Metabolismo. Catabolismo autótrofo y heterótrofo

Se consideran organismos autótrofos aquellos que son capaces de sintetizar moléculas orgánicas a partir de la energía de los fotones de la radiación luminosa (fotoautótrofos) o de la energía de enlace contenida en las moléculas inorgánicas (quimiautótrofos). Los organismos heterótrofos son aquellos que obtienen la energía de la rotura de enlaces de las moléculas orgánicas, que constituyen su alimento. El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que se produce en el interior de las células y que conduce a la transformación de unas biomoléculas en otras. Todas las reacciones metabólicas están reguladas por enzimas específicas.

El catabolismo

Es la fase de degradación de las biomoléculas, cuya finalidad última es la obtención de energía. Las moléculas orgánicas serán transformadas en otras más sencillas que intervendrán en reacciones químicas hasta formar los llamados productos finales de las vías catabólicas: los metabolitos de excreción (CO2, NH3 y H2O). La energía liberada en las reacciones catabólicas es almacenada en los enlaces ricos en energía del ATP, y posteriormente podrá ser utililzada en las reacciones endergónicas del anabolismo. El anabolismo y el catabolismo son, por tanto, vías conectadas. Las vías catabólicas son semejantes en los organismos autótrofos y en los heterótrofos.

Según la naturaleza de la sustancia que se reduce, se distinguen dos tipos de catabolismo:

  • La fermentación, la molécula que se reduce es siempre orgánica.
  • La respiración, en la que se reduce un compuesto inorgánico. Será respiración aeróbica si este compuesto es el oxígeno, y anaeróbica si la sustancia es distinta del oxígeno.

Catabolismo de los glúcidos

El glucógeno en los animales y el almidón en las plantas constituyen las reservas de glucosa. La degradación total de la glucosa, hasta el aprovechamiento completo de toda su energía, comprende dos fases: la glucólisis y la respiración.

  • Glucólisis:

    Es un proceso que tiene lugar en el citoplasma en ausencia de oxígeno, y comprende varias reacciones químicas. El rendimiento energético final de la glucólisis será: dos moléculas de ATP consumidas por cuatro sintetizadas; es decir, se obtiene un total de dos moléculas de ATP. Se forman además, dos NADH (poder reductor).

  • La respiración:

    Para que el pirúvico que proviene de la glucólisis prosiga su degradación, ha de entrar en la mitocondria, donde se produce la respiración. Se distinguen dos etapas:

    • El ciclo de Krebs: es un ciclo de ocho reacciones químicas, cuyo balance energético es la producción de dos moléculas de GTP, con enlaces ricos en energía. Además, se obtienen moléculas con poder reductor, como son el NADH y el FADH2.
    • La cadena transportadora de electrones: el NADH y el FADH2, obtenidos en el ciclo de Krebs, van a entrar en una cadena transportadora de electrones o cadena respiratoria, donde pasan los electrones- de una molécula reducida a otra oxidada, hasta el aceptor final que será el oxígeno molecular, que al reducirse formará agua. La energía obtenida en este proceso, denominado fosforilación oxidativa, es invertida en la síntesis de ATP y se explica por la hipótesis quimiosmótica de Mitchell. Por cada NADH que entre en la cadena se obtendrán tres ATP, y por cada FADH2 dos ATP.

Catabolismo de los lípidos

El principal mecanismo de obtención de energía de los lípidos (sustancias con muy alto valor calórico) lo constituye la oxidación de los ácidos grasos, que se obtienen de los triglicéridos mediante hidrólisis por lipasas específicas. Los ácidos grasos se unirán a una molécula de coenzima A (CoA) en el citoplasma, quedando activados como acil-CoA. De esta forma pasan a la mitocondria, donde sufren el proceso denominado b-oxidacion. Éstos siempre podrán entrar en el ciclo de Krebs, por lo que cuanto más largo sea el ácido graso mayor cantidad de energía se obtendra en su oxidación. La glicerina también podrá degradarse si se transforma en dihidroxiacetona, entrando en la glucólisis.

Las fermentaciones

La fermentación se produce en microorganismos (bacterias y ciertas levaduras). Es un proceso catabólico en el que el aceptor final de electrones es una molécula orgánica y donde no interviene la cadena respiratoria. Esto hace que sea un proceso anaeróbico, ya que no puede utilizar el oxígeno del aire como aceptor final. La rentabilidad energética es muy reducida, si se compara con un proceso aeróbico. Según la naturaleza del producto final se distinguen varios tipos de fermentaciones:

  • Fermentación alcohólica: ciertas levaduras del género Saccharomyces pueden transformar el ácido pirúvico en etanol y dióxido de carbono.
  • Fermentación láctica: ocurre en ciertos microorganismos y en células musculares animales en ausencia de oxígeno, donde el ácido pirúvico se transforma en láctico.
  • Fermentación butírica: la realizan bacterias anaeróbicas. Es importante porque contribuye a la descomposición de los restos vegetales del suelo.
  • Fermentación pútrida o putrefacción: degradación de sustratos de naturaleza proteica, que da lugar a productos finales orgánicos malolientes.

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