Metabolismo celular y fotosíntesis

Catabolismo y anabolismo

Catabolismo consiste en la descomposición de moléculas orgánicas complejas en moléculas sencillas, anabolismo consiste en la síntesis más o menos compleja a partir de moléculas sencillas. Esta biosíntesis implica la formación de nuevos enlaces por lo que requiere un aporte de energía.

Glucólisis

La glucólisis consiste en la lisis de la glucosa en dos moléculas de piruvato. Es un proceso que no requiere oxígeno y ocurre en el citosol. En la glucólisis se consumen 3ATP y se obtienen 4ATP más 2NADH + H+, balance global: Glucosa + 2ADP+ 2Pi + 2NAD+ -> 2 piruvato+ 2 ATP+ 2 (NADH + H+) + H2O

Destino del piruvato

El piruvato que se encuentra al final de la glucólisis pasa a una encrucijada metabólica en la que su destino depende del tipo de célula y de la disponibilidad de oxígeno. En condiciones anaerobias sigue la vía de las fermentaciones, reduciéndose, con consumo de NADH+. En condiciones aerobias el piruvato entra en las mitocondrias y es oxidado completamente hasta CO2 y H2O a través del ciclo de KREBS y la cadena respiratoria. Por otra parte el NADH formado en el citosol no puede atravesar directamente la membrana mitocondrial interna, pero sus electrones pueden incorporarse a la cadena respiratoria mitocondrial mediante lanzaderas de sustrato (glicerol-fosfato y malato aspartato)

Transformación del piruvato en acetil-coA

El piruvato obtenido en la glucólisis pasa, por transporte facilitado a la matriz mitocondrial, donde se convierte en acetil-CoA mediante un proceso de oxidación y descarboxilación, en el que interviene un complejo multienzimático deshidrogenasa. El grupo carboxilo se desprende formando CO2 y queda un grupo acetilo de dos carbonos que se une a la CoA y se oxida al tiempo que el NAD+ se reduce a NADH+ H+. Esta reacción es irreversible y dirige al piruvato hacia su oxidación final en el ciclo de Krebs.

Ciclo de Krebs

El ciclo de Krebs consiste en reacciones a través de las cuales se lleva a cabo la oxidación final y total de la mayoría de los combustibles metabólicos. Se inicia con la incorporación al ciclo del acetil-CoA procedente de la glucosa produciéndose 8 reacciones hasta quedar la siguiente reacción global: Acetil-CoA+ 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + H2O -> 2CO2 +CoA-SH + 3 (NADH+ H+)+ FADH2+GTP.

Fosforilación oxidativa

La oxidación de la glucosa hasta CO2 ha suministrado muy poco ATP directamente: tan solo dos moléculas en la glucólisis y otras dos en el ciclo de krebs, en ambos casos por fosforilación a nivel de sustrato. En cambio la mayor parte de la energía liberada se encuentran en los electrones altamente energéticos del NADH y el FADH2 que pasan a través de la cadena respiratoria liberando energía suficiente para la síntesis de ATP por quimiosíntesis. Esto recibe el nombre de fosforilación oxidativa

Balance energético de la respiración de una molécula de glucosa

Partiendo de que del NADH se producen 3 ATP y y del FADH 2 ATP:

• En la glucólisis se forman 2ATP,2NADH y 2piruvato. Dependiendo del tipo de lanzadera que impulse las moléculas de NADH hacia la cadena respiratoria estas rendirán 6 o 4 moléculas de ATP
• En la transformación de 2 moléculas de piruvato en 2 acetil-coa se liberan 2NADH que rendirán 6 ATP,
• En el ciclo de Krebs 2 moléculas de acetil-coa se oxidan produciendo 2 ATP. 2 FADH2 Y 6 NADH, en total rendirán 24 ATP.

Por tanto: C6H12O6+6O2->6CO2+6H2O+38ATP.

Fase oscura

Se utilizan el poder energético obtenidos durante la fase luminosa para impulsar la transformación de sustancias inorgánicas en materia orgánica.

Para formar una molécula de glucosa cuantas moléculas de h2o y de co2 intervienen en la fase luminosa. En la fase luminosa no cíclica se necesitan 12 moléculas de H2O que sufren la fotólisis originando 12 NADPH +h+ y 12 ATP. El CO2 no participa en la fase luminosa si no en la oscura.

Cuantas moléculas de NADPH y ATP y CO2 se necesitan en fase oscura. Se necesitan dos gliceraldehido 3-fosfato, por lo que el ciclo de calvin de la fase oscura ha de dar 6 vueltas y serán necesarias 12 moléculas de NADPH y 18 ATP Y 6 DE CO2.

Factores que influyen en la actividad fotosintética

• Intensidad luminosa. Al aumentar la intensidad de la luz aumenta la actividad fotosintética, pero cada especie está adaptada a unas condiciones óptimas de iluminación y superados ciertos límites se pueden deteriorar los pigmentos fotosintéticos. Además de la luminosidad también influyen sobre la fotosíntesis el color de la luz y el tiempo diario de iluminación.
• Concentración de CO2. La actividad fotosintética aumenta a medida que se incrementa la concentración de CO2 hasta llegar a un máximo en el que se estabiliza.
• Concentración de O2. Al aumentar la concentración baja el rendimiento de la fotosíntesis debido al proceso de fotorespiración.
• Temperatura. La intensidad fotosintética aumenta con la temperatura hasta llegar a su máximo, superado el cual se produce la desnaturalización de las enzimas con graves consecuencias para la planta. Cada especie tiene una temperatura óptima para su rendimiento.
• Humedad. Influye en la fotosíntesis de forma en la que si disminuye la humedad disminuye la fotosíntesis, ya que si hay muy poca humedad se cierran los estomas para evitar la pérdida de agua y hay muy poco CO2