Anabolismo y Rutas Metabólicas
El anabolismo heterótrofo permite obtener moléculas orgánicas complejas a partir de moléculas orgánicas simples. Dependiendo de la biomolécula sintetizada, distinguimos:
A) Anabolismo de Glúcidos
- Gluconeogénesis: Se sintetiza glucosa desde compuestos no glucídicos (ácido láctico, aminoácidos, glicerol, ácidos grasos). Ocurre en todas las células, comenzando en las mitocondrias y finalizando en el citosol. En mamíferos, predomina en el hígado para mantener los niveles de glucosa, especialmente durante el ayuno.
- Glucogenogénesis: A partir de la glucosa, se sintetiza glucógeno para su almacenamiento en hígado y músculo esquelético. Ocurre en dos etapas: activación de la glucosa mediante UTP (UDP-glucosa) y unión al glucógeno liberando UDP.
B) Lípidos
La síntesis de lípidos tiene lugar en el citosol.
C) Proteínas
Las plantas pueden sintetizar todos los aminoácidos, mientras que los animales solo sintetizan algunos en el citosol.
El anabolismo en organismos autótrofos se clasifica según la fuente de energía utilizada para sintetizar moléculas orgánicas a partir de inorgánicas:
- Fotosintéticos: Utilizan energía solar (plantas, algas y algunas bacterias).
- Quimiosintéticos: Utilizan la energía liberada en reacciones químicas exergónicas.
Ciclo de Calvin y Fijación de CO2
La reducción del CO2 ocurre gracias al ciclo de Calvin, donde el CO2 se reduce a gliceraldehído-3-fosfato (G3P). Por cada vuelta se fija un CO2; por tanto, para obtener un G3P (3C) se requieren 3 vueltas:
3 CO2 + 6 NADPH + 6 H+ + 9 ATP → G3P + 6 NADP+ + 9 ADP + 9 Pi
El G3P puede seguir diversos caminos: formación de glucosa, fructosa y otros polisacáridos, síntesis de ácidos grasos y aminoácidos, o producción de ATP en el catabolismo. Para sintetizar una glucosa (6C) se requieren 6 vueltas:
6 CO2 + 12 NADPH + 12 H+ + 18 ATP → C6H12O6 + 12 NADP+ + 18 ADP + 18 Pi
Fases del Ciclo de Calvin
- Fijación de CO2: La enzima Rubisco une el CO2 a la ribulosa-1,5-difosfato (RuBP). La molécula resultante se rompe en dos moléculas de ácido 3-fosfoglicérico.
- Reducción: El ácido fosfoglicérico es fosforilado y reducido a gliceraldehído-3-fosfato.
- Formación de glucosa y regeneración: De cada 6 moléculas de G3P, una se destina a la síntesis de glucosa y cinco a la regeneración de RuBP.
Ciclo de Krebs y Rutas Catabólicas
El ciclo de Krebs tiene naturaleza anfibólica (rutas anabólicas y catabólicas):
- Función catabólica: El acetil-CoA proviene de la glucólisis, la β-oxidación de ácidos grasos y la degradación de aminoácidos.
- Función anabólica: Actúa como fuente precursora para la biosíntesis.
Ocurre en la matriz mitocondrial. En la β-oxidación (ruta de la hélice de Lynen), se eliminan 2 carbonos por giro, obteniendo acetil-CoA, FADH2 y NADH. Los aminoácidos se degradan según su estructura e ingresan al ciclo en diferentes puntos. El acetil-CoA se oxida totalmente a CO2, liberando electrones, H+ y energía.
Ciclo Celular
El ciclo celular comprende las etapas de crecimiento y división:
- Fase G1: Crecimiento celular y duplicación de orgánulos. Si la célula no se divide, entra en fase G0 (reposo o quiescencia, como en neuronas). El punto de no retorno se denomina punto R.
- Fase S: Duplicación del material genético (ADN). Es una fase crítica donde actúan sistemas de reparación de errores.
- Fase G2: Preparación para la mitosis. Los cromosomas están duplicados (2 cromátidas) y se duplican los centriolos.
Mitosis
- Profase: Condensación de cromosomas, desaparición de la membrana nuclear y formación del huso acromático.
- Metafase: Máxima condensación; los cromosomas se alinean en la placa ecuatorial y se forma el cinetocoro.
- Anafase: Separación de cromátidas hermanas hacia polos opuestos.
- Telofase: Descondensación de cromosomas y reaparición de la membrana nuclear.
Meiosis
Proceso de división reduccional para formar células haploides.
Meiosis I
Incluye el apareamiento de homólogos y la recombinación genética:
- Profase I: Leptoteno, Cigoteno (sinapsis), Paquiteno (sobrecruzamiento o crossing over), Diploteno (quiasmas) y Diacinesis.
- Metafase I, Anafase I y Telofase I: Separación de cromosomas homólogos, resultando en 2 células haploides (n) con cromosomas de 2 cromátidas.
Meiosis II
Similar a la mitosis, separa las cromátidas hermanas. Tras la citocinesis, se obtienen 4 células haploides.
Mitocondrias
Orgánulos encargados de la respiración celular y producción de energía. Su número varía según la demanda energética de la célula.
Estructura
- Matriz: Contiene ADN mitocondrial circular, mitorribosomas, iones y enzimas.
- Doble membrana: La externa es muy impermeable. La interna es rica en proteínas (transporte de electrones y ATP sintetasas).
- Espacio intermembranoso: Composición similar al citosol.