METABOLISMO CELULAR

• Metabolismo:o Concepto. Tipos de reacciones metabólicas: catabólicas y

anabólicas, interdependencia entre ellas.o Clasificación de los organismos en relación con los tipos de

metabolismo: Autótrofos (fotosintéticos o fotoautótrofos y quimiosintéticos o quimioautótrofos) y heterótrofos (quimioheterótrofos).

o Reacciones de óxido-reducción en el metabolismo celular: Reconocimiento de este tipo de reacciones en el metabolismo. Relación entre el grado de oxidación o reducción de los compuestos orgánicos y su contenido energético.

o Función de los coenzimas NAD+, NADP+, FMN y FAD en el metabolismo. Ejemplos de rutas metabólicas donde se obtienen estos coenzimas reducidos y oxidados.

o Función del ATP en el metabolismo celular: Sistema ATP-ADP como sistema de transferencia de energía en los seres vivos. Representación esquemática de la molécula de ATP. Distintos mecanismos de obtención de ATP: fosforilación a nivel del sustrato (ej. glucólisis, ciclo de Krebs), fosforilación mediante enzimas ATP-sintetasas (respiración aerobia y fotosíntesis).

1.CONCEPTO DE METABOLISMO: CATABOLISMO Y ANABOLISMO

Concepto de metabolismo

El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que se producen en el interior de las células y que conducen a la transformación de unas biomoléculas en otras.

Las distintas reacciones químicas del metabolismo se denominan vías metabólicas y las moléculas que intervienen se llaman metabolitos.

Todas las reacciones del metabolismo están reguladas por enzimas, que son específicas para cada metabolito inicial o sustrato y para cada tipo de transformación.

Las sustancias finales de una vía metabólica se denominan productos.

Las conexiones existentes entre diferentes vías metabólicas reciben el nombre de metabolismo intermediario.

Se pueden considerar tres fasesen el metabolismo:

Catabolismo: Transformación demoléculas orgánicas complejas enotras más sencillas, con liberaciónde energía que se almacena enATP.

Anabolismo: Síntesis de moléculasorgánicas complejas a partir deotras más sencillas. Se necesitasuministrar energía, en forma deATP

Anfibolismo: (una faseintermedia). Procesos en los quese almacena gran cantidad deenergía (para los posterioresprocesos anabólicos)

Moléculas que intervienen en el metabolismo

Metabolitos

Glucosa, ácidos

grasos…

Nucleótidos

NAD, FAD, NADP…

Moléculas con enlaces ricos

en energía

ATP, coA

Moléculas ambientales

O2, H2O, CO2

TIPO DE

ORGANISMO

FUENTE

DE

ENERGÍA

FUENTE

DE CORGANISMOS

Fotolitótrofo Luz solar CO2

Vegetales. Bact.

fotosintéticas

Fotoorganótrofo Luz solarComp.

orgánicosBacterias purpúreas

QuimiolitótrofoReacciones

redoxCO2 Bacterias desnitrificantes

QuimioorganótrofoReacciones

redox

Comp.

orgánicosAnimales y Hongos

2. CLASIFICACIÓN DE ORGANISMOS SEGÚN TIPOS DE METABOLISMO

• Muchas de las reacciones del catabolismo suponen la oxidación deun sustrato, lo cual libera electrones.

• Por el contrario, el anabolismo frecuentemente consiste enreacciones de reducción que requieren electrones.

• Los electrones son transportados desde las reaccionescatabólicas de oxidación hasta las reacciones anabólicas dereducción.

• Intervienen coenzimas transportadores de electrones, como elNAD o el FAD, que llevan electrones de un punto a otro de lacélula de un modo similar a como el ATP transporta la energía.

• Cuando uno de estos coenzimas se encuentra cargado deelectrones, se dice que tiene poder reductor, puesto que alliberarse de los electrones podrá reducir a otro compuesto.

3. REACCIONES DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN EN EL METABOLISMO

FUNCIÓN DE LOS COENZIMAS NADH, FADH2,NADPH.

Reacciones catabólicas

(oxidación de moléculas)

Reacciones anabólicas

(reducción)

NAD

FAD

NADH

FADH2

Liberación de e-que van a los

coenzimas

Liberación de e-desde los coenzimas

que van a reducir otras moléculas

En la materia orgánica, para que una molécula puedadeshidrogenarse, ha de haber otra que acepte esoshidrógenos (molécula aceptora de hidrógeno).

Los átomos de hidrógeno desprendidos en las reaccionesde oxidación son captados los transportadores dehidrógeno, (NAD+, NADP+ y FAD), hasta que finalmenteson traspasados a la molécula aceptora final de hidrógeno,que se reduce.

AH2 + FAD A + FADH2

B + FADH2 BH2 + FAD

Puede actuar como molécula energética, al ser capaz de almacenar o ceder energía gracias a sus dos enlaces éster-fosfóricos que son capaces de almacenar cada uno de ellos,7,3 kcal/mol.

ATP + H2O ADP + Pi + energía (7,3 kcal/mol)

ADP + H2O AMP + Pi + energía (7,3 kcal/mol)

También se pueden dar las reacciones inversas (almacén de energía)Se dice que el ATP es la moneda energética de la célula,pues representa la manera de tener almacenado un tipo deenergía de pronto uso.

En ocasiones son utilizados para el mismo fin otrosnucleótidos como el GTP el UTP o el CTP.

5. FUNCIÓN DEL ATP EN EL METABOLISMO CELULAR

La síntesis de ATP puede realizarse por dos vías:

Fosforilación a nivel de sustrato. Síntesis de ATP gracias a laenergía que se libera de una biomolécula al romperse uno de susenlaces ricos en energía, (ocurre en algunas reacciones de laglucólisis y del ciclo de Krebs). Las enzimas que regulan estosprocesos se denominan quinasas.

Fosforilación en el transporte de electrones.

Mediante enzimas del grupo de las ATP-sintetasas existentes enlas crestas de las mitocondrias (fosforilación oxidativa) o en lostilacoides de los cloroplastos (fotofosforilación), cuando dichasenzimas son atravesadas por un flujo de protones (H+ ).