Ejercicio resuelto de Metabolismo celular · Biología · 2021

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.

$\textbf{3. Metabolismo: transportadores de energía y de electrones (2 puntos)}$

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

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 entre las formas férrica y ferrosa, la ubiquinona o coenzima Q, y las ferredoxinas y las plastoquinonas de la fotosíntesis.