En el metabolismo celular se distinguen dos fases (dos grupos de rutas metabólicas):

1- CATABOLISMO. Conjunto de reacciones del metabolismo que permiten la degradación de moléculas como glúcidos, lípidos y proteínas, para transformarse en productos finales más simples y liberando energía (degradación oxidativa).

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2- ANABOLISMO. es el conjunto de reacciones que tienen por objetivo la síntesis de moléculas complejas a partir de moléculas precursoras sencillas y energía. Los procesos anabólicos son sintéticos y consumen energía, por tanto son reacciones endergónicas.

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Ambas fases están relacionadas, ya que la energía que se produce durante el catabolismo, así como las moléculas precursoras que se obtienen, son necesarias para el desarrollo de las reacciones del anabolismo.

Pero también existen ciertas diferencias:

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Por otro lado, las ENZIMAS son biocatalizadores ya que aumentan la velocidad al disminuir la energía necesaria para que se produzca la reacción. Así mismo, estas no se consumen durante la reacción, ya que hay la misma cantidad de enzimas al principio que al final de la reacción.

La enzima se une temporalmente al sustrato formando el complejo enzima-sustrato (ES), que tiene un estado de transición mucho menor, con lo que la reacción es mucho más rápida. A partir del complejo enzima-sustrato (ES) se forma un complejo enzima- producto (EP) que luego se desdobla en el producto P y el enzima E queda libre para participar en una nueva reacción.

Para que entendáis mejor las características de las enzimas, os dejo el siguiente esquema:

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Es el conjunto de reacciones del metabolismo que permiten la degradación de moléculas como glúcidos, lípidos y proteínas, para transformarse en productos finales más simples y liberando energía (degradación oxidativa).

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RUTAS CATABÓLICAS:

• La glucólisis: es el proceso en el que una molécula de glucosa se degrada hasta obtener dos moléculas de ácido pirúvico (en forma de piruvato), de tres átomos de carbono. Tiene como misión recuperar parte de la energía química de la glucosa en forma de ATP.

• β-oxidación: es el conjunto de reacciones en el que se produce la oxidación de los ácidos grasos para dar un compuesto de dos átomos de carbono, el acetilcoenzima A (acetil- CoA).

• La transaminación y desaminación: es el conjunto de procesos que tienen lugar en la degradación de los aminoácidos mediante la separación del grupo amino del esqueleto carbonado.

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En general estas rutas convergen hacia la formación de un compuesto de dos átomos de carbono, el acetilcoenzima A (acetil-CoA). Este producto se incorpora al ciclo del ácido cítrico o de Krebs.

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Dentro del catabolismo diferenciamos diferenciamos principalmente entre respiración y fermentaciones.

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La respiración es la ruta catabólica en la que interviene la cadena transportadora de electrones y su producto final es una molécula inorgánica. En función del agente oxidante distinguimos:

-La respiración aeróbica, en la que el agente oxidante es el O2 y al reducirse y aceptar electrones y protones forma H2o.

-La respiración anaeróbica, en la que el agente oxidante es un ión como el ion nitrato que al reducirse forma el ion nitrato.

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La fermentación es el proceso catabólico en el cual no interviene la cadena transportadora de electrones y cuyo producto final es un compuesto orgánico.

-Es un proceso anaeróbico: no se usa el oxígeno como aceptor de electrones, como sucede en la respiración aeróbica.

-El aceptor final es un componente orgánico, en vez de ser una molécula inorgánica como sucede en la respiración.

- La síntesis de ATP ocurre a nivel de sustrato. No intervienen las ATP-sintetasas, lo que explica la baja producción energética de las fermentaciones. Una glucosa al degradarse mediante respiración produce 38 ATP, mientras que por fermentación solo produce 2 ATP.

La fermentación ocurre generalmente en los microorganismos, como ciertas levaduras y bacterias, aunque puede realizarse en el tejido muscular de los animales si no llega suficiente oxígeno a las células.

Consisten, pues en la transformación del ácido pirúvico que se obtiene al final de la glucólisis, en algún otro producto orgánico sencillo que es diferente en cada tipo de fermentación. Existen muchos tipos de fermentación que dan lugar a productos de interés alimentario o industrial, pero los dos tipos principales son la fermentación homoláctica y la fermentación alcohólica.

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Para comprender el catabolismo de una manera más visual, aquí os dejo un esquema.

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El anabolismo consiste en reacciones redox y endotérmicas en las cuales a partir de una molécula sencilla se forma una molécula más compleja gastando en este proceso energía obtenida en reacciones catabólicas. En los organismos autótrofos dependiendo de la fuente de energía se llevará a cabo la fofosíntesis (luz) o la quimiosíntesis (reacciones de oxidación de compuestos inorgánicos).

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Especialmente, destacamos  la fotosíntesis, esta transforma la energía luminosa en energía química, se lleva a cabo en los cloroplastos, más concretamente, en los pigmentos fotosintéticos situados en el interior de los tilacoides. La fotosíntesis se divide en dos fases la fase luminosa y la fase oscura.

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La fase luminosa o dependiente de la luz consta de otras dos fases:

Acíclica: En esta etapa ocurren tres procesos: la fotólisis del agua, la fotoforilación del ADP y la fotorreducción del NADH.  Los fotosistemas II y I captan los fotones de luz los que genera un transporte de electrones en la membrana de los tilacoides. Además para reponer los electrones transferidos el fotosistema II provoca una ruptura de una molécula de agua pe da lugar a O2 y dos protones. En la cadena de electrones intervienen también participan complejo citocromos, plastoquinona, plastocianina, ferredoxina y ATP- sintetasa. Es la fase en la que se obtiene la mayor parte necesaria para pasar a la fase oscura, de 4 H+ se obtiene 1,33 ATP.

Cíclica: Se encarga de producir energía necesaria complementaria a la obtenida en la fase acíclica, para la fase oscura, solo actúa el   fotosistema I, por tanto no habrá una descomposición de agua. Los electrones entran en la cadena transportadora de electrones permitiendo el flujo de protones que al pasar por la ATP-sintetasa producirá 2ATP.

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En la fase oscura tiene lugar el ciclo de Calvin que es una serie de reacciones bioquímicas que se producen durante la fase oscura se la fotosíntesis. Se pueden distinguir dos fases:

La fijación de CO2 a la ribulosa-1,5-difosfato, gracias a la acción de la enzima rubisco y da lugar a un compuesto de 6 átomos de carbono, que se disocia en 2 moléculas de ácido-3-fosfoglicérico (3 carbonos).

La reducción del CO2 fijado: tras una serie de reacciones en las que se gastan 2 ATP y se reducen 2 NADH el ácido-3-fosfoglicérico se reduce y da lugar a gliceraldehído-3-fosfato. El ciclo podría continuar con  el ciclo de las pentosas-fosfato, con la síntesis de glucosa, fructosa, almidón, ácidos grasos o aminoácidos.

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Por otra parte la quimiosíntesis consiste en la síntesis de ATP a partir de la energía que se desprende en las reacciones de oxidación de determinadas sustancias inorgánicas; y el posterior uso de ese ATP para transformar la materia inorgánica en materia orgánica. Los organismos que realizan estos procesos se denominan quimioautótrofos o quimiolitótrofos (todos ellos son bacterias).

 

En la quimiosíntesis, al igual que en la fotosíntesis, también se pueden distinguir dos fases: una primera fase en la que se obtiene ATP y coenzima reducida, que en las bacterias es NADH en lugar de NADPH; y una segunda fase en la que se emplea el ATP y el NADH para sintetizar compuestos orgánicos a partir de sustancias inorgánicas.

En la primera fase, la oxidación de sustancias inorgánicas constituye la fuente de energía para la formación de ATP por fosforilación oxidativa.

En la segunda fase, las vías metabólicas seguidas coinciden con las de la fase oscura de la fotosíntesis. Así el carbono se incorpora a partir del CO2, mediante el ciclo de Calvin.

Los organismos quimiosintéticos juegan un papel imprescindible al cerrar los ciclos biogeoquímicos.

Según el sustrato utilizado, las bacterias quimiosintéticas se clasifican en los siguientes grupos: bacterias incoloras del azufre, bacterias del nitrógeno, bacterias del hierro y bacterias del hidrógeno.

 

La fotosíntesis y la quimiosíntesis son procesos anabólicos que sólo realizan las células autótrofas y que consisten en transformar sustancias inorgánicas en sustancias orgánicas, utilizando para ello la energía libre que queda transformada en energía química.

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Aquí os dejo un esquema que os ayudará a entender mejor los contenidos explicados: 

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Finalmente, adjunto las actividades propuestas con las que hemos repasado y ampliado conocimientos. 

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