ANABOLISMO Y CATABOLISMO

Anabolismo: fotosíntesis

La fotosíntesis es un proceso químico anabólico que realizan plantas, algas y algunas bacterias fotosintéticas. La energía necesaria proviene del sol y es utilizada para sintetizar glucosa a partir de sustancias inorgánicas, como el agua y el dióxido de carbono, que los organismos obtienen del medio. Como producto de este proceso se libera oxígeno al ambiente.

En los organismos vegetales, la fotosíntesis ocurre en las estructuras verdes, principalmente en las hojas. Las hojas están constituidas por células que presentan gran cantidad de cloroplastos en su citoplasma. La membrana de los tilacoides de los cloroplastos tiene gran cantidad de pigmentos que absorben la luz, el más importante de ellos es la clorofila, encargada de captar la luz solar (fotones). Los otros pigmentos presentes en el tilacoide actúan como pantallas que reflejan la luz hacia la clorofila, por lo que son llamados pigmentos antena.

El proceso fotosintético consiste en dos fases: la fase lumínica y la fase oscura.

Fase lumínica

Esta fase se lleva a cabo en la membrana de los tilacoides y es dependiente de luz, por lo que en condiciones naturales ocurre solo cuando hay fotones, es decir, durante el día.

En esta primera fase, la luz es captada por la clorofila, cuyos electrones son excitados y pasan a orbitales más energéticos, es decir, más alejados del núcleo atómico. Estos electrones son capturados por átomos de las moléculas que forman la cadena transportadora de electrones hasta llegar a una molécula transportadora final de electrones: NADP+, transformándola en NADPH que es una molécula más energética. Durante el traspaso de electrones entre las diferentes moléculas que forman la cadena transportadora se forman moléculas de ATP. Ambas moléculas, NADPH y ATP, son aportes energéticos para las células.

Posteriormente, y como una forma de compensar la pérdida de electrones de la clorofila, esta recibe electrones desde la molécula de agua (que absorbe la planta a través de sus raíces), que se ha hidrolizado en un proceso denominado fotólisis del agua. Producto de la fotólisis del agua se genera oxígeno, el que es liberado hacia la atmósfera.

Fase oscura

Esta segunda fase, también llamada ciclo de Calvin, se lleva a cabo en el estroma del cloroplasto y es independiente de la luz, por lo que en condiciones naturales se puede realizar tanto de día como de noche.

En la fase secundaria se utiliza la energía proporcionada por las moléculas de ATP y de NADPH producidas en la fase lumínica para sintetizar materia orgánica (glucosa y otras moléculas como el almidón, ácidos grasos y aminoácidos) a partir de sustancias inorgánicas. Además, como fuente de carbono, esta fase requiere del dióxido de carbono proveniente de la atmósfera y que ingresa al vegetal a través de los estomas presentes. Estas estructuras están formadas por dos células con forma de riñón, que se abren en presencia de dióxido de carbono.

Catabolismo: glucólisis y respiración

El catabolismo consiste en la transformación de moléculas orgánicas complejas en otras más sencillas con la formación de moléculas que aportan energía útil para las células.

Así, el principal mecanismo de obtención de energía en la mayoría de las células se realiza mediante la degradación de los hidratos de carbono, fundamentalmente a través de la degradación de la glucosa, principal fuente de energía para la célula.

El proceso a través del cual se degrada la glucosa se denomina respiración celular, y comprende dos etapas: la glucólisis y la respiración.

Glucólisis

Es una secuencia de reacciones, que tienen lugar en el citoplasma celular y que no requieren de oxígeno, es decir, es un proceso anaeróbico. La glucosa (6 carbonos) se escinde en dos moléculas de ácido pirúvico (3 carbonos) con un gasto de 2 moléculas de ATP. En este proceso, se producen 4 moléculas de ATP y 2 de NADH. En la glucólisis la producción neta de ATP asciende a solo 2 moléculas, dado que al inicio de este proceso se utilizaron 2 moléculas.

Respiración

Consiste en una serie de reacciones químicas que se llevan a cabo en la mitocondria y comprende dos etapas: el ciclo de Krebs y la cadena transportadora de electrones.

Ciclo de Krebs

Para ingresar al ciclo de Krebs, el ácido pirúvico generado en la glucólisis debe entrar en la mitocondrias, en este proceso es transformado en acetil coenzima A (acetil-CoA), y como consecuencia se forma una molécula de NADH y se libera una molécula de dióxido de carbono, que sale de la célula.

En el ciclo de Krebs, también llamado ciclo del ácido cítrico, el acetil-coA experimenta una serie de cambios que dan origen a dos moléculas de dióxido de carbono. Como consecuencia de estas reacciones de transformación, se obtienen tres moléculas de NADH, una molécula de FADH2, una molécula de GTP, la que posteriormente se transforma en ATP.

Debido a que en la glucólisis se producen dos moléculas de ácido pirúvico por la degradación de una molécula de glucosa, se forman dos moléculas de acetil-CoA y, por ende, los productos generados se multiplican por dos.

Cadena transformadora de electrones

Terminado el ciclo de Krebs se da inicio a la cadena transformadora de electrones, formada por un grupo de enzimas, ubicadas en la membrana interna de las mitocondrias, que aceptan y transfieren electrones.

En esta cadena, tanto la molécula de NADH como la de FADH2 ceden sus electrones, los que son transportadores de una molécula a otra liberando energía que es utilizada para movilizar protones hacia el espacio intermembrana, lugar donde se acumulan. Por otra parte, los electrones se unen al oxígeno, aceptor final de la cadena, producto de lo cual se forma una molécula de agua.

Debido al transporte de electrones, se sintetiza ATP a partir de ADP y fosfato inorgánico. A este proceso de formación de ATP se le conoce como fosforilación oxidativa. Por cada molécula de NADH que ingresa a la cadena transportadora de electrones se obtienen tres ATP y, por cada molécula de FADH2, se generan dos ATP

Haciendo un balance total de las reacciones ocurridas en la respiración celular se puede decir que por cada molécula de glucosa que se degrada se generan 38 moléculas de ATP.