Metabolismo y Principios Energéticos Celulares
Definiciones Clave en el Metabolismo
Metabolismo: Conjunto de los cambios químicos y biológicos que se producen continuamente en las células vivas de un organismo.
El catabolismo es el conjunto de procesos metabólicos que liberan energía. Esos procesos incluyen la degradación y oxidación de moléculas de alimento, así como reacciones que retienen la energía del Sol.
El anabolismo es el conjunto de procesos metabólicos constructivos en los que la energía liberada por el catabolismo se utiliza para sintetizar moléculas complejas.
Agentes Oxidantes y Reductores
El agente oxidante es aquel elemento químico que tiende a captar electrones, quedando con un estado de oxidación inferior al que tenía, es decir, siendo reducido. El agente reductor es aquel elemento químico que suministra electrones de su estructura química al medio, aumentando su estado de oxidación, es decir, siendo oxidado.
Acción Enzimática
La acción enzimática se caracteriza por la formación de un complejo que representa el estado de transición. El sustrato se une a la enzima a través de numerosas interacciones débiles como son: puentes de hidrógeno, interacciones electrostáticas, interacciones hidrófobas, etc., en un lugar específico: el centro activo.
Respiración Celular: Obtención de Energía
Respiración Aerobia
La respiración aerobia es la que utiliza oxígeno para extraer energía de la glucosa. Se efectúa en el interior de las células, en los orgánulos llamados mitocondrias.
Etapas de la Respiración Aerobia:
Glucólisis: Se gastan dos moléculas de ATP para formar un azúcar inestable con dos grupos fosfato, el cual se rompe para formar dos moléculas de tres carbonos que son isómeros entre sí.
Ciclo de Krebs: Etapa donde es liberada energía almacenada a través de la oxidación del acetil-CoA (derivado de carbohidratos, lípidos y proteínas) en dióxido de carbono y energía química en forma de ATP. En la célula eucariota, el ciclo de Krebs se realiza en la matriz mitocondrial.
Cadena Respiratoria (Fosforilación Oxidativa): Los electrones pasan de un miembro de la cadena de transporte al siguiente en una serie de reacciones redox. La energía liberada en estas reacciones se captura como un gradiente de protones, el cual se utiliza a su vez para formar ATP en un proceso llamado quimiosmosis. En conjunto, la cadena de transporte de electrones y la quimiosmosis constituyen la fosforilación oxidativa. Los pasos clave de este proceso, mostrados de manera simplificada en el diagrama anterior, incluyen:
Respiración Anaerobia (Fermentación)
La respiración anaerobia consiste en que la célula obtiene energía de una sustancia sin utilizar oxígeno. Al hacerlo, divide esa sustancia en otras. A la respiración anaerobia también se le llama fermentación.
Fotosíntesis: Captura de Energía Lumínica
Fase Luminosa (Dependiente de la Luz)
La Fase Luminosa (o fase clara) es la primera etapa de la fotosíntesis, que depende directamente de la luz o energía lumínica para poder obtener energía química en forma de ATP y NADPH, a partir de la disociación de moléculas de agua, formando oxígeno e hidrógeno (protones y electrones). La energía creada en esta fase será utilizada durante la fase oscura para continuar con la fotosíntesis.
Fase Oscura (Independiente de la Luz o Ciclo de Calvin)
La fase oscura de la fotosíntesis (también conocida como Ciclo de Calvin) es un conjunto de reacciones bioquímicas que ocurren independientemente de la luz directa. En este ciclo, se utiliza la energía química (ATP) y el poder reductor (NADPH) —productos generados durante la fase luminosa— para convertir el dióxido de carbono (CO2) atmosférico en glucosa y otras moléculas orgánicas. Aunque no dependen directamente de la luz, estas reacciones suelen detenerse en la oscuridad si la fase luminosa no provee ATP y NADPH.
Procesos Fisiológicos Clave en Organismos
Respiración Fisiológica
La respiración fisiológica es un proceso involuntario y automático en el que se extrae el oxígeno del aire inspirado y se expulsan los gases de desecho con el aire espirado. Los órganos que forman parte del sistema respiratorio son:
- Nariz
- Faringe
- Laringe
- Tráquea
- Bronquios
- Pulmones
- Diafragma
Hematosis (Intercambio Gaseoso)
La hematosis es el proceso donde el oxígeno inhalado se traslada desde los alvéolos pulmonares hacia la sangre dentro de los capilares, y el dióxido de carbono se mueve desde la sangre en los capilares hacia el aire dentro de los alvéolos. Es decir, el propósito de este intercambio es lograr un equilibrio entre las concentraciones de gases en el torrente sanguíneo y en los alvéolos.
