TEMA 5:1. Concepto de nutrición. Nutrición autótrofa y heterótrofa.2. Concepto de metabolismo, catabolismo y anabolismo.3. Respiración y fermentación.

3.1. Catabolismo de la glucosa: ruta aerobia y anaerobia.

4. Fotosíntesis.4.1. Concepto e importancia

4.2. Etapas

NUTRICIÓN

• CONCEPTO: Puede definirse la nutrición como el conjunto de reacciones químicas que permiten a los seres vivos intercambiar materia y energía con el entorno.

• Los seres vivos son sistemas abiertos: Intercambian materia y energía con el entorno.

NUTRICIÓN. TIPOS.

• Todas las células obtienen los nutrientes necesarios a partir del ambiente en el que viven. Considerando la fuente de materia utilizada, los organismos pueden ser:

AUTÓTROFOS: son los que pueden utilizar moléculas inorgánicas procedentes del exterior (ej. dióxido de carbono), para construir sus propias biomoléculasorgánicas

HETERÓTROFOS: los cuales dependen de moléculas orgánicas externas para obtener energía y fabricar sus moléculas estructurales.

TIPOS de nutrición autótrofa

• Dependiendo de la FUENTE de energía, la nutrición autótrofa puede ser:

FOTOSINTÉTICA: energía luminosa (luz solar).

QUIMIOSINTÉTICA: energía de reacciones químicas.

NUTRICIÓN. TIPOS.

Nutrición fotosintética

- vegetales con clorofila

Nutrición quimiosintética:

- algunas bacterias

Nutrición heterótrofa:– Animales, vegetales sin clorofila y

Mayoría de bacterias

METABOLISMO. Definiciones

Conjunto de reacciones químicas que permiten a los seres vivos intercambiar materia y energía con el entorno.

El metabolismo puede definirse como el conjunto de todas las reacciones enzimáticas que tienen lugar en la célula.

Conjunto de reacciones químicas que se llevan a cabo en el interior de las células.

1. Obtener energía química del entorno para:

-Transporte de sustancias

- Movimientos

- Transformar la materia para adecuarla a su estructura

2. Transformar los componentes nutritivos exógenos en precursores sencillos de los componentes celulares.

3. Sintetizar a partir de dichos precursores las proteínas, ácidos nucleicos, lípidos y otros componentes celulares.

4. Sintetizar y degradar las biomoléculas necesarias para funciones celulares específicas.

METABOLISMO. Funciones

En el metabolismo podemos distinguir dos tipos de procesos:

• CATABOLISMO

• ANABOLISMO

METABOLISMO.

Catabolismo y anabolismo

CATABOLISMO. Incluye los procesos de degradaciónenzimática, en los cuales moléculas nutritivas relativamentegrandes (carbohidratos, lípidos y proteínas), van a sufrir una seriede reacciones de oxidación, hasta su transformación enmoléculas más pequeñas y sencillas (CO2, ácido láctico, ácidoacético, amoniaco o etanol).El catabolismo va acompañado de la liberación de energía libre,parte de la cual se conserva en forma de energía de enlace (ATP)y transportadores electrónicos reducidos (NADH y NADPH).

ANABOLISMO. También denominado biosíntesis, comprende la síntesis enzimática de moléculas celulares complejas (polisacáridos, ácidos nucleicos, proteínas y lípidos), a partir de moléculas precursoras sencillas.Las reacciones anabólicas requieren aporte de energía,proporcionada por el ATP y el poder reductor de NADH y NADPH.

CATABOLISMO

-Parte destructiva del metabolismo.

- Forma moléculas sencillas a partir de moléculas más complejas.

- Más oxidadas: menos H o más O.

- Pueden producir energía en forma de ATP

ANABOLISMO

-Parte constructiva del metabolismo.

- Se forman moléculas complejas a partir de moléculas más sencillas.

- Requiere aporte de energía en forma de ATP

Metabolismo: catabolismo y anabolismo

METABOLISMO

• El catabolismo y el anabolismo son dos procesos, simultáneos e interdependientes, que ocurren en las células de manera concurrente. En los procesos metabólicos intervienen numerosos intermediarios (metabolitos).

• Muchas rutas metabólicas parten de bases comunes que van bifurcándose.

ATP: es el intermediario químico

que conecta los procesos que liberan energía (catabolismo) con los que requieren un aporte energético(anabolismo).

ALGUNOS CONCEPTOS PREVIOS

El ATP

ATP

OXIDACIÓN-REDUCCIÓN EN EL METABOLISMO

Las transferencias de energía en la célula llevan aparejadas una transferencia o flujo de electrones de una molécula a otra. Las reacciones que implican este flujo se denominan reacciones de oxidación-reducción (redox).

OXIDACIÓN: cuando una molécula pierde electrones. La sustancia queda oxidada; se denomina dador de electrones o agente reductor.

REDUCCIÓN: cuando una molécula gana electrones. Esta se reduce y se denomina aceptor de electrones o agente oxidante.

REACCIONES RE-DOX en células

• OXIDACIÓN en el metabolismo celular transforma grande moléculas orgánicas, como la glucosa, en moléculas más sencillas o en molécula inorgánicas (CO2 y H2O).

Se liberan: -energía (reacciones exergónicas)

- electrones y H+

• REDUCCIÓN son reacciones de síntesis y endergónicas, necesitan electrones y H+

OTRAS MOLÉCULAS DEL METABOLISMO ENERGÉTICO

• Coenzimas transportadoras de electrones:

- Formas oxidadas: NAD+ (nicotinamida-adeníndinucleótido) , NADP+ (nicotinamida-adenín-dinucleótido-3’-fosfato) y FAD+ (flavínadenín dinucleótido)

– Sus formas reducidas son: NADH , NADPH y FADH

• Coenzimas transportadoras de otros grupos:

- AcetilCoA (coenzima A)

TRANSPORTADORES DE ELECTRONES

RESPIRACIÓN Y FERMENTACIÓNCatabolismo de glúcidos

En la célula existen diversas vías catabólicas que conducen a la degradación oxidativa de glúcidos, lípidos y proteínas, utilizándose parte de la energía liberada en formar enlaces fosfato, convirtiendo el ADP en ATP.

Considerando el catabolismo de los glúcidos, la oxidación total de la glucosa en presencia de oxígeno, se produce en dos fases principales:

1ª FASE:Glucólisis, tiene lugar en el citosol, conduciendo a la rotura de la glucosa en dos moléculas de ácido pirúvico.

2ª FASE:

A. Respiración, se desarrolla en el interior de las mitocondrias, distinguiéndose dos etapas: el ciclo de Krebs y el transporte de electrones en la cadena respiratoria, siendo el oxígeno el último aceptor de los mismos.

B. FERMENTACIÓN. En un ambiente anaeróbico, a partir del ácido pirúvico, se siguen las vías fermentativas, de bajo rendimiento energético, aunque fundamentales para la existencia de numerosos microorganismos.

1ª FASE: GLUCÓLISIS

• La glucólisis es el proceso por el que una molécula de glucosa (seis C) se degrada a dos de ácido pirúvico (tres C), liberando en el proceso una pequeña parte de la energía que contiene y que se conserva en dos moléculas de ATP y dos de NADH + H+. La glucólisis es un proceso continuo, que se inicia con la glucosa, desarrollándose en una cadena de reacciones, cada una catalizada por una enzima específica.

• DOS FASES:– Fase de consumo de energía: se consumen 2 ATP y se

forman 2 gliceralhedído-3-fosfato.– Fase de producción de energía: de cada gliceraldehído-3-

fosfato se forman 2 ATP y ácido pirúvico. En total: 4 ATP y 2 de ácido pirúvico.

1ª FASE : GLUCÓLISIS

Glucosa + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi 2 Ácido pirúvico + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2H2O

DESPUES DE LA GLUCÓLISIS

• El ÁCIDO PIRÚVICO seguirá distintos caminos, respiración o fermentaciones, en función del tipo celular y de las circunstancias metabólicas.

Respiración aeróbica

• ÁCIDO PIRÚVICO

Fermentaciones

2ª FASE: A. RESPIRACIÓN AEROBIA

• Consta de dos procesos consecutivos e interrelacionados:

1.- CICLO DE KREBS

2.- TRANSPORTE DE ELECTRONES EN LA CADENA RESPIRATORIA.

CICLO DE KREBS-1

• Tiene lugar en la matriz de las mitocondrias.

• También se denomina ciclo del ácido cítrico o de los ácidos tricarboxílicos.

• CONSISTE EN: El ácido pirúvico se mueve desde el citosolhacia la matriz mitocondrial. En la matriz, el ácido pirúvicosufre una descarboxilación oxidativa, dando lugar a una molécula de CO2y NADH + H+, quedando un grupo acetilo, el cual se une con un coenzima A, formando acetil -CoA.

Ácido pirúvico + NAD++ Coenzima A CO2 + NADH + H+ + Acetil-CoA

El acetil-CoA entra en el ciclo de Krebs transfiriendo su grupo acetilo a un ácido oxalacético, dando ácido cítrico. La coenzima A se libera.

Con el ácido cítrico comienza una serie de reacciones en las que unos ácidos orgánicos van transformándose en otros, hasta volver a regenerarse el ácido oxalacético.

En cada vuelta, a lo largo de estas reacciones parte de la

energía liberada en la oxidación de los átomos de carbono se

utiliza para producir poder reductor (tres moléculas de NADH y una de FADH2), y otra parte se usa para fosforilar una molécula de GDP en GTP, que posteriormente convertirá el ADP en ATP.

Aparentemente, el ciclo de Krebs produce poca energía (solo genera 1 ATP), sin embargo, el resto se invierte en producir esas 3moléculas de NADH Y 1 de FADH2 , que en la cadena respiratoria liberarán mucha energía (ATP)

CICLO DE KREBS-2

TRANSPORTE ELECTRÓNICO EN LA CADENA RESPIRATORIA

→Los electrones procedentes de la glucólisis, de la oxidación del ácido pirúvico y del ciclo de Krebs, que se encuentran en un alto nivel energético (NADH y FADH2), son conducidos por sucesivas moléculas hasta alcanzar el nivel energético inferior del oxígeno.

→ Este movimiento se realiza a través de la cadena transportadora de electrones o cadena respiratoria, localizada en la membrana interna de la mitocondria.

La cadena transportadora está integrada por una secuencia de aceptores electrónicos (principalmente citocromos), cada uno de los cuales acepta electrones a un nivel electrónico ligeramente inferior al precedente.

Al moverse los electrones por la cadena, se libera energía, parte de la cual es recuperada para regenera ATP por fosforilación del ADP, en el proceso conocido como fosforilación oxidativa.

TRANSPORTE ELECTRÓNICO EN LA CADENA RESPIRATORIA

TRANSPORTE ELECTRÓNICO .

TRANSPORTE ELECTRÓNICO . Balance energético

TRANSPORTE ELECTRÓNICO . Balance energético

2ª FASE. B. FERMENTACIÓN

• Proceso catabólico en el que no interviene la cadena respiratoria.

• Consiste en la descomposición de la materia orgánica provocada por organismo saprógenos, principalmente anaerobios.

• Es consecuencia de la respiración anaerobia de los microorganismos que la producen.

• Proceso anaeróbico: no usa el oxígeno como aceptor de electrones.

• El aceptor final es un compuesto orgánico.• Baja producción energética (en vez de 38 ATP por glucosa

degradada, produce solo 2 ATP).• Ocurre en microorganismos (levaduras, ciertas bacterias),

pero puede realizarse en tejido muscular de animales si no llega suficiente oxígeno a sus células.

• Según sea la naturaleza del producto final, se distinguen: – Fermentación alcohólica.– Fermentación láctica.– Etc.

FERMENTACIÓN- Características

FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA

FERMENTACIÓN LÁCTICA