METABOLISMO
Es el proceso por el cual los sistemas vivos
adquieren y usan la energía para llevar
adelante las funciones vitales
Comprende los procesos físicos y químicos
involucrados en el mantenimiento y
reproducción de la vida
Conceptos básicos
-Metabolismo: conjunto de transformaciones químicas que tienen lugar
en una célula u organismo.
-Ruta metabólica: serie de reacciones que transforman un precursor en un producto
-Metabolitos: intermediarios de las rutas metabólicas
-Metabolismo intermediario: metabolismo de compuestos de baja masa
molecular. No incluye metabolismo de macromoléculas.
-Catabolismo o degradación: el combustible metabólico ( glúcidos, grasas y proteínas)
se transforma en compuestos sencillos ( CO2, NH4+ …). Es convergente.
Durante el catabolismo:
* tiene lugar la oxidación del combustible metabólico
* se libera energía
* se sintetiza ATP directamente mediante fosforilación a nivel de sustrato
* se forman coenzimas reducidos (NADH y FADH2) a partir de cuales se
obtiene ATP mediante fosforilación oxidativa
-Anabolismo o biosíntesis: a partir de los precursores sencillos se forman moléculas
mas complejas ( glúcidos, grasas, proteínas y ácidos nucleicos). Es divergente.
Durante el anabolismo:
* puede tener lugar la reducción de precursores
* se requiere energía
* se requiere poder reductor (NADPH) en las reacciones de reducción
miércoles, 10 de septiembre de 2008
LA APARICION DE LOS AUTOTROFOS
Los primeros seres vivos que aparecieron en la tierra eran seguramente muy similares a los organismos unicelulares mas primitivos que existen actualmente, tales como las bacterias y las algas verde-azules. Sin embargo eran heterótrofos; es decir no fabricaban sus propios alimentos, sino que los tomaban ya elaborados.
Estas sustancias eran utilizadas para obtener energía aprovechable biológicamente por medio de la fermentación anaerobia; estos organismos eran capaces de fermentar muchos tipos de carbohidratos; pronto aparecieron bacterias capaces de incorporar el dioxido de carbono (CO2) presente en la atmosfera a compuestos reducidos de origen metabolico utilizando para ello el ácido sulfhídrico (H2S) atmosferico mediante procesos fotosinteticos primitivos. Aparecieron despues, bacterias que utilizaban las moleculas de sulfatos, mucho mas energéticas, liberando a su vez el H2S.
Estos organismos, al vivir en un medio donde no existia el oxigeno libre, desarrollaron vías metabolicas en las que la incorporación este elemento les hubiera causado daños irreparables. La ausencia del oxigeno libre en la atmosfera y la libre penetracion de radiacion U.V. en la tierra fu un factor de selección de organismos. Asi se desarrollaron diversos organismos los cuales eran capaces de reparar los daños que podia sufrir el ADN. Otros mas pudieron utilizar el nitrogeno para la sintesis de aminoacidos y otros compuestos organicos nitrogenados.
Eventualmente aparecieron bacterias sintetizadoras de porfinas, las cuales tiene la propiedad de absorver la luz visible, lo cual condujo a la parición de bacterias propiamente fotosinteticas, que eran capaces de producir, mediante procesos fotoquímicos, compuestos organicos reducidos a partir del dioxido de carbono.
El siguiente paso en la ebolucion fue el ciclo de Krebs, que consiste en una respiracion que produce la molecula ATP. La presencia de ATP así formado, pudo haber permitido la transformacion de los compuestos orgánicos simples disueltos en los mares primitivos en otros mas complejos. De la transformacion de acetatos o fromatos, se puedo haber formado glucosa, en un proceso en el cual se utilizaria la enrgía de la molecula de ATP.
3 CH3 COOH + energía --------à C6 H12 O6
12 HCOOH + energía --------à C6 H12 O6 + 6CO2 + 6H2O
todos los procesos fotosinteticos tiene en comun la produccion de ATP utilizando la enrgía luminosa.
De estos primeros organismos fotosinteticos, pronto evolucionaron formas mas complejas que utilizaban, como donadora del hidrogeno, la molecula del agua.
La utilizacion del agua como agente reductor, es un mecacnismo común a todas las plantas, que implica, ademas, la liberacion de oxigeno. Este proceso habria de provocar cambios profundos en los organismos y atmosfera de la tierra.
Estos organismos, al vivir en un medio donde no existia el oxigeno libre, desarrollaron vías metabolicas en las que la incorporación este elemento les hubiera causado daños irreparables. La ausencia del oxigeno libre en la atmosfera y la libre penetracion de radiacion U.V. en la tierra fu un factor de selección de organismos. Asi se desarrollaron diversos organismos los cuales eran capaces de reparar los daños que podia sufrir el ADN. Otros mas pudieron utilizar el nitrogeno para la sintesis de aminoacidos y otros compuestos organicos nitrogenados.
Eventualmente aparecieron bacterias sintetizadoras de porfinas, las cuales tiene la propiedad de absorver la luz visible, lo cual condujo a la parición de bacterias propiamente fotosinteticas, que eran capaces de producir, mediante procesos fotoquímicos, compuestos organicos reducidos a partir del dioxido de carbono.
El siguiente paso en la ebolucion fue el ciclo de Krebs, que consiste en una respiracion que produce la molecula ATP. La presencia de ATP así formado, pudo haber permitido la transformacion de los compuestos orgánicos simples disueltos en los mares primitivos en otros mas complejos. De la transformacion de acetatos o fromatos, se puedo haber formado glucosa, en un proceso en el cual se utilizaria la enrgía de la molecula de ATP.
3 CH3 COOH + energía --------à C6 H12 O6
12 HCOOH + energía --------à C6 H12 O6 + 6CO2 + 6H2O
todos los procesos fotosinteticos tiene en comun la produccion de ATP utilizando la enrgía luminosa.
De estos primeros organismos fotosinteticos, pronto evolucionaron formas mas complejas que utilizaban, como donadora del hidrogeno, la molecula del agua.
La utilizacion del agua como agente reductor, es un mecacnismo común a todas las plantas, que implica, ademas, la liberacion de oxigeno. Este proceso habria de provocar cambios profundos en los organismos y atmosfera de la tierra.
LATRANSFORMACION DE LA ATMOSFERA REDUCTORA.
La aparicion de organismos fotosintéticos provocó cambios químicos de la atmosfera terrestre. Al principio, la atmosfera tenia un carácter básicamente reductor, dado por la presencia de hidrogeno libre y compuestos hidrogenados. Sin embargo, como resultado de los procesos fotosintéticos que ocurrían en los organismos que contenían clorofila, hace unos tres mil millones de años se empezo a acaumula lentamente el oxígeno libre en la atmosfera, transformándose de reductora a oxidante.
Probablemente la algas verde-azules fueron responsables de los primeros aportes importantes de oxigeno libre. dE todas la plantas, la cianofíceas son las mas sencillas y son los organismos que tiene mayor capacidad para resistir los daños que la radiacion UV puede causar a las celulas.
Estas primeras algas eran capaces de formar capas de mucílagos o de concreciones calcáreas que les permitian resistir los efectos de la radiación.
Al formarse la capa de ozono y disminuir el flujo de radiacion UV, que era la fuente principal de energía para la sintesis abiótica, los organismos heterotrofor existenetes se encontraron con otra fase de eliminacion de organismos obsoletos, que seguramente provoco la desaparicion de todos aquello que no habian desarrollado la capacidad de nutrirse a partir de los autotrofos o de los productos que estos formaban.
Algunos de los organismos anaerobios se retiraron a microambientes donde el oxigeno existe en pequeñas cantidades, tales como algunos lodos, donde hasta la fecha podemos encontrar a sus desendientes. Por otra parte, se cree que seguramente existia un cierto tipo de bacteria que era capaz tanto de realizar fotosintesis no basada en la reduccion de sulfatos como de respirar oxigeno, y que evoluciono dando origen a las bacterias capaces de vivir en atmosferas oxidantes.
LA EVOLUCION DEL METABOLISMO
Los seres vivos mas sencillos aun necesitan cualquier tipo de aparato catalizador , capaz de regular las tasas de las reacciones químicas que forman la base de su metabolismo. Sin embargo fueron apareciendo sustancias mas complejas y específicas, esto implicaba un metabolismo mas eficiente, y que podia ser transmitido a los desendientes, que entonces eran mas competentes que otros en las poblaciones primitivas para sintetizar proteinas; es decir aparecian mutaciones con ventajas que eran transmitidas a su vez a los desendientes.
Sin duda alguna los organismos heterótrofos primitivos utilizanron los compuestos organicos que se habian acumulado en la tierra como resultado de las sintesis abióticas.
Al paso de miles de añossurgio un nuevo cambio evolutivo; aquellas poblaciones primitivas en medios donde escaseaban los metabolicos ya elaborados, fueron desplazados por las poblaciones nuevas que podian, en dado caso, nutrirse de otras sustancias parecidas o incluso producir estos metabolicos.asi cuando miembros de ciertas poblaciones necesitaban un compuesto dado, que rapidamente era agotado por el crecimiento de la poblacion, unicamente sobrevivian aquellos organismos con capacidad para elaborar dicha sustancia a partir de un precursor inmediato, o de utilizar otra muy semejante.
La nuevas mutaciones pudieron haber dado origen al la síntesis de la molecula de clorofíla en la cual una proteina se encuantra conjugada a un compuesto de magnesio-porfina. Una vez que este tipo de molecula era producida en los organismos, estos adquirian la capacidad de atrapar la enrgía luminosa y convertirla a una forma química que quedabaalmacenada en la molecula ATP. Esto constituia una ventaja ya que la fotofosforilación es un mecanismo mucho mas eficiente para producir ATP que los procesos de metabolismo anaerobio.
La liberacion de ozigeno, fue creando una nueva selección de seres vivos, la que ahora favorecia a aquellos mutantes capaces de obtener energía, tambien metabolizando los productos de la degradacion de la glucosa mediante mecanismos mas eficientes. Debieron haber surgido en los seres vivos dos sistemas:
un sistema acapaz de movilizar los hidrogeniones, en lugar de perderlos como productos de reacciones en sustancias no totalmenteoxidadas.
Un sistema que permitiera activar al oxigeno como aceptor final de los hidrogeniones, liberando agua como resultado.
La aparicion de organismos con estos dos sistemas acoplados a las reacciones que producen ATP, marco el inicio de la respiracion aerobia. Estos organismos tenian mayores ventajas evolutivas, por que la respiracion aerobia es un mecanismo mas eficiente de liberacion de oxigeno y de utilizacion de compuestos en la fermentacion. Permite ademas que los organismos dispongan de mayores cantidades de energís biolgicamente útil. Igualmente importante es que se libera agua y no compuetos toxicos como alcoholes o ácidos.
La aparicion de organismos fotosintéticos provocó cambios químicos de la atmosfera terrestre. Al principio, la atmosfera tenia un carácter básicamente reductor, dado por la presencia de hidrogeno libre y compuestos hidrogenados. Sin embargo, como resultado de los procesos fotosintéticos que ocurrían en los organismos que contenían clorofila, hace unos tres mil millones de años se empezo a acaumula lentamente el oxígeno libre en la atmosfera, transformándose de reductora a oxidante.
Probablemente la algas verde-azules fueron responsables de los primeros aportes importantes de oxigeno libre. dE todas la plantas, la cianofíceas son las mas sencillas y son los organismos que tiene mayor capacidad para resistir los daños que la radiacion UV puede causar a las celulas.
Estas primeras algas eran capaces de formar capas de mucílagos o de concreciones calcáreas que les permitian resistir los efectos de la radiación.
Al formarse la capa de ozono y disminuir el flujo de radiacion UV, que era la fuente principal de energía para la sintesis abiótica, los organismos heterotrofor existenetes se encontraron con otra fase de eliminacion de organismos obsoletos, que seguramente provoco la desaparicion de todos aquello que no habian desarrollado la capacidad de nutrirse a partir de los autotrofos o de los productos que estos formaban.
Algunos de los organismos anaerobios se retiraron a microambientes donde el oxigeno existe en pequeñas cantidades, tales como algunos lodos, donde hasta la fecha podemos encontrar a sus desendientes. Por otra parte, se cree que seguramente existia un cierto tipo de bacteria que era capaz tanto de realizar fotosintesis no basada en la reduccion de sulfatos como de respirar oxigeno, y que evoluciono dando origen a las bacterias capaces de vivir en atmosferas oxidantes.
LA EVOLUCION DEL METABOLISMO
Los seres vivos mas sencillos aun necesitan cualquier tipo de aparato catalizador , capaz de regular las tasas de las reacciones químicas que forman la base de su metabolismo. Sin embargo fueron apareciendo sustancias mas complejas y específicas, esto implicaba un metabolismo mas eficiente, y que podia ser transmitido a los desendientes, que entonces eran mas competentes que otros en las poblaciones primitivas para sintetizar proteinas; es decir aparecian mutaciones con ventajas que eran transmitidas a su vez a los desendientes.
Sin duda alguna los organismos heterótrofos primitivos utilizanron los compuestos organicos que se habian acumulado en la tierra como resultado de las sintesis abióticas.
Al paso de miles de añossurgio un nuevo cambio evolutivo; aquellas poblaciones primitivas en medios donde escaseaban los metabolicos ya elaborados, fueron desplazados por las poblaciones nuevas que podian, en dado caso, nutrirse de otras sustancias parecidas o incluso producir estos metabolicos.asi cuando miembros de ciertas poblaciones necesitaban un compuesto dado, que rapidamente era agotado por el crecimiento de la poblacion, unicamente sobrevivian aquellos organismos con capacidad para elaborar dicha sustancia a partir de un precursor inmediato, o de utilizar otra muy semejante.
La nuevas mutaciones pudieron haber dado origen al la síntesis de la molecula de clorofíla en la cual una proteina se encuantra conjugada a un compuesto de magnesio-porfina. Una vez que este tipo de molecula era producida en los organismos, estos adquirian la capacidad de atrapar la enrgía luminosa y convertirla a una forma química que quedabaalmacenada en la molecula ATP. Esto constituia una ventaja ya que la fotofosforilación es un mecanismo mucho mas eficiente para producir ATP que los procesos de metabolismo anaerobio.
La liberacion de ozigeno, fue creando una nueva selección de seres vivos, la que ahora favorecia a aquellos mutantes capaces de obtener energía, tambien metabolizando los productos de la degradacion de la glucosa mediante mecanismos mas eficientes. Debieron haber surgido en los seres vivos dos sistemas:
un sistema acapaz de movilizar los hidrogeniones, en lugar de perderlos como productos de reacciones en sustancias no totalmenteoxidadas.
Un sistema que permitiera activar al oxigeno como aceptor final de los hidrogeniones, liberando agua como resultado.
La aparicion de organismos con estos dos sistemas acoplados a las reacciones que producen ATP, marco el inicio de la respiracion aerobia. Estos organismos tenian mayores ventajas evolutivas, por que la respiracion aerobia es un mecanismo mas eficiente de liberacion de oxigeno y de utilizacion de compuestos en la fermentacion. Permite ademas que los organismos dispongan de mayores cantidades de energís biolgicamente útil. Igualmente importante es que se libera agua y no compuetos toxicos como alcoholes o ácidos.
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