Anabolismo Se denomina anabolismo al conjunto de procesos bioquímicos mediante los cuales las células sintetizan la mayoría de las sustancias que las constituyen. La composición química de una célula revela que prácticamente todos sus constituyentes, a excepción del agua, son macromoléculas formadas por condensación de monómeros. Muchas reacciones anabólicas conducen a un aumento del orden biológico, lo que en términos termodinámicos significa que requieren un aporte de energía para poder llevarse a cabo. Esta energía la proporciona la hidrólisis del ATP. La incorporación de energía puede tener tres orígenes: a) Energía luminosa del sol. Los únicos seres que pueden incorporarla son las plantas, algas y algunas bacterias (cianobacterias, bacterias verdes y purpúreas). b) Energía procedente de reacciones químicas exotérmicas que se desarrollan en el medio ambiente. Solamente realizan este proceso algunas bacterias (nitrificantes, sulfobacterias y ferrobacterias. c) Energía química almacenada en determinados compuestos orgánicos fabricados por cualquiera de los seres vivos que pueden captar la energía libre de los dos casos anteriores. Los animales, hongos, protozoos y la mayoría de las bacterias son los organismos que utilizan exclusivamente esta fuente de energía. Los dos primeros tipos de incorporación de energía caracterizan la síntesis o anabolismo autótrofo; el último es propio del anabolismo heterótrofo.






PANORÁMICA GENERAL DEL ANABOLISMO AUTÓTROFO La síntesis autótrofa se caracteriza porque partiendo de sustancias inorgánicas e incorporando a la misma energía se forma de materia orgánica. Teniendo en cuenta que los componentes básicos de la materia orgánica son el C, O, H, y N, serán los compuestos inorgánicos sencillos de estos elementos los que constituirán el punto de partida del anabolismo autótrofo. Tales compuestos son: para el C, el anhídrido carbónico (CO2); para el Nitrógeno, los nitratos ( NO3 - ), y para el H y O, el agua. Como consecuencia de ello, dentro del anabolismo autótrofo se pueden distinguir dos tipos fundamentales: el del Carbono (en forma de CO2) y el del Nitrógeno (en forma de NO3 - ). El del Hidrógeno y Oxígeno en forma de agua es simultáneo con el del Carbono. Con el anabolismo del Carbono (al que acompaña siempre el del H y O en forma de agua) se forman monosacáridos, glicerina y ácidos grasos (todos los esqueletos carbonados). Con el del Nitrógeno se forma amoniaco, que como radical amino (-NH2) se combina con alguno de los compuestos orgánicos de carácter ácido obtenidos en el anabolismo del Carbono, y se forman aminoácidos. Todas estas sustancias orgánicas sencillas sirven luego para formar principios inmediatos más complejos (polisacáridos, grasas, proteínas, etc.) por mecanismos químicos que son ya muy semejantes a los del anabolismo heterótrofo, pues como en éste, se parte ya de moléculas orgánicas. Si dentro del anabolismo autótrofo, tenemos en cuenta la fuente que proporciona la energía para transformar las sustancias inorgánicas en orgánicas, podemos distinguir dos tipos de anabolismo autótrofo: a) Fotosíntesis, cuando dicha energía procede de la luz solar; puede ser fotosíntesis del Carbono o fotosíntesis del Nitrógeno. b) Quimiosíntesis, cuando procede de reacciones químicas exotérmicas; de la misma forma, ésta puede ser del Carbono o del Nitrógeno. El anabolismo autótrofo es un proceso típicamente reductor. Esta reducción se consigue porque mediante la energía luminosa (fotosíntesis) o mediante reacciones químicas exotérmicas (quimiosíntesis) se liberan protones (H+ ) y electrones (e- ) que transportados por algún enzima se fijan sobre compuestos inorgánicos diversos a los que reducen, logrando así su incorporación a la materia orgánica. También en todos los casos la energía (lumínica o calórica) es transferida como energía química al ATP para ser de esta forma utilizada en el proceso. La Fotosíntesis Puede definirse como un proceso fisiológico de tipo anabólico mediante el cual muchos seres vivos son capaces de utilizar la energía luminosa para sintetizar materia orgánica. La Fotosíntesis la realizan los siguientes seres vivos: bacterias fotosintéticas, algas, y plantas. La fotosíntesis del carbono es la principal y la mejor conocida, pero como comentamos al principio no es la única ruta fotosintética. Fue la primera que se descubrió y su importancia radica en que es el proceso que suministra hidratos de carbono (y con ello todos los esqueletos carbonados) a las partes no fotosintéticas de la planta y a otros organismos. Es, por tanto, el origen de todo lo vivo que hay en la Tierra ya que la energía solar es utilizada para sintetizar los compuestos orgánicos que después serán ingeridos y degradados por los seres vivos no fotosintéticos. Gracias a la fotosíntesis, la energía solar es el origen de la energía química de la célula. La importancia de la fotosíntesis también radica en su economía ya que utiliza como fuente de energía el sol, como fuente de carbono el CO2 y para reducirlo utiliza agua. La reacción general de la fotosíntesis para sintetizar una molécula de glucosa sería 6CO2 + 12H2O + luz C6H12O6 + 6O2 + 6H2O Se trata por tanto de un proceso inverso al catabolismo aerobio de la glucosa que se podría resumir de la siguiente manera: Para sintetizar una molécula de glucosa se precisa una fuente de carbono que es el CO2 cuyos carbonos se reducen combinándolos con hidrógenos, por lo cual se necesita un dador de hidrógenos que es el H2O, la cual al perder sus hidrógenos liberará O2. Todo ello no se realiza espontáneamente sino que requiere un aporte de energía que proviene de la luz solar. La fotosíntesis es, por lo tanto, un proceso de óxido-reducción en el que un compuesto actúa como dador de electrones (en plantas, algas y cianobacterias es el agua) y otros actúan como aceptores: el CO2 (NO3 , sulfatos ,etc.). Cuando el CO2 acepta los electrones se reduce, formándose azúcares. Si acepta electrones el NO3 se forma NH3 Por lo tanto en plantas, algas y cianobacterias la ecuación que esquematiza todo el proceso fotosintético es la siguiente: CO2 + H2 O + sales minerales + Luz solar → M.Orgánica + O2 Las reacciones que tiene lugar durante el proceso fotosintético se pueden agrupar en dos bloques: a) Reacciones o Fase luminosa (o fotoquímica). Dependen directamente de la luz. Los productos finales son energía química, en forma de ATP, y un potente reductor, el NADPH. b) Reacciones no dependientes de la luz o fase oscura. El ATP y el NADPH, obtenidos en la fase lumínica, se utilizan para reducir el CO2 ,NO3 hasta materia orgánica a) Fase LUMINOSA Se lleva a cabo en las membranas tilacoidales, donde se localizan los pigmentos fotosintéticos Antes de comenzar a estudiar la fase luminosa propiamente dicha, conviene repasar un poco los conocimientos sobre la luz.

- NATURALEZA DE LA LUZ: La luz visible es una radiación electromagnética con longitudes de onda entre 400nm (violeta) y 700nm (rojo). Según la teoría cuántica, la luz se propaga de modo discontinuo en forma de fotones que representan paquetes de energía sin masa. Las sustancias absorben parte de la luz que reciben y emiten otra parte que se percibe como el color. De la que absorben reciben también la energía de los fotones lo que hace que se produzca una excitación en sus moléculas y un electrón salte a una órbita de mayor energía para volver inmediatamente a su estado fundamental emitiendo la energía absorbida en forma de luz, de calor o ambas cosas a la vez. Las células fotosintéticas poseen una serie de pigmentos localizados en los tilacoides. Los más importantes son las clorofilas, aunque existe también una cierta cantidad de pigmentos accesorios (carotenos y xantofilas). Estos pigmentos se encuentran en la membrana tilacoidal asociados en grupos o conjuntos funcionales que constituyen unidades fotosintéticas llamadas fotosistemas. Cada uno está compuesto por cientos de moléculas de clorofila a y b y pigmentos accesorios que actúan como moléculas antena o colectoras que absorben la luz a diferente longitud de onda y la transmiten como en un embudo hacia una molécula de clorofila a especializada llamada molécula diana que es de todos los pigmentos el que absorbe luz a mayor longitud de onda. Un complejo-antena funciona como un embudo que recoge energía y la transfiere a la molécula diana. Esta energía excita un electrón ( e )de la molécula diana que al perderlo se oxida. El e es transferido a un aceptor que al cogerlo se reduce .A su vez un dador de e restituye el e perdido a la clorofila a .Al conjunto formado por la molécula diana, el dador y el aceptor se le denomina centro de reacción , mientras que al conjunto formado por la antena y el centro de reacción se le denomina fotosintesis.