05 Metabolismo - SILADIN Oriente

METABOLISMO,
FOTOSÍNTESIS y RESPIRACIÓN. PEA-2003.
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METABOLISMO: ANABOLISMO Y CATABOLISMO.
UBICACIÓN:
UNAM, CCH, BACHILLERATO, Bachillerato, tercer semestre, Área de Ciencias
Experimentales. Se imparte simultáneamente con un curso de Química I.
PUNTOS DEL PROGRAMA QUE NOS OCUPA. BIOLOGÍA I, PEA-03. Segunda
unidad. Con el siguiente Contenido Temático:
2. Tema II. Los procesos de conservación
2.1. Concepto e importancia del metabolismo: Anabolismo y catabolismo como procesos
bioenergéticos.
2.2. Fotosíntesis. Aspectos generales de la fase luminosa y la fase obscura, e
importancia.
2.3. Respiración. Aspectos generales de la glucólisis, ciclo de Krebs, cadena
de transporte de electrones, e importancia.
2.4. Fermentación. Aspectos generales e importancia.
2.5. Replicación del DNA: Aspectos generales e importancia.
2.6. Síntesis de proteínas. Aspectos generales de la Transcripción y traducción del DNA e
importancia.
INICIAMOS:
INTRODUCCIÓN.
Pretendemos: con este trabajo relacionar los aspectos teóricos con una batería de
actividades de aprendizaje, de las cuales destacamos a las de tipo experimental, con el
intento de inducir al alumno a interesarse por el Área de Ciencias Experimentales y en
espacial, para la biología. Otra de nuestras pretensiones es poner en claro la función de
la fotosíntesis; quitando de la mente de los alumnos algunas de las ideas erróneas más
frecuentes como es la de creer que “la fotosíntesis es la forma en que respiran las
plantas”; y finalmente, señalar el carácter general de la respiración entre los
Eucariontes.
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BIOLOGÍA I, 2ª UNIDAD.
Prácticas de la segunda unidad.
Energía en los Sistemas Vivos.
Biología I. PEA-03
METABOLISMO.
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ENERGÍA EN LOS SISTEMAS VIVOS.
Los sistemas vivos convierten la energía de una forma en otra a medida que cumplen
funciones esenciales de mantenimiento, crecimiento y reproducción. En estas
conversiones energéticas, como en todas las demás, parte de la energía útil se pierde
en el ambiente, en cada paso.
Las leyes de la termodinámica gobiernan las transformaciones de energía. La primera
ley establece que la energía puede convertirse de una forma a otra, pero no puede
crearse ni destruirse. La segunda ley establece que en el curso de las conversiones
energéticas, el potencial termodinámico o energía potencial termodinámica- de un
sistema en el estado final siempre será menor que el potencial termodinámico del
mismo sistema en el estado inicial. Otra manera de enunciar la segunda ley de la
termodinámica es que todos los procesos naturales tienden a ocurrir en una dirección
tal que la entropía (la medida del "grado de desorden" o de "aleatoriedad") del Universo
se incrementa. Para mantener la organización de la cual depende la vida, los sistemas
vivos deben tener un suministro constante de energía que les permita superar la
tendencia hacia el desorden creciente; ya que, los Sistemas Vivos “mantienen un
orden muy alto”, que parece estar en contra de la segunda ley de la termodinámica. A la
energía que consumen los Sistemas Vivos para mantener este orden se le llama
“negantropia”.
Siempre hemos creído que el Sol es la fuente original de esta energía. Hoy sabemos
que algunas bacterias, no cumplen con este principio; pero, apenas las estamos
conociendo. Hoy hablamos de Sistemas Vivos y no de seres vivos; ya que, un
Sistema Vivo es más amplio que un ser vivo, en la ciencia de hoy es difícil darle un
lugar a los virus, virones y a los priones; por lo que, se ha optado por abrir más el
concepto, con la esperanza de poder darle a la ciencia un nivel de autonomía más
amplio; con este acuerdo, podemos incluir en el sistema a un virus o virón con la célula
a la que ataca; o en su caso, al prión con la neurona a la que le cambia la estructura y
no sólo a la proteína.
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Energía en los Sistemas Vivos.
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Las transformaciones energéticas en las células vivas implican el movimiento de
electrones de un nivel energético a otro y, frecuentemente, de un átomo o molécula a
otro. Las reacciones de oxidación-reducción implican movimiento de electrones de un
átomo a otro. Un átomo o molécula que pierde electrones se oxida; el que los gana se
reduce.El total de las reacciones químicas que ocurren en las células constituyen el
metabolismo. Las reacciones metabólicas ocurren en series, llamadas vías, cada una
de las cuales sirve a una función determinada en la célula. Cada paso en una vía es
controlado por una enzima específica. Las reacciones escalonadas de las vías
enzimáticas les permiten a las células llevar a cabo sus actividades químicas con una
notable eficiencia, en lo que concierne a la energía y a los materiales.
Las enzimas funcionan como catalizadores biológicos. Así, disminuyen la energía de
activación e incrementan enormemente la velocidad a la que se producen las
reacciones químicas. Las reacciones catalizadas por enzimas están bajo un estricto
control celular. Los principales factores que influyen sobre la velocidad de las
reacciones enzimáticas son las concentraciones de enzima y de sustrato y la
disponibilidad de los cofactores requeridos. Muchas enzimas son sintetizadas por las
células o activadas sólo cuando son necesarias. El ATP es el principal transportador de
energía en la mayoría de las reacciones que tienen lugar en los sistemas vivos. Las
células son capaces de llevar a cabo procesos y reacciones endergónicas (tales como
reacciones biosintéticas, transporte activo o el movimiento de microtúbulos)
acoplándolas a reacciones exergónicas que suministran un exceso de energía. Estas
reacciones acopladas generalmente involucran a compuestos trifosfato como el ATP u
otros. Las familias de enzimas denominadas quinasas y fosforilasas adicionan o
remueven un grupo fosfato a otra molécula respectivamente. La transferencia de grupos
fosfato -o fosforilación- cumple un papel importante en la regulación de muchas
reacciones químicas de la célula. La energía del Sol se almacena en estas plantas,
listas para ser depredadas o cosechadas. Ejemplo, de la energía radiante del Sol que
llega al sembradío de trigo, menos del 10% se convierte en energía química
almacenada.
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Prácticas de la segunda unidad.
Práctica: una enzima activa.
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ANABOLISMO Y CATABOLISMO.
La mayoría de los organismos no se alimentan directamente de glucosa. ¿Cómo
extraen energía de las grasas o de las proteínas? La respuesta radica en el hecho
que el ciclo de Krebs es un gran centro de comunicaciones para el metabolismo
de energía. Otros alimentos son degradados y convertidos a moléculas que
pueden entrar en esta vía central. Dado que muchas de estas sustancias, como
las proteínas y los lípidos, pueden degradarse y entrar en la vía central, se puede
suponer que es posible el proceso inverso, o sea, que los distintos intermediarios
de la glucólisis y del ciclo de Krebs pueden servir como precursores para la
biosíntesis. Y así es. Sin embargo, las vías biosintéticas, aunque son semejantes
a las catabólicas, se diferencian de ellas. Hay enzimas diferentes que controlan los
pasos y hay varios pasos críticos del anabolismo que difieren de los de los
procesos
catabólicos.
Para que ocurran
las reacciones de
las
vías
catabólica
y
anabólica
debe
haber
un
suministro
constante
de
moléculas
orgánicas
que
puedan
ser
degradadas para
producir energía
y
deben
estar
presentes
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Prácticas de la segunda unidad.
Práctica: una enzima activa.
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moléculas que serán los ladrillos de construcción. Sin el suministro de estas
moléculas, las vías metabólicas dejan de funcionar y la vida del organismo finaliza.
Las vías de degradación de la glucosa, no sólo son centrales energéticas para el
catabolismo, sino también para los procesos biosintéticos que constituyen el
anabolismo de la vida. Estos procesos son las vías de síntesis de las distintas
moléculas y macromoléculas que constituyen un organismo.
Dado que muchas de estas sustancias, como las proteínas y los lípidos, pueden
degradarse y entrar en la vía central, se puede suponer que es posible el proceso
inverso, o sea, que los distintos intermediarios de la glucólisis y del ciclo de
Krebs pueden servir como precursores para la biosíntesis. Y así es. Sin
embargo, las vías biosintéticas, aunque son semejantes a las catabólicas, se
diferencian de ellas. Hay enzimas diferentes que controlan los pasos y hay varios
pasos críticos del anabolismo que difieren de los de los procesos catabólicos.
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