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OBTENCION DE ENERGIA EN LA
CELULA
INTEGRANTES:
*Díaz Cárdenas José Daniel
*Marín Palma Heidi del Carmen
*Villegas Velasco Melany del Rocío
La Bioenergética es la parte de la biología muy relacionada con la
física, que se encarga del estudio de los procesos de
absorción, transformación y entrega de energía en los sistemas
biológicos. En general, la Bioenergética se relaciona con la
Termodinámica
El Metabolismo es el conjunto de transformaciones que experimenta
la materia externa desde su absorción o adición al citoplasma, hasta
su eliminación del mismo. Por ejemplo, las células están compuestas
por un complejo sistema de reacciones químicas que generan
energía y otras que utilizan energía, esto en general es el
Metabolismo
El Metabolismo Comprende dos fases:
El Anabolismo (Síntesis de compuestos orgánicos)
El Catabolismo (Degradación de sustancias complejas)
Estos representan la suma de cambios químicos que conviertenlos alimentos en formas utilizables de energía y en moléculas
biológicas complejas.
El ATP En general, el [[Adenosín trifosfato|ATP]o trifosfato de
adenosin] es la conexión entre los sistemas que producen laenergía y los que la utilizan; la degradación oxidativa de los
alimentos es un proceso exergónico 'son endergónicos y
utilizan la energía química almacenada en forma de ATP y
NADH.
Relaciones TermodinámicasLas células vivas son capaces de realizar la conversión de
distintas formas de energía y pueden intercambiar energía con
su entorno, es conveniente revisar algunas leyes o principios
de la termodinámica que rigen las reacciones de este tipo. El
primer principio de la termodinámica es una ley de
conservación de la energía y estipula que, aunque la energía
se puede convertir de una forma a otra, la energía total del
sistema ha de permanecer constante.
Khlorós, que significa «verde claro» y plásto q significa «formar, modelar».
Los cloroplastos esta presentes en las células de las plantas y algas
eucariontas. son los encargados de la fotosíntesis eucariotas
fontosintetizadores. Para realizar la fotosíntesis estos necesitan la luz solar.
Dependiendo del tipo de luz que se observara cada cloroplasto, su color
variara. Es debido a esto q vemos las plantas verdes.
Los cloroplastos están especializados en el metabolismo energético, en su
interior se produce las reacciones de la fotosíntesis, capturan la energía solar
para producir energía libre guardad en el ATP y el NADPH.
El cloroplasto, de forma parecida al mitocondrio, esta envueltopor una doble membrana, además la membrana externa que los
envuelve, tiene numerosos sáculos internos, estos tiene el
pigmento verde llamado «clorofila». Hay entre 20 y 40
cloroplastos por célula, su tamaño varia entre 3 y 19 micrómetros
de diámetros, existen otros tipos de cloroplastos:
Los cromoplastos, que guardan el pigmento en las flores
Los leucoplastos, que sirve para guardar sustancias incoloras o
con poco color
Un cloroplasto tiene por tanto tres membranas y presenta tres
compartimentos.
La membrana externa es muy permeable, gracias a la presencia de
porinas.
La membrana interna es menos permeable, no presenta pliegues (la
de la mitocondria sí los presenta). Entre ambas membranas queda
un primer compartimento que es el espacio intermembrana. La
membrana interna delimita un espacio que es el estroma, dónde se
encuentran ribosomas, copias de ADN, distintos tipos de
ARN, gránulos de almidón y gotas de lípidos.
La membrana tilacoidal, es el tercer tipo de membrana, aparece
formando unos sacos aplanados denominados tilacoides, y forman
unas agrupaciones llamadas grana. Los tilacoides están
interconectados y delimitan una tercera cavidad que es el espacio
tilacoidal
Las mitocondrias (Et: del griego μίτος, mítos: hilo, y
κόνδρος, kóndros: gránulo ) son orgánulos citoplasmáticos
provistos de doble membrana que se encuentran en la
mayoría de las células eucariotas. Su tamaño varía entre 0,5–
10 micrómetros (μm) de diámetro. Las mitocondrias se
describen en ocasiones como "generadoras de energía" de las
células, debido a que producen la mayor parte del suministro
de adenosín trifosfato (ATP), que se utiliza como fuente de
energía química. Además de proporcionar energía a la
célula, las mitocondrias están implicadas en otros procesos, como la señalización celular, diferenciación
celular, muerte celular programada, así como el control del
ciclo celular y el crecimiento celular.
Algunas características hacen únicas a las mitocondrias. Sunúmero varía ampliamente según el tipo de organismo o tejido.Algunas células carecen de mitocondrias o poseen sólouna, mientras que otras pueden contener varios miles. Esteorgánulo se compone de compartimentos que llevan a cabofunciones especializadas. Entre éstos se encuentran lamembrana mitocondrial externa, el espaciointermembranoso, la membrana mitocondrial interna, las crestasy la matriz mitocondrial. Las proteínas mitocondriales varíandependiendo del tejido y de las especies: en humanos se hanidentificado 615 tipos de proteínas distintas en mitocondrias demúsculo cardíaco; mientras que en ratas se han publicado 940proteínas codificadas por distintos genes. Se piensa que elproteoma mitocondrial está sujeto a regulación dinámica.Aunque la mayor parte del ADN de la célula está en el núcleocelular, la mitocondria tiene su propio genoma, que muestramuchas semejanzas con los genomas bacterianos.
Existen varias enfermedades de origen mitocondrial, algunas de
las cuales producen disfunción cardiaca, y muy probablemente
participa en el proceso de envejecimiento.
Membrana externa
Es una bicapa lipídica exterior permeable a iones, metabolitos ymuchos polipéptidos. Eso es debido a que contiene proteínas queforman poros, llamadas porinas o VDAC (de canal aniónicodependiente de voltaje), que permiten el paso de grandesmoléculas de hasta 10.000 Dalton y un diámetro aproximado de 20Å. La membrana externa realiza relativamente pocas funcionesenzimáticas o de transporte. Contiene entre un 60 y un 70% deproteínas.
Membrana interna
La membrana interna contiene más proteínas, carece de poros y esaltamente selectiva; contiene muchos complejos enzimáticos ysistemas de transporte transmembrana, que están implicados en latranslocación de moléculas. Esta membrana forma invaginacioneso pliegues llamadas crestas mitocondriales, que aumentan muchola superficie para el asentamiento de dichas enzimas. En lamayoría de los eucariontes, las crestas forman tabiques aplanadosperpendiculares al eje de la mitocondria, pero en algunos protistastienen forma tubular o discoidal. En la composición de lamembrana interna hay una gran abundancia de proteínas (un80%), que son además exclusivas de este orgánulo:
La cadena de transporte de electrones, compuesta por cuatro
complejos enzimáticos fijos y dos transportadores de electrones
móviles: el complejo I o NADH deshidrogenasa que contiene
flavina mononucleótido (FMN), el complejo II o succinatodeshidrogenasa; ambos ceden electrones al coenzima Q o
ubiquinona; el complejo III o citocromo bc que cede electrones
al citocromo c y el complejo IV o citocromo c oxidasa que cede
electrones al O2 para producir dos moléculas de agua.
Un complejo enzimático, el canal de H+ ATP-sintasa que catalizala síntesis de ATP (fosforilación oxidativa).
Proteínas transportadoras que permiten el paso de iones y
moléculas a su través, como ácidos grasos, ácido
pirúvico, ADP, ATP, O2 y agua; pueden destacarse:
Espacio intermembranoso
Entre ambas membranas queda delimitado un espacio
intermembranoso está compuesto de un líquido similar al
hialoplasma; tienen una alta concentración de protones como
resultado del bombeo de los mismos por los complejos enzimáticos
de la cadena respiratoria. En él se localizan diversos enzimas queintervienen en la transferencia del enlace de alta energía del
ATP, como la adenilato quinasa o la creatina quinasa.
Espacio intermembranoso
Entre ambas membranas queda delimitado un espacio
intermembranoso está compuesto de un líquido similar al
hialoplasma; tienen una alta concentración de protones como
resultado del bombeo de los mismos por los complejos enzimáticos
de la cadena respiratoria. En él se localizan diversos enzimas queintervienen en la transferencia del enlace de alta energía del
ATP, como la adenilato quinasa o la creatina quinasa.
FUNCION
Del apartado anterior se deduce que la principal función de las
mitocondrias es la oxidación de metabolitos (ciclo de
Krebs, beta-oxidación de ácidos grasos) y la obtención de ATP
mediante la fosforilación oxidativa, que es dependiente de la
cadena transportadora de electrones; el ATP producido en la
mitocondria supone un porcentaje muy alto del ATP sintetizado
por la célula. También sirve de almacén de sustancias como
iones, agua y algunas partículas como restos de virus y proteínas.
Muchos organismos (especialmente microorganismos)sobreviven en los intestinos de los animales, en el suelo
profundo, en sedimentos u otros sitios donde el oxígeno está
casi, o totalmente, ausente. Aun en algunas de nuestras
células corporales resisten breves periodos a la ausencia de
oxígeno.Probablemente en condiciones anaerobias evolucionaron la
vida y la glucólisis, produciéndose por cada molécula de
glucosa dos moléculas de ácido pirúvico, el cual puede seguir
diferentes caminos: la fermentación alcohólica, la láctica, la
acética y la respiración aerobia.
En la respiración anaeróbia no se usa oxígeno, sino
que para la misma función se emplea otra
sustancia oxidante distinta, como el sulfato o
el nitrato. En las bacterias con respiración anaerobia
interviene también una cadena transportadora de
electrones en la que se reoxidan
los coenzimas reducidos durante la oxidación de los
substratos nutrientes.
Todos los posibles aceptores en la respiración
anaerobia tienen un potencial de
reducción menor que el O2, por lo
que, partiendo de los mismos sustratos
(glucosa, aminoácidos,triglicéridos), se
genera menos energía en este metabolismo
que en la respiración aerobia convencional.
La respiración aeróbia es un tipo de metabolismo energético en el quelos seres vivos extraen energía de moléculas orgánicas, comola glucosa, por un proceso complejo en el queelcarbono es oxidado y en el que el oxígeno procedente del aire esel oxidante empleado. En otras variantes de la respiración, muyraras, el oxidante es distinto del oxígeno (respiración anaeróbica).
La respiración aeróbica es el proceso responsable de que la mayoríade los seres vivos, los llamados por ello aerobios, requieran oxígeno.La respiración aeróbica es propia de los organismos eucariontes engeneral y de algunos tipos de bacterias.
El oxígeno que, como cualquier gas, atraviesa sin obstáculoslas membranas biológicas, atraviesa primero la membranaplasmática y luego las membranas mitocondriales, siendo en la matrizde la mitocondria donde se une a electrones y protones (que sumadosconstituyen átomos de hidrógeno) formando agua. En esa oxidaciónfinal, que es compleja, y en procesos anteriores se obtiene la energíanecesaria para la fosforilación del ATP.
En presencia de oxígeno, el ácido pirúvico, obtenido durante la faseprimera anaerobia o glucólisis, es oxidado para proporcionarenergía, dióxido de carbono y agua. A esta serie de reacciones se leconoce con el nombre de respiración aeróbica.
Existen 4 etapas de la respiración aerobia:
Glucolosis
Formación de acetil coenzima A
Ciclo de klebs o ciclo del acido nítrico
Cadena respiratoria
Glucolosis:
Durante la glucólisis, una molécula de glucosa es oxidada yescindida en dos moléculas de ácido pirúvico (piruvato). Enesta ruta metabólica se obtiene dos moléculas netas de ATP yse reducen dos moléculas de NAD+; el número de carbonos semantiene constante (6 en la molécula inicial de glucosa, 3 encada una de las moléculas de ácido pirúvico). Todo el procesose realiza en el citosol de la célula.
Formacion de acetil coenzima A:es una molécula que se forma a partir de la glucosa que entraen la mitocondria imprescindible para la síntesis de los ácidosgrasos, el colesterol y la acetilcolina. Interviene en elcatabolismo de la glucosa, es decir en la glucolisis y su unión ala coenzima A, en la que se ha incorporado el ácidopantoteico (ver vitaminas)
Ciclo de krebs:El ciclo de Krebs es una ruta metabólica cíclica que se lleva a
cabo en la matriz mitocondrial y en la cual se realiza laoxidación de los dos acetilos transportados por el acetilcoenzima A, provenientes del piruvato, hasta producir dosmoléculas de CO2, liberando energía en forma utilizable, es decirpoder reductor (NADH, FADH2) yGTP
Cadena respiratoria:Son las últimas etapas de la respiración aeróbica y tienen dos
finalidades básicas:
Reoxidar las coenzimas que se han reducido en las etapasanteriores (NADH y FADH2 con el fin de que estén de nuevo librespara aceptar electrones y protones de nuevos substratosoxidables.
Producir energía utilizable en forma de ATP.
El nombre proviene del griego
“foto”=luz(φοτο), y “síntesis”=composición
(σύνθεσις). Consiste en una serie de
procesos, por los cuales las plantas, algas y
algunas bacterias, capturan la luz y emplean
su energía para convertir la materia
inorgánica en materia orgánica, la cual
emplearán para su crecimiento. Los
organismos que pueden realizar este proceso
se denominan autótrofos
En algas eucarióticas y en plantas, la fotosíntesis
se da en un orgánulo especializado, llamado
cloroplasto, y que se encuentra delimitado por
dos membranas que lo separan del citoplasma
circundante. En el interior hay una fase acuosa
con un alto contenido de proteínas e hidratos de
carbono (estroma del cloroplasto), y una serie de
membranas, los tilacoides, que contienen
pigmentos fotosintéticos y proteínas, empleados
en la captación de la energía de la luz. De estos
pigmentos, el principal es la clorofila, con su
característico color verde, y de la cual existen
varios tipos, las bacterioclorofilas y las
clorofilas, a, b, c, y d.
También hay otros pigmentos, los carotenoides (carotenos y xantofilas) de color amarillo o anaranjado, desempeñan un
papel auxiliar en la captación de luz, y un papel protector.
En las cianobacterias (no tienen cloroplastos), los carotenoides
son sustituidos por otros pigmentos, la ficobilinas, cuya naturaleza química es diferente de las anteriores.
En las plantas vasculares, el mayor número de cloroplastos está
dentro de las células del mesófilo de las hojas, y esto es lo que
les proporciona el color verde.
La fotosíntesis se divide en dos fases:
1ª) transcurre en los tilacoides, donde se capta la energía de la luz y es almacenada en dos moléculas orgánicas sencillas ATP y NADPH.
2ª) ocurre en el estroma, y las dos moléculas producidas en la fase anterior son empleadas en la asimilación del CO2
atmosférico, produciendo hidratos de carbono, e indirectamente, el resto de las moléculas orgánicas que componen a los seres vivos (aminoácidos, nucleótidos, lípidos, etc.).
Antiguamente se llamaba fase luminosa a la primera, y fase oscura a la segunda. La denominación de la segunda fase era incorrecta, porque se da solamente en presencia de luz.
La fotosíntesis oxigénica es la modalidad de fotosíntesis en la que el
agua es el donante primario de electrones y que, por lo tanto, libera
oxígeno (O2) como subproducto.
Esta modalidad metabólica es propia de las cianobacterias y de sus
descendientes por endosimbiosis, los diversos tipos de cianelas y plastos
que se observan en las (algas) eucarióticas y en las plantas.
Las otras bacterias y arqueobacterias fotosintéticas recurren a otros
donantes de electrones, como el sulfuro o el hidrógeno. A partir de que
la fotosíntesis oxigénica apareciera en cianobacterias y se convirtiera
en la forma principal de metabolismo autótrofo, la atmósfera terrestre
empezó a enriquecerse en oxígeno, hasta entonces casi ausente.
En palabras simples, el proceso de combinación de dióxido de
carbono con agua para formar azúcar, resulta en un exceso de
oxígeno, el cual es liberado.
En la fotosíntesis anoxigénica los organismos fotoautótrofos
anoxigénicos convierten la energía de la luz en energía química
necesaria para el crecimiento; sin embargo, y al contrario que las
plantas, algas y cianobacterias, en este proceso de transformación de
la energía no se produce oxígeno (O2) y por ello se le llama fotosíntesis
anoxigénica. Otra diferencia es que los fotótrofos anoxigénicos
contienen un tipo de clorofila, bacterioclorofila, diferente a la clorofila de las plantas.
Estas bacterias contienen además carotenoides, pigmentos
encargados de la absorción de la energía de la luz y posterior
transmisión a la bacterioclorofila. El color de estos pigmentos son los
que le dan el nombre a estas bacterias: bacterias púrpuras del azufre y
bacterias verdes del azufre. En las cianobacterias estos pigmentos captadores de luz son las ficobilinas, de ahí su nombre, bacterias azules
(cianobacterias).
