Tipos de Fosforilación y Ejemplos

• Fosforilación Oxidativa: Es la síntesis de ATP mediante la fosforilación de ADP, acoplada a la oxidación de los componentes de la cadena de transporte de electrones.
• Fosforilación a Nivel de Sustrato: Síntesis de ATP que se produce de forma acoplada a ciertas reacciones catalíticas. Es la única forma posible de síntesis de ATP en condiciones anaerobias.

Quimiosíntesis: Concepto, Organismos y Relevancia Biológica

La quimiosíntesis es el mecanismo por el cual los organismos quimioautótrofos utilizan la energía desprendida en reacciones químicas de óxido-reducción exotérmicas para sintetizar compuestos orgánicos a expensas de compuestos inorgánicos.

Organismos que la Realizan

Principalmente bacterias quimioautótrofas, como las bacterias del nitrógeno.

Clasificación de Seres Vivos según Fuentes de Carbono, Energía y Electrones

• Fotoautótrofos: *Plantas, algas y bacterias*.
• Fotoheterótrofos: *Bacterias púrpuras*.
• Quimioautótrofos: *Bacterias del nitrógeno, fotobacterias*.
• Quimioheterótrofos: *Animales, protozoos, hongos*.

Catabolismo de la Glucosa: Reacción Global y Rutas Metabólicas

La siguiente reacción química representa el catabolismo de la glucosa por respiración celular:

C6H12O6 + 6 O2 -> 6CO2 + 6H2O + ATP

El catabolismo de la glucosa por respiración consiste en el flujo de electrones desde la molécula de glucosa hasta CO2 y H2O. Este proceso presenta tres rutas principales:

• Glucólisis: Oxidación citoplasmática de la glucosa para obtener piruvato, ATP y NADH.
• Ciclo de Krebs: Oxidación de acetil-CoA (que se obtiene por descarboxilación oxidativa del piruvato) que da lugar a CO2, ATP, NADH y FADH2.
• Cadena Respiratoria: Reoxidación de los NADH y FADH2 por transferencia de electrones, acoplada a la síntesis de ATP.

Glucólisis y Glucogénesis: Concepto y Relación

¿En qué Consiste la Glucólisis?

La glucólisis es la ruta metabólica encargada de oxidar la glucosa con la finalidad de obtener energía para la célula. Consiste en 10 reacciones enzimáticas consecutivas que convierten la glucosa en dos moléculas de piruvato, el cual es capaz de seguir otras vías metabólicas y así continuar suministrando energía al organismo.

¿Es la Glucogénesis el Proceso Contrario a la Glucólisis?

No, la glucogénesis no es el proceso directamente contrario. La glucogénesis es la síntesis de glucosa a partir de fosfoenolpiruvato (y otros precursores no glucídicos).

La Fotosíntesis: Sustratos, Productos y Localización

Sustratos de la Fotosíntesis

• En la fotosíntesis oxigénica, el agua (H2O) es el sustrato y fuente dadora de electrones.
• Como fuente de carbono (C), se precisa CO2 atmosférico, que se fija en la fase oscura a través de la ribulosa-1,5-bifosfato. Como fuente de nitrógeno (N), se utilizan nitritos y nitratos, y como fuente de azufre (S), se emplean sulfatos.
• Son imprescindibles los pigmentos fotosintéticos (*clorofilas, carotenoides y ficobilinas*), capaces de captar la energía luminosa. Estos se hallan dentro de proteínas transmembranales que constituyen los llamados fotosistemas (PS I y PS II en la fotosíntesis oxigénica).
• En el caso de la fotosíntesis anoxigénica, el dador de electrones no es el agua, sino, generalmente, el H2S. Al no haber fotólisis del agua, no existe el Fotosistema II (PS II).

Productos Finales Obtenidos

• En cualquier tipo de fotosíntesis se obtienen como productos finales energía química (ATP) y precursores metabólicos orgánicos para la síntesis de otras biomoléculas orgánicas. En la fase lumínica se obtiene poder reductor (NADPH), necesario para la fijación y reducción del CO2 en la fase oscura.
• En la fotosíntesis oxigénica se libera O2 y, obviamente, no acontece lo mismo en la anoxigénica.

¿Dónde tiene Lugar la Fotosíntesis?

En eucariotas, la fotosíntesis tiene lugar en los cloroplastos. En procariotas, ocurre en estructuras membranosas internas o en la membrana plasmática (anteriormente denominadas mesosomas en algunos contextos). Los fotosistemas y pigmentos fotosintéticos se encuentran en las membranas tilacoidales de los grana de los cloroplastos (eucariotas) o en las membranas internas/tilacoides (procariotas).

Fotosíntesis Acíclica vs. Cíclica: Diferencias Clave

CUADRO

¿Qué es un Fotosistema?

Un fotosistema es una agrupación funcional de pigmentos capaces de captar fotones de la luz solar. Se localizan en las membranas tilacoidales de células eucariotas y cianobacterias, y en la membrana plasmática del resto de células procariotas fotosintéticas.

Tipos de Fotosistemas

• Fotosistema I (PS I): La clorofila *a* diana de su centro de reacción (P700) capta fotones con una longitud de onda igual o menor a 700 nm.
• Fotosistema II (PS II): La clorofila *a* diana de su centro de reacción (P680) capta fotones con una longitud de onda igual o menor a 680 nm.

Ecuación Global de la Fotosíntesis y Comparación con la Respiración Celular

Ecuación Global de la Fotosíntesis

54hv + 6CO2 + 6H2O -> C6H12O6 + 6 O2

Diferencias Clave con la Respiración Celular

La fotosíntesis libera oxígeno y produce compuestos orgánicos, mientras que la respiración celular libera dióxido de carbono y agua. Además, la fotosíntesis es un proceso endotérmico (requiere energía), y la respiración celular es exotérmica (libera energía).

Rutas Metabólicas de la Degradación de Ácidos Grasos

La degradación de los ácidos grasos se lleva a cabo en 5 etapas principales:

• Activación: Tiene como sustrato el ácido graso y da lugar al Acil-CoA. Ubicación: Citoplasma.
• Transporte: El Acil-CoA es transportado a la matriz mitocondrial.
• Beta-oxidación: Su sustrato es el Acil-CoA (producto de la etapa anterior) y genera n/2 moléculas de Acetil-CoA. Ubicación: Matriz mitocondrial.
• Ciclo de Krebs: Su sustrato es el Acetil-CoA (producto de la beta-oxidación) y da lugar a CO2, ATP, NADH y FADH2. Ubicación: Matriz mitocondrial.
• Cadena Respiratoria: Reoxidación de NADH y FADH2 para la síntesis de ATP. Ubicación: Membrana mitocondrial interna.

La finalidad metabólica de este proceso es la obtención de ATP y poder reductor (NADH, FADH2), es decir, la generación de energía.

Orígenes del Acetil-CoA en el Metabolismo

El Acetil-CoA puede provenir de diversas fuentes metabólicas:

• La descarboxilación oxidativa del piruvato (procedente de la glucólisis).
• La beta-oxidación de los ácidos grasos.
• La desaminación de algunos aminoácidos.

Procesos Metabólicos Clave: Finalidad, Productos, Ubicación y Tipo

Ciclo de Krebs

Su finalidad es la oxidación completa del Acetil-CoA (derivado del piruvato generado en la glucólisis) en condiciones aerobias, para la producción de energía química (ATP, NADH, FADH2) y CO2. Su sustrato inicial es el Acetil-CoA, y sus productos finales son CO2, ATP, NADH y FADH2. Se trata de una ruta anfibólica, ya que posee tanto reacciones catabólicas (oxidativas) como anabólicas.

Ciclo de Calvin

Su finalidad es la fijación del CO2 atmosférico, llevado a cabo por organismos fotoautótrofos y quimioautótrofos, para sintetizar compuestos orgánicos. Su sustrato inicial es el CO2. Como ruta cíclica, sus intermediarios se regeneran. Requiere energía en forma de ATP y poder reductor (NADPH) para la síntesis de glúcidos. Se considera una ruta anabólica (biosintética), aunque sus intermediarios pueden ser precursores de otras biomoléculas.

Enzimas: Propiedades Catalíticas y Centro Activo

Las propiedades de las enzimas que permiten considerarlas catalizadores son:

• Especificidad: Son altamente específicas, cada enzima actúa sobre un sustrato o grupo de sustratos concretos.
• Eficiencia (o Efectividad): Son extremadamente eficientes. Las reacciones catalizadas por enzimas pueden acelerarse entre 10⁸ y 10¹⁷ veces en comparación con las no catalizadas.
• Regulación: Su actividad puede ser regulada mediante mecanismos de activación o desactivación. Una forma frecuente de regulación es el alosterismo, que implica modificaciones en la estructura tridimensional de la enzima.
• Rendimiento: Conducen a rendimientos cercanos al 100%, catalizando reacciones químicas específicas sin la producción de subproductos o reacciones laterales indeseadas.

El Centro Activo Enzimático

El centro activo es la región tridimensional de la enzima donde se une el sustrato y tiene lugar la reacción catalítica. Está formado por residuos de aminoácidos específicos que interaccionan con el sustrato y facilitan la transformación química.

Factores que Afectan la Actividad Enzimática

• Aumento de la Concentración del Sustrato: La velocidad de la reacción aumentará hasta alcanzar un valor máximo (Vmax), momento en el cual la enzima se satura.
• Aumento de la Concentración de la Enzima: Aumenta la velocidad máxima de la reacción (Vmax), ya que hay más sitios activos disponibles para catalizar la reacción.
• Adición de un Inhibidor: La actividad enzimática se verá reducida o bloqueada, dependiendo del tipo de inhibidor (competitivo, no competitivo, irreversible) y su concentración.
• Aumento de la Temperatura: La velocidad de la reacción aumentará hasta alcanzar una temperatura óptima. Por encima de esta, la enzima comenzará a desnaturalizarse, disminuyendo drásticamente su actividad.

Holoenzima y Apoenzima: Componentes Enzimáticos

• Holoenzima: Es la enzima completa y funcional, constituida por una fracción proteica (apoenzima) que requiere la interacción con un componente no proteico. Este componente puede ser de dos tipos:
  • Cofactor inorgánico: Iones metálicos (ej., Mg²⁺, Zn²⁺).
  • Cofactor orgánico: Pueden ser coenzimas (moléculas orgánicas que se unen a la apoenzima por enlaces débiles no covalentes, como NAD⁺, FAD).
• Apoenzima: Es la fracción proteica de una holoenzima. Por sí misma, no es funcional y requiere la unión a un cofactor (inorgánico o coenzima) para desempeñar su función catalítica.