1 Bloque 1: Metabolismo Tema 1: Los biocatalizadores: enzimas y cofactores Tema 2: El metabolismo anabólico Tema 3: El metabolismo catabólico Realizado Prof: Alberto Batllori

2 Tema 2: El metabolismo anabólico 1. El metabolismo 2. Metabolismo y nutrición 3. Fases del metabolismo 4. Tipos de metabolismo celular 5. Procesos anabólicos autótrofos 6. La fotosíntesis 7. La quimiosíntesis quimiolitotrofa 8. Anabolismo glucídico 9. Anabolismo lipídico

3 Tema 2: El metabolismo anabólico 2.1. El metabolismo Metabolismo: Conjunto de reacciones bioquímicass que tienen como objectivo el intercambio de materia y energía entre el organismo vivo y i su entorno. Son reacciones para: Obtener energía química (ATP) Transformar las sustancias químicas externas en aprovechables o no tóxicas Construir materia orgánica propia Romper las moléculas para aprovechar su energía

Metabolismo y nutrición Gránulos de glucógenoGotas lipídicas Alimentación: acto voluntario consciente que se lleva a término para conseguir alimentos (conjunto de sustancias que se obtienen del exterior). Nutrición: Procesos que tienen lugar para obtener, transportar y utilizar los nutrientes (inorgánicos –agua y sales- y orgánicos –glúcidos, lípidos, proteínas y vitaminas-). Algunos nutrientes tienen funciones energéticas, otras estructurales y otras funcionales.

Fases del metabolismo Consta de dos fases bien diferenciadas: a)Anabolismo: construcción de materia orgánica. Como necesita energía, ésta puede provenir o de la luz (fotosíntesis) o de la degradación de materia orgánica ya formada (quimiosíntesis). b)Catabolismo: degradación de materia orgánica: * Fase digestiva: Macromoléculas a monómeros. Energía calórica * Fase citoplasmática: Monómeros a Acetil CoA. 10 % ATP * Fase mitocondrial: Oxidación completa90 % ATP

Tipos de metabolismo celular Hay 4 tipos: Fuente de carbono CO 2 Materia orgánica Fuente de energía Luz Reacciones químicas

Tipos de metabolismo celular Gránulos de almidón en patata Los mejores sintetizadores químicos son los fotosintéticos que a partir de luz, CO 2, NO 3 - y otros minerales en poca cantidad pueden producir: * Glúcidos * Lípidos * Todos los aminoácidos El resto de organismos necesitan de estos compuestos para: - extraer la energía necesaria - obtener partes esenciales que no pueden producir como los aminoácidos esenciales y vitaminas. La materia y energía va pasando de un nivel trófico a otro hasta los descomponedores que cierran el ciclo

Procesos anabólicos autótrofos Anabolismo autótrofo: parte de sustancias inorgánicas y, a partir de energía libre (luz o reacciones químicas), son convertidas en materia orgánica. Power animado del anabolismo global

La fotosíntesis El autotrofismo fotosintético consiste en fabricar materia orgánica a partir de inorgánica (CO 2 y H 2 O) utilizando la luz. Esto se realiza en unos orgánulos presentes en organismos autótrofos eucariotas (algas y vegetales) llamados CLOROPLASTS. Mesosomas en cianobacterias Se requieren unos pigmentos con capacidad de concentrar la energía fotónica

La fotosíntesis Hay dos fases: 1. Fase luminosa o fase tilacoidal: fase de utilización de luz y agua 2. Fase oscura o estromática, cicle de Calvin o de reducción del carbono: independiente de la luz y utilización de CO 2 Recordatorio de la fase luminosa de la fotosíntesis

La fotosíntesis La fase oscura no se puede producir si no hay los sustratos necesarios: * ATP (proviene de la luminosa) * NADPH 2 (proviene de la luminosa) * Ribulosa 1,5 bis-P * CO 2 (gas en baja concentración en el aire)

La fotosíntesis 1. La fase luminosa de la fotosíntesis Se produce a nivel de las membranas de grana o tilacoidales que contienen: Pigmentos (clorofila) PSII y PSI Citocromos (transportadores de e - ) ATP sintetasa Se producen varios procesos: 1.Fotólisis del agua luz 2H 2 O O 2 + 4H + + 4e - 2. Oxidoreducciones con transporte de electrones

La fotosíntesis 1. La fase luminosa de la fotosíntesis 3. Síntesis de ATP por quimiosmosis: el paso de protones, desde el interior de los tilacoides donde se han concentrado (pH ácido) a través del enzima ATP sintetasa que fabricará ATP (compuesto transportador de energía química) 6H 2 O18 ATP 4. Síntesis de un agente reductor (NADPH 2 ): imprescindible para después reducir el CO 2 del aire. 6H 2 O 12 NADPH 2 Repaso fase luminosa de la fotosíntesis

La fotosíntesis 2. La fase oscura de la fotosíntesis No necesita la luz, pero sí de los compuestos fabricados por la intervención de ésta en la fase luminosa Como es un proceso de reducción requiere: Un compuesto para ser reducido: CO 2 Un compuesto que aporte poder reductor: NADPH 2 Energía: ATP Un compuesto orgánico para unir el carbono reducido: ribulosa 1,5 bis fosfato Un grupo de enzimas (destaca el RUBISCO) solubles en el estroma 6 Ribulosa + 18 ATP + 12 NADPH CO 2 6 C 6 H 12 O H 2 O 6 glucosas1 glucosa + 6 Ribulosa

La fotosíntesis 2. La fase oscura de la fotosíntesis MER de un estoma abierto de una hoja que permite la entrada de CO 2, salida de O 2 pero con pérdida de agua por transpiración luz 6H 2 O + 6 CO 2 6 O 2 + C 6 H 12 O 6 Parénquima de reserva: almidón Parénquima fotosintético Repaso fase oscura de la fotosíntesis

La fotosíntesis 3. La fotosíntesis del nitrógeno El nitrato es altamente soluble por lo que su utilización no es muy difícil por la planta (aunque en suelos muy lluviosos se puede perder por lixiviación). Pero para ser utilizado debe transformarse en amino (-NH 2 ) por lo que debe reducirse, por ello se requiere: De la glucosa que le aporta el esqueleto químico para pasar a unirse a un ácido y dar lugar a un aminoácido De la glucosa que aporta la energía y los H + para la reducción La reacción de forma simplificada es: NO 3 - NH 4 + Raíz sin nitrato no desarrolla auxinas (hormona de crecimiento vegetal)

La fotosíntesis 4. Factores que intervienen en la fotosíntesis A.Intensidad luminosa B.[CO 2 ] C.Horas de luz D.Temperatura E.Color de la luz F.Presenncia de H 2 O G.[O 2 ] Factores externos

La fotosíntesis 4. Factores que intervienen en la fotosíntesis A.Tipo de planta C3, C4, CAM B.Área foliar C.Niveles de hormonas vegetales D.Densidad de los estomas E.Edad de la hoja F.Interacción con otros procesos como respiración y fotorespiración Factores internos Alta densidad de estomas

La fotosíntesis 5. Fotorespiración El RUBISCO (ribulosa bis fosfat carboxilasa oxidasa) puede provocar una oxidación de materia ya formada liberando CO 2 y fabricar ATP cuando la concentración de CO 2 es baja en el aire. Esto puede hacer disminuir un 50% la producción de glucosa en algunos vegetales no tropicales

La fotosíntesis 6. Fotosíntesis bacteriana Las cianobacterias hacen la fotosíntesis con bacterioclorofila en tilacoides y generando oxígeno por lo que son fotosintéticos oxigénicos Diferencias bacterias con vegetales: 1.Algunos como los cianobacterias tienen tilacoides, otros los enzimas como el ATP sintetasa están en los mesosomas 2. Tienen Bacterioclorofilas o Clorofila a. 3. El dador de electrones no es el agua (p.ej el SH 2 ) por lo que es una fotosíntesis anoxigénica

La quimiosíntesis quimiolitotrofa 1. Bacterias nitrificantes Hacen una oxidación del NH 3 a ácido nítrico o nitratos y con la energía exotérmica reducen el CO 2 y fabrican materia orgánica. Algunas especies pueden ser fijadoras de nitrógeno por lo que se han establecido simbiosis con muchas leguminosas que ayudan a estas bacterias que producirían muy poca energía para sobrevivir Nitrosación (Nitrosomonas): 2NH 3 + 3O 2 2HNO 2 + 2H 2 O + ATP Nitratación (Nitrobacter): 2HNO 2 + O 2 2HNO 3 + ATP Nitrosomonas Nitrobacter

La quimiosíntesis quimiolitotrofa 2. Tiobacterias Son bacterias aeróbicas obligadas pues necesitan el oxígeno para oxidar al SH 2 y obtener energía de la reacción. Se les llama sulfobacterias incoloros para no confundirlos con los sulfobacterias verdes o púrpuras que hacen la fotosíntesis SH 2 + O 2 H 2 SO 4 + ATP En zonas termales volcánicas las podremos encontrar

La quimiosíntesis quimiolitotrofa 3. Ferrobacterias Mediante la oxidación de carbonatos de hierro o sulfatos de hierro obtendrán la energía necesaria para fijar o reducir el CO 2 Con reacciones como 4FeCO 3 + 6H 2 O + O 2 4Fe(OH) 3 + 4CO 2 + ATP o 4 Fe H + + O 2 4Fe H 2 O + ATP Provocan la corrosión biológica del metal

Anabolismo glucídico 1. Gluconeogénesis En determinados momentos, como en ayuno prolongado o un deporte muy intenso prolongado, el organismo necesita un aporte extra de glucosa, que si no hay glucógeno, solo queda que los hepatocitos la fabriquen. No es rentable (gasta 3 ATP para sintetizar por cada 1 que se obtiene al catabolizar) pero si vital en caso de necesidad El punto de partida serán aminoácidos o glicerol. Es como una glucolisis inversa en algunas reacciones. Son reacciones citoplasmáticas

Anabolismo glucídico 2. Glucogenogénesis En el caso de glucógeno se gasta un UTP, en caso del almidón un ATP. El glucógeno se producirá en hígado y músculo activado por la insulina (en niveles altos de azúcar en sangre).

Anabolismo Lipídico El principal precursor de los ácidos grasos es el malonil- CoA, una molécula que aporta dos de sus tres átomos de carbono al esqueleto carbonado del ácido graso en crecimiento. El malonil-CoA proviene, a su vez, del acetil-CoA. Todas las reacciones de síntesis de ácidos grasos tienen lugar en el citoplasma de las células. Para añadir una molécula de dos carbonos se necesitarán 6 ATP. A partir de ellos podemos fabricar o triglicéridos o fosfolípidos Adipocitos generados por resistencia a la insulina