Metabolisme Cel·lular: Respiració, Fermentació i Fotosíntesi

Metabolisme: Reaccions Químiques i Energia

El metabolisme és el conjunt de reaccions químiques amb les corresponents transformacions d'energia que tenen lloc en l'organisme.

Característiques del Metabolisme

1. Les reaccions del metabolisme estan catalitzades per enzims.
2. Les reaccions metabòliques estan generalment ordenades en seqüències o sèries.
3. Les reaccions metabòliques estan regulades.
4. El metabolisme de les cèl·lules eucariotes presenta un alt grau de compartimentació.
5. Algunes reaccions o processos metabòlics es fan fora de les cèl·lules.

Respiració Cel·lular: Obtenció d'Energia

Respiració Aeròbica dels Glúcids

Fosforilació a Nivell de Substrat

• Glicòlisi (citoplasma): Glucosa > 2 gliceraldehid-3-fosfat > 2 àcid pirúvic. (Es forma ATP)

Cicle de Krebs

• Fase Prèvia: L'àcid pirúvic, amb aigua, perd un electró i es transforma en àcid acètic + CO2. L'àcid acètic + coenzim A formen acetil-coenzim A i aigua per poder entrar al Cicle de Krebs.
• Cicle de Krebs: Consisteix en una cadena de reaccions que es desenvolupen a partir d'una sèrie d'àcids orgànics. Comença amb àcid cítric i es regenera al final.

Fosforilació Oxidativa

• Cadena Transportadora d'Electrons: Els electrons estan en un nivell energètic alt i han de baixar de nivell. Es basa en un gradient d'electrons que s'estableix a través de la membrana mitocondrial. L'energia emmagatzemada al gradient serveix per fabricar ATP.

Respiració Aeròbica dels Àcids Grassos (Beta-Oxidació)

• Activació de l'àcid gras.
• Entrada dels àcids grassos al mitocondri.
• Reaccions de beta-oxidació dels àcids grassos.

Respiració Aeròbica de les Proteïnes

Proteïnes > hidròlisi > aminoàcids > transaminació i incorporació al Cicle de Krebs > àcid glutàmic, urea, amoníac, altres productes nitrogenats > exterior.

Respiració Anaeròbica: Sense Oxigen

Es realitza sense intervenció d'oxigen, només en alguns bacteris procariotes.

Fermentació

Glicòlisi > Fermentació (sense Cicle de Krebs ni cadena transportadora d'electrons)

• Alcohòlica: Obtenció d'ATP a partir de la transformació de la glucosa en dues molècules d'alcohol etílic i dues de CO2.
• Làctica: Formació d'àcid làctic per la degradació de la lactosa per obtenir ATP.
• Butírica: Transformació de substàncies glucídiques en substàncies que fan mala olor i àcid butíric (bacteris descomponedors).

Quimiosíntesi: Energia de Reaccions Inorgàniques

Síntesi d'ATP i matèria orgànica amb l'energia que es desprèn en reaccions d'oxidació de substàncies inorgàniques. Consta de dues fases:

1. Obtenció d'ATP i NADH: A través de l'energia de l'oxidació de substàncies inorgàniques. Es produeix la fosforilació d'ATP.
2. Síntesi de Compostos Orgànics: L'ATP i el NADPH sintetitzen compostos orgànics a partir de substàncies inorgàniques. Les vies metabòliques són les mateixes que en la fase fosca (Cicle de Calvin).

Bacteris Quimiosintètics

• Bacteris nitrificants.
• Bacteris incolors del sofre.
• Bacteris del ferro.
• Bacteris metanotròfics.

Anabolisme Autòtrof: Creació de Matèria Orgànica

Fotosíntesi: Llum com a Font d'Energia

Procés pel qual els organismes autòtrofs fotosintètics fabriquen matèria orgànica a partir d'inorgànica amb l'aportació d'energia externa provinent de la llum.

Fotosíntesi Oxigènica

6CO2 + 12H2O > C6H12O6 + 6H2O + 6O2

Fase Lluminosa

Fase on els fotosistemes I i II (amb pigments com carotina, clorofil·la b, clorofil·la a, xantofil·la) reben i capten la llum, i formen ATP.

Fase Lluminosa Acíclica

• Intervenen els Fotosistemes I i II.
• Quan un fotosistema rep fotons, perd electrons que passen al NADP+ per després realitzar la fase fosca.
• Aquests electrons s'han de recuperar. Els del fotosistema I els recuperen dels perduts al fotosistema II, passant pel citocrom b6f que es redueix i s'oxida.
• Per recuperar els electrons del fotosistema II, s'ha de realitzar la fotòlisi de l'aigua, la fotofosforilació acíclica i la reducció del NADP+.

Fase Lluminosa Cíclica

• Intervé només el Fotosistema I.
• Els electrons perduts pel fotosistema I quan reben el fotó són captats per la ferredoxina, que passa al citocrom b6f, on es produeixen 2 ATP per electró, i els electrons tornen al fotosistema I.

Fase Fosca (Estroma dels Cloroplasts)

Consisteix a fixar el CO2 utilitzant el NADPH i l'ATP de la fase anterior. Es realitza mitjançant el Cicle de Calvin.

Cicle de Calvin

El CO2 es fixa a la ribulosa-1,5-difosfat, passa a àcid 3-fosfoglicèric, i es redueix a gliceraldehid-3-fosfat, que pot tornar a començar el Cicle de Calvin o sintetitzar-se en monosacàrids, glicerina, àcids grassos o aminoàcids.

Ruta de Hatch-Slack (Plantes C4)

Si la planta és C4. Si no hi ha suficient CO2 per realitzar l'oxidació, es fa la ruta de Hatch-Slack i després el Cicle de Calvin.

Fotosíntesi Anoxigènica

El donador d'electrons no és l'aigua, per tant no desprèn oxigen. Es dona en cèl·lules amb bacterioclorofil·la. La llum provoca la fotòlisi de molècules com l'H2S.

Factors que Influeixen en la Fotosíntesi

• Llum: Cada espècie està adaptada a un interval d'intensitat de llum determinat. A més llum dins l'interval, major rendiment.
• Concentració de CO2: El procés fotosintètic augmenta en relació directa amb la concentració de CO2 fins a la saturació dels enzims.
• Concentració d'Oxigen: Com més gran és la concentració d'O2, més baix és el rendiment a causa dels processos de fotorespiració.
• L'Aigua: La baixa disponibilitat d'aigua en el sòl i en l'atmosfera disminueix el rendiment fotosintètic.
• Temperatura: Cada espècie està adaptada a un interval de temperatura. A més temperatura dins l'interval, major rendiment; si se sobrepassa el límit, el rendiment disminueix.
• Altres Factors: Els micronutrients, la quantitat de clorofil·la, o factors que depenen de l'estructura de la planta.