martes, 17 de noviembre de 2009

UNIDAD 4 METABOLISMO

UNIDAD 4 INTRODUCCIÓN AL METABOLISMO

4.1.- Metabolismo: generalidades. 4.2: Tipos de procesos del metabolismo. 4.3.- Catabolismo aeróbico y anaeróbico. 4.4.- Relación entre las características del ejercicio físico y las vías metabólicas empleadas.

4.1.- METABOLISMO: GEENERALIDADES

Ya hemos visto que una de las funciones vitales de los seres vivos es la nutrición. Mediante esta función los organismos intercambian materia y energía con su entorno, con el fin de mantener su organización interna y realizar sus funciones vitales.
Atendiendo a su nutrición, se pueden distinguir dos tipos de células : células con nutrición autótrofa ( capaces de sintetizar materia orgánica sencilla a partir de nutrientes inorgánicos ) y células con nutrición heterótrofa ( que obtiene materia orgánica sencilla bien directamente del medio, bien mediante la ingestión y digestión de alimentos).
Sea como sea la obtención del alimento , en todos los seres vivos se produce una serie de reacciones químicas en el interior de la célula que se llama metabolismo.

El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas, catalizadas por enzimas, que se producen en el interior de las células, mediante las cuales obtienen materia y energía.

C. AUTÓTROFA C. HETERÓTROFA

Interior celular
METABOLISMO

Fotosíntesis Digestión



MATERIA ORGÁNICA SIMPLE
( glúcidos, lípidos, proteínas)



Síntesis de macromoléculas Degradación de moléculas orgánicas

ENERGÍA


Componentes celulares Funciones vitales








Los alimentos que ingerimos, nos proporcionan los nutrientes necesarios: principalmente glúcidos, también lípidos y proteínas. Pero es necesario que estos nutrientes se transformen en una molécula llamada ATP para que nos suministren energía.
La molécula de ATP : Adenosín trifosfato, está formada por tres grupos fosfatos, una pentosa ( glúcido): la ribosa y una base nitrogenada: adenina.
El ATP es una molécula cuyos enlaces químicos , almacenan energía y al romperse estos enlaces liberan dicha energía.



4.2. LOS TIPOS DE PROCESOS METABÓLICOS

El metabolismo se divide en dos tipos de procesos:

♣ El catabolismo o fase destructiva : Son reacciones que liberan energía, en las que las moléculas complejas reducidas son degradadas a otras moléculas más sencillas y oxidadas. Son procesos catabólicos la respiración celular y la fermentación.

♣ El anabolismo o fase constructiva : En esta fase se fabrican moléculas orgánicas complejas a partir de moléculas más sencillas. Requieren energía, electrones y iones hidrógeno. La fotosíntesis, la quimiosíntesis o la síntesis de proteínas son ejemplos de anabolismo.

Los procesos del metabolismo celular están acoplados, de manera que la energía que generan las reacciones del catabolismo es consumida por los procesos anabólicos. Pero como estos procesos no ocurren de forma simultánea, ni en el mismo lugar de la célula, se necesitan unas sustancias, los intermediarios del metabolismo , que transporten la energía y los electrones desde donde se generan a donde se necesitan. Estos intermediarios son el ATP y los coenzimas transportadores de electrones.

REACCIONES P- P- P – Ribosa- A REACCIONES

DEL ENERGIA (ATP) ENERGIA DEL

CATABOLISMO P- P-Ribosa- A ANABOLISMO
+
P
(ADP)






4.3. CATABOLISMO

Una gran parte del catabolismo de las células , ya sean autótrofas o heterótrofas, está encaminado a obtener energía. En este proceso utiliza moléculas ricas en energía, y las va transformando en moléculas cada vez más sencillas,. La energía así generada es captada por el ATP.

En la mayoría de las células, la glucosa , es la molécula de la que parten todos estos procesos. Su oxidación para obtener energía, se puede resumir en dos etapas :
La glucólisis y la oxidación del ácido pirúvico.



La glucólisis : La molécula de glucosa, de seis átomos de carbono, se convierte en dos moléculas de ácido pirúvico, de tres átomos de carbono. El proceso libera energía, que se utiliza para formar ATP. Esta etapa ocurre en el citoplasma celular.


Ecuación de la Glucólisis
Glucosa + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ 2 piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ +
2 H2O



La oxidación del ácido pirúvico: El ácido pirúvico resultante de la glucólisis puede ser oxidado de dos formas:
· En ausencia de oxígeno ( vía anaeróbica) Son las fermentaciones y ocurren en el citoplasma celular.
· En presencia de oxígeno ( vía aeróbica) entra en las mitocondrias ,donde sufre una serie de reacciones encadenadas que lo transforman en varias moléculas de dióxido de carbono ( CO2 ) y agua. Es la respiración celular.




4.3.1.- CATABOLISMO ANAERÓBICO : LAS FERMENTACIONES

Como hemos visto, las fermentaciones son procesos anaerobios en los que las células obtienen energía oxidando parcialmente la glucosa, que se transforma en otra molécula orgánica. La degradación de la glucosa como no es completa, el producto final obtenido aún contiene mucha energía. El rendimiento energético es solo de 2 ATP obtenidos en la glucólisis.

ESQUEMA GENERAL DE LAS FERMENTACIONES:

Fermentación alcohólica CO2 + 2 alcohol etílico
GLUCOSA A. PIRÚVICO

(glucólisis) Fermentación láctica 2 ácido láctico
2 ATP

Fermentación alcohólica:
Se da en organismos como levaduras , cuando no disponen de oxígeno. El ácido pirúvico se transforma en alcohol etílico y dióxido de carbono. Es la base de la producción de la cerveza, el vino, y otras bebidas alcohólicas.

Fermentación alcohólica
Fermentación láctica :Es propia de algunas bacterias anaerobias. El proceso se utiliza para la producción de productos lácteos, como el yogurt o el queso.
También es propia de las células humanas que no contienen mitocondrias como los glóbulos rojos.
En el músculo estriado esquelético cuando se inicia un ejercicio físico intenso enseguida se agota el oxígeno disponible. Por ello, hasta que se produce la vasodilatación y aumenta el aporte de oxígeno, la glucólisis produce la mayor parte del ATP necesario para la contracción muscular.
Además, cuando un tejido necesita más energía de la que puede proporcionarle el metabolismo aeróbico, el exceso de energía se obtiene también de la glucólisis. Esto ocurre, por ejemplo, en el músculo durante la actividad intensa de un “sprint” final.

El proceso de la glucólisis anaerobia constituye para las células un despilfarro de glucosa, solo obtiene 2 ATP, comparado con la aeróbica donde se obtiene 38 ATP. Sin embargo la velocidad de producción de ATP en la glucólisis anaeróbica puede ser hasta cien veces mayor que en la respiración aerobia. En general, cuando los músculos consumen ATP muy rápidamente, lo regeneran mediante glucólisis anaerobia.


La fermentación sea ésta alcohólica o láctica ocurre en el citoplasma.


4.3.2.- CATABOLISMO AERÓBICO: RESPIRACIÓN CELULAR

Consiste en la oxidación completa de una molécula de glucosa que se transforma, en presencia de oxígeno, en varias moléculas inorgánicas de dióxido de carbono y agua. En el proceso se libera energía para sintetizar 38 moléculas de ATP. La reacción global es la siguiente:

C6 H12 O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2 O + ENERGIA ( 38 ATP)


Esta reacción no se produce directamente sino que tiene lugar en una serie de etapas que suceden en el interior de la mitocondria y se conocen como Ciclo de Krebs y cadena respiratoria.

En los animales, incluidas las personas, es esencial el mantenimiento de una concentración adecuada de glucosa en sangre a disposición de los diferentes órganos. Por ello, los músculos esqueléticos y el hígado almacenan glucosa en forma de glucógeno. Las reservas de glucógeno muscular se utilizan para la energía necesaria en la contracción muscular.
El glucógeno del hígado tiene la función de suministrar la glucosa que necesitan utilizar los otros tejidos a través del mantenimiento de la concentración de glucosa en la sangre. La reserva de glucógeno hepático en condiciones de ayuno se agota en 24 horas, es una reserva a corto plazo.
Los animales almacenan glucógeno, a pesar de ser menos energéticamente rentable que por ejemplo los lípidos, porque en primer lugar, los músculos movilizan más rápidamente el glucógeno que las grasas, y en segundo lugar porque los animales no pueden convertir las grasas en glucosa.

4.3.4.- OTRAS RUTAS CATABÓLICAS

a)Catabolismo de lípidos
En este caso el combustible no es la glucosa, un hidrato de carbono , sino un lípido principalmente las grasas neutras o triacilglicéridos. Son almacenados en el tejido adiposo. Transformados en ácidos grasos por unas enzimas, las lipasas, pasan a la sangre y son transportados a los distintos tejidos para ser utilizados como fuente de energía.
El rendimiento energético de un ácido graso es mucho mayor que el de la glucosa, puede producir hasta 146 ATP. El promedio de calor originado por la combustión de un gramo de grasa es de 9 kcal/ g, frente a los 4 kcal/g que se obtiene con un gramo de hidratos de carbono.

La principal reserva energética en los animales es en forma de grasas depositadas en el tejido adiposo. Su abundancia se debe a que produce más energía que otras biomoléculas orgánicas, y a que se almacenan en forma anhídrida, sin agua.
La glucosa se almacena de forma hidratada por lo que aumenta su peso. Esto es importante para los animales terrestre porque un aumento de peso afecta a su movilidad.

Sin embargo el organismo utiliza primero los hidratos de carbono porque son más fáciles de metabolizar.

b) Catabolismo de proteínas
Las proteínas necesitan degradarse a aminoácidos . Los aminoácidos no utilizados para fabricar nuevas proteínas o en energía no pueden ser almacenados.
Los aminoácidos para ser utilizados como combustibles deben perder el componente amino ( el nitrógeno), en forma de amoniaco. Este amoniaco debe ser eliminado pronto fuera del organismo porque es muy tóxico. En las personas se transforma en urea y se elimina en la orina.
La energía producida por esta ruta metabólica es muy escasa 4 Kcal/ g., como pasa con las grasas su eficacia energética es menor debido a su dificultad de digestión y absorción gastrointestinal a partir de los alimentos.
Por eso es poco utilizada esta vía, y cuando se utilizan para el fin de producir energía de extraen de las existentes en otra parte del cuerpo, en especial de las que forman parte del sistema muscular.



4.4.- RELACIÓN ENTRE LAS CARACTERÍSTICAS DEL EJERCICIO FÍSICO Y LAS VÍAS METABÓLICAS EMPLEADAS.

Ya hemos visto a lo largo del tema que, la energía contenida en los alimentos no se transfiere directamente a las células musculares para realizar trabajo biológico, sino que se almacena y encauza a través del ATP, un compuesto rico en fósforo, el cual la concentra en los enlaces que unen al fósforo con el oxígeno por lo que se les conoce como enlaces de alta energía. Cada vez que el ATP pierde un átomo de fósforo para convertirse en ADP libera 7,3 kcal/ mol. Ya hemos visto que esta transformación puede hacerse con o sin oxígeno.
La cantidad total de ATP contenido en el organismo humano no supera los 90 gr. Con lo cual sólo se puede realizar una actividad de intensidad máxima durante unos segundos. Una vez agotado, únicamente se puede regenerar mediante su síntesis celular a partir de otro compuesto rico en energía: la fosfo-creatina ( P-C), sustancia cuya concentración en las células es entre 3 y 5 veces superior a la del ATP, por lo que constituye el reservorio de los fosfatos de alta energía.

VÍAS PARA OBTENER ATP EN LOS MÚSCULOS
1.- VÍAS ANAERÓBICAS ( SIN OXÍGENO)
Se utilizan cuando el músculo se somete a esfuerzos intensos durante periodos de tiempo cortos en que el músculo no puede disponer de suficiente oxígeno. Existen dos vías de este tipo:

· Vía anaeróbica aláctica: Se obtiene ATP a partir de la fosfo-creatina, almacenada en el músculo., permite obtener ATP durante más tiempo (20 segundos). Sin embargo, la intensidad de trabajo que permite es menor que la que se obtiene de la degradación directa de ATP.
· Vía anaeróbica láctica: Utiliza los hidratos de carbono a partir de su molécula básica , la glucosa, la que existe acumulada en el músculo y la que le llega a través del torrente sanguíneo. En el músculo, como hemos visto, existe una reserva de glucosa en forma de glucógeno.
A partir de una molécula de glucosa, se obtienen 2 de ATP y ácido láctico como residuo. Su duración es de 2 minutos aproximadamente. Por tanto, el ácido láctico se genera cuando sometemos al músculo a una actividad de máximo esfuerzo. Su acumulación produce fatiga muscular.

2.-VÍA AERÓBICA: CON OXÍGENO

En un primer momento el ATP se obtiene de la glucosa y más tarde de las reservas lipídicas las grasas. Interviene el oxígeno. Esta vía se utiliza preferentemente cuando el músculo se somete a esfuerzos no muy intensos pero continuados en el tiempo. Se activa a partir de un minuto de ejercicio y cuanto más tiempo transcurre, más energía aporta esta vía. A los 90 minutos de ejercicio los depósitos de glucógeno se han agotado y es esta vía la que proporciona energía.

En resumen , la forma en que nuestro organismo obtiene energía para realizar un determinado ejercicio físico depende tanto de la intensidad como de la duración del ejercicio.


BIBLIOGRAFÍA

Biología y Geología 1º Bach. Ed Anaya; Biología 2º Bach Ed. ECIR. Educación Física 1º Bach Técnica 1. Ed. Teide. “Salud y deporte para todos” Marcos Becerro J.F. Ed. Ludema.
http://www.cnice.mec.es/ ; http://www.mollobiologia.blogspot.com/



MATERIAL: Cuaderno alumnado; Fotocopias profesora.

















ACTIVIDADES


1.- ¿Cuál es la etapa común a la fermentación y a la respiración celular? Nombra su producto final y explica en qué parte de la célula tiene lugar. Justifica si es un proceso aerobio o anaerobio.


2.-Señala las diferencias entre las fermentaciones y la respiración celular.



3.-¿ A través de que ruta de catabolismo se obtiene más energía? ¿cuál es la ruta más empleada? ¿por qué?


4.- Describe la molécula de ATP. ¿por qué es la molécula energética de los animales?



5.- Cuando se realiza ejercicio ¿en qué orden se utilizan las vías metabólicas?



6.- Haz un esquema utilizando flechas explicando los contenidos fundamentales de la unidad.












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