domingo, 15 de abril de 2012

ANABOLISMO

ANABOLISMO

  • Es la síntesis de moléculas orgánicas complejas, a partir de otras más sencillas utilizando para ello ATP o luz.
  • Suelen ser rutas divergentes ya que a partir de  un sustrato obtenemos diferentes productos. 
Para que ocurra el anabolismo sobre todo en organismos heterótrofos, debe de llevarse a cabo un proceso de alimentación, es decir, la ingesta de alimentos ricos en biomoléculas o nutrientes que se emplearan para fabricar los suyos propios. Podemos distinguir varios tipos de nutrición dependiendo de el tipo de nutrientes y la fuente de energía que utilice cada tipo de organismo:

a) Según la fuente de carbono y nitrógeno, podemos distinguir:

- Nutrición autótrofa: Se usa CO2 como fuente de carbono y nitrato y sulfato como fuente de nitrógeno.
- Nutrición heterótrofa: Se emplea como fuente de materia, el carbono orgánico como la glucosa o el almidón, y el nitrógeno de los aminoácidos.

b)Según la fuente de energía, podemos distiguir:

-Organismos fotótrofos: Usan la energía de la luz para fabricar ATP.
-Organismos quimiotótrofos: Utilizan la energía contenida en los enlaces de ciertas moléculas que oxidan.

LA COMBINACIÓN DE ESTAS CUATRO CARACTERÍSTICAS DA LUGAR A 4 TIPOS DE ORGANISMOS:

-Organismos fotoatótrofos: Utilizan CO2 y energía de la luz para fabricar moléculas orgánicas y obtener energia. Ej: plantas, bacterias...
-Organismos quimioautrotofos: Utilizan CO2 y la energía liberada de ciertas reacciones de compuestos inorgánicos para fabricar moléculas orgánicas y obtener energía. Ej: bacterias quimioautótrofas.
-Organismos fotoheterótrofos: Cogen carbono orgánico y luz solar para fabricar materia orgánica y obtener energía.Ej: bacterias
-Organismos quimioheterótrofos: Se emplea carbono orgánico y la oxidación de moléculas orgánicas como fuente de energía, para obtener moléculas orgánicas y disponer de energía. Ej: hongos, protozoos... 

ANABOLISMO HETERÓTROFO

  • Biosíntesis de la glucosa o gluconeogénesis: Los animales usamos la glucosa de los alimentos y el glucógeno almacenado en el hígado y los músculos para la obtención de energía. Cuando hacemos algún ejercicio intenso o ayuno prolongado podemos fabricar glucosa en el hígado y en el riñón a partir de el lactato, el piruvato, aminoácidos... mediante una ruta parecida a la inversa de la glucolisis. Aunque en este proceso se consume ATP, también se puede obtener a partir de glucosa fabricada en tejidos como el nervioso. En las semillas germinadas, la reserva de ácidos grasos de degradan a acetil-CoA que pasan al ciclo de Krebs pero que pueden salir de él para fabricar azúcares como la sacarosa mediante el llamado ciclo del glioxilato. (los animales no disponen de este ciclo)
  • Biosíntesis de glucógeno: En los animales, cuando hay exceso de glucosa en la dieta esta se puede guardar en el hígado y músculos en forma de glucógeno. Para ello las moléculas de glucosa se unen mediante el enlace O-glucosídico. Las plantas, a partir de la glucosa, también por polimerización, fabrican almidón o celulosa.
  • Biosíntesis de lípidos: Los lípidos son moléculas altamente energéticas y esenciales para todo ser vivo. Los animales pueden tomar el Acetil-CoA formado en la mitocondria a partir de la glucosa, llevarlo al citoplasma y fabricar ácidos grasos. En vegetales, los ácidos grasos se fabrican en el estroma del cloroplasto a partir de Acetil-CoA. La ruta de Biosíntesis de ácidos se van a unir a la glicerian que, por estearificación, da lugar a triglicéridos.Esto ocurre tanto en el citoplasma de los adipocitos para acumular grasas como en las células del corazón. Para obtener una reserva de grasa y poder producir ATP por B-Oxidación.
ANABOLISMO AUTÓTROFO

Es un proceso anabólico por el cual las plantas, algas y muchas bacterias pueden convertir la energía luminosa de la energía química en ATP para emplearla después en diversos procesos. La vida en el planeta depende de los organismos fotosintéticos o productos de los ecosistemas. Podemos distinguir dos tipos de fotosíntesis:
  1. Fotosíntesis oxigénica: la hacen plantas, algas... que liberan O2 resultante de la fotólisis del agua, que actúa como dador de electrones.
  2. Fotosíntesis anoxigénica: la hacen bacterias fotosintéticas. Ni desprenden O2 ni emplean agua como dador de electrones. La fotosíntesis ocurre en el estroma y los tilacoides de los cloroplastos. En la fotosíntesis anoxigénica podemos distinguir:
  •           Fase lumínica: Ocurre en tilacoides, requiere luz y produce ATP Y NADH
  •           Fase oscura: Ocurre en el estroma y no requiere luz. Se produce en moléculas orgánicas usando CO2.
FOTOSÍNTESIS ACÍCLICA
 (FASE LUMINOSA EN 3 ETAPAS)

  1. Captación de la energía luminosa: la luz procedente del sol llega a los tilacoides de los cloropastos donde se localizan los fotosistemas PSI Y PSII formados por moléculas de pigmentos (clorofila y carotenos) en los que podemos distinguir un complejo antena formado también por dichos pigmentos, que canalizan los fotones de la luz hasta el centro de reacción  que contiene una molécula de clorofila especial cuyos electrones son excitados por el fotón, alcanzando un mayor nivel energético, con lo que tiende a escapar. El electrón excitado de PSI pasa a la ferredoxina que lo cede al complejo enzimático NADP a NADPH. El poder reductor será empleado en la fase oscura para fabricar moléculas orgánicas.
  2. Trasporte electrónico dependiente de la luz: El PSI queda cargado + y tiende a recuperar los electrones para seguir produciendo NADPH. El PSII le cede sus electrones a través de la cadena transportadora que está en los tilacoides: plastoquinona A, plastoquinona B, complejo citocromo b, plastocinina y feufitina. El PSI recupera sus electrones mediante la fotolisis del agua, es decir, se los quita al agua cuando la molécula se rompe por la acción de la luz, liberandose O2. La energía liberada por los electrones al pasar por la cadena de transporte de electrones sirve para enviar protones desde el estroma al interior del tilacoide en contra de gradiente.
  3. Síntesis de ATP o Fotofosforilación: el retorno de protones a favor de gradiente desde el interior del tilacoide al estroma se hace a través de un ATPasa a favor de gradiente con la correspondiente fosforilación de ADP (ADP + P -->ATP). Como esta energía procede de los fotones de la luz, se habla de fotofosforilación. El flujo de electrones se llama esquema en Z por la variación de estadios energéticos que en él se produce.


Factores que afectan/favorecen a la fotosíntesis:
  • A mayor intensidad de luz, mayor actividad fotosintética.
  • A mayor concentración de CO2 mayor actividad fotosintética hasta que la RuBisCO se satura y no puede trabajar a más velocidad.
  • Al aumentar la temperatura, también aumenta la actividad fotosintética hata llegar a ciertos límites en lo que las enzimas se desnaturalizan.
  • A mayor humedad, mayor actividad fotosintética, ya que facilita la apertura de los estromas para la captura de CO2. Los ambientes secos hacen que los estromas se cierre para evitar la perdida de agua y no se puede capturar CO2.
  • La concentración elevada de O2 disminuye la actividad fotosintética porque la RuBisCO se une al oxígeno y no al CO2.
  • El color de la luz, ya que ciertos tipos de luces no son capaces de activar los fotosistemas.
  • El fotoperiodo también es un factor muy importante, ya que mientras más horas de luz haya mayor sera la fotosíntesis.
A nivel evolutivo la fotosíntesis a supuesto la utilización de una molécula muy abundante como es el H2O para producir energía, a la vez que se libera oxígeno a la atmósfera que aunque en principio era tóxico para los seres vivos, estos con el tiempo fueron capaces de emplearlo en la respiración aerobia fabricando grandes cantidades de ATP, lo que permitió a la célula procariota hacerse cada vez más compleja (célula eucariota). Los vegetales son los productores primarios que utilizan la materia mineral para fabricar moléculas orgánicas para ellos. Como autótrofos que son y para cualquier heterótrofo que dependa de ellos.






LA QUIMIOSÍNTESIS

Es un tipo de metabolismo que hacen algunas bacterias autótrofas, es decir, que utilizan CO2 para fabricar moléculas orgánicas pero que obtienen el ATP y el NADH de la oxidación de moléculas inorgánicas reducidas. A este tipo de bacterias se les denomina quimiolitotrofas, ya que no cogen la energía del sol por no tener clorofila.

                                                                      Quimiolitotrofas
Bacterias Sulfooxidantes  y Nitrificantes:

H2S-->S--> -2e-

NH3 -->NO2- > N3-

FLUJO DE ELECTRONES ACÍCLICOS:

Como la célula requiere más ATP que NADPH, para producir ese ATP, llevan a cabo la llamada fotosíntesis acíclica, en la que PSI, excitado por la luz, libera un electrón. Este recorre la cadena transportadora, a la vez que introduce protones desde el estroma al interior del tilacoide, retornando de nuevo al PSII. Tales protones se emplean para fabricar ATP por fotofosforilación, pero no fabrica NADPH, por que los electrones no van a la NADP reductora. Tampoco se produce   O2 ya que no hay protones de agua, por lo tanto es una fotosíntesis oxigénica. 


Las bacterias hacen la fotosíntesis, no en los cloroplactos porque no tienen, sino en la matriz celular. Como la mayoría de las procariotas,  tiene un fotosistema, obtienen ATP mediante fotofosforilación cíclica. No pueden obtener NADPH por fotosíntesis, al no liberar O2 es una fotosíntesis oxigénica.


 FASE OSCURA EN EL CICLO DE CALVIN

Tiene lugar en el estroma con o sin luz. El CO2 de la atmósfera es captado e incorporado al llamado ciclo de Calvin, para fabricar moléculas orgánicas  usando ATP u NADPH de la fase lumínica.
El ciclo de Calvin se divide en tres fases:

  1. Fase de fijación: la enzima RuBisCO incorpora el CO2 a la ribulosa-1-5-bibosfato de 5 carbonos, dando dos moléculas de 3 fosfoglicerato de 3 carbonos cada uno. 
  2. Reducción de átomos de Carbono: El NADH dona los electrones y protones para reducir el carbono del CO2 captado para que se pueda emplear en la fabricación de moléculas orgánicas útiles para el crecimiento del vegetal o bien para obtener energía en la mitocondria por respiración celular.
  3. Regeneración de la ribulosa-1-5-bifosfato para que el ciclo de Calvin siga funcionando fijando el CO2 que se reduce y se emplea para fabricar moléculas orgánicas.
Para obtener una molécula de hexosa a partir de 6 CO2, hacen falta 12 NADH Y 18 ATP. El ciclo de Calvin da seis vueltas y por cada vuelta consume 2 NADH y 3 ATP.


RuBisCO

Es una enzima a la que no le afectan los cambios de pH ni temperatura, por lo que siguen funcionando aunque la planta muera. Además de añidir CO2 a la ribulosa-1-5-bisfosfato, también puede llevar a cabo su oxigenación, dando una molécula de 3fosfoglicerato (3Carbonos) que sigue el ciclo de Calvin y otra de fosfoglicerato de 2C que, o se excretar (perdiendo 2 carbonos) o se utilizan consumiendo ATP (lo que no le interesa a la planta, ya que pierde energía).

Las plantas facovorecen la fijación de CO2 en lugar de O2 de varias maneras:

  • Las plantas C3 como el trigo son las que hacen el ciclo de Calvin, captando más CO2 cuanto mas hay en la atmósfera y menos si abunda O2.
  • Las plantas C4 como la caña de azucar y el maíz tienen la RuBisCO concentrada en el centro de la hoja junto al xilema y el floema de tal modo que puede coger el CO2 directamente. El CO2 se pasa a otra enzima que se encuentra en la superficie de la hoja, que solo capta CO2. La enzima que pasa el CO2 a la RuBisCO se llama fosfanil piruvato carboxilasa. Se llaman plantas C4 porque el CO2 capatado se una al fosfanol piruvato de 3 carbonos dando una molécula de 4 carbonos.
  • Las plantas CAM, viven en ambientes muy secos y, por tanto, tienen los estromas cerrados durante el día para evitar las perdidas de agua, así que cogen el CO2 por la noche. Cuando refresca pueden abrir los estromas y guardan el CO2 en forma de malato para usarlo durante el día cuando tienen los estromas cerrados para evitar la perdida de agua.
  • Bombas de CO2 como las algas o las cianobacterias que bombean Carbono al interior de la célula desde el agua. Esto provoca un gasto de ATP, pero es rentable por que en el agua la concentración de carbono es menor que en el aire.
Destino de los carbonos reducidos:
Se pueden empelar para fabricar reserva de almidón o la celulosa de la pared celular. También en la fabrica de moléculas energéticas más pequeñas, como la sacarosa o enviarlas al ciclo de Krebs para obtener energía o fabricar aminoácidos, trigliceridos... 
Para fabricar moléculas compuestas la planta ha tenido que coger por las raíces S,P,N...


1 comentario:

  1. el tema de anabolismo y catabolismo me ha venido genial para el examen. Me estudie los dos resumenes que habéis puesto y saque un 9,25 gracias por la información me ha resultado muy util. =)

    ResponderEliminar