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Acetil-CoA

El acetil-CoA es una molécula que resulta de la activación de una molécula de ácido acético (CH3–COOH) por su unión con la coenzima A (CoA). Su obtención es el primer paso de la ruta catabólica de la respiración celular. Las moléculas de acetil-CoA pueden proceder de multitud de reacciones bioquímicas que se producen en nuestro organismo. Por un lado, el acetil-CoA puede formarse a partir del ácido pirúvico, mediante la acción de una enzima denominada piruvato deshidrogenasa, reacción que se produce en la membrana interna de las mitocondrias. La piruvato deshidrogenasa es un complejo multienzimático integrado por tres enzimas diferentes, cada una de las cuales tiene una función en la transformación del ácido pirúvico en acetil-CoA. El producto inicial de la reacción, el ácido pirúvico, puede proceder de dos rutas metabólicas: la glucólisis, donde se forma pirúvico a partir de glucosa; y la transaminación o la desaminación, dos mecanismos del metabolismo de los aminoácidos, y en...

Anabolismo

El anabolismo es, junto con el catabolismo, uno de los procesos en los que se divide el metabolismo. Consiste en la síntesis de moléculas complejas a partir de moléculas muy sencillas. Para llevar a cabo estas reacciones de síntesis, la célula necesita energía, que obtiene de la anteriormente liberada durante el catabolismo, almacenada en el ATP. Las reacciones anabólicas, también llamadas rutas de biosíntesis, son aquéllas en las que se sintetizan moléculas complejas a partir de sus componentes más simples, como por ejemplo, glucógeno a partir de glucosa, o proteínas a partir de aminoácidos. Para poder realizar estas complejas reacciones, las células necesitan energía, que se obtiene de aquella que se acumuló en forma de ATP durante los procesos catabólicos. La mayoría de la energía que consume la célula es utilizada para la fabricación de proteínas, ya que son las moléculas más necesarias para su funcionamiento. Al contrario de lo que se pueda creer, las rutas anabólicas no son...

Arqueobacteria

Las arqueobacterias, también denominadas, arqueas, son un grupo de microorganismos unicelulares muy afines a las bacterias cuyo prefijo, del griego arkhaion, antiguo, hace referencia a su remoto origen evolutivo, estimado en torno a los 3.500 millones de años, por lo que se situarían como uno de los primeros antecedentes de las formas de vida sobre la tierra. Se trata de seres morfológicamente encuadrados en el ámbito de las bacterias, ya que presentan material genético sin núcleo diferenciado (son, en consecuencia, procariotas), y con orgánulos carentes de membranas. Una de las características diferenciadoras de las arqueobacterias es la composición de su membrana celular, que carece de un péptido, la mureína, presente en la de las bacterias verdaderas o eubacterias, y que presenta también distintos lípidos de membrana. Por esa razón, entre otras, el biólogo estadounidense Carl Woese estableció a principios de la década de 1990 tres dominios independientes. La distinción de tales...

ATP (adenosín-trifosfato)

ATP son las siglas de adenosín-trifosfato, una molécula formada por la base nitrogenada adenina, una ribosa y tres moléculas de fosfato (PO43–). El ATP es imprescindible en el metabolismo, ya que almacena la energía liberada durante el catabolismo y la cede en los procesos anabólicos. La unidad estructural básica del ATP es el AMP, adenosín-monofosfato, formado por adenina, ribosa y un grupo fosfato. Si a esta estructura se le une otra molécula de fosfato (que se va a unir al grupo fosfato del AMP), se tiene ADP, adenosín-difosfato. La unión de un tercer grupo fosfato a los otros dos fosfatos del ADP, forma el ATP. En las células existen los tres tipos de moléculas, ya que se interconvierten continuamente unas en otras, mediante la rotura de sus enlaces o la unión de grupos fosfato. Sin embargo, el ATP se encuentra en una concentración mucho más elevada que el ADP y el AMP. La importancia del ATP radica en la gran cantidad de energía que es capaz de almacenar en los enlaces...

Beta-oxidación (β-oxidación)

La beta-oxidación (β-oxidación) es el proceso catabólico por el que los ácidos grasos se degradan a componentes más sencillos, obteniéndose energía. Este mecanismo tiene una gran importancia en animales complejos, ya que los lípidos poseen un mayor aporte calórico que los demás componentes biológicos: por cada gramo de grasa se pueden obtener hasta 9 kilocalorías (kcal) de energía, mientras que, por ejemplo, a partir de la glucosa, sólo se obtienen 4 kilocalorías. Para que los ácidos grasos puedan sufrir el proceso de β-oxidación, el primer paso que se tiene que dar es la hidrólisis de los lípidos: mediante la acción de enzimas lipasas, los triglicéridos y los fosfolípidos se degradan en sus componentes más sencillos, dando lugar a ácidos grasos y glicerina, en el caso de los triglicéridos; y a ácidos grasos, glicerina y un compuesto alcohólico, en el caso de los fosfolípidos. Los ácidos grasos obtenidos son los que sufren el proceso de β-oxidación, que se puede dividir en los...

Biodegradación

La biodegradación es un proceso natural en virtud del cual las bacterias, hongos protozoos y otros microorganismos presentes en el medio reincorporan determinados materiales a las cadenas tróficas de los ecosistemas mediante su digestión, asimilación y metabolización. Se trata, en definitiva, de un mecanismo de descomposición (oxidación desde el punto de vista químico) que puede llevarse a cabo en presencia de oxígeno, en cuyo caso se habla de degradación aeróbica, o en ausencia de éste, dando entonces lugar a la degradación anaeróbica. La primera presenta un mejor rendimiento energético, en tanto que la segunda se desarrolla por medio de oxidaciones parciales que liberan menos energía. En estrecha correlación con el concepto de biodegradación se halla la noción de biodegradabilidad, capacidad de las sustancias de descomponerse, a mayor o menor velocidad, por medios biológicos. A modo de referencia, sirvan como ejemplo los tiempos de biodegradación de algunos materiales comunes...

Biogeoquímica

La biogeoquímica es una disciplina subordinada de la geología a la que corresponde el estudio de los procesos químicos que se desarrollan en la Tierra en correlación con la acción de los seres vivos. También llamada geoquímica orgánica o geoquímica del carbono, esta disciplina trata cuestiones como el origen químico de la vida sobre la Tierra, las alteraciones de la corteza terrestre, la hidrosfera y la atmósfera como consecuencia de los procesos biológicos, así como la incorporación de los materiales de origen orgánico procedentes de seres vivos a los suelos y a las rocas. De hecho, la vida en la Tierra está constituida por una amplísima variedad de moléculas de carbono, fundamentalmente englobadas en grupos como los carbohidratos, los lípidos, las proteínas y los ácidos nucleicos. Por otra parte, el ciclo del carbono determina el flujo de este elemento químico en sus diferentes estados, en forma de dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera o bien disuelto en el océano y en las...

Biosíntesis de los aminoácidos

Los aminoácidos son moléculas de vital importancia, ya que son las unidades estructurales básicas que forman las proteínas. Algunos de los veinte aminoácidos necesarios para la formación de las proteínas son sintetizados por el propio organismo, pero existen otros, los llamados aminoácidos esenciales, que deben ser ingeridos a través de la dieta. En el ser humano los aminoácidos esenciales son la valina, la leucina, la isoleucina, la lisina, la treonina, la fenilalanina, la metionina y el triptófano. El resto, los aminoácidos no esenciales, son sintetizados por el organismo a través de una serie de rutas anabólicas, es decir, correspondiente a la fase constructiva del metabolismo, y que presentan diferentes variaciones según el tipo de aminoácido que elaboren y en función de las células en las que se lleven a cabo las reacciones. En general, la mayor parte de los vertebrados presentan diversos aminoácidos esenciales, que no son capaces de biosintetizar sin que les sean aportados a...

Cadena transportadora de electrones

La cadena transportadora de electrones es la tercera fase de la ruta catabólica de la respiración celular. Está formada por varias moléculas de origen proteico que se agrupan formando cuatro complejos (denominados I, II, III y IV), y que llevan a cabo multitud de reacciones encadenadas de oxidación-reducción. Gracias a la cadena transportadora de electrones y a la fosforilación oxidativa se obtiene agua (H2O) y se genera la mayor parte del ATP que se libera en las reacciones catabólicas. La primera reacción que se produce en la cadena es la oxidación del NADH o del FADH2, los cuales van a perder electrones: en el caso de la primera molécula, sus electrones van a pasar al complejo I de la cadena; sin embargo, en el caso del FADH2, sus electrones liberados pasan directamente al complejo II. A partir de aquí, los electrones van pasando de un complejo a otro de manera consecutiva (se “transportan”), produciendo la oxidación de algunos complejos o la reducción de otros. Una vez que han...

Catabolismo

El catabolismo es uno de los dos procesos en los que se puede dividir el metabolismo. Consiste en la degradación de moléculas complejas, como polisacáridos o proteínas, en moléculas inorgánicas, como CO2 y H2O. Durante este proceso se libera energía, que se almacena en una molécula especial, denominada ATP. Las reacciones catabólicas del organismo son aquéllas en las que se produce la degradación de moléculas orgánicas complejas provenientes del medio externo, es decir, de los alimentos ingeridos, o de los depósitos de la misma célula, como las proteínas, los lípidos y los glúcidos, formándose moléculas inorgánicas mucho más sencillas, como CO2 o H2O. Todos estos procesos son catalizados por enzimas, que además intervienen de manera muy importante en su regulación. Durante las reacciones de degradación, se libera energía, que se acumula en forma de ATP, una molécula esencial que actúa como reservorio de energía. El catabolismo se produce de manera similar tanto en organismos...

Catabolismo de las proteínas

Las proteínas presentan una gran variedad de funciones fundamentales para cualquier ser vivo, entre las que destacan la función estructural, enzimática o de transporte. Pero además, gracias a la degradación de estas moléculas en sus precursores más pequeños, los aminoácidos, las proteínas adquieren otro importante papel: el energético. La mayor parte de los aminoácidos que se obtienen por la degradación de las proteínas se utilizan para la fabricación de nuevas proteínas y de otro tipo de moléculas, como las hormonas. Sin embargo, los aminoácidos sobrantes se degradan en sus componentes más sencillos, que van a poder ser utilizados como combustible, proporcionando energía para diversos procesos metabólicos, como por ejemplo, la glucólisis. El catabolismo de las proteínas se puede producir de dos maneras, según se trate de proteínas que ya posee el organismo (endógenas) o de aquellas que se han ingerido con la dieta (exógenas). En el primer caso, todo el proceso de catabolismo...

Catabolismo de los ácidos nucleicos

Los ácidos nucleicos, el ácido desoxirribonucleico (ADN), y el ácido ribonucleico (ARN), son largas cadenas formadas por una unidad estructural básica que se repite miles de veces: el nucleótido. Ni los nucleótidos, ni los componentes a partir de los cuales se forman, son necesarios para satisfacer las necesidades nutricionales de nuestro organismo, al contrario que los carbohidratos, los lípidos o las proteínas. Sin embargo, los ácidos nucleicos sufren continuos procesos de degradación, en virtud de los cuales se obtienen elementos sencillos que pueden utilizarse para la síntesis de nuevos ácidos nucleicos, o que simplemente son excretados al exterior. El primer paso en el catabolismo de los ácidos nucleicos es su rotura en las unidades nucleotídicas que los forman. En los animales, la principal vía de obtención de ácidos nucleicos es su ingestión a través de la dieta, ya que casi todos los alimentos que se toman diariamente, como la carne, el pescado o las verduras, están...

Cianobacteria

Las cianobacterias son organismos predominantemente unicelulares procariotas, es decir, con núcleo celular no diferenciado, de vida acuática en la mayor parte de las especies, aunque algunas también colonizan medios terrestres, y que se consideran una de las primeras formas de asociación funcional en la evolución de los seres vivos. Se cuentan, pues, entre las formas de vida de más antigüedad que se conocen. Encuadradas tradicionalmente entre las algas, con el nombre de cianofitas, o algas azules, también conocidas como algas verdeazuladas, la constatación de su condición de procariontes, con células carentes de núcleo dotado de membrana, hizo que se pasara a incluirlas en el reino de las bacterias. Desde el punto de vista de su morfología, las cianobacterias son en general seres unicelulares de forma esférica, que en ocasiones forman unidades filamentosas. Carentes de núcleo, presentan no obstante orgánulos tales como tilacoides, vesículas en forma de disco responsables de la...

Ciclo biogeoquímico

Los ciclos biogeoquímicos comprenden el conjunto de transformaciones que sufren los elementos químicos implicados en los procesos vitales, en su transición del medio inerte, o abiótico, a los seres vivos, el medio biótico, y de ellos de nuevo al entorno carente de actividad biológica. El primero de dichos ciclos es el del carbono, elemento esencial para los procesos vitales, ya que forma parte de los principales grupos de compuestos orgánicos, es decir, constitutivos de la vida: carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. Junto a estos compuestos, el carbono está también presente en la naturaleza formando otras combinaciones, como el dióxido de carbono atmosférico o los carbonatos disueltos en aguas tanto saladas como dulces o existentes en numerosos minerales de la corteza terrestre. El flujo entre estas diversas presencias de este elemento, fundamental para la consecución de los procesos vitales, es el ciclo biogeoquímico del carbono. Transformaciones análogas...

Ciclo de Krebs

El ciclo de Krebs (llamado así por el científico que lo descubrió) también conocido como ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos, consiste en un conjunto de reacciones que producen la oxidación completa (pérdida de electrones y átomos de hidrógeno) del acetil coenzima A (acetil-CoA), resultando dos moléculas de CO2, energía en forma de GTP (molécula similar al ATP, pero con la base nitrogenada guanina), y NADH o FADH2 (moléculas a partir de las cuales se puede generar energía). Este ciclo es común a varias rutas metabólicas, ya que produce la oxidación tanto de monosacáridos, como de ácidos grasos y de aminoácidos, siendo además capaz de realizar reacciones catabólicas y anabólicas. Al contrario que la glucólisis, este ciclo sólo se puede realizar en presencia de oxígeno. Las reacciones del ciclo de Krebs se producen en unos orgánulos del citoplasma celular denominados mitocondrias, en las cuales se concentran todas las enzimas necesarias para llevar a cabo...

Ciclo de Krebs

El ciclo de Krebs (llamado así por el científico que lo descubrió) también conocido como ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos, consiste en un conjunto de reacciones que producen la oxidación completa (pérdida de electrones y átomos de hidrógeno) del acetil coenzima A (acetil-CoA), resultando dos moléculas de CO2, energía en forma de GTP (molécula similar al ATP, pero con la base nitrogenada guanina), y NADH o FADH2 (moléculas a partir de las cuales se puede generar energía). Este ciclo es común a varias rutas metabólicas, ya que produce la oxidación tanto de monosacáridos, como de ácidos grasos y de aminoácidos, siendo además capaz de realizar reacciones catabólicas y anabólicas. Al contrario que la glucólisis, este ciclo sólo se puede realizar en presencia de oxígeno. Las reacciones del ciclo de Krebs se producen en unos orgánulos del citoplasma celular denominados mitocondrias, en las cuales se concentran todas las enzimas necesarias para llevar a cabo...

Ciclo de la urea

En los vertebrados superiores, incluido el ser humano, durante los procesos de metabolismo de las proteínas y de sus componentes básicos, los aminoácidos, se genera amoniaco y dióxido de carbono. Estos se comportan como elementos tóxicos y deben ser eliminados. Algunos seres acuáticos excretan amoniaco directamente (amonotélicos), sin embargo otros lo transforman en moléculas menos tóxicas, como las aves y los reptiles, que lo convierten en ácido úrico y así lo eliminan (uricotélicos). Los mamíferos lo convierten en urea y lo eliminan a través de la orina principalmente (urotélicos). Este proceso tiene lugar dentro de las mitocondrias (organelas citoplasmáticas) de las células hepáticas. Debido a la degradación de las proteínas se produce amoniaco en el interior de las mitocondrias. Este se une con el bicarbonato (procedente de la respiración celular) y se convierte en carbamil-fosfato. La enzima que regula este proceso recibe el nombre de carbamil-fosfato sintetasa I. En la...

Ciclo del carbono (ciclo biogeoquímico)

Ciclo biogeoquímico que incluye las diferentes transformaciones que sufre el carbono, pasando de la materia viva a la inerte y regresando de nuevo a la primera. El carbono es un elemento esencial para la vida, puesto que forma parte de los compuestos que constituyen la base bioquímica de los procesos vitales como los ácidos nucleicos, los hidratos de carbono, las grasas y las proteínas. En la naturaleza, el carbono puede encontrarse en forma de dióxido de carbono, CO2, en la atmósfera o disuelto en el océano y en las aguas dulces, y formando parte de compuestos carbonados −como los carbonatos y bicarbonatos−, en rocas y otras sustancias minerales. Además, todos los organismos vivos están constituidos por compuestos orgánicos de carbono, que se van formando a lo largo de su actividad metabólica y que son liberados al medio abiótico cuando los organismos mueren. La fase biológica del ciclo del carbono se inicia con la conversión del carbono atmosférico del CO2 en compuestos...

Ciclo del fósforo (ciclo biogeoquímico)

Ciclo biogeoquímico que incluye las diferentes transformaciones que sufre el fósforo. El fósforo es elemento integrante de los ácidos nucleicos y de los fosfolípidos que forman las membranas celulares, además de ser un componente indispensable en las reacciones energéticas que tienen lugar en el interior de los organismos. Está presente en el medio abiótico terrestre por la acción erosiva de las rocas. Pasa de la tierra a los sedimentos marinos y de éstos nuevamente al medio terrestre, sin que en ningún momento se encuentre en estado gaseoso como componente de la atmósfera. Por esa razón se toma como referente de los ciclos biogeoquímicos de otros elementos químicos en los que se da la misma circunstancia, como el calcio, el magnesio o el hierro. En el medio terrestre, la erosión de las rocas de composición fosfórica hace que las sales de fósforo, los fosfatos, pasen al disgregarse a los suelos, donde son absorbidos por las plantas, con lo que se incorporan al medio biótico. Los...

Ciclo del nitrógeno (ciclo biogeoquímico)

Ciclo biogeoquímico que incluye las diferentes transformaciones que sufre el nitrógeno, pasando de la materia viva a la inerte y regresando de nuevo a la primera. El nitrógeno es un elemento esencial para el desarrollo de los procesos vitales, ya que forma parte de la estructura molecular de proteínas, ácidos nucleicos y compuestos básicos para las plantas como la clorofila. Aunque el 78% de la atmósfera está formada por nitrógeno gaseoso, de forma molecular N2, su disponibilidad para los seres vivos no es inmediata, ya que el nitrógeno molecular es muy estable y no tiende a reaccionar con otros elementos. Para que sea accesible a los organismos, el nitrógeno ha de sufrir una serie de transformaciones que son las que constituyen su ciclo biogeoquímico. Estas etapas, que no se desarrollan enteramente de manera secuencial, son la fijación, la asimilación, la amonificación, la nitrificación y la desnitrificación. A través de ellas, realizadas todas por bacterias salvo la...