Enzimas

Biología. Reacción. Catálisis. Características. Hidrolíticas. Propiedades. Inhibidores. Cofactores. Coenzimas. Modelo del encaje inducido

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LAS ENZIMAS:son generalmente proteínas que catalizan de forma específica determinadas reacciones bioquímicas uniéndose a una molécula o metabolito que se va a transformar, la cual recibe el nombre de sustrato. La región de la enzima donde se acomoda el sustrato es el centro activo, implica un reconocimiento estérico relacionado con la forma y el volumen del propio sustrato. Las enzimas se comportan como cualquier otro catalizador en cuanto a que:-disminuye la energía de activación.-no cambian el signo ni la cuantía de la variación de la energía libre.-no modifican el equilibrio de una reacción.-al finalizar la reacción quedan libres, sin alterarse y pueden funcionar otras veces. Dada la naturaleza proteica de las enzimas, han de ser sintetizadas por el propio organismo, como el resto de las proteínas, lo que implica su codificación genética. INFLUENCIA DEL pH Y LA TEMPERATURA EN LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA:cada enzima posee una temperatura y un pH óptimos para actuar, de manera que su actividad disminuirá sensiblemente o incluso desaparecerá cuando los valores de ambas variables se alejen de los valores óptimos. COFACTORES ENZIMÁTICOS:algunas enzimasno son proteínas exclusivamente, sino que están asociadas con otro tipo de moléculas que tienen naturaleza no proteica, enzimas conjugadas se denominan holoenzimas; las moléculas con las que se asocian, cofactores, y la parte proteica de la enzima, apoenzima.-Cationes metálicos.-Moléculas orgánicas complejas.Se denominan coenzimas cuando se unen débilmente a la apoenzima. Cuando se unen fuertemente a la apoenzima mediante enlaces covalentes se conocen como grupos prostéticos.CLASIFICACIÓN DE LAS ENZIMAS:En muchos casos se añade el sufijo -asa a la raíz del nombre del sustrato sobre el que actúan;en otros casos se nombran en función de la reacción que catalizan.Actualmente se realiza una clasificación atendiendo a la reacción que catalizan.TIPOS DE ENZIMAS:-Hidrolasas:

catalizan reacciones de hidrólisis.-Liasas: catalizan la liberación de grupos funcionales.

-Transferasas o Quinasas: catalizan la transferencia de radicales o grupos funcionales.-Isomerasas: catalizan reacciones de isomerización.-Oxidorreductasas:catalizan reacciones de oxidorredución. -Sintetasas o Ligasas:catalizan la síntesis de moléculas con hidrólisis de ATP.

LA REACCIÓN ENZIMÁTICA: transcurre siempre con la unión del sustrato. E+S -> ES -> E+P

ESPECIFICIDAD:Esta propiedad se debe a que laq conformación tridimensional del centro activo de la enzima es tal que resulta complementaria a la molécula de sustrato a la que se une. Sin embargo, esta unión puede no ser rígida, es decir, la unión del propio sustrato induce un cierto cambio conformacional en el sitio activo de la enzima que provoca finalmente el perfecto y definitivo acoplamiento entre esta y el sustrato. Este modelo de acoplamiento se denomina modelo de acoplamiento inducido. INHIBICIÓN DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA: Las reacciones enzimáticas están reguladas, entre otros factores, por moléculas o componentes celulares que pueden inhibirlas de manera reversible o irreversible.-Inhibidores reversibles:se denominan inhibidores competitivos, ya que tienen una conformación espacial similar a la del sustrato y compiten con este.-Inhibidores irreversibles o venenosos:de forma irreversible al centro activo de la enzima y suprimen por completo la actividad de la misma. ALOSTERISMO: Existen diversas moléculas, denominadas ligandos capaces de unirse específicamente a la enzima provocando en ella un cambio conformacional. Este cambio origina la transformación entre la forma inactiva de la enzima y la forma funcionalmente actuva de la misma. Estos ligandos se unen a la enzima en los denominados centros reguladores, que son diferentes al centro activo. Existen ligandos activadores e inhibidores: en general, los sustratos de las enzimas suelen comportarse como ligandos inhibidores. Estas enzimas ques on reguladas por el sustrato y el producto de la reacción se denominan enzimas alostéricas. CINÉTICA DE LA REACCIÓN ENZIMÁTICA: La velocidad de la reacción aumenta de forma lineal hasta alcanzar un máximo en el que se produce la saturación de la enzima, equivale a la acticidad de la enzima cuando la velocidad de la reacción es máxima.

VITAMINAS Y METABOLISMO: son biomoléculas de muy variada complejidad, que pertenecen a varias clases de principios inmediatos. No pueden ser sintetizadas por los organismos animales, salvo algunas excepciones. Muchas de las vitaminas conocidas como precursores de coenzimas y de moléculas activas en el metabolismo. CLASIFICACIÓN DE LAS VITAMINAS: -Hidrosolubles:

son solubles en agua y generalmente actúan como coenzimas o precursores de coenzimas. A este grupo pertenecen las vitaminas del complejo B y la vitamina C. -Liposolubles: son insolubles en agua y solubles en disolventes no polares. Son lípidos insaponificables y generalmente no son cofactores o precursores. En este grupo se encuentran las vitaminas A, D, E y K.

ACOPLAMIENTO ENERGÉTICO ENTRE REACCIONES ENDERGÓNICAS Y EXERGÓNICAS: La energía desprendida en una reacción exergónica puede aprovecharse para que ocurran otras reacciones. Esta propiedad se conoce como el nombre de acoplamiento energético entre reacciones. En general, por cada reacción endergónica que se produca en la célula existe otra exergónica que, acoplada a la primera, sirve de fuente de energía.

CONSIDERACIONES GENERALES SOBRE METABOLISMO: El metabolismo comprende el conjunto de transformaciones químicas y procesos energéticos que ocurren en el ser vivo. Ruta o vía metabólica es un proceso formado por una cadena de reacciones enzimáticas sucesivas. El catabolismo es el metabolismo de degradación oxidativa de moléculas y produce energía. El anabolismo es el metabolismo de síntesis de moléculas, requiere energía. En los procesos anabólicos la fuente de energía procede del medio. En los procesos catabólicos se desprende energía, debe existir un aceptor último de electrones que no pertenezca al sistema.

MOLÉCULAS QUE INTERVIENEN EN EL METABOLISMO: -Metabolitos: son moléculas que ingresan en las diferentes rutas de metabolismo, ya sea para su degradación (catabolismo) o para participar en la síntesis de otras moléculas más complejas (anabolismo). -Nucleótidos: son las moléculas, como el NAD+, el NADP+, el FAD, el FMN, que posibilitan la oxidación o la reducción de los metabolitos, según en qué ruta se encuentren. Suelen ser coenzimas asociadas a la parte proteica de las enzimas que intervienen en el metabolismo y actúan como transportadores de electrones. -Moléculas con enlaces ricos energía:como el GTP, el ATP o la coenzima A sirven de almacén y actúan como proveedores de energía, según sean las necesidades. -Moléculas extremas ambientales: se encuentran al comienzo o al final de algún proceso matabólico. Proceden del ambiente celular o son cedidas a él. Con su ingreso o salida de la célula garantizan que el sistema sea abierto.

FASE OSCURA DE LA FOTOSÍNTESIS: En la fase oscura o de biosíntesis, esta energía se utiliza para reducir el carbono y sintetizar glúcidos sencillos. Estas reacciones requieren la presencia de NADPH y ATP, que solo se forman en presencia de luz. La reducción del carbono tiene lugar en el estroma del cloroplasto y gracias a una serie de reacciones cíclicas, que reciben el nombre de ciclo de Calvin. EL CICLO DE CALVIN: El compuesto inicial del ciclo de Calvin es un glúcido de cinco carbonos combinado con dos grupos fosfato, la ribulosa-1,5-bifosfato (RuBP).

1.Fase de fijación del carbono: El ciclo comienza cuando el dióxido de carbono se unen a la RuBP, escindiéndose inmediatamente en dos moléculas de ácido 3-fosfoglicérico. Tienen lugar en el estroma, gracias a la intervención de una enzima, la ribulosa bifosfato-carboxilasa, más conocida como rubisco. 2. Fase de reducción: El siguiente paso es la reducción a gliceraldehído-3-fosfato utilizando el NADPH y el ATP formados durante el transporte de electrones en las reacciones dependientes de luz. 3.Fase de regeneración de la Regeneración de la RuBP: De estos seis carbonos solo uno de ellos se utiliza para sintetizar glúcidos en el citosol. Los otros cinco restantes se convierten finalmente en ribulosa-1,5-fsfato(RuBP). Pueden pasar al citoplasma para suministar energía matabólica, pero también pueden permanecer en el cloroplasto y servir para la síntesis de otros glúcidos, grasas, amonoácidos y bases nitrogenadas. BALANCE ENERGÉTICO: De forma global se puede concluir que la conversión de seis moléculas de CO2 en una molécula de azúcar de seis carbonos y la regeneración de la ribulosa-1,5-difosfato requiere 12 moléculas de NADPH y 18 moléculas de ATP. FOTORRESPIRACIÓN: La rubisco puede también catalizar la unión del CO2 a la ribulosa-1,5-difosfato en una reacción en la que se consume CO2. Se convierte dentro del estroma en el glucolato y este se transfiere a la mitocondria, donde se libera CO2. Esta serie de reacciones que implican la captación de O2 y liberación de CO2 se denomina fotorrespiración. La fotorrespiración limita la eficacia de la fotosíntesis, pues el CO2 y el O2 compiten entre sí, de forma que cuando la concentración de CO2 disminuye, el O2 actúa como sustrato de la rubisco.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FOTOSÍNTESIS: -Concentración de CO2 ambiental:el aumento de la concentración de CO2 incrementa el rendimiento de la fotosíntesis hasta alcanzar un valor de asimilación máximo, específico para cada organismo. -Concentración de O2 ambiental: cuando la concentración de O2 aumenta considerablemente en el ambiente, la eficacia de la fotosíntesis disminuye. Esto se debe a la competencia que se establece entre el O2 y el CO2como sustratos de la rubisco. -Humedad: al disminuir el grado de humedad se produce una sensible disminución de la fotosíntesis, ya que se cierran los estomas para evitar pérdidas de agua, reduciéndose la asimilación de CO2. -Temperatura: el rendimiento fotosintético aumenta con la temperatura hasta alcanzar un punto máximo a partir del cual va disminuyendo. Este punto se corresponde con la temperatura óptima de la actividad de las enzimas. -Intensidad luminosa: la fotosíntesis es proporcional a la intensidad de luz pero llega un momento en que el rendimiento se estabiliza según las características óptimas de los pigmentos de cada especie. -Tipo de luz: El rendimiento óptimo se realiza con luz roja o azul. Con luz roja de 680 nm se absorbe bastante energía. Al diminuir la longitud de onda a 400 nm se produce mayor absorción de energía.

QUIMIOSÍNTESIS: La quimiosíntesis es la nutrición autótrofa que depende de la energía química que se desprende de una oxidación que realiza tomando como sustrato sustancias inorgánicas sencillas. Es un tipo de nutrición que se encuentra exclusivamente en bacterias. -Bacterias quimiosintéticas del nitrógeno o nitrificantes: contribuyen a que los suelos sean ricos en nitrato, compuesto inorgánico de nitrógeno quelas plantas pueden asimilar por las raíces para sintetizar sus propios aminoácidos. -Bacterias quimiosintéticas del azufre o sulfobacterias: como sustrato oxidable utilizan azufre, sulfuro de hidrógeno. Basta añadir azufre para que los microorganismos hagan el resto: el sulfúrico transforma el carbonato cálcico en sulfato cálcico que por su solubilidad puede eliminarse lavando las tierras. -Bacterias quimiosintéticas del hierro o ferrobacterias: aprovechan la energía de oxidación de hierro ferroso a férrico.

OTRAS RUTAS ANABÓLICAS: SÍNTESIS DE AMINOÁCIDOS: Los aminoácidos son indispensables para cualquier ser vivo, pues además de que sin ellos no puede sintetizar sus propias proteínas, constituyen importantes procursores en la síntesis de otras moléculas: coenzimas, pigmentos, hormonas, neurotransmisores, etc. Los animales y muchos microorganismos no tienen capacidad de sintetizar aminoácidos incorporando nitrógeno inorgánico del medio: necesitan tomarlos del medio, ya sintetizados, y a partir de estos sintetizar los demás. A esos aminoácidos indispensables se los denomina aminoácidos esenciales. Cuando un organismo necesita recibir determinadas biomoléculas ya sintetizadas, se denomina auxótrofo. -Origen del grupoamino de los aminoácidos: Las plantas y muchos microorganismos utilizan como fuentede nitrógeno el nitrato del suelo o también el amoniaco. Si lo absorbido por las raíces es el nitrato, este se reduce a amoniaco y se incorpora. -Origen del esqueleto carbonado de los aminoácidos: proceden de precursores sencillos, entre los que se encuentran intermediarios de la glucólisis y el ciclo de Krebs.

GLUCONEOGÉNESIS: a través de la ruta gluconeogénica, que tiene lugar prefernetemente en el hígado y en parte en el riñón, es posibñe sintetizar glucosa a partir de ácido láctico, aminoácidos o de algún metabolito del ciclo de Krebs. El proceso no sigue en todo momento el camino inverso de la glucólisis. Algunas enzimas de la glucólisis participan también en la gluconeogénesis, pues catalizan reacciones reversibles; sin embargo, en la gluconeogénesis operan además algunas enzimas específicas de esta ruta. -Balance energético: Desde el punto de vista energético, producir glucosa desde láctico cuesta más de lo que produjo su degradación. Si en la glucólisis hasta pirúvico se consumieron 2 ATP y se obtuvieron 4, en la gluconeogénesis se consumen 4 ATP y 2 GTP, lo que supone seis enlaces fosfato ricos en energía. Esta ruta evita una excesiva acumulación de ácido láctico en el músculo.

CATABOLISMO Y OBTENCIÓN DE ENERGÍA: 1.Panorámica del catabolismo aerobio: el catabolismo comprende del metabolismo de degradación oxidativa de moléculas orgánicas, cuya finalidad es la obtención de la energía para que la célula realice sus funciones vitales. -Reacciones redox: todas las transformaciones moleculares que desprenden energía en los procesos catabólicos son reacciones de oxidación. Toda oxidación requiere una reducción. Las moléculas que ceden átomos de hidrógeno se oxidan, mientras que las que los aceptan se reducen. Los átomos de hidrógeno liberados en las reacciones de oxidación van acompañados de gran cantidad de energía que estaba almacenada en los enlaces de los que formaban parte. Los transportadores de hidrógeno son nucleótidos como del NAD+, el NADP+ o el FAD, que captan los átomos de hidrógeno liberados por las moléculas oxidadas y los transfieren a las moléculas aceptoras, que finalmente se reducirán.2.Catabolismo de los glúcidos: -Glucólisis: ocurre en el citosol, sin necesidad de oxígeno, en la que la molécula de glucosa se transforma en dos moléculas de ácido pirúvico. *Etapas: Primero se fosforila la glucosa en una reacción endergónica que consume una molécula de ATP. Luego se isomeriza de la glucosa 6-fosfato para formar el anillo pentagonal de fructosa. Después se fosforila la fructosa 6-fosfato con gasto de una molécula de ATP. Se hace una escisión de la fructosa 1,6-bifosfato en dos triosas. Se obtienen dos moléculas de gliceraldehido 3-fosfato. A partir de esta etapa, el número de moléculas que intervienen se duplica. Se produce más tarde la oxidación y la fosforilación del gliceraldehído 3-fosfato. Se emplea un fosfato inorgánico y se reducen dos moléculas de NAD+. Luego aparece la desfoforilación del ácido 1,3.bifosfoglicérico, formándose una molécula de ATP. Se isomeriza el ácido 3-fosfoglicérico, en el que el grupo fosfato cambia su posición del C3 y al C4. Se forma un doble enlace como consecuencia de la pérdida de un átomo de hidrógeno y un grupo -OH. Finalmente se desfosforaliza el ácido fosfoenol pirúvico obteniéndose ácido pirúvico y ATP. *Balance energético: se necesita la energía de dos moléculas de ATP para iniciar el proceso; sin embargo, una vez iniciado se producen dos moléculas de NADH y cuatro moléculas de ATEP. El balance es de dos moléculas de NADH y dos moléculas de ATP por cada molécula de glucosa. *Etapas clave de la glucólisis: •En condiciones aerobias, las moléculas de NADH ceden sus electrones a la cadena de transporte electrónico, que los conducirá hasta el oxígeno, produciéndose agua y regenerándose NAD+ en la mitocondria. •En condiciones anaerobias, ya sea en bacterias o en células eucarióticas sometidas a condiciones de anoxia, el NADH se oxida a NAD+ mediante la reducción la reducción del ácido pirúvico, denominándose fermentaciones, y ocurren en el citosol. -Oxidación del ácido pirúvico o formación del acetil-coencima-A: el ácido pirúvico formado en la glucólisis en el citoplasma celular pasa a la matriz mitocondrial atravesando las membranas mitocondriales externa e interna. El ácido pirúvico sufre una oxidación. El primer carbono y los dos oxígenos correspondientes se separan liberándose una molécula de CO2 y formándose un grupo acilo. Cada grupo acilo se une momentáneamente a un compuesto denominado coencima A. De esta forma se origina el acetil-CoA. En esta reacción se forma una molécula de NADH a partir de la reducción de una molécula de NAD+. Como se producen dos moléculas de ácido pirúvico se obtienen dos moléculas de NADH. -Ciclo de Krebs: 1)Formación del ácido cítrico de seis átomos de carbono. 2)Isomerización del ácido cítrico en ácido isocrítico. 3)Oxidación del ácido isocítrico. Pérdida de un átomo de carbono en forma de CO 2 y formación de ácido a-cetoglutárico. 4)Oxidación del ácido a-cetoglutárico con liberación de CO 2, para formar succinil-CoA. El NAD+ acepta electrones, reduciéndose a NADH + H+. 5)Rotura del enlace entre el ácido succínico y la CoA, liberándose la energía suficiente para sintetizar GTP. 6)Oxidación del ácido succínico a ácido fumárico y reducción de FAD a FADH2. 7)Hidratación del ácido fumárico para formar ácido málico. 8) Oxidación del ácido málico para originar ácido oxalacético. El NAD+ se reduce formándose NADH + H+. *Balance energético: en cada vuelta del ciclo se genera una molécula de GTP, tres de NADH y una de FADH2. Cada vuelta del ciclo consume un grupo acetilo y regenera un ácido oxalacético, que puede iniciar otro nuevo ciclo. Se necesitan dos vueltas del ciclo para oxidar al máximo, en cuanto al carbono, una molécula de glucosa, ya que cada una se obtienen dos de ácido pirúvico en la glucólisis. En el ciclo de Krebs no se necesita oxígeno directamente. Los electrones y protones que se mueven en el ciclo son aceptados por NAD+ y FAD. -Cadena respiratoria o transporte electrónico: la molécula de glucosa que inició la glucólisis se encuentra completamente oxidada. Parte de su energía se ha utilizado en la síntesis de ATP. La mayor parte de la energía se encuentra en los electrones que fueron aceptados por el NAD+ y el FAD. Estos electrones, procedentes de la glucólisis, la oxidación del ácido pirúvico y el ciclo de Krebs, se encuentran aún en un nivel energético alto. Los electrones son conducidos a través de una cadena formada por aceptores, cada un ode los cuales es capaz de aceptar electrones a un nivel energético ligeramente inferior al precedente mediante el proceso siguiente: Los electrones captados por el NADH entran en la cadena cuando son transferidos al FMN que se reduce. El FMN cede los electrones a la CoQ. El FMN vuelve a su forma oxidada, para recibir otro par de electrones y la CoQ se reduce. Esa reacción va aclopada a una síntesis de ATP. A continuación, la CoQ cede los electrones al siguiente aceptor, y vuelve a su forma oxidada. El proceso se repite en sentido descendente. Al pasar los electrones por la cadena respiratoria, van saltando a niveles energéticos sucesivamente inferiores y van soldando ATP. Los electrones llegan hasta el oxígeno, que se combina con dos protones, para formar agua que sale de la mitocondria y de la célula. El oxígeno es imprescindible. Gracias a que el oxígeno procedente del ambiente acepta los electrones, no se bloquea el proceso. Los electrones del FADH2 entran en la cadena transportadora en un nivel energético ligeramente inferior a los del NADH. *Fosforilación oxidativa: hipótesis quimiosmótica: cuando los electrones se mueven a través de la cadena transportadora, van saltando a nubles energéticos inferiores y paralelamente se va liberando energía. Esta energía se emplea para fabricar ATP a partir de ADP, en un proceso denominado fosforilación oxidativa. Por cada dos electrones que pasan desde el NADH al oxígeno se forman tres moléculas de ATP a partir de ADP y Pi. Sin embargo, por cada dos electrones que pasan del FADH2 y entran en la cadena en un nivel energético menor, se forman dos moléculas de ATP. El mecanismo por el que se sintetiza el ATP se explica según la teoría del acoplamiento quimiosmótico. *Acoplamiento quimiosmótico: los componentes de la cadena transportadora de electrones se encuentran ordenados en la membrana formando tres complejos diferenciados. Son auténticas bombas de protones. Los complejos proteicos emplean la energía que se libera para bombear los protones desde la matriz mitocondrial al espacio intermembrana. El bombeo de estos consigue que se establezca un gradiente electroquímico capaz de hacer funcionar cualquier proceso que esté acoplado a un canal por el que puedan circular los protones a favor de gradiente hacia la matriz. Cada partícula F es un complejo enzimático ATP-sintetasa con una porción F0, anclada en la membrana de la cresta, y otra F1 que sobresale hacia la matriz. Cuando el flujo de protones pasa a través de esta compleja estructura hacia la matriz y cataliza la síntesis del ATP a partir de ADP y fosfato. 3.Fermentaciones: cuando el catabolismo ocurre en condiciones anaerobias, es decir, cuando el último aceptor de los hidrógenos no es el oxígeno, sino una molécula orgánica sencilla, las rutas de degradación de la glucosa se denominan fermentaciones. *Fermentación etílica: la producción de etanol está vinculada a células vegetales, hongos y bacterias (levaduras). *Fermentación láctica: en este tipo de fermentación se origina ácido láctico a partir del ácido pirúvico procedente de la glucólisis. De esta forma se regenera el NAD+, necesario para proseguir la glucólisis. •Ciclo de Cori: las células animales obtienen el ETP por vía aerobia, pero en ausencia de oxígeno y en células que tienen pocas mitocondrias, la fermentación láctica es la vía alternativa de producción de ATP. El ácido láctico es el producto final de esta vía, la mayor parte del cual pasa a la sangre y a través de ella llega al hígado donde es transformado en glucosa por un proceso contrario al de la fermentación llamado gluconeogénesis, cerrando así el ciclo. 4.Otras rutas catabólicas: -Oxidación de los ácidos grasos: consiste en la hidrólisis en el citoplasma del triacilglicerol por acción de las lipasas, originándose glicerol y los correspondientes ácidos grasos. Los fosfolípidos también se hidrolizan para formar glicerol y ácido fosfórico. El glicerol se fosforila y oxida a dihidroxiacetona-fosfato, compuesto capaz de isomerizarse a gliceraldehído-3P, un intermediario que se incorpora directamente a la vía glucolítica. -ß-oxidación de ácidos grasos: los ácidos grasos se activan en la membrana mitocondrial externa uniéndose a acetil-CoA para formar acil-CoA, reacción acoplada a un ATP. Ocurre en la matriz mitocondrial y en los peroxisomas, y consiste en la oxidación del carbono ß, eliminándose de forma secuencial unidades de dos átomos de carbono. Por ello, el proceso recibe el nombre de ß-oxidación, porque es el carbono ß el que sufre la oxidación progresiva. -Esquema general de la ß-oxidación: Primero se produce la oxidación del acil-CoA, que está ligada a la formación del FADH2, para formar enoil-CoA. Después tiene lugar la hidratación del doble enlace para formar ß-hidroxiacil-CoA. Luego se produce la oxidación que convierte el grupo hidroxilo del carbono 3 en un grupo ceto, generándose NADH y ß-cetoacetil-CoA. Por último, tiene lugar la escisión o tiólisis del ß-cetoacil-CoA conduciendo a la formación de acetil-CoA y un acil-CoA acortado en dos átomos de carbono. El acetil-CoA se incorpora directamente al ciclo de Krebs, mientras que el resto acil-CoA acortado en dos carbonos experimenta un nuevo ciclo de oxidación. Por tanto, la ß-oxidación consigue que de un ácido graso saturado se liberen, dentro de la mitocondria, tantas unidades de acetil-CoA como permita su número par de átomos de carbono. -Oxidación de aminoácidos: los aminoácidos no pueden almacenarse, sin embargo, tampoco pueden excretarse. Por esta razón los aminoácidos excedentes se utilizan como combustible metabólico para obtener energía. •El grupo a-amino se desamina oxidativamente para formar amonio. En la mayoría de los vertebrados terrestres el amonio se convierte en urea para ser excretado. •El esqueleto carbonado restante forma intermediarios metabólicos que puedan incorporarse para oxidarse en el ciclo de Krebs.

FORMAS DE NUTRICIÓN Y ANABOLISMO: 1.Pigmentos, fotosistemas y fotosíntesis: la fotosíntesis permite que las células capten la energía luminosa del sol y la transformen en energía química. Esta energía se almacena y posteriormente la aprovechan en la síntesis de principios inmediatos. -Pigmentos fotosintéticos: las sustancias que absorben la luz son los pigmentos que se encuentran en las membranas tilacoidales del cloroplasto. Son moléculas que contienen un cromófobo, grupo químico capaz de absorber una longitud de onda particular del espectro visible. La molécula de clorofila consta de dos regiones: un anillo de porfirina que contiene magnesio y una cadena hidrófoba de fitol cuya función es mantener la clorofila integrada en la membrana fotosintética. Los enlaces dobles alternativos en el anillo de porfirina permiten la deslocalización de los electrones que forman una nube alrededor de dicho anillo. La absorción de luz causa una redistribución de la densidad de electrones en la molécula, favoreciendo la pérdida de un electrón hacia un aceptor adecuado. En los eucariotas, la clorofila a es el pigmento implicado en la transformación de la energía de la luz en energía química. La mayor parte de las células fotosintéticas contienen otros tipos de pigmentos. Al captar fotones, pasan a un estado excitado; cuando vuelven a su estado primitivo ceden una energía que es capaz de excitar a una molécula contigua. Como hay diversas moléculas de pigmentos, las longitudes de onda captadas son muchas y así la excitación va pasando de una a otra molécula. La luz que incide sobre una hoja se compone de una gran variedad de longitudes de onda, por lo que la presencia de pigmentos con diferentes propiedades de absorción garantiza que un mayor porcentaje de fotones puedan estimular la fotosíntesis. -Fotosistemas: estas moléculas actúan juntas como una unidad fotosintética o fotosistema, en la cual solo un miembro del grupo, la clorofila del centro de reacción, actúa transfiriendo los electrones a un receptor. Aunque el conjunto de moléculas de clorofila no participa directamente en la conversión de energía, todas se encargan de absorber luz; forman una especie de antena. Así, cuando una molécula se excita al captar un fotón, se transfiere dicha energía de excitación a una molécula cercana por un proceso de resonancia y, finalmente, esta se transfiere a la molécula de pigmento situada en el centro de reacción. El centro de reacción contiene dos moléculas especiales de clorofila a, que tiene el pico más alto de absorción a la longitud de onda mayor, y que actúan como una auténtica “trampa” energética, puesto que los electrones que liberan son enviados hacia la cadena de transporte electrónico de la membrana mitocondrial. *Tipos de fotosistemas: •Fotosistema I (se localiza preferentemente en las membranas de los tilacoides en contacto con el estroma.) •Fotosistema II (se localiza en los grana). Cuando la luz solar incide sobre las membranas tilacoidales, simultáneamente se absorbe energía en los pigmentos antena de ambos fotosistemas. La transferencia de electrones deja los pigmentos de los centros de reacción con un electrón menos, y por tanto pasan de estar excitados a oxidados. Estos atraen electrones, iniciándose el flujo electrónico. 2.Fase lumínica de la fotosíntesis: -Transporte de electrones: tiene lugar en las membranas de las tilacoides. Cuando la energía luminosa captada por los pigmentos llega a la molécula especial del clorofila a del fotosistema I, esta se excita y cede electrones a una molécula transportadora de electrones, que a su vez los transfiere a otra. Se inicia así una cadena de transporte electrónico que termina cuando los electrones son transferidos al NADP+ que se reduce a NADPH. Como consecuencia de este proceso la clorofila del fotosistema I ha quedado con un déficit electrónico. Para que vuelva a funcionar ha de recuperar los electrones. Estos electrones le serán restituidos desde el fotosistema II, en el que cuando la molécula de clorofila a del centro de reacción es excitada por la luz, se oxida cediendo electrones aun transportador que a su vez los transfiere a otros. Se produce así una cadena de transporte electrónico similar a la anterior pero que finaliza cuando la clorofila a del fotosistema I recupera sus electrones. Es ahora la colorofila a del fotosistema II la que necesita recuperar electrones. Debido al “tirón” eléctrico, la molécula de agua se descompone en electrones que van a parar al fotosistema II, iones H+ que se liberan al espacio tilacoidal y O2 que se desprende. De esta forma, considerando en conjunto los 2 fotosistemas vemos que gracias a la energía de la luz, los electrones fluyen desde el agua NADP. -Fotofosforilación no cíclica: durante el transporte electrónico entre el fotosistema I y el fotosistema II, parte de la energía que pierden los electrones, se utilizan para bombear protones en contra de gradiente, desde el estroma al espacio tilacoidal. Cuando los protones vuelven al estroma a favor de gradiente, lo hace a través de las ATP sintetasa, lo que da como resultado la síntesis del ATP a partir del ADP + P. Este proceso recibe el nombre de fotofosforilación y recibe el nombre de no cíclica porque el flujo de los electrones que lo produce no es cíclico. -Fotofosforilación cíclica: en el ciclo de Calvin se consumen más moléculas de ATP que de NADH, sin embargo en la fotofosforilación, descrita hasta ahora, se producen en la misma cantidad, por lo que ha de existir algún mecanismo que compense este desfase. Se ha descubierto que existe un transporte electrónico cíclico que no genera reducción del NADP: los electrones excitados salen del fotosistema I y regresan a él a través de las transportaciones de electrones, volviendo a reducir la clorofila oxidada, por tanto interviene un solo fotosistema. 3.Fase oscura de la fotosíntesis_ En la fase oscura o de biosíntesis, esta energía se utiliza para reducir el carbono y sintetizar glúcidos sencillos. Estas reacciones requieren la presencia de NADPH y ATP, que solo se forman en presencia de luz. La reducción del carbono tiene lugar en el estroma del cloroplasto y gracias a una serie de reacciones cíclicas, que reciben el nombre de ciclo de Calvin. -El ciclo de Calvin o vía C3: El compuesto inicial del ciclo de Calvin es un glúcido de cinco carbonos combinado con dos grupos fosfato, la ribulosa-1,5-bifosfato (RuBP). *Fase de fijación del carbono: El ciclo comienza cuando el dióxido de carbono se unen a la RuBP, escindiéndose inmediatamente en dos moléculas de ácido 3-fosfoglicérico. Tienen lugar en el estroma, gracias a la intervención de una enzima, la ribulosa bifosfato-carboxilasa, más conocida como rubisco. *Fase de reducción: El siguiente paso es la reducción a gliceraldehído-3-fosfato utilizando el NADPH y el ATP formados durante el transporte de electrones en las reacciones dependientes de luz. *Fase de regeneración de la Regeneración de la RuBP: De estos seis carbonos solo uno de ellos se utiliza para sintetizar glúcidos en el citosol. Los otros cinco restantes se convierten finalmente en ribulosa-1,5-fsfato(RuBP). Pueden pasar al citoplasma para suministar energía matabólica, pero también pueden permanecer en el cloroplasto y servir para la síntesis de otros glúcidos, grasas, amonoácidos y bases nitrogenadas. -Balance energético: De forma global se puede concluir que la conversión de seis moléculas de CO2 en una molécula de azúcar de seis carbonos y la regeneración de la ribulosa-1,5-difosfato requiere 12 moléculas de NADPH y 18 moléculas de ATP.-Fotorrespiración: La rubisco puede también catalizar la unión del CO2 a la ribulosa-1,5-difosfato en una reacción en la que se consume CO2. Se convierte dentro del estroma en el glucolato y este se transfiere a la mitocondria, donde se libera CO2. Esta serie de reacciones que implican la captación de O2 y liberación de CO2 se denomina fotorrespiración. La fotorrespiración limita la eficacia de la fotosíntesis, pues el CO2 y el O2 compiten entre sí, de forma que cuando la concentración de CO2 disminuye, el O2 actúa como sustrato de la rubisco. 4.Factores que influyen en la fotosíntesis:-Concentración de CO2 ambiental:el aumento de la concentración de CO2 incrementa el rendimiento de la fotosíntesis hasta alcanzar un valor de asimilación máximo, específico para cada organismo. -Concentración de O2 ambiental: cuando la concentración de O2 aumenta considerablemente en el ambiente, la eficacia de la fotosíntesis disminuye. Esto se debe a la competencia que se establece entre el O2 y el CO2como sustratos de la rubisco. -Humedad: al disminuir el grado de humedad se produce una sensible disminución de la fotosíntesis, ya que se cierran los estomas para evitar pérdidas de agua, reduciéndose la asimilación de CO2. -Temperatura: el rendimiento fotosintético aumenta con la temperatura hasta alcanzar un punto máximo a partir del cual va disminuyendo. Este punto se corresponde con la temperatura óptima de la actividad de las enzimas. -Intensidad luminosa: la fotosíntesis es proporcional a la intensidad de luz pero llega un momento en que el rendimiento se estabiliza según las características óptimas de los pigmentos de cada especie. -Tipo de luz: El rendimiento óptimo se realiza con luz roja o azul. Con luz roja de 680 nm se absorbe bastante energía. Al diminuir la longitud de onda a 400 nm se produce mayor absorción de energía.5.Factores que influyen en la fotosíntesis: La quimiosíntesis es la nutrición autótrofa que depende de la energía química que se desprende de una oxidación que realiza tomando como sustrato sustancias inorgánicas sencillas. Es un tipo de nutrición que se encuentra exclusivamente en bacterias. -Bacterias quimiosintéticas del nitrógeno o nitrificantes: contribuyen a que los suelos sean ricos en nitrato, compuesto inorgánico de nitrógeno quelas plantas pueden asimilar por las raíces para sintetizar sus propios aminoácidos. -Bacterias quimiosintéticas del azufre o sulfobacterias: como sustrato oxidable utilizan azufre, sulfuro de hidrógeno. Basta añadir azufre para que los microorganismos hagan el resto: el sulfúrico transforma el carbonato cálcico en sulfato cálcico que por su solubilidad puede eliminarse lavando las tierras. -Bacterias quimiosintéticas del hierro o ferrobacterias: aprovechan la energía de oxidación de hierro ferroso a férrico. 6.Otras rutas anabólicas: -Síntesis de aminoácidos: Los aminoácidos son indispensables para cualquier ser vivo, pues además de que sin ellos no puede sintetizar sus propias proteínas, constituyen importantes procursores en la síntesis de otras moléculas: coenzimas, pigmentos, hormonas, neurotransmisores, etc. Los animales y muchos microorganismos no tienen capacidad de sintetizar aminoácidos incorporando nitrógeno inorgánico del medio: necesitan tomarlos del medio, ya sintetizados, y a partir de estos sintetizar los demás. A esos aminoácidos indispensables se los denomina aminoácidos esenciales. Cuando un organismo necesita recibir determinadas biomoléculas ya sintetizadas, se denomina auxótrofo. *Origen del grupoamino de los aminoácidos: Las plantas y muchos microorganismos utilizan como fuentede nitrógeno el nitrato del suelo o también el amoniaco. Si lo absorbido por las raíces es el nitrato, este se reduce a amoniaco y se incorpora. *Origen del esqueleto carbonado de los aminoácidos: proceden de precursores sencillos, entre los que se encuentran intermediarios de la glucólisis y el ciclo de Krebs. -Gluconeogénesis: a través de la ruta gluconeogénica, que tiene lugar prefernetemente en el hígado y en parte en el riñón, es posibñe sintetizar glucosa a partir de ácido láctico, aminoácidos o de algún metabolito del ciclo de Krebs. El proceso no sigue en todo momento el camino inverso de la glucólisis. Algunas enzimas de la glucólisis participan también en la gluconeogénesis, pues catalizan reacciones reversibles; sin embargo, en la gluconeogénesis operan además algunas enzimas específicas de esta ruta. -Balance energético: Desde el punto de vista energético, producir glucosa desde láctico cuesta más de lo que produjo su degradación. Si en la glucólisis hasta pirúvico se consumieron 2 ATP y se obtuvieron 4, en la gluconeogénesis se consumen 4 ATP y 2 GTP, lo que supone seis enlaces fosfato ricos en energía. Esta ruta evita una excesiva acumulación de ácido láctico en el músculo.