada a la fosforilaci?n oxidativa.
En las c?lulas eucariotas el ciclo de Krebs tiene lugar en la matriz de la mitocondria en presencia de ox?geno. La membrana mitocondrial externa es permeable a la mayor?a de las mol?culas de peque?o tama?o, sin embargo la interna tiene una permeabilidad selectiva y controla el movimiento de iones hidr?geno (Esquema inferior).

La cadena respiratoria acontece en las crestas mitocondriales, donde se encuentran las enzimas necesarias y espec?ficas que permiten el acoplamiento energ?tico y la transferencia de electrones. Para este proceso se necesita ox?geno en la c?lula (Esquema dos inferior).

Lo primero que ocurre tras la gluc?lisis es que el ?cido pir?vico pasa desde el citoplasma a la matriz mitocondrial, atravesando las membranas. El ?cido pir?vico sufre una oxidaci?n, se libera una mol?cula de CO2 y se forma un grupo acilo (CH3-CO). En esta reacci?n se forma una mol?cula de NADH. Como en la gluc?lisis el producto final eran dos mol?culas de ?cido pir?vico, l?gicamente se formar?n ahora dos de NADH por cada mol?cula de glucosa.

Cada grupo acilo se une a un Coenzima A y se forma acetilCoenzimaA. En este momento empieza el ciclo de Krebs.

Acoplamiento quimiosm?tico

El transporte de electrones, a trav?s de la membrana mitocondrial, produce una liberaci?n de energ?a imprescindible para la s?ntesis de las mol?culas energ?ticas como el ATP a nivel de unas ezimas llamadas ATPsintetasas. Este ATP es el que despu?s se usar? en las distintas reacciones bioqu?micas de la c?lula que requieran un aporte energ?tico.

Cadena respiratoria: hip?tesis quimiosm?tica

La mol?cula de glucosa que inici? la gluc?lisis est? completamente oxidada. Parte de su energ?a se ha invertido en la s?ntesis de ATP. Sin embargo, la mayor parte de la energ?a est? en los electrones capturados por el NAD⁺ y el FAD.

Los electrones procedentes de la gluc?lisis, de la oxidaci?n del ?cido pir?vico y del ciclo de Krebs se encuentran en un nivel energ?tico a?n muy alto. En el transporte de electrones ?stos son conducidos a trav?s de una cadena con m?ltiples y sucesivos aceptores. Cada uno de los cuales es capaz de aceptar electrones a un nivel ligeramente inferior al precedente. Los transportadores pueden existir en dos estados de oxidaci?n pr?ximos, pasando del uno al otro seg?n acepten o desprendan electrones.
Cada par redox s?lo puede recibir electrones de otro par que tenga potencial de reducci?n m?s negativo y solo puede cederlos al par que lo tenga menos negativo. El potencial mas negativo de la cadena respiratoria es el NAD⁺ con -0,32 voltios. En el otro extremo est? el agua con +0,82 voltios.
Cuando los electrones se mueven por la cadena transportadora salen a niveles energ?ticos inferiores y van liberando energ?a. Esta energ?a se emplea para fabricar ATP, a partir de ADP, en el proceso de fosforilaci?n oxidativa.
Por cada dos electrones que pasan del NADH al ox?geno se forman 3 mol?culas de ATP. Por cada dos electrones que pasan desde el FADH2 al ox?geno forman 2 de ATP. El mecanismo por el cual se produce ATP se explica por la teor?a del acoplamiento quimiosm?tico.

Enlaces: El carbono, base de la vida II

Fuente:Copia literal del Proyecto Biosfera del Ministerio de Educaci?n -Gobierno de Espa?a. 2? de Bachillerato. Presentaci?n propia.

Tags: El carbono, ciclos del carbono, metabolismo, la célula