BIOQUÍMICA

METABOLISMO

  Antes de continuar, vamos a aclarar algunos conceptos que vimos en la Abiogénesis. 

ANABOLISMO EN CÉLULAS AUTÓTROFAS

  Las células Autótrofas son aquellas que son autosuficientes para producir elementos orgánicos a partir de elementos inorgánicos como el agua o el dióxido de carbono; y a través de la energía Redox formar glucosa:( C6 H12 O6). Quema energía para producir glucosa (Anabolismo)

ENERGÍAS REDOX 

 Es la búsqueda de cualquier átomo de un elemento químico a parecerse estructuralmente al gas noble más próximo; ya qque los gases nobles son muy estables. 

  Por ejemplo el Hidrógeno querría parecerse al Helio y ganar un electrón, pasando de tener un electrón a tener dos electrones.

             El átomo de Hidrógeno se encontraría más estable pareciéndose al Helio

  El Oxígeno que tiene 8 electrones querría ganar dos electrones y así parecerse al Neón que tiene 10

             El átomo de Oxígeno se encontraría más estable pareciéndose al Neón

Para ello lo que pueden hacer es compartir electrones

  Así cada Hidrógeno ahora tiene 2 electrones y el oxígeno tiene 10 electrones y se crea un material más estable, como es el H2O o agua. 

  Para ello el hidrógeno se ha oxidado y el oxígeno se ha reducido. Por eso se llama una reacción Redox (REDucción-OXidación).

CATABOLISMO EN CÉLULAS HETERÓTROFAS

  Las células Heterótrofas en cambio deben consumir materia orgánica (glucosa), sea por fagocitación de otras células o por otro medio. Para ello deben obtener glucosa descomponerla para obtener energía (catabolismo)

  Hay una primera digestión en la que con agua se rompe la glucosa (glucolisis) obteniendose Piruvato, NADM o FADH y vapor de agua residual. 

  En una segunda respiración se reduce el compuesto para obtener ATP. Esta respiración puede ser Aeróbica o Anaeróbica. 

 RESPIRACIÓN AERÓBICA

  Es la que se realiza en presencia de oxígeno. 

  De la primera glucolisis pasa al Ciclo de Krebs en el plasma mitocondrial y después a la cadena respiratorio que se produce en la membrana mitocondrial. En resumen:

   C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + energía (38 ATP)

RESPIRACIÓN ANAERÓBICA

  Es la que se realiza en ausencia de oxígeno .

  Puede ser INORGÁNICA: El último electrón reduce un sulfato o un nitrato.

  SO₄^2– + 8e^– + 8H⁺ → S^2– + 4H₂O

  Puede ser ORGÁNICA, también llamada fermentación. 

    La fermentación alcohólica: donde se obtiene 2ATP y etanol como residuo. 

     C₆H₁₂O₆ + 2 P_i + 2 ADP + 2 NADH + 2H⁺ → 2 CH₃-CH₂OH + 2 CO₂ + 2 ATP + 2 NAD

    La fermentación alcohólica: donde se obtiene 2ATP y ácido láctico como residuo.

    Glucosa (C₆H₁₂O₆) + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD  2 Lactato (C₃H₆O₃) + 2 ATP + 2 NAD

Como se puede ver la respiración aeróbica es 19 veces más energética que la anaeróbica, por lo que ha resultado preferida o más abundante en nuestro planeta. 

MODELOS METABÓLICOS

  Según la combinación de distintos tipos de energía que se utilicen en el metabolismo, los compuestos primarios o el origen del electrón inicial se obtienen los diferentes metabolismos en la naturaleza. 

  Según el origen de la materia prima : Autótrofo (inorgánico) o Heterótrofo (orgánico)

  Según la energía empleada: Fotótrofo (luz) o Quimiótrofo (enlaces químicos)

  Según el origen  del electrón inicial: Organótrofo (orgánico) o Litótrofo (inorganico)

  Así las primeras Cianobacterias eran: AUTO-FOTO-LITÓTROFAS; pues que obtenían Glucosa de materia orgánica a través de la luz utilizando el electrón inicial de materia inorgánica. 

  De un ciclo básico inorgánico posible en el ambiente prebiótico, por prueba error se dió un ciclo invertido de este que es conocido como Ciclo del Ácido Cítrico o Ciclo de Kerbs que forma oparte mde la respiración celular en todas las células aeróbicas.

 

QUIMIÓTROFOS

  En un principio dada la atmósfera original del planeta que dejaba pasar poca luz sería la más frecuente, hoy en día generalmente viven en fondos oceánicos donde no llega la luz obteniendo la energía de fumarolas volcánicas o formando parte de organismos pluricelulares. 

  CO2 + ión H = Glucosa. 

  QuimioOrgánoHeterótrofo: (Energía química para descomponer materia organica a través de reacciones orgánicas) Serían las células que conforman todos los animales y los hongos. 

  QuimioOrganoAutótrofo: (Energía química para crear materia orgánica a través de reacciones orgánicas) Es bastante raro, aunque existen algunas bacterias. 

  QuimioLitoHeterótrofos: (Energía química para descomponer materia organica a través de reacciones inorganicas) Es también raro aunque existen algunas bacterías e incluso hongos.

  QuimioLitoAutótrofo: (Energía química para crear materia organica a través de reacciones inorgánicas) Generalmente bacterias con bases nitrificantes que obtienen la energía del NH3, SH2 o el Fe2. 

 

FOTÓTROFOS

    Posteriormente al aclararse la atmósfera dió paso a una mayor cantidad de luz y a una mayor abundancia de estas reacciones frente a las de enlace químico. 

  Generalmente se conoce así a los Fototrofos Autótrofos; aunque también Existen los Fotoheterótrofos, que obtendrían el carbono de materia orgánica en vez de tomarlo de materia inorgánica para crear glucosa) Como es el caso de algunas bacterias procariotas.

  La luz excita la molécula de clorofila haciendo que salte un electrón, el cual a través de una cadena de transmisión llamado Ciclo de Calvin va pasando a otras moléculas cediendo parte de su energía en cada reacción. En la última reacción se vuelve a transformar en NADPH que se almacena para cuando se necesite energía. 

  Cada paso de este ciclo hace pasar un protón de Hidrógeno H+ al interior de la célula a través de la membrana,creando un desequilibrio iónico que produce una muy alta concentración de energía (fuerza protón motriz) de la que se obtiene ATP. 

  Ciclo de Calvin:

  6CO2 + 12 NADPH (coenzima redox) + 18 ATP (energía ) = 

  glucosa (energía almacenada/biomolécula) + 12 NADP +18 ADP + 18 P residual. 

  En su origen eran similares a bacterias púrpuras y verde del azufre. se desarrollaron independientemente dos clorofilas diferentes una azul y otra roja que terminaron en una misma célula con un resultado muy exitoso y posiblemente por radiación ultravioleta se quedó transcrito en el mismo ADN. Produciendose una especialización en un ambiente estacional de forma que hay una coordinación entre ambas. 

  También puede ser Organótrofas o Litótrofas. 

  Así como aérobicas, que son las más comunes y que componen el reino de las plantas cuyo residuo es el oxígeno; o anaeróbicas que producen como residuo hierro o azufre.