La fábrica celular: obtención de energía

La fábrica celular. Misión: obtener energía

Las mitocondrias son orgánulos de doble membrana encargados de realizar en la célula la respiración celular, con el fin de obtener energía que se almacena en una molécula llamada ATP.

El ATP o adenosín trifosfato

Es un compuesto químico de alta energía que utilizan las células. Se obtiene a partir de los nutrientes (hidratos de carbono, lípidos y proteínas), por lo que la mejor forma de definir el ATP es decir que es energía: ATP= Energía.

El ATP puede hidrolizándose a ADP y Pi (fosfato)

liberando en este proceso energía que puede usarse como energía química para sintetizar nuevas moléculas, para realizar transporte a través de las membranas o para realizar trabajo mecánico, como la contracción muscular o el movimiento de cilios y flagelos.

Formación del ATP: fosforilación

El proceso de formación del ATP se llama fosforilación y consiste en la adición de un grupo fosfato al ADP para formar ATP: ADP + P → ATP + H2o.

Fosforilación a nivel de sustrato

La energía que se necesita para la síntesis de ATP se libera al romperse un sustrato que se forma en el curso de una reacción.

Fosforilación oxidativa

Utiliza para fabricar el ATP la energía liberada por la oxidación de nutrientes. En este proceso los electrones son transferidos desde un donante de electrones a un aceptor de electrones, como el oxígeno, a través de reacciones redox en las que se libera energía. En este proceso interviene una enzima que ya conoces la ATP sintetasa.

A pleno rendimiento: catabolismo y anabolismo

La molécula de ATP, adenosín trifosfato, es una molécula formada por una base púrica, llamada adenina, unida a una ribosa y a tres moléculas de ácido fosfórico, las cuales se unen entre sí por enlaces fosfato de alta energía.

Diferentes tipos de metabolismo

Si nos fijamos en la fuente del carbono, que tienen que tomar del entorno, las células autótrofas utilizan el CO2 como fuente única de carbono y formar a partir de él el esqueleto de las moléculas orgánicas. Las células heterótrofas no pueden usar CO2 y toman el carbono de moléculas más complejas, como la glucosa; si estas células usan oxígeno como último aceptor de electrones se llaman aerobias; si, por el contrario, el aceptor de electrones es una molécula distinta del oxígeno se llaman anaerobias.

Finalidades del metabolismo

- Obtener energía de moléculas combustibles o de la luz absorbida.
- Convertir principios nutritivos en precursores para construir macromoléculas.
- Unión de estos precursores para formar glúcidos, lípidos, proteínas y otros componentes celulares.
- Formación y degradación de biomoléculas necesarias para las funciones especializadas de la célula.

Catabolismo

Fase degradativa del metabolismo. En esta fase, moléculas grandes y complejas (glúcidos, lípidos y proteínas) se rompen para producir moléculas más sencillas (ácido láctico, CO2, urea...), liberándose en este proceso energía que se conservará en forma de ATP.

Anabolismo

Fase constructiva o biosintética del metabolismo, en la que a partir de moléculas simples, y con consumo de energía aportada por el ATP, se forman moléculas complejas (ácidos nucleicos, proteínas, polisacáridos...).

Intermediarios metabólicos o metabolitos

Moléculas que se forman durante una ruta metabólica. Nucleótidos: NAD+, NADP+, FAD+, FMN (participan en reacciones de óxido-reducción). Moléculas con enlaces ricos en energía. ATP, GTP.

Enzimas

Son las unidades catalíticas del metabolismo, actúan normalmente de manera secuencial, de manera que el producto de una reacción puede ser el sustrato de la siguiente enzima, como un efecto dominó. Muchas veces es la primera reacción de una secuencia la que controla la velocidad de todo el proceso; esta reacción control suele estar catalizada por un enzima regulador.

Catabolismo. Combustión: fenómenos químicos para obtener energía

Como hemos visto, el catabolismo es un conjunto de reacciones oxidativas a través de las cuales compuestos orgánicos complejos, ricos en energía, se degradan, transformándose en otros compuestos más sencillos, con menos energía. Por lo tanto, en estos procesos se libera energía, que será almacenada en forma de ATP.

Respiración celular

En este proceso, el sustrato (compuesto orgánico) se oxida completamente, convirtiéndose en compuestos inorgánicos que se reducen (CO2, H2O, NH3) pobres en energía. En este proceso se libera mucha energía que se almacena en forma de ATP.

Respiración aerobia

El aceptor final de los electrones es el oxígeno (O2); al reducirse este oxígeno captando hidrógenos se forma agua. Este es el proceso que más frecuentemente utilizan los seres vivos para obtener energía.

Respiración anaerobia

En este caso el aceptor final de los electrones no es el oxígeno si no otros compuestos inorgánicos tales como el NO3-, SO4= etc, por ello no es necesario oxígeno. Sólo se da en algunos microorganismos.

Fermentación

En este proceso, la molécula que se reduce es siempre orgánica. Además la oxidación de estos compuestos orgánicos es incompleta, por lo que como producto final se obtiene un compuesto también orgánico, aunque más sencillo ,y por lo tanto se libera menos cantidad de energía que en la respiración.

Catabolismo de glúcidos

El catabolismo de glúcidos es el conjunto de reacciones oxidativas mediante las cuales los glúcidos se degradan, transformándose en otros compuestos más sencillos y liberando la energía que contienen, que será usada con distintos fines.

Balance energético del catabolismo de la glucosa por respiración

En resumen, el proceso de fosforilación oxidativa explica cómo se consigue finalmente formar ATP, es decir energía. El proceso es sencillo, los H+ y e- que se han ido liberando a lo largo de la combustión de la glucosa, para que no dañasen a la célula, fueron recogidos por moléculas especiales (NAD y FADH2). Estas moléculas los van a ceder, a continuación, a una cadena transportadora de electrones formadas por moléculas que pueden oxidarse y reducirse.

Fenómenos químicos para obtener energía. Fermentación

El objetivo principal de la fermentación es recuperar el poder reductor, en forma de NAD+, para que la glucólisis pueda seguir en funcionamiento. La fermentación es un proceso catabólico, anaeróbico, que no suele ir acompañada de transporte de electrónico y cuyo producto final es un compuesto orgánico.

Fermentación láctica

Esta fermentación la realizan muchos microorganismos, entre ellos bacterias de los géneros Lactobacillus y Streptococcus, que son los responsables de la obtención de muchos derivados lácteos: yogur, queso, kefir, etcétera.

Fermentación alcohólica

La realizan levaduras del género Saccharomyces. Este proceso tiene lugar en la fabricación del vino, cerveza, etcétera, y también ocurre en la fabricación del pan; aquí el alcohol se evapora en el horno y el CO2 escapa.