2) Transformación de las moléculas nutritivas exógenas en biomoléculas empleadas en la

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1 METABOLISMO I 1. METABOLISMO. El metabolismo puede definirse como el conjunto de todas las reacciones enzimáticas que tienen lugar en la célula. Se trata de una actividad muy coordinada en la que participan sistem as enzimaticos mutuamente relacionados, intercambiando materia y energia entre la celula y el entorno. El metabolismo esta constituido por rutas metabólicas, que consisten en la sucesión de reacciones enzimaticamente catalizadas, en ocasiones por complejos multienzimaticos, que transforman un sustrato S en un producto final P a trvés de una serie de metabolitos intermediarios (a, b, c, d, etc.). S -- a -- b -- c -- d -- P Las funciones específicas del metabolismo son: 1) Obtención de energía química que se almacena en forma de ATP. 2) Transformación de las moléculas nutritivas exógenas en biomoléculas empleadas en la 1 / 9

2 construcción de componentes macromoleculares de la célula. 3) Ensamblaje de estas biomoléculas para formar proteínas, lípidos, ac. nucleicos y otros componentes celulares. 4) Formación y degradación de las biomoléculas necesarias para las funciones especializadas de la célula. El metabolismo se divide en dos fases: El catabolismo es la fase degradativa del metabolismo en la cual las moleculas nutritivas complejas y grandes (polisacáridos, lípido y proteínas) se degradan para producir moléculas sencillas (ac. láctico, CO 2, urea, amoniaco) transformando la energía liberada en el proceso degradativo en energía química que se almacena en forma de ATP. El anabolismo es la fase biosintetizadora del metabolismo, en la cula tiene lugar la biosíntesis de componentes moleculares de las celulas tales como propeinas, ac. nucleicos, polisacaridos y lípidos a partir de precursores sencillos. Estos procesos precisan de la energía química aportada por el ATP. Catabolismo y anabolismo se desarrollan simultaneamente y de modo concurrente en las celulas, pero son regulados de forma independiente. 2. TIPOS DE ORGANISMOS SEGÚN SU METABOLISMO Se pueden distinguir diferentes tipos de metabolismos atendiendos a diferentes características: 2 / 9

3 Según la fuente de carbono que los organismos necesitan tomar del exterior para construir los esqueletos carbonados de todas las biomoléculas, las células pueden ser: Autótrofas: Utilizan el CO 2 como única fuente. Heterótrofas: Utilizan moléculas orgánicas tales como la glucosa. Según la fuente de energía externa que transforman en energía quimica, pueden ser: Fotótrofas: Emplean la energía lumínica mediante la fotosintesis. Quimiótrofos: Emplean la energía desprendida en las reacciones de oxidación-reducción de moléculas organicas ( catabolismo) o inorgánicas (quimiosíntsis). REACCIONES DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN Son reacciones de transferencia de electrones desde un dador de electrones (agente reductor) a un aceptor (agente oxidante). El dador queda oxidado y el aceptor reducido. Los agentes oxidantes y reductores actúan como pares redox conjugados constituidos por un dador y un aceptor de electrones (NAD + /N ADH+H + ). 3 / 9

4 La tendencia de un agente reductor a perder electrones viene dada por su potencial de oxidoreducción standar (E 0 ') que se define como la fuerza electromotriz, expresada en voltios, de un semi-elemento en el que el reductor y el oxidante se hallan presentes en concentración 1 N, a 25 C y ph 7,0, en equilibrio con un electrodo de hidrógeno que puede aceptar reversiblemente, electrodos de las especies reductora (La energía eléctrica de las pilas se generan gracia a este potencial redox). Este potencial redox nos permite saber la dirección del flujo de electrones entre dos pares redox en los sistemas biológicos, de manera que los electrones fluyen desde el par más negativo al menos negativo (o más positivo). Las variaciones de energía libre estándar que se produce al reaccionar entre sí dos pares redox de potenciales conocidos: /G ' = - n F /E 0 ' n = número de electrones transferidos F = faraday (23,062 kcal) 4 / 9

5 /E 0 ' = E 0 '(aceptor) - E 0 '(dador) En la fosforilación se transfieren 2 electrones desde el par NAD + /NADH+H + (E 0 '= - 0,32 V) al par ½ O 2/H 2 O (E 0 '= + 0,816 V). Por tanto /E 0 '= 0,816 - (-0,32)= + 1,136 V. /G '= ,062 1,136 = - 52, 39 kcal/mol Por tanto la reacción global sería: NADH + H + + ½ O NAD + + H 2 O /G '= - 52, 39 kcal/mol 5 / 9

6 Por otro lado la reacción de síntesis de 3 ATPs sería: 3 ADP + 3 Pi ATP + 3 H 2 O /G '= 3 x 7,3 = + 21,9 kcal/mol Por tanto el transporte de dos electrones por la cadena de transporte electrónico genera suficiente energía para generar 3 moléculas de ATP, es más solo se aprovecha un 42% de la energía liberada. PREGUNTAS DE SELECTIVIDAD SOBRE METABOLISMO 1. Razonar el balance energético de la oxidación de una molécula de acetil-coa en el ciclo de Krebs. (J91) 2. Enumera y describe las etapas de la fase lumínica de la fotosíntesis. (J91) 6 / 9

7 3. Explica la localización celular y el mecanismo de la fosforilación oxidativa y la fotofosforilación. (J91) 4. Glucolisis: importancia biológica y balance energético. (S91) 5. Definir anabolismo y catabolismo. Señala las relaciones. (J92) 6. Razona el mayor rendimiento energético del catabolismo aerobio de la glucosa frente a su degradación anaerobia. 7. Enumerar y describir las etapas que pueden distinguirse en el ciclo de Calvin. (S92) 8. Localización celular de los procesos: a) Glucolisis, b) Fosforilación oxidativa, c) Ciclo de Calvin y d) Síntesis de proteínas. (S92). 9. Mitocondrias: Señala en un esquema los procesos bioquímicos que tienen lugar. (J93) 10. Razonar el papel central del ciclo de Krebs en el metabolismo aerobio. 11. Enumera y describe los procesos metabólicos que tienen lugar en el hialoplasma. (S93) 12. Fotosíntesis: (J94) a) Cómo, dónde y cuándo se produce la fotolisis del agua? 7 / 9

8 b) Qué consecuencias tiene la fotolisis del agua? 13. Fermentaciones: (S94) a) Concepto b) En qué condiciones ocurren? c) Cuál es el papel del ácido pirúvico? 14. Contestar brevemente a las siguientes cuestiones relacionadas con la fotosíntesis: (S95) a) Cuál es la fuente de electrones? b) De dónde procede el oxígeno desprendido? c) De dónde procede el ATP sintetizado durante el proceso? d) Qué papel juegan ATP y NADPH durante la fase oscura? e) Qué diferencias existen con el proceso de la quimiosíntesis? 8 / 9

9 15. Fosforilación oxidativa y fotofosforilación: (S96) a) Concepto b) Localización celular c) Analogías y diferencias 9 / 9

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