Tema: Transferencia de energía en las reacciones metabólicas (ATP) y transportadores de electrones (NAD+, FAD+, NADP+).
Subtemas: Fotosíntesis, Glucólisis, Respiración aerobia y Fermentación.
El metabolismo energético extrae la energía
química presente en los nutrientes y la debe
poner a disposición de los sistemas metabólicos
celulares en formas utilizables para realizar el
trabajo biológico.
La molécula energética de los seres vivos: es
la adenosina trifosfato mejor conocida como
ATP
Esta formada por: una base púrica adenina y ribosa
(adenosina) y tres grupos fosfato denominados alfa,
beta y gamma; es altamente soluble en agua y muy
estable en soluciones de pH entre 6.8 y 7.4
El ATP es la principal fuente de energía para los
procesos celulares, al acoplar a reacciones que
requieren energía, la reacción de
desdoblamiento de ATP a ADP + Pi.
El ATP se forma durante el proceso de la respiración
en la glucólisis y cadena respiratoria, así como en las
reacciones dependientes de la luz en la fotosíntesis.
También hay moléculas que se encargan de transportar
electrones con fines energéticos como la nicotinamida
adenina dinucleótido o NAD+, la cual recupera la
energía de la oxidación de la glucosa en las etapas de
glucólisis y ciclo de Krebs, que se emplearán en la
síntesis de ATP en la cadena respiratoria.
Otra molécula acarreadora es el flavin
adenin dinucleótido o FAD+ que interviene
particularmente en el ciclo de Krebs; ambos
transportadores pueden cumplir esta
función por su capacidad de oxidarse y
reducirse.
Fotosíntesis
La fotosínteis se refiere al proceso de captura
de la energía luminosa para sintetizar
inicialmente ATP y NADPH, los cuales son
aprovechados para la fijación de CO2 y así
poder generar carbohidratos.
Este proceso se lleva a cabo en los
cloroplastos, organelo membranoso
característico de plantas y algas. (Hay
bacterias que carecen de tales organelos)
En el interior de los cloroplastos, en los tilacoides, se
encuentran los pigmentos responsables de la captura de
los cuantos de energía luminosa.
Son de forma específica llamados
fotosistemas, siendo la clorofila el
pigmento más relevante.
Cada fotosistema está formado por un centro de reacción,
lugar para ejecutar los procesos claves de la fotosíntesis, y
de una compleja antena, formando por pigmentos
accesorios que capturas y dirigen energía hacia el centro de
reacción.
La fotosíntesis es un proceso anabólico que realizan los
organismos autótrofos y sustenta gran parte de la vida en la
Tierra. A través de este proceso se transforma la energía
luminosa del Sol en energía química y como producto
principal están la glucosa y el oxígeno.
Esta ruta metabólica se puede dividir en
dos fases: la fase luminosa o dependiente
de luz y la independiente de luz, conocida
como fase oscura.
Glucólisis.
La glucólisis es una vía catabólica
presente en los seres vivos, que se
desarrolla en el citoplasma de las
células; consiste en una serie de
reacciones de óxido-reducción para
romper la glucosa en dos moléculas de
ácido pirúvico con la producción de ATP
y NADH.
El ácido pirúvico, producto de la glucólisis, en
condiciones anaerobias en organismos
organotrofos y en algunas células seguirá la vía
de la fermentación con el propósito de regenerar
NAD+ a partir del NADH, permitiendo así que la
glucólisis continúe al asegurar un suministro
constante de la coenzima NAD+ y en condiciones
aerobias el ácido pirúvico en células eucariontes
y condiciones aerobias se transforma en
acetil-CoA la cual pasa a la matriz mitocondrial.
(El ácido pirúvico) Entra a la mitocondria y se transforma en acetil CoA
que reacciona con el ácido oxaloacético en el ciclo de Krebs; éste es una
vía metabólica importante que se realiza en la matriz mitocondrial y
produce CO2, ATP y protones que son transportados en los nucleótidos
NADH y el FADH2.
En la membrana interna de la mitocondria se lleva a cabo la
cadena respiratoria o cadena de transporte de electrones,
donde se oxidan las moléculas NADH y FADH2 y durante la cual
se produce, por quimiósmosis, la mayor cantidad de moléculas
de ATP (fosforilación oxidativa); la función del oxígeno es
reaccionar con los hidrógenos y electrones, produciendo agua.
Aunque el oxígeno participa en este último paso, su ausencia
interrumpe el ciclo de Krebs y la cadena respiratoria; recuerda
que todos los pasos y la formación de agua son indispensables
para completar la respiración aeróbica.
Fermentación.
Es el proceso catabólico anaerobio que
comienza a partir del piruvato producido
durante la glucólisis.
En general, la fermentación es un proceso poco rentable
desde el punto de vista energético, ya que la oxidación de la
materia orgánica es incompleta y se forma mucho menos
ATP que en la respiración celular aerobia. (Los 2 ATP que se
forman son producto de la glucólisis de una molécula de
glucosa.)
Se realiza en algunos organismos como las
levaduras (hongos) y bacterias o cuando las
condiciones de anaerobiosis permanecen en
la célula.
Tipos (dependen del producto final:)
Fermentación alcohólica. En esta vía catabólica, el
piruvato se descarboxila y el acetaldehído
producido utiliza los iones hidrógeno del NADH,
por lo que los productos de la fermentación
alcohólica son etanol y CO2.
Fermentación Alcohólica.
Fermentación láctica. Durante esta vía catabólica el piruvato es reducido por los
iones de hidrógeno del NADH y transformado en ácido láctico. La realizan diversas
bacterias como Lactobacillus, Streptococcus, y algunos hongos que fermentan la
leche; éstos producen derivados lácteos como quesos y yoghurt. En la industria
alimentaria se utiliza el ácido láctico por sus propiedades conservantes, para
preparar la col agria o chucrut y el ensilado de granos para forraje.