ANABOLISMO

Conjunto de procesos constructivos que se llevan a cabo en una célula para producir la síntesis de moléculas complejas (reducción). Estos procesos endergónicos necesitan energía. La mayoría de rutas anabólicas son comunes al anabolismo heterótrofo, aunque hay una parte exclusiva de organismos autótrofos.

Tipos de Anabolismo

• Anabolismo Autótrofo: Se divide en dos tipos dependiendo de la fuente de energía utilizada:
  • Fotosintético: Utiliza la energía de la luz.
  • Quimiosintético: Utiliza la energía de reacciones de oxidación.
• Anabolismo Heterótrofo: Reacciones para transformar moléculas complejas en sencillas y ATP. Su objetivo es la fabricación de componentes celulares, enzimas, etc.

Anabolismo de Glúcidos

Fases principales:

• Gluconeogénesis: Se inicia en las mitocondrias y tiene lugar en el citosol. Sintetiza glucosa a partir de ácido pirúvico. En vegetales, también sintetiza glucosa a partir de ácidos grasos. En animales, es importante por la necesidad de glucosa como combustible. La gluconeogénesis no es un proceso inverso a la glucólisis porque no existen pasos comunes.
• Glucogenogénesis: Síntesis de glucógeno en animales. En el hígado, actúa como reserva de glucosa. La liberación y síntesis de glucosa se controlan por hormonas.

  Etapas de la Glucogenogénesis

  1. Activación: Se activa una glucosa por una molécula de UTP (activador), originándose UDP-glucosa.
  2. Elongación: Se añaden moléculas de glucosa (provenientes de la primera etapa) a la molécula de glucógeno (cebador).

  En las plantas, la síntesis de almidón ocurre en los plastos y la molécula activadora es el ATP.

Anabolismo de Lípidos

Se centra en la biosíntesis de triglicéridos (TG). En animales, aunque no se pueden acumular en grandes cantidades sin aumentar de peso, son una reserva energética a largo plazo. En plantas, se acumulan en frutos y semillas.

Sintetizados a partir de: grasas de los alimentos, glúcidos o aminoácidos.

Fases de la Biosíntesis de Lípidos

1. Biosíntesis de Ácidos Grasos (AG): Proceden de los TG o por procesos biosintéticos. La biosíntesis tiene lugar en el citosol a partir del acetil-CoA, procedente de la degradación de la glucosa y de algunos aminoácidos (AA) que saldrá de la mitocondria. El primer acetil-CoA es el iniciador y se activa en un malonil-CoA al añadirse CO₂. Por otra parte, un acetil-CoA se une a un complejo multienzimático y se convierte en acetil-SAG, al que se unirán malonil-CoA con desprendimiento de CO₂. Se forma una cadena hasta constituir el ácido palmítico.
2. Biosíntesis de Glicerina: A partir de la hidrólisis de los TG y de la dihidroxiacetona-3-fosfato. Para que se una a los ácidos grasos, debe ser glicerol-3-fosfato.
3. Biosíntesis de Triglicéridos: Ocurre en el Retículo Endoplasmático Liso (REL) de células del hígado y en las del tejido adiposo. El acil graso se activa con un CoA, y este se une mediante un enlace tipo éster al glicerol-3-fosfato.

Anabolismo de Proteínas

Implica dos procesos: la obtención de aminoácidos (AA) y su polimerización para la síntesis de proteínas.

Biosíntesis de Aminoácidos

Las plantas pueden fabricar todos los tipos de AA, mientras que los animales solo pueden fabricar los AA no esenciales, debiendo obtener los esenciales a través de la dieta.

Aspectos de las Rutas Metabólicas de AA

• Origen del esqueleto carbonado: Ácido orgánico de la glucólisis o el ciclo de Krebs.
• Incorporación del grupo amino: Por transaminación de AA o provenir de un ion amonio libre.

FOTOSÍNTESIS

Proceso que ocurre en los cloroplastos (con pigmentos fotosintéticos) y es realizado por organismos como las cianobacterias. Es el proceso bioquímico más importante de la biosfera, ya que es responsable del cambio en la atmósfera terrestre, de la síntesis de materia orgánica, del almacenamiento de energía en combustibles fósiles, de la liberación de oxígeno a la atmósfera y de la retirada del CO₂ atmosférico.

Tipos de Fotosíntesis

En función de las moléculas dadoras:

• F. Oxigénica: Se disocia el agua y se libera oxígeno.
• F. Anoxigénica: Se disocia el ácido sulfhídrico (la realizan las bacterias del azufre).

Fotosíntesis Oxigénica: Fases

Fase Luminosa (Dependiente de la Luz)

1. Captación de Luz: Ocurre mediante los pigmentos fotosintéticos de naturaleza lipídica, capaces de absorber energía de los fotones de la luz, localizados en las membranas de los tilacoides. Los principales son las clorofilas a y b, constituidas por un anillo porfirínico con Mg y asociado al fitol. También están los carotenos y xantofilas, que absorben luz de longitudes de onda que las clorofilas no pueden. Todos están asociados a las membranas tilacoidales y, junto a proteínas transmembrana, forman los fotosistemas.

   Estructura de los Fotosistemas

   • Complejo Captador de la Luz: Pigmentos fotosintéticos (moléculas antena).
   • Centro de Reacción: Clorofila (pigmento diana) que cede un electrón a un aceptor.

   Tipos de Fotosistemas

   • Fotosistema I (PSI): Absorción máxima a 700 nm, en los tilacoides del estroma.
   • Fotosistema II (PSII): Absorción máxima a 680 nm, en los tilacoides grana.
2. Transporte No Cíclico de Electrones: El transporte de electrones va desde el agua hasta el NADP⁺, obteniéndose ATP. El transporte de electrones va contra gradiente, lo que necesita un aporte de energía proporcionado por la luz. Se divide en tres segmentos:
   • Transporte desde el agua hasta el PSII: La clorofila excitada por la luz pierde dos electrones, quedando oxidada. Para recuperar su estado, se produce la fotólisis del agua, originando dos electrones, dos H⁺ y medio oxígeno.
   • Transporte desde el PSII al PSI: Los electrones procedentes son transportados hasta el aceptor primario, la plastoquinona, quedando reducida. Llevado a cabo por reacciones redox.
   • Transporte del PSI al NADP⁺: El PSI es excitado por la luz. La molécula de clorofila pierde dos electrones que pasan a la ferredoxina y son transferidos al NADP⁺, que se reduce a NADPH, y la molécula de clorofila queda reducida.
3. Fotofosforilación: Formación de ATP acoplada al transporte de electrones. El uso de los dos fotosistemas permite que la energía sobrante se use para bombear protones (en el lumen) desde la membrana. Esto provoca la traslocación hacia el estroma. La energía es usada para la síntesis de ATP (Teoría Quimiosmótica).
4. Transporte Cíclico de Electrones: Requiere una sola reacción fotoquímica. Este transporte libera energía para sintetizar ATP, pero no produce fotólisis, ni NADPH, ni oxígeno.

Fase Oscura (Independiente de la Luz)

Síntesis de moléculas orgánicas sencillas por reducción de moléculas inorgánicas. Ocurre en el estroma del cloroplasto y puede producirse tanto en ausencia como en presencia de luz. El principal sustrato es el CO₂.

1. Reducción de CO₂ (Ciclo de Calvin): Primero ocurre la fijación del CO₂ sobre un aceptor, dando origen a un compuesto intermediario que es catalizado por la enzima Rubisco. El ácido es fosforilado, obteniendo gliceraldehído-3-fosfato. Este es utilizado para la síntesis y para la regeneración.
2. Factores que Afectan la Fotosíntesis: Concentración de CO₂, concentración de O₂, intensidad luminosa, temperatura, humedad, etc.

QUIMIOSÍNTESIS

Los seres que realizan este proceso son quimioautótrofos.

Fases de la Quimiosíntesis

1. Primera Fase (Equivalente a la Fase Luminosa): Se oxidan compuestos inorgánicos sencillos, liberándose energía (para fosforilar el ADP y formar ATP) y electrones (para reducir el NAD⁺ a NADH).
2. Segunda Fase (Equivalente a la Fase Oscura): Utiliza el ATP y el NADH para reducir compuestos inorgánicos a orgánicos.

Grupos de Bacterias Quimioautótrofas

• Bacterias del Nitrógeno: Presentes en el suelo y en el agua. Utilizan nitrógeno como sustrato. Oxidan el amoniaco a nitratos (nitrificación), que es la principal fuente de nitrógeno para las plantas.
  • Nitrosificantes: (Del género Nitrosomonas) Oxidan amoniaco a nitritos.
  • Nitrificantes: (Del género Nitrobacter) Oxidan los nitritos a nitratos.
• Bacterias Incoloras de Azufre: Se encuentran en aguas residuales, fuentes hidrotermales y ambientes ricos en azufre. Utilizan azufre y sulfuro de hidrógeno como sustrato.
• Bacterias del Hierro: Abundan en aguas de vertidos mineros, donde las sales ferrosas se oxidan a férricas.
• Bacterias del Hidrógeno: Utilizan hidrógeno como sustrato.