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Los seres vivos son sistemas materiales altamente organizados,

que requieren energía para mantener su orden y contrarrestar

la tendencia de todos los sistemas a volverse desordenados.

Los seres vivos son sistemas abiertos

Todos los seres vivos intercambian materia y energía con su

entorno. Incorporamos materiales nutritivos y energía del

medio, también excretamos materiales de desecho y calor hacia

el medio.

Al alimentarnos, incorporamos sustancias orgánicas con energía química a nuestro organismo, a su vez liberamos sustancias de desecho y energía calorífica al medio.

Nutrición: los seres vivos incorporan materia y energía

Todos los seres vivos requieren nutrientes orgánicos para

poder vivir, existen dos formas de obtenerlo:

1. Los organismos autótrofos elaboran sus nutrientes

orgánicos a partir de sustancias inorgánicas como el CO2,

por lo cual también se denominan litótrofos. De acuerdo a

la fuente de energía usada, pueden ser:

a. Fotoautótrofos: usan energía luminosa, son

denominados fotosintéticos y comprenden las plantas,

algas, cianobacterias y algunas bacterias.

b. Quimioautótrofos: usan energía liberada por

reacciones de oxidación, son denominados

quimiosintéticos y comprenden algunas bacterias.

2. Los organismos heterótrofos incorporan nutrientes

orgánicos elaborados por otros organismos, también

denominados organótrofos. Pueden ser:

a. Fotoheterótrofos: Usan la energía de la luz para

procesar los nutrientes orgánicos. Este raro tipo de

nutrición sólo es propio de ciertas bacterias como las

bacterias purpúreas.

b. Quimioheterótrofos: obtienen energía de la oxidación

de nutrientes orgánicos.

De acuerdo al tipo de alimento de donde obtienen sus

nutrientes orgánicos, los heterótrofos pueden ser:

1. Fitófagos: obtienen sus nutrientes de material vegetal,

comprenden a herbívoros, ramoneadores, frugívoros,

xilófagos, etc.

2. Carnívoros: obtienen sus nutrientes al consumir otros

animales, pueden ser predatores y superpredatores.

3. Saprobiontes (saprotrofos): obtienen sus nutrientes a partir

de detritos o materia orgánica en descomposición, tales

como hojas muertas, cadáveres o excrementos. pueden ser:

a. Saprófagos (saprozoicos): ingieren restos orgánicos y la

digieren en su interior. Usada para referirse a protozoos

de vida libre, detritívoros como lombriz de tierra, y

menos frecuentemente para referirse a los carroñeros

como el cangrejo, buitres y hienas.

b. Saprófitos: absorben nutrientes disueltos a partir de

materia orgánica en descomposición. Comprenden a los

hongos y bacterias desintegradoras.

Metabolismo: Los seres vivos transforman materia y energía

Todos los seres vivos transforman la materia y energía

incorporada mediante una serie de reacciones químicas

intracelulares, denominado metabolismo. Puede ser:

1. Catabolismo: Sustancias orgánicas complejas son

degradadas a sustancias más simples, este proceso es

exergónico por que libera energía para el trabajo celular,

razón por la cual también es denominado metabolismo

energético.

2. Anabolismo: Consiste en la síntesis de compuestos

orgánicos complejos a partir de otros más simples, es de

tipo endergónico por que requiere aporte de energía. Estos

compuestos complejos elaborados, serán usados para la

construcción de estructuras celulares, crecimiento y

regeneración en el organismo. El anabolismo también es

denominado metabolismo biosintético, plástico o

constructivo.

Nutrición

Autótrofa

(litótrofa)

Fotoautótrofa

(fotolitótrofa)

Quimioautótrofa

(quimiolitótrofa)

Heterótrofa (organótrofa)

Fotoheterótrofa

(fotolitótrofa)

Quimioheterótrofa

(quimioorganótrofa)

1. BIOENERGÉTICA

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Las reacciones del metabolismos siguen diversas rutas o vías

metabólicas, las cuales son controladas por hormonas y

enzimas. Ejm: La insulina favorece el ingreso de glucosa a las

células para su degradación enzimática en la glucólisis o la

síntesis enzimática de glucógeno.

A pesar de las diferencias, todas los seres vivos, realizan

procesos metabólicos notablemente similares entre si.

Principios termodinámicos

Los factores que rigen las transformaciones energéticas en los

sistemas bióticos corresponden a las mismas leyes que se

estudian en física y química, y que gobiernan la materia inerte.

Una interpretación muy útil para biología de estas leyes sería:

1. Primera ley: “Principio de la conservación de la energía”.

La energía no se crea ni se destruye, solo es

transformada de una forma a otra. Así, la energía

mecánica durante nuestras actividades proviene de la

energía química de nuestros alimentos.

2. Segunda ley: “ En toda transformación energética, parte

de energía se pierde en forma de calor”. Así, durante

nuestras actividades, el 60% de energía se pierde en

forma de calor, una forma de energía inútil para nuestro

organismo, que no podemos almacenar, por tanto es

liberado hacia el medio circundante

ENZIMAS

Proteínas biocatalizadoras, favorecen y aceleran gran número

de reacciones metabólicas. Una reacción metabólica catalizada

por enzima se denomina reacción enzimática

Etapas de una reacción enzimática

Enz + Sust Enz-sust Enz + Prod

1. Acoplamiento: La enzima se une a un sustrato específico

mediante su sitio activo. Esta unión ha sido explicado

inicialmente mediante el modelo llave-cerradura, y luego

mediante el modelo del encaje inducido.

2. Catálisis: La enzima modifica la conformación espacial del

sustrato introduciendo tensión a los enlaces químicos de su

estructura, favoreciendo la reacción. Este proceso reduce la

energía de activación necesaria para que la reacción ocurra,

además la reacción se acelera.

3. Liberación: El o los productos obtenidos pierden afinidad

por la enzima y son liberados. Las enzimas son útiles para

llevar a cabo otra reacción.

Las enzimas tienen un funcionamiento óptimo bajo condiciones específicas de temperatura y pH, fuera de esta valor la actividad enzimática disminuye.

Cofactores enzimáticos:

Sustancias necesarias para el funcionamiento de una enzima,

pueden permitir la aparición del sitio activo o complementarlo

para su adecuado funcionamiento.

Pueden ser iones metálicos a quienes se denomina activadores,

o moléculas orgánicas derivadas de vitaminas del complejo B,

a quienes se denomina coenzimas

Algunos cofactores:

Metabolismo

Anabolismo

(biosintético)

Constructivo

Endergónico

catabolismo

(energético)

Degradativo

Exergónico

Cofactores

Activadores

(inorgánicos)

Iones metálicos

Mg+2, Fe+2

Coenzimas

(orgánicos)

Derivados de Vit B

NAD, FAD, CoA

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Cofactor Enzima

Zn+2 Anhidrasa carbónica

Mo Nitrogenasa

Fe+2 Citocromo oxidasa

Zimógenos (Proenzimas):

Enzimas cuya activación requiere pérdida de segmentos

peptídicos (por hidrólisis) en su estructura.

Zimógeno Enzima activa

HCl Pepsinógeno ----------------> Pepsina (proteasa) Enterocinasa Tripsina ---------------------> Tripsina

Regulación del metabolismo

El funcionamiento coordinado del organismo requiere que las

reacciones metabólicas catalizadas por enzimas sean reguladas,

esto se logra de dos maneras:

1. Control de la producción enzimática, mediante la activación

e inactivación de genes que dirigen la síntesis de enzimas, de

acuerdo a las necesidades del organismo.

Expresión Gen -----------> Enzima NORMAL

La mutación de un gen conduce a la formación de enzimas

alteradas, generando trastornos metabólicos.

Expresión Gen -----------> Enzima TRASTORNO

(mutado) (alterada) METABÓLICO

2. Control de la actividad enzimática, mediante:

Fosforilación y desfosforilación de las enzimas, proceso

dirigido por hormonas.

Hormona

Enzima ------------------> Enzima-P

(inactiva) (activa) ATP ADP

Unión a un sitio alostérico de sustancias que inducen o

inhiben la actividad enzimática. En algunas reacciones

enzimáticas, el producto de una acción enzimática inhibe a

la enzima, este proceso se denomina retroalimentación o

Feed-Back.

Inhibición alostérica

Enzima

Tirosina ----------> ----------> ----------> melanina

Inhibición enzimática

La capacidad de catálisis de la enzima está intimamente

relacionada con su estructura, cuando esta se modifica el

funcionamiento enzimático se inhibe. Puede ser:

1. Reversible: cuando un inhibidor se une débil y

temporalmente con la enzima. Puede ser competitiva,

cuando el inhibidor compite con el sustrato por el centro

activo, o no competitiva, en la que el inhibidor se une a la

enzima en un sitio distinto del centro activo.

2. Irreversible: cuando un inhibidor se combina con la enzima

y la inactiva de modo permanente. Ejm: metales pesados

que se unen a grupos –SH de los aminoácidos azufrados

de la enzima.

ATP (Adenosina trifosfato)

Gran parte de la energía liberada por el catabolismo es

almacenada en las moléculas de ATP, esta molécula es

portadora de energía útil para el trabajo celular.

El ATP es un nucleótido trifosfatado, y la energía se almacena

en los enlaces fosfato-fosfato, denominados macroérgicos. Cada

enlace denominado macroérgico puede almacenar Kcal

El ATP se forma por fosforilación y se desdobla por hidrólisis.

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Síntesis de ATP

La energía liberada por los procesos catabólicos, es almacenada

en los enlaces macroérgicos de ATP. La síntesis de ATP

ocurre por fosforilación del ADP.

ADP + P + 7,3Kcal ----> ATP

La fosforilación puede ocurrir de dos maneras:

1. Acoplado a reacciones exergónicas. Aprovecha la energía

liberada por algunas reacciones químicas catalizadas por

enzimas. Es denominada también fosforilación a nivel de

sustrato y ocurre en glucólisis y ciclo de Krebs

Glicerato difosfato + ADP----------> Gliceratofosfato + ATP

2. Acoplado a flujo de protones. Según la teoría

quimiosmótica planteada por Mitchell, participa la partícula

F, conformada por un canal protónico (proteína Fo) y la

enzima ATP sintetasa, quien sintetiza ATP, usando la

energía liberada por el flujo de protones de un lado hacia

otro de una membrana celular.

El modelo quimiosmótico explica

la síntesis de ATP fotosforilación

en la fotosíntesis y la fosforilación

oxidativa en la respiración celular.

Hidrólisis del ATP

La hidrólisis del ATP consiste en la ruptura de los enlaces

macroérgicos, este proceso libera energía.

ATP + H2O ------------> ADP + P + 7,3Kcal

La hidrólisis de ATP esta acoplado a procesos que requieren energía para realizar distintas formas de trabajo que garantizan el funcionamiento y la vida celular.

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