Ejercicio resuelto de Metabolismo celular · Biología · 2023

Metabolismo: transportadores de energía y de electrones.

a) Defina el concepto de metabolismo y describa sus tipos.

b) ¿Cuál es el principal transportador de energía que participa en las reacciones metabólicas?

c) Describa los principales transportadores de electrones del metabolismo e indique en qué tipo de reacciones metabólicas participa cada uno.

$\textbf{7. Metabolismo: transportadores de energía y de electrones (2 puntos)}$

$\textbf{a) Defina el concepto de metabolismo y describa sus tipos.}$

El metabolismo es el conjunto de todas las reacciones químicas que tienen lugar en la célula, catalizadas por enzimas y organizadas en rutas metabólicas. Su finalidad es doble: obtener energía y materia del medio, y construir con ellas las moléculas propias del organismo.

Tiene dos tipos. El catabolismo es la parte degradativa: las moléculas complejas se rompen en otras más sencillas mediante reacciones de oxidación. Es exergónico, libera energía que se conserva en forma de ATP y genera poder reductor. Es convergente, porque sustratos muy distintos acaban en unos pocos productos comunes.

El anabolismo es la parte constructiva: a partir de moléculas sencillas se sintetizan otras más complejas mediante reacciones de reducción. Es endergónico, consume el ATP y el poder reductor generados por el catabolismo, y es divergente.

Según la fuente de carbono se distingue además el metabolismo autótrofo, que parte de $\text{CO}_2$, del heterótrofo, que parte de materia orgánica; y según la fuente de energía, el fotótrofo, que usa la luz, del quimiótrofo, que usa la energía de reacciones químicas.

$\textbf{b) ¿Cuál es el principal transportador de energía que participa en las reacciones metabólicas?}$

El adenosín trifosfato o ATP. Es un nucleótido formado por adenina, ribosa y tres grupos fosfato unidos en serie. Los dos últimos enlaces entre fosfatos almacenan mucha energía, porque las cargas negativas próximas se repelen; al hidrolizarse el enlace terminal, el ATP pasa a ADP y fosfato y libera unos $30{,}5\ \text{kJ/mol}$.

Su papel es el de moneda energética universal: el catabolismo lo fabrica y el anabolismo lo gasta, de modo que acopla las reacciones que liberan energía con las que la consumen. No es una molécula de reserva, sino de intercambio: se sintetiza y se hidroliza continuamente y su vida media es de segundos.

Se forma por tres mecanismos: la fosforilación a nivel de sustrato, en la glucólisis y en el ciclo de Krebs; la fosforilación oxidativa, en la membrana interna de la mitocondria; y la fotofosforilación, en la membrana tilacoidal del cloroplasto.

$\textbf{c) Describa los principales transportadores de electrones del metabolismo e indique en qué tipo de reacciones metabólicas participa cada uno.}$

$\text{Transportador}$	$\text{Forma reducida}$	$\text{Participa en}$ $NAD^{+}$	$NADH + H^{+}$	Catabolismo: glucólisis, ciclo de Krebs, beta-oxidación $NADP^{+}$	$NADPH + H^{+}$	Anabolismo: fase luminosa de la fotosíntesis y ciclo de Calvin, síntesis de ácidos grasos $FAD$	$FADH_2$	Catabolismo: ciclo de Krebs y beta-oxidación

Los transportadores de electrones son coenzimas que recogen los electrones y los protones que se desprenden en las oxidaciones y los ceden después donde hacen falta. Todos derivan de vitaminas del grupo $B$: el $NAD^{+}$ y el $NADP^{+}$ de la niacina y el $FAD$ de la riboflavina.

El $NAD^{+}$, o nicotinamín adenín dinucleótido, es el transportador del catabolismo. Recoge dos electrones y un protón y se reduce a $NADH$ en la glucólisis, en la descarboxilación del piruvato, en el ciclo de Krebs y en la beta-oxidación de los ácidos grasos, y cede después esos electrones a la cadena respiratoria, donde su reoxidación permite bombear protones y sintetizar ATP.

El $NADP^{+}$ se diferencia del anterior en un grupo fosfato adicional, y esa pequeña diferencia basta para que las enzimas los distingan. Es el transportador del anabolismo: se reduce a $NADPH$ en la fase luminosa de la fotosíntesis y en la ruta de las pentosas fosfato, y aporta el poder reductor al ciclo de Calvin y a la síntesis de ácidos grasos y de colesterol. Esta separación de funciones es la que permite a la célula regular por separado la degradación y la síntesis.

El $FAD$, o flavín adenín dinucleótido, recoge dos electrones y dos protones y se reduce a $FADH_2$. Participa en el ciclo de Krebs, en la oxidación del succinato a fumarato, y en la beta-oxidación. Cede sus electrones a la cadena respiratoria en un punto posterior al del $NADH$, y por eso rinde menos ATP.

Deben mencionarse también los citocromos, proteínas con grupo hemo que transportan un solo electrón mediante el paso del hierro de su grupo hemo entre las formas férrica y ferrosa, la ubiquinona o coenzima Q, y las ferredoxinas y las plastoquinonas de la fotosíntesis.