UNIVERSIDAD AMAZONICA DE PANDO Área de Ciencias Biológicas y Naturales Carrera Ingeniería Ambiental TEMA Nº 04  BIOLOGIA APLICADA  PROCESO FISICO –

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2 UNIVERSIDAD AMAZONICA DE PANDO Área de Ciencias Biológicas y Naturales Carrera Ingeniería Ambiental TEMA Nº 04  BIOLOGIA APLICADA  PROCESO FISICO – QUIMICO DE LOS SERES VIVOS  LA RESPIRACION:  Por respiración generalmente se entiende al proceso fisiológico indispensable para la vida de organismos aeróbicos.fisiológicoorganismosaeróbicos  Según los distintos hábitats, los distintos seres vivos aeróbicos han desarrollado diferentes sistemas de intercambio de gases: cutáneo, traqueal, branquial, pulmonar. Consiste en un intercambio gaseoso osmótico (o por difusión) con su medio ambiente en el que se capta oxígeno, necesario para la respiración celular, y se desecha dióxido de carbono, como subproducto del metabolismo energético.hábitatsintercambio de gasescutáneo traquealbranquialpulmonar osmóticodifusiónmedio ambiente oxígenorespiración celulardióxido de carbonometabolismo

3 UNIVERSIDAD AMAZONICA DE PANDO Área de Ciencias Biológicas y Naturales Carrera Ingeniería Ambiental PlantasPlantas y animales, lo mismo que otros organismos de metabolismo equivalente, se relacionan a nivel macroecológico por la dinámica que existe entre respiración y fotosíntesis. En la respiración se emplean el oxígeno del aire, que a su vez es un producto de la fotosíntesis oxigénica, y se desecha dióxido de carbono; en la fotosíntesis se utiliza el dióxido de carbono y se produce el oxígeno, necesario luego para la respiración aeróbica.animales macroecológicofotosíntesis fotosíntesis oxigénica  La reacción química global de la respiración es la siguiente:reacción química  C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O + energía (ATP)energíaATP

4 UNIVERSIDAD AMAZONICA DE PANDO Área de Ciencias Biológicas y Naturales Carrera Ingeniería Ambiental  Respiración celular:  La respiración celular es el conjunto de reacciones bioquímicas que ocurre en la mayoría de las células, en las que el ácido pirúvico producido por la glucólisis se desdobla a dióxido de carbono (CO 2 ) y agua (H 2 O) y se producen 38 moléculas de ATP.célulasácido pirúvicoglucólisisdióxido de carbonoaguaATP  Su fórmula general es:  C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 ----> 6 CO 2 + 6H 2 O y se liberan 38 moléculas de ATP  En las células eucariotas la respiración se realiza en las mitocondrias y ocurre en tres etapas que son estos:eucariotas mitocondrias

5 UNIVERSIDAD AMAZONICA DE PANDO Área de Ciencias Biológicas y Naturales Carrera Ingeniería Ambiental Oxidación del ácido pirúvico.Oxidación del ácido pirúvico Ciclo de los ácidos tricarboxílicos (ciclo de Krebs)Ciclo de los ácidos tricarboxílicos Cadena respiratoria y fosforilación oxidativa del ADP a ATP.Cadena respiratoriafosforilación oxidativa La respiración celular es una parte del metabolismo, concretamente del catabolismo, en la cual la energía contenida en distintas biomoléculas, como los glúcidos, es liberada de manera controlada. Durante la respiración una parte de la energía libre desprendida en estas reacciones exotérmicas, es incorporada a la molécula de ATP, que puede ser a continuación utilizado en los procesos endotérmicos, como son los de mantenimiento y desarrollo del organismo (anabolismo).metabolismocatabolismobiomoléculasglúcidosreacciones exotérmicas endotérmicosanabolismo

6  La respiración celular podría dividirse en dos tipos, según el papel atribuido al oxígeno:oxígeno  Respiración aeróbica: Hace uso del O 2 como aceptor último de los electrones desprendidos de las sustancias orgánicas. Es la forma más extendida, propia de una parte de las bacterias y de los organismos eucariontes, cuyas mitocondrias derivan de aquéllas. Se llama aerobios a los organismos que, por este motivo, requieren O 2. Respiración aeróbicaelectronesbacteriaseucariontesaerobios UNIVERSIDAD AMAZONICA DE PANDO Área de Ciencias Biológicas y Naturales Carrera Ingeniería Ambiental

7  Respiración anaeróbica: No interviene el oxígeno, sino que se emplean otros aceptores finales de electrones, muy variados, generalmente minerales y, a menudo, subproductos del metabolismo de otros organismos. Un ejemplo de aceptor es el SO 4 2- (anión sulfato), que en el proceso queda reducido a H 2 S: Respiración anaeróbicaaniónsulfatoreducido UNIVERSIDAD AMAZONICA DE PANDO Área de Ciencias Biológicas y Naturales Carrera Ingeniería Ambiental

8  La respiración anaeróbica es propia de procariotas diversos, habitantes sobre todo de suelos y sedimentos, y algunos de estos procesos son importantes en los ciclos biogeoquímicos de los elementos. No debe confundirse la respiración anaerobia con la fermentación, que es una oxidación-reducción interna a la molécula procesada, en la que no se requiere ni O 2 ni ningún otro aceptor de electrones. procariotas suelossedimentosciclos biogeoquímicoselementos fermentaciónoxidación-reducción UNIVERSIDAD AMAZONICA DE PANDO Área de Ciencias Biológicas y Naturales Carrera Ingeniería Ambiental

9 RESPIRACION AEROBICA:  La respiración aeróbica es un tipo de metabolismo energético en el que los seres vivos extraen energía de moléculas orgánicas, como la glucosa, por un proceso complejo en el que el carbono es oxidado y en el que el oxígeno procedente del aire es el oxidante empleado. En otras variantes de la respiración, muy raras, el oxidante es distinto del oxígeno (respiración anaeróbica). La respiración aeróbica es el proceso responsable de que la mayoría de los seres vivos, los llamados por ello aerobios, requieran oxígeno. La respiración aeróbica es propia de los organismos eucariontes en general y de algunos tipos de bacterias.metabolismoseres vivosenergía moléculas orgánicasglucosacarbonooxidado oxígenoaireoxidanterespiración anaeróbicaeucariontes bacterias UNIVERSIDAD AMAZONICA DE PANDO Área de Ciencias Biológicas y Naturales Carrera Ingeniería Ambiental

10  El oxígeno que, como cualquier gas, atraviesa sin obstáculos las membranas biológicas, atraviesa primero la membrana plasmática y luego las membranas mitocondriales, siendo en la matriz de la mitocondria donde se une a electrones y protones (que sumados constituyen átomos de hidrógeno) formando agua. En esa oxidación final, que es compleja, y en procesos anteriores se obtiene la energía necesaria para la fosforilación del ATP.membranas biológicasmembrana plasmáticamitocondrialeselectrones protones hidrógenoaguafosforilaciónATP UNIVERSIDAD AMAZONICA DE PANDO Área de Ciencias Biológicas y Naturales Carrera Ingeniería Ambiental

11  En presencia de oxígeno, el ácido pirúvico, obtenido durante la fase primera anaerobia o glucólisis, es oxidado para proporcionar energía, dióxido de carbono y agua. A esta serie de reacciones se le conoce con el nombre de respiración aeróbica.ácido pirúvicoanaerobiaglucólisisdióxido de carbono  La reacción química global de la respiración es la siguiente:reacción química  C 6 H 12 O 6 + 6O 2 ---> 6CO 2 + 6H 2 O + energía (ATP)energíaATP  Etapas de la respiración aeróbica:  De modo tradicional, la respiración aerobia se ha subdividido en las siguientes etapas: UNIVERSIDAD AMAZONICA DE PANDO Área de Ciencias Biológicas y Naturales Carrera Ingeniería Ambiental

12  Glucolisis: UNIVERSIDAD AMAZONICA DE PANDO Área de Ciencias Biológicas y Naturales Carrera Ingeniería Ambiental Esquema de la respiraci ó n celular

13  Durante la glucólisis, una molécula de glucosa es oxidada y escindida en dos moléculas de ácido pirúvico (piruvato). En esta ruta metabólica se obtiene dos moléculas netas de ATP y se reducen dos moléculas de NAD + ; el número de carbonos se mantiene constante (6 en la molécula inicial de glucosa, 3 en cada una de las moléculas de ácido pirúvico). Todo el proceso se realiza en el citosol de la célula.glucólisisglucosaoxidadaácido pirúvicoruta metabólicaATP NADcarbonoscitosolcélula  La glicerina (glicerol) que se forma en la lipólisis de los triglicéridos se incorpora a la glucólisis a nivel del gliceraldehído 3 fosfato.glicerinalipólisistriglicéridosgliceraldehído 3 fosfato  La desaminación oxidativa de algunos aminoácidos también rinde piruvato; que tienen el mismo destino metabólico que el obtenido por glucólisis.desaminación oxidativaaminoácidos UNIVERSIDAD AMAZONICA DE PANDO Área de Ciencias Biológicas y Naturales Carrera Ingeniería Ambiental

14  Descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico:  El ácido pirúvico penetra en la matriz mitocondrial donde es procesado por el complejo enzimático piruvato deshidrogenasa, el cual realiza la descarboxilación oxidativa del piruvato; descarboxilación porque se arranca uno de los tres carbonos del ácido pirúvico (que se desprende en forma de CO 2 ) y oxidativa porque, al mismo tiempo se le arrancan dos átomos de hidrógeno (oxidación por deshidrogenación), que son captados por el NAD +, que se reduce a NADH. Por tanto; el piruvato se transforma en un radical acetilo (-CO-CH 3, ácido acético sin el grupo hidroxilo) que es captado por el coenzima A (que pasa a acetil- CoA), que es el encargado de transportarlo al ciclo de Krebs.mitocondrialenzimáticopiruvato deshidrogenasa descarboxilación oxidativadescarboxilaciónCO 2oxidativaátomoshidrógenodeshidrogenaciónreduceNADHacetiloácido acéticohidroxilocoenzima Aacetil- CoA  Este proceso se repite dos veces, una para cada molécula de piruvato en que se escindió la glucosa. UNIVERSIDAD AMAZONICA DE PANDO Área de Ciencias Biológicas y Naturales Carrera Ingeniería Ambiental

15  Ciclo de Krebs:  El ciclo de Krebs es una ruta metabólica cíclica que se lleva a cabo en la matriz mitocondrial y en la cual se realiza la oxidación de los dos acetilos transportados por el acetil coenzima A, provenientes del piruvato, hasta producir dos moléculas de CO 2, liberando energía en forma utilizable, es decir poder reductor (NADH, FADH 2 ) y GTP.ruta metabólicamitocondrialCO 2NADHFADGTP  Para cada glucosa se producen dos vueltas completas del ciclo de Krebs, dado que se habían producido dos moléculas de acetil coenzima A en el paso anterior; por tanto se ganan 2 GTPs y se liberan 4 moléculas de CO 2. Estas cuatro moléculas, sumadas a las dos de la descarboxilación oxidativa del piruvato, hacen un total de seis, que es el número de moléculas de CO 2 que se producen en respiración aeróbica (ver ecuación general).GTPs UNIVERSIDAD AMAZONICA DE PANDO Área de Ciencias Biológicas y Naturales Carrera Ingeniería Ambiental

16  Cadena respiratoria y fosforilación oxidativa:  Son las últimas etapas de la respiración aeróbica y tienen dos finalidades básicas:  Reoxidar las coenzimas que se han reducido en las etapas anteriores (NADH y FADH 2 con el fin de que estén de nuevo libres para aceptar electrones y protones de nuevos substratos oxidables.NADHFAD electronesprotones  Producir energía utilizable en forma de ATP.ATP UNIVERSIDAD AMAZONICA DE PANDO Área de Ciencias Biológicas y Naturales Carrera Ingeniería Ambiental

17  Estos dos fenómenos están íntimamente relacionados y acoplados mutuamente. Se producen en una serie de complejos enzimáticos situados (en eucariotas) en la membrana interna de la mitocondria; cuatro complejos realizan la oxidación de los mencionados coenzimas transportando los electrones y aprovechando su energía para bombear protones desde la matriz mitocondrial hasta el espacio intermembrana. Estos protones solo pueden regresar a la matriz a través de la ATP sintasa, enzima que aprovecha el gradiente electroquímico creado para fosforilar el ADP a ATP, proceso conocido como fosforilación oxidativa.eucariotasmitocondriaATP sintasagradiente electroquímico fosforilarADPATP fosforilación oxidativa UNIVERSIDAD AMAZONICA DE PANDO Área de Ciencias Biológicas y Naturales Carrera Ingeniería Ambiental

18  Los electrones y los protones implicados en estos procesos son cedidos definitivamente al O 2 que se reduce a agua. Nótese que el oxígeno atmosférico obtenido por ventilación pulmonar tiene como única finalidad actuar como aceptor final de electrones y protones en la respiración aerobia.O 2aguaventilación pulmonar UNIVERSIDAD AMAZONICA DE PANDO Área de Ciencias Biológicas y Naturales Carrera Ingeniería Ambiental

19 RESPIRACION ANAEROBICA:  La respiración anaeróbica es un proceso biológico de oxidorreducción de azúcares y otros compuestos en el que el aceptor terminal de electrones es una molécula, en general inorgánica, distinta del oxígeno. La realizan exclusivamente algunos grupos de bacterias. oxidorreducciónazúcareselectronesinorgánicaoxígenobacterias  En la respiración anaeróbica no se usa oxígeno, sino que para la misma función se emplea otra sustancia oxidante distinta, como el sulfato o el nitrato.oxígenooxidantesulfatonitrato UNIVERSIDAD AMAZONICA DE PANDO Área de Ciencias Biológicas y Naturales Carrera Ingeniería Ambiental

20  En las bacterias con respiración anaerobia interviene también una cadena transportadora de electrones en la que se reoxidan los coenzimas reducidos durante la oxidación de los substratos nutrientes; es análoga a la de la respiración aerobia, ya que se compone de los mismos elementos (citocromos, quinonas, proteínas ferrosulfúricas, etc.). La única diferencia, por tanto radica, en que el aceptor último de electrones no es el oxígeno.cadena transportadora de electronescoenzimas reducidosoxidación nutrientesrespiración aerobiacitocromosquinonasproteínas UNIVERSIDAD AMAZONICA DE PANDO Área de Ciencias Biológicas y Naturales Carrera Ingeniería Ambiental

21  Todos los posibles aceptores en la respiración anaerobia tienen un potencial de reducción menor que el O 2, por lo que, partiendo de los mismos sustratos (glucosa, aminoácidos, triglicéridos), se genera menos energía en este metabolismo que en la respiración aerobia convencional. No hay que confundir la respiración anaeróbica con la fermentación, en la que no existe en absoluto cadena de transporte de electrones, y el aceptor final de electrones es una molécula orgánica; estos dos tipos de metabolismo tienen solo en común el no ser dependientes del oxígeno.potencial de reducciónglucosa aminoácidostriglicéridosrespiración aerobiafermentacióncadena de transporte de electronesmolécula orgánicametabolismo UNIVERSIDAD AMAZONICA DE PANDO Área de Ciencias Biológicas y Naturales Carrera Ingeniería Ambiental

22 aceptorProducto finalmicroorganismo NitratoNitritosNitritos, óxidos de nitrógeno y N 2óxidos de nitrógeno N 2 PseudomonasPseudomonas, BacillusBacillus SulfatoSulfurosDesulfovibrioDesulfovibrio, ClostridiumClostridium AzufreSulfurosThermoplasma CO 2 MetanoMethanococcusMethanococcus, Methanosarcina, MethanopyrusMethanosarcinaMethanopyrus Fe Fe 3+ Fe 2+ ShewanellaShewanella, Geobacter, Geospirillum, GeovibrioGeobacterGeospirillumGeovibrio Mn Mn 4+ Mn 2+ Shewanella putrefaciens SelenatoSelenito ArsenatoArsenitoDesulfotomaculum FumaratoSuccinatoWolinella succinogenesWolinella succinogenes, Desulfovibrio, E. coliDesulfovibrioE. coli DMSODMSCampylobacterCampylobacter, EscherichiaEscherichia TMAOTMA ClorobenzoatoBenzoatoDesulfomonile

23  Utilización de sulfato como aceptor de electrones:  La utilización de sulfato como aceptor de electrones es una habilidad rara, restringida al género Desulfovibrio y algunas especies de Clostridium. Todas estas bacterias son anaeróbicas estrictas, de modo que la reducción del sulfato no es una alternativa de su metabolismo, como lo es la reducción del nitrato. La reacción es la siguiente:géneroDesulfovibrio especiesClostridium anaeróbicas  SO 4 2- + 8e - + 8H + → S 2- + 4H 2 O  Las bacterias reductoras de sulfatos atacan solo unos pocos compuestos orgánicos, siendo el ácido láctico y los ácidos dicarboxílicos de 4 carbonos sus principales substratos. compuestos orgánicosácido lácticoácidos dicarboxílicoscarbonos UNIVERSIDAD AMAZONICA DE PANDO Área de Ciencias Biológicas y Naturales Carrera Ingeniería Ambiental

24  Utilización de dióxido de carbono como aceptor de electrones:  Un pequeño grupo de procariotas anaeróbicas estrictas, las arqueas productoras de metano, utilizan dióxido de carbono como aceptor de electrones; la reducción da lugar a metano (CH 4 ). El caso más simple es la oxidación de hidrógeno molecular, reacción productora de energía:procariotasanaeróbicasarqueas productoras de metanodióxido de carbonometanohidrógeno molecular  4H 2 + CO 2 → CH 4 + 2H 2 O  El hidrógeno no es un gas común en la biosfera, de modo que estos microorganismos habitan lugares muy específicos como en sedimentos anaerobios del fondo de lagos y pantanos, o en el tubo digestivo de los rumiantes, donde otros microorganismos producen el H 2 libre que precisan.gasbiosfera rumiantes UNIVERSIDAD AMAZONICA DE PANDO Área de Ciencias Biológicas y Naturales Carrera Ingeniería Ambiental

25  LA NUTRICION:  La nutrición es el proceso biológico en el que los organismos asimilan los alimentos y los líquidos necesarios para el funcionamiento, el crecimiento y el mantenimiento de sus funciones vitales. La nutrición también es la ciencia que estudia la relación que existe entre los alimentos y la salud, especialmente en la determinación de una dieta. organismosalimentossaluddieta  Aunque alimentación y nutrición se utilizan frecuentemente como sinónimos, son términos diferentes ya que:alimentación UNIVERSIDAD AMAZONICA DE PANDO Área de Ciencias Biológicas y Naturales Carrera Ingeniería Ambiental

26  La nutrición hace referencia a los nutrientes que componen los alimentos y comprende un conjunto de fenómenos involuntarios que suceden tras la ingestión de los alimentos, es decir, la digestión, la absorción o paso a la sangre desde el tubo digestivo de sus componentes o nutrientes, y su asimilación en las células del organismo. La nutrición es la ciencia que examina la relación entre dieta y salud. Los nutricionistas son profesionales de la salud que se especializan en esta área de estudio, y están entrenados para proveer consejos dietéticos.nutrientestubo digestivo nutrientes UNIVERSIDAD AMAZONICA DE PANDO Área de Ciencias Biológicas y Naturales Carrera Ingeniería Ambiental

27  La alimentación comprende un conjunto de actos voluntarios y conscientes que van dirigidos a la elección, preparación e ingestión de los alimentos, fenómenos muy relacionados con el medio sociocultural y económico (medio ambiente) y determinan al menos en gran parte, los hábitos dietéticos y estilos de vida.medio ambienteestilos de vida  Muchas enfermedades comunes y sus síntomas frecuentemente pueden ser prevenidas o aliviadas con una buena nutrición pero igual que comer cosas que engordan, por esto, la ciencia de la nutrición intenta entender cómo y cuáles son los aspectos dietéticos específicos que influyen en la salud. UNIVERSIDAD AMAZONICA DE PANDO Área de Ciencias Biológicas y Naturales Carrera Ingeniería Ambiental

28  El propósito de la ciencia de la nutrición es explicar la respuesta metabólica y fisiológica del cuerpo ante la dieta. Con los avances en biología molecular, bioquímica y genética la ciencia de la nutrición está adicionalmente desarrollándose en el estudio del metabolismo, lo cual procura conectar a la dieta y la salud a través del lente de los procesos bioquímicos. El cuerpo humano está hecho de compuestos químicos tales como agua, aminoácidos (proteínas), ácidos grasos (lípidos), ácidos nucleicos (ADN/ARN) y carbohidratos (por ejemplo azúcares y fibra). UNIVERSIDAD AMAZONICA DE PANDO Área de Ciencias Biológicas y Naturales Carrera Ingeniería Ambiental

29 Una nutrición adecuada es la que cubre:  Los requerimientos de energía a través de la metabolización de nutrientes como los carbohidratos, proteínas y grasas. Estos requerimientos energéticos están relacionados con el gasto metabólico basal, el gasto por la actividad física y el gasto inducido por la dieta. nutrientescarbohidratosproteínasgrasasactividad física  Las necesidades de micronutrientes no energéticos como las vitaminas y minerales.micronutrientes vitaminasminerales  La correcta hidratación basada en el consumo de bebidas, en especial del agua.agua  La ingesta suficiente de fibra dietética.fibra dietética  Los objetivos dietéticos se representan mediante diferentes recursos gráficos, uno de ellos es la pirámide de los alimentos.pirámide de los alimentos UNIVERSIDAD AMAZONICA DE PANDO Área de Ciencias Biológicas y Naturales Carrera Ingeniería Ambiental

30  TIPOS DE NUTRICION EN LOS SERES VIVOS:   Nutrición autótrofa (la que llevan a cabo los organismos que producen su propio alimento). Los seres autótrofos son organismos capaces de sintetizar sustancias esenciales para su metabolismo a partir de sustancias inorgánicas. El término autótrofo procede del griego y significa "que se alimenta por sí mismo". Nutrición autótrofa UNIVERSIDAD AMAZONICA DE PANDO Área de Ciencias Biológicas y Naturales Carrera Ingeniería Ambiental

31  Los organismos autótrofos producen su masa celular y materia orgánica, a partir del dióxido de carbono, que es inorgánico, como única fuente de carbono, usando la luz o sustancias químicas como fuente de energía. Las plantas y otros organismos que usan la fotosíntesis son fotolitoautótrofos; las bacterias que utilizan la oxidación de compuestos inorgánicos como el anhídrido sulfuroso o compuestos ferrosos como producción de energía se llaman quimiolitotróficos. UNIVERSIDAD AMAZONICA DE PANDO Área de Ciencias Biológicas y Naturales Carrera Ingeniería Ambiental

32  Los seres heterótrofos como los animales, los hongos, y la mayoría de bacterias y protozoos, dependen de los autótrofos ya que aprovechan su energía y la de la materia que contienen para fabricar moléculas orgánicas complejas. Los heterótrofos obtienen la energía rompiendo las moléculas de los seres autótrofos que han comido. Incluso los animales carnívoros dependen de los seres autótrofos porque la energía y su composición orgánica obtenida de sus presas procede en última instancia de los seres autótrofos que comieron sus presas. UNIVERSIDAD AMAZONICA DE PANDO Área de Ciencias Biológicas y Naturales Carrera Ingeniería Ambiental

33  Nutrición heterótrofa (la que llevan a cabo aquellos organismos que necesitan de otros para vivir). Los organismos heterótrofos (del griego "hetero", otro, desigual, diferente y "trofo", que se alimenta), en contraste con los autótrofos, son aquellos que deben alimentarse con las sustancias orgánicas sintetizadas por otros organismos, bien autótrofos o heterótrofos a su vez. Entre los organismos heterótrofos se encuentra multitud de bacterias y los animales. Nutrición heterótrofa  Según el origen de la energía que utilizan los organismos hetrótrofos, pueden dividirse en: UNIVERSIDAD AMAZONICA DE PANDO Área de Ciencias Biológicas y Naturales Carrera Ingeniería Ambiental

34 Fotoorganotrofos: estos organismos fijan la energía de la luz. Constituyen un grupo muy reducido de organismos que comprenden la bacteria purpúrea y familia de seudomonadales. Sólo realizan la síntesis de energía en presencia de luz y en medios carentes de oxígeno Quimiorganotrofos: utilizan la energía química extraída directamente de la materia orgánica. A este grupo pertenecen todos los integrantes del reino animal, todos del reino de los hongos, gran parte de los moneras y de las arqueobacterias UNIVERSIDAD AMAZONICA DE PANDO Área de Ciencias Biológicas y Naturales Carrera Ingeniería Ambiental

35  Los heterótrofos pueden ser de dos tipos fundamentalmente:  Consumidores, o bien saprótrofos y descomponedores.  Los autótrofos y los heterótrofos se necesitan mutuamente para poder existir. UNIVERSIDAD AMAZONICA DE PANDO Área de Ciencias Biológicas y Naturales Carrera Ingeniería Ambiental

36 ABCOPJ TEMA Nº 05 BIOLOGIA APLICADA METABOLISMO El metabolismo es el conjunto de reacciones y procesos físico-químicos que ocurren en una célula y en el organismo. Estos complejos procesos interrelacionados son la base de la vida a nivel molecular, y permiten las diversas actividades de las células: crecer, reproducirse, mantener sus estructuras, responder a estímulos, etc.químicoscélulavidacrecerreproducirse estructurasresponder a estímulos

37 ABCOPJ UNIVERSIDAD AMAZONICA DE PANDO Área de Ciencias Biológicas y Naturales Carrera Ingeniería Ambiental El metabolismo se divide en dos procesos conjugados: catabolismo y anabolismo. Las reacciones catabólicas liberan energía; un ejemplo es la glucólisis, un proceso de degradación de compuestos como la glucosa, cuya reacción resulta en la liberación de la energía retenida en sus enlaces químicos. Las reacciones anabólicas, en cambio, utilizan esta energía liberada para recomponer enlaces químicos y construir componentes de las células como lo son las proteínas y los ácidos nucleicos. El catabolismo y el anabolismo son procesos acoplados que hacen al metabolismo en conjunto, puesto que cada uno depende del otro.reacciones catabólicasglucólisisglucosareacciones anabólicasenergía proteínasácidos nucleicos

38 ABCOPJ UNIVERSIDAD AMAZONICA DE PANDO Área de Ciencias Biológicas y Naturales Carrera Ingeniería Ambiental La economía que la actividad celular impone sobre sus recursos obliga a organizar estrictamente las reacciones químicas del metabolismo en vías o rutas metabólicas, donde un compuesto químico (sustrato) es transformado en otro (producto), y este a su vez funciona como sustrato para generar otro producto, siguiendo una secuencia de reacciones bajo la intervención de diferentes enzimas (generalmente una para cada sustrato- reacción). rutas metabólicassustrato enzimas

39 ABCOPJ UNIVERSIDAD AMAZONICA DE PANDO Área de Ciencias Biológicas y Naturales Carrera Ingeniería Ambiental Las enzimas son cruciales en el metabolismo porque agilizan las reacciones físico-químicas, pues hacen que posibles reacciones termodinámicas deseadas pero "desfavorables", mediante un acoplamiento, resulten en reacciones favorables. Las enzimas también se comportan como factores reguladores de las vías metabólicas, modificando su funcionalidad – y por ende, la actividad completa de la vía metabólica– en respuesta al ambiente y necesidades de la célula, o según señales de otras células.termodinámicasseñales de otras células

40 ABCOPJ UNIVERSIDAD AMAZONICA DE PANDO Área de Ciencias Biológicas y Naturales Carrera Ingeniería Ambiental El metabolismo de un organismo determina qué sustancias encontrará nutritivas y cuáles encontrará tóxicas. Por ejemplo, algunas procariotas utilizan sulfuro de hidrógeno como nutriente, pero este gas es venenoso para los animales. La velocidad del metabolismo, el rango metabólico, también influye en cuánto alimento va a requerir un organismo.nutritivas tóxicasprocariotas sulfuro de hidrógenovenenosoalimentoorganismo

41 ABCOPJ UNIVERSIDAD AMAZONICA DE PANDO Área de Ciencias Biológicas y Naturales Carrera Ingeniería Ambiental Una característica del metabolismo es la similitud de las rutas metabólicas básicas incluso entre especies muy diferentes. Por ejemplo: la secuencia de pasos químicos en una vía metabólica como el ciclo de Krebs es universal entre células vivientes tan diversas como la bacteria unicelular Escherichia coli y organismos pluricelulares como el elefante. Esta estructura metabólica compartida es muy probablemente el resultado de la alta eficiencia de estas rutas, y de su temprana aparición en la historia evolutiva.ciclo de Krebs bacteriaunicelularEscherichia coliorganismos pluricelulareselefante

42 ABCOPJ UNIVERSIDAD AMAZONICA DE PANDO Área de Ciencias Biológicas y Naturales Carrera Ingeniería Ambiental CATABOLISMO El catabolismo es el conjunto de procesos metabólicos que liberan energía. Estos incluyen degradación y oxidación de moléculas de alimento, así como reacciones que retienen la energía del Sol. El propósito de estás reacciones catabólicas es proveer energía, poder reductor y componentes necesitados por reacciones anabólicas. La naturaleza de estas reacciones catabólicas difiere de organismo en organismo.catabolismooxidaciónSolpoder reductor organismo

43 ABCOPJ UNIVERSIDAD AMAZONICA DE PANDO Área de Ciencias Biológicas y Naturales Carrera Ingeniería Ambiental Sin embargo, estas diferentes formas de catabolismo dependen de reacciones de reducción-oxidación que involucran transferencia de electrones de moléculas donantes (como las moléculas orgánicas, agua, amoníaco, sulfuro de hidrógeno e iones ferrosos), a aceptores de dichos electrones como el oxígeno, el nitrato o el sulfato. [53]reacciones de reducción-oxidaciónelectronesmoléculas orgánicasaguaamoníaco sulfuro de hidrógenoionesferrososoxígenonitratosulfato [53] En los animales, estas reacciones conllevan la degradación de moléculas orgánicas complejas a otras más simples, como dióxido de carbono y agua. En organismos fotosintéticos como plantas y cianobacteria, estas transferencias de electrones no liberan energía, pero son usadas como un medio para almacenar energía solardióxido de carbonoagua fotosintéticosplantascianobacteriaenergía solar

44 ABCOPJ UNIVERSIDAD AMAZONICA DE PANDO Área de Ciencias Biológicas y Naturales Carrera Ingeniería Ambiental El conjunto de reacciones catabólicas más común en animales puede ser separado en tres etapas distintas. En la primera, moléculas orgánicas grandes como las proteínas, polisacáridos o lípidos son digeridos en componentes más pequeños fuera de las células. Luego, estas moléculas pequeñas son llevadas a las células y convertidas en moléculas aún más pequeñas, generalmente coenzima A, que libera energía. Finalmente, el grupo acetil en la molécula de acetil CoA es oxidado a agua y dióxido de carbono, liberando energía que se retiene al reducir la coenzima nicotinamida adenina dinucleótido (NAD + ) en NADH.coenzima Aacetil CoAnicotinamida adenina dinucleótido

45 ABCOPJ UNIVERSIDAD AMAZONICA DE PANDO Área de Ciencias Biológicas y Naturales Carrera Ingeniería Ambiental ANABOLISMO El anabolismo es el conjunto de procesos metabólicos constructivos en donde la energía liberada por el catabolismo es utilizada para sintetizar moléculas complejas. En general, las moléculas complejas que dan lugar a estructuras celulares son construidas a partir de precursores simples. El anabolismo involucra tres facetas. Primero, la producción de precursores como aminoácidos, monosacáridos, isoprenoides y nucleótidos; segundo, su activación en reactivos usando energía del ATP; y tercero, el conjunto de estos precursores en moléculas más complejas como proteínas, polisacáridos, lípidos y ácidos nucleicos.anabolismomoléculasaminoácidosmonosacáridosisoprenoidesnucleótidosreactivosproteínaspolisacáridos lípidosácidos nucleicos

46 ABCOPJ UNIVERSIDAD AMAZONICA DE PANDO Área de Ciencias Biológicas y Naturales Carrera Ingeniería Ambiental Los organismos difieren en cuántas moléculas pueden sintetizar por sí mismos en sus células. Los organismos autótrofos, como las plantas, pueden construir moléculas orgánicas complejas y proteínas por sí mismos a partir moléculas simples como dióxido de carbono y agua. Los organismos heterótrofos, en cambio, requieren de una fuente de sustancias más complejas, como monosacáridos y aminoácidos, para producir estas moléculas complejas. Los organismos pueden ser clasificados por su fuente de energía:organismos autótrofosorganismos heterótrofos Fotoautótrofos y fotoheterótrofos, que obtienen la energía del Sol. Quimioheterótrofos y quimioautótrofos, que obtienen la energía mediante reacciones oxidativas.

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