lunes, 5 de septiembre de 2016

6 LOS ANABOLISMOS

El anabolismo es un conjunto de reacciones químicas que condicen la energía obtenida de otros seres vivos o del ambiente inerte para la construcción de sustancias orgánicas de alto peso molecular y gran complejidad química. Tal vez el único metabolismo anabólico que se ve en el tema de los metabolismos es la fotosíntesis, y de la fotosíntesis la única parte verdaderamente anabólica es la fijación de carbonos o ciclo de Calvin-Benson. Sin embargo literalmente cualquier proceso biológico que involucra la síntesis de polímeros a partir de monómeros más simples es una ruta anabólica, entre las que podemos contar: la síntesis de proteínas en los ribosomas, el copiado del ADN en el núcleo celular, o la síntesis de polisacáridos en los diferentes organelos celulares.

6.1 Cadena de transporte de electrones

La cadena de transporte de electrones corresponde a un conjunto enzimático que se basa en el transporte activo de protones (iones H+) desde un lado de la membrana hacia otro lado de la membrana, ya sea la membrana de la bacteria, de la mitocondria o del cloroplasto. La fuente de los protones a mover y de los electrones que suministran la energía del movimiento es el mismo, las coenzimas  que actúan como ácidos de Bronsted como NADH2, FADH2 y NADPH en el caso de la respiración o por el agua en la fotosíntesis. Los electrones fluyen en medio de la membrana activando una serie sucesiva de enzimas que transfieren a la fuerza los protones. Las cadenas de transporte de electrones mas estudiadas son dos, la del inicio de la fotosíntesis y la del final de las respiraciones celulares aeróbicas "y algunas anaeróbicas", pero ambas funcionan igual, siendo un proceso que fija energía de coenzimas protonadas en enlaces químicos de ATP por lo que se la clasifica como anabólica sin importar en cual proceso anabólico o catabólico.

Una vez que se ha creado una diferencia de concentración de protones gracias al flujo de electrones, entonces se crea una presión electro-osmótica en la membrana, lo cual funciona exactamente como si se hubiera construido una batería, siendo un lado de la membrana muy positivo, y el otro muy negativo. Cuando se llega al punto crítico los protones deben comenzar a regresar al lado de la membrana de donde provenían, pero esta fuerza es aprovechada por la célula en forma de una enzima denominada F1F0 ATP sintetasa.

La ATP sintetasa sirve como un canal de transporte pasivo facilitado, permitiendo el regreso de los protones a favor del gradiente de concentración, pero para que cada protón pase debe pagar con la fuerza con la cual es atraído a su lado de la membrana original. Esta fuerza es aprovechada por la F1F0 ATP sintetasa para sintetizar ATP a partir de ADP y un grupo pirofosfato.

Finalmente los electrones despojados de su energía deben entregarse a una molécula que los acepte, junto a los protones sobrantes para evitar que estos se acumulen de forma indefinida. Dependiendo de quién es ese último aceptor de electrones, la respiración se denominará aeróbica o anaeróbica. Será aeróbica si el último aceptor es oxígeno gaseoso, que capturará cuatro electrones y cuatro protones para formar dos moléculas de agua. Cualquier potro aceptor de electrones será calcificará la respiración como anaeróbica, y uno de los más famosos es el azufre, formando como producto de desecho ácido sulfhídrico gaseoso.

Referencias bibliográficas principales: (Audesirk et al., 2010; Berg et al., 2010; Campbell & Farrell, 2009; Karp, 2013; McMurry et al., 2007; Murray et al., 2009; Sadava et al., 2014; Solomons et al., 2014)

6.2 Fijación de carbono

En la fijación del carbono del ciclo de Calvin-Benson una molécula de CO2 de un carbono “1C” se une a una molécula de baja energía de 5C llamada RuBP, en este punto las enzimas del ciclo fusionan la RuBP con el CO2 con agua y energía proveniente de la etapa lumínica de la luz para formar un intermediario inestable de 6C el cual se parte rápidamente para formar dos intermediarios de 3C, los cuales siguen absorbiendo energía para formar la G3P a la mitad del ciclo. Esta etapa de la fijación de carbono es la etapa de inversión de energía.

La segunda fase es la de regeneración, donde el punto principalmente es una reorganización molecular, para transformar 6 moléculas de 3C, en 3 moléculas de 5 carbonos para regeneración. Con esto0 la célula puede ir absorbiendo más CO2 en cada ciclo, permitiendo un aumento de su capacidad de fotosíntesis.

Hasta aquí va todo bien, el problema es ¿y dónde quedó la síntesis de azúcares? La mayoría de las fuentes nos dicen que el ciclo de Calvin tiene dos etapas, pero en realidad son tres, la tercera etapa es una desviación de la ruta que ocurre a la altura de la G3P a mitad del ciclo. En ese punto la G3P puede seguir por la regeneración para hacer más RuBP o ser desviada para sintetizar moléculas de 6C como la glucosa y otros azúcares monosacáridos. Evidentemente se necesita que el ciclo inicie 6 veces para sintetizar una sola molécula de glucosa.

En otros seres vivos la fijación del carbono puede realizarse por infinidad de ritas, por ejemplo, un ciclo invertido de Krebs o carboxilación de la acetil coenzima A.

Referencias bibliográficas principales: (Audesirk et al., 2010; Berg et al., 2010; Campbell & Farrell, 2009; Karp, 2013; McMurry et al., 2007; Murray et al., 2009; Sadava et al., 2014; Solomons et al., 2014)

6.3 Síntesis de polisacáridos

La síntesis de monosacáridos puede darse ya sea directamente desde la fotosíntesis a partir de la G3P o de otras moléculas de bajo peso molecular, por ejemplo en la gluconeogénesis se emplea  piruvato proveniente de la glucólisis para restaurar la glucosa. La gluconeogénesis es una alternativa a la fermentación, y evidentemente requiere sacrificar energía, pero a cambio evita la perdida final del piruvato en los productos de la fermentación, o la acumulación de sustancias toxicas como el mismo piruvato o sus desechos. Los desechos de la fermentación también pueden emplearse para sintetizar glucosa.

A partir de los monosacáridos, los polisacáridos son sintetizados por medio de pasos enzimáticos que dependen del tipo de organismo del cual estamos hablando, además de que el polímero en si puede tener funciones diferentes dependiendo del modo en que las unidades de carbohidrato0s se ensamblan una a la otra como ya vimos en el capítulo de biocompuestos.

Referencias bibliográficas principales: (Audesirk et al., 2010; Berg et al., 2010; Campbell & Farrell, 2009; Karp, 2013; McMurry et al., 2007; Murray et al., 2009; Sadava et al., 2014; Solomons et al., 2014)

6.4 Alargamiento de los lípidos

La síntesis de los ácidos grasos se basa en el alargamiento de las cadenas alifáticas de un ácido carboxílico, recordemos que el grupo funcional carboxilo se encuentra unido al glicerol en la punta que no se alarga. Como es una cadena alifática los ácidos grasos son bien inertes a las reacciones químicas no controladas, lo que los hace un excelente material de reserva de energía, ya que una vez almacenada en forma alifática es difícil obtenerla de regreso. El proceso como en todo metabolismo involucra enzimas que se encargan de adicional unidades de acetil coenzima A a la punta de la cadena alifática para alargarla en unidades de dos carbonos.

En lípidos no alifáticos como el colesterol el proceso es mucho más complejo, ya que involucra donadores isopropenoides, los cuales se unen entre si para formar un escaleno que posteriormente es plegado para formar los típicos anillos de un lanosterol. El lanosterol es la molécula precursora de otros esteroides como el colesterol y el ergosterol.

6.5 Síntesis de proteínas y ácidos nucleicos

A pesar de que su estudio no emplea precisamente la palabra metabolismo, el asunto es que tanto en la síntesis de ADN como en la de proteínas se involucra la síntesis de moléculas grandes y complejas a partir de unos pocos monómeros simples. Sin embargo su estudio queda englobado en los temas de genética. Por norma el capítulo de los metabolismos estará más enfocado a los catabolismos, siendo el único anabolismo importante a ser analizado el ciclo de Calvin-Benson dentro de la fotosíntesis.

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