Apuntes de Química orgánica y biológica

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Índice
Índice	2
Conceptos fundamentales	9
Introducción	10
Antecedente histórico	10
Complejidad de los componentes químicos	11
Estabilidad	11
Grupos fundamentales	12
Enlaces	13
Iónico	13
Covalente	13
No polar	13
Polar	13
Predecir la polaridad	13
Estructuras y propiedades moleculares: Fuerzas entre dipolos	14
Interacciones moleculares entre moléculas polares: Dipolos permanentes	14
Interacciones entre moléculas apolares: Fuerzas de dispersión de London	14
Puente de Hidrógeno	14
Química del agua y procesos biológicos	15
Atracción dipolo-dipolo	15
Influencia de la estructura	15
Aminoácidos y proteínas	16
Proteínas	16
Monómeros de las proteínas	16
Estructuras y propiedades de los aminoácidos	16
Biosíntesis de los aminoácidos	17
Mamíferos	17
Clasificación de los aminoácidos	19
Aminoácidos alifáticos neutros con cadena no polar	19
Aminoácidos alifáticos neutros con cadena polar no ionizable	19
Aminoácidos neutros aromáticos	19
Aminoácidos con azufre	20
Aminoácidos ácidos	20
Aminoácidos básicos	20
Prolina	20
Comportamiento químico	22
Comportamiento anfótero	22
Punto isoeléctrico	22
El enlace peptídico	24
Péptidos	24
Estructura de las proteínas	25
Estructura primaria	25
Estructura secundaria	25
Estructura terciaria	26
Estructura cuaternaria	27
Propiedades de las proteínas	28
Especificidad	28
Desnaturalización	28
Solubilidad	28
Capacidad amortiguadora	28
Clasificación de las proteínas	29
Químicamente	29
Función	29
Enzimas	31
Catalizadores Biológicos	31
Característica de los catalizadores biológicos	32
Estados de transición	32
¿Cómo actúa una enzima?	33
Modelos de interacción	33
Factores que influyen en la actividad enzimática	34
Concentración del sustrato	34
Temperatura	34
pH	35
Inhibidores	35
Cinética de las reacciones enzimáticas	36
Cinética de Michaelis-Menten. Complejo ES, enzimas michaelianas	36
Expresión de actividad enzimática	37
Clasificación internacional de enzimas	37
Cofactores	39
Inhibición enzimática	40
Tipos de inhibidores	40
Enzimas alostéricas	41
Tipos de alosterismo	41
Retroalimentación positiva y negativa	41
Lípidos	42
Clasificación de los lípidos	43
Ácidos grasos	43
Triacilglicéridos	46
Fosfolípidos	47
Esfingolípidos	48
Esteroles	50
Terpenos	50
Resumen	51
Funciones de los lípidos	52
Reserva	52
Estructural	52
Como moléculas que transportan energía	52
Regulatorias	53
Defensa	53
Membrana biológica	53
Composición química y modelo del mosaico fluído	56
Lípidos de membrana	56
Distribución de los lípidos de membrana en la estructura de la misma	58
Proteínas de membrana	58
Funciones y propiedades de las membranas	59
Transporte a través de membranas	60
Difusión	60
Transporte	61
Carbohidratos o hidratos de carbono	64
Clasificación	64
Isomería	64
Constitucional de función	65
Espacial - Configuracional - Ópticos - Enantiómeros	65
Espacial - Configuracional - Ópticos - Diastereoisómeros	65
Espacial - Configuracional - Ópticos - Diastereoisómeros - Epímeros	66
Estructura cíclica de los monosacáridos	66
Mutarrotación	67
Azúcares reductores	68
Disacáridos	69
Enlace tipo 𝛽	69
Celobiosa	69
Lactosa	69
Laminaribiosa	70
Calosa	70
Enlace tipo ɑ	70
Maltosa	70
Sacarosa	71
Polisacáridos	71
Aditoles	73
Glicósidos	75
Pared celular	75
Polisacáridos en la pared celular	76
Fibrillas de celulosa	77
Glucanos	79
Xiloglucanos	79
Glucuronoarabinoxilanos	80
Ácidos urónicos y laminilla media	81
Proteínas	81
Glucoproteínas	82
Extensinas	82
Lípidos	82
Lignina	82
Modelo de integración de la pared celular	83
Bioenergética	84
Sistema	84
Materia	84
Energía	84
Transferencia, transformación y necesidad de energía	84
Información	86
Fotosíntesis	86
Luz como fuente de energía, pigmentos fotosintéticos	87
Estructura del aparato fotosintético	90
Fase fotoquímica	90
Transporte cíclico y acíclico (etapa clara o fotoquímica)	92
Fase bioquímica, Asimilación del CO2 y ciclo de Calvin-Benson	94
Fijación del CO2	94
Glucólisis	94
Sistema funcional	94
Ciclo metabólico	96
Fotorrespiración	96
Ciclo C3 y C4	98
Metabolismo Crassulacean Acid Metabolism del carbono	99
Noche	99
Día	100
Destino de los azúcares	100
Catabolismo de carbohidratos	101
Glucólisis	101
Destino del piruvato generado en la glucólisis	103
Fermentación láctica	103
Fermentación alcohólica	104
Presencia de O2	104
Respiración mitocondrial → Decarboxilación del piruvato	107
Proceso	108
Respiración mitocondrial → Ciclo de Krebs	109
Respiración mitocondrial → Cadena respiratoria	111
Componentes de la cadena transportadora de e- mitocondrial o cadena respiratoria	111
Respiración mitocondrial → Balance final	113
Glucólisis	113
Decarboxilación del piruvato	113
Ciclo de Krebs	113
Vías alternativas de oxidación de la glucosa → Ruta de las pentosas - fosfato	114
Tanto glucólisis como ciclo de Krebs no son sólo rutas de obtención de energía → Gluconeogénesis	115
Síntesis de ácidos grasos	118
Primera etapa	118
Segunda etapa	120
Tercer etapa	120
Catabolismo de lípidos	121
𝛽-oxidación de los ácidos grasos	123
Ciclo del glioxilato (glioxisomas)	125
Conexiones entre los ciclos del glioxilato y de Krebs	126
Naturaleza y función de los ácidos nucleicos	128
Núcleo	129
Ácidos nucleicos	129
Base nitrogenada, pentosa y fosfato	130
Función de los nucleótidos	133
Propiedades de los nucleótidos	134
Apareamiento de bases del ADN → Modelo de Watson y Crick	134
Estructura del ADN y el ARN	135
Ácido desoxirribonucleico (ADN)	135
Estructura primaria	136
Estructura secundaria	136
Estructura terciaria	136
Ácido ribonucleico (ARN)	138
Estructura primaria	138
Estructura secundaria	138
Propiedad física del ADN - Desnaturalización y renaturalización del ADN	138
Metabolismo secundario	139
Compuestos	140
Comunes a todas las células vegetales	140
Exclusivos de células de un organismo	140
Transformaciones de la materia	141
Terpenos	141
Cadena prenílica	143
Fenoles	145
Flavonoides	145
Taninos o proantocianas	145
Antocianas	145
Catequinas o monómeros de flavan-3-oles	146
No flavonoides	146
Alcaloides	146
Guías de estudio	148
Aminoácidos, proteínas y enzimas	148
Conceptos fundamentales
Introducción
	Química Orgánica
	Química Biológica
	· Estudia propiedades y transformaciones de los compuestos del C (naturales y sintéticos)
· C forma:
· Enlaces con muchos otros elementos
· Simples
· Dobles
· Triples
· Cadenas y anillos con características particulares
	· Procesos químicos que tienen lugar en los seres vivos
· Explica el modo en que los compuestos orgánicos en los seres vivos:
· Interaccionan
· Se forman
Antecedente histórico
· Teoría del vitalismo – Berzelius
Los productos naturales necesitaban una “fuerza vital” para ser creados por la urea
· Wöler (1828)
Sintetiza urea por descomposición térmica del isocianato amoníaco
Todos los compuestos orgánicos poseen al menos un átomo de carbono, pero no todos los compuestos con carbono en su estructura son orgánicos.
· Teoría estructural – Kekulé (1858) 
Asignar la estructura de los compuestos orgánicos más simples 
Bases: 
· Tetravalencia del C 
· Enlace químico 
· Isomería (cambia las propiedades físicas y químicas de los compuestos con una misma fórmula molecular)
· Bushner (1897) 
Extractos de levadura fermenta el azúcar 
· Concepto enlace covalente – Lewis (1916)
Base que permitió relacionar las estructuras de las moléculas orgánicas y sus propiedades químicas
Complejidad de los componentes químicos
· Estructuras moleculares de seres vivos sencillos es igual de complicada que la de los más complejos 
· Renovación de una estructura ordenada 
· Capacidad de tomar energía del medio para mantener nuestra estructura en funcionamiento 
· Reproducción o autorreplicación
Estabilidad
· Regla del octeto
Átomos intentan alcanzar la estructura electrónica del gas noble más próximo
· Principio de incertidumbre
No puedo conocer la posición o momento exactos de un electrón
· Ecuación de Schrödinger
Cada orbital tiene una energía característica
Grupos fundamentales
Enlaces
Iónico
· Transferencia de e- 
· Se da entre un metal y un no metal 
· Diferencia de electronegatividad (Diferencia de Energía) > 1,7
Covalente
Compartición de electrones entre dos átomos
No polar
· Dos átomoscomparten por igual los dos electrones del enlace covalente
· Diferencia de energía = 0
Polar
· Electrones del enlace son atraídos con mayor intensidad por uno de los dos átomos que forman el enlace
· 0 < Dif de energía < 1,7
	
	· µ= log de enlace . magnitud de la dif de carga (momento dipolar)
· Flecha
· Flecha: Parte más positiva
· Extremo opuesto: Parte más negativa
Predecir la polaridad
· Comparar las electronegatividades de los átomos 
· Tendencia del átomo a la atracción de electrones hacia sí en un enlace químico 
· Aumenta hacia arriba y a la derecha
Estructuras y propiedades moleculares: Fuerzas entre dipolos
Las interacciones moleculares próximas son las responsables de las propiedades físicas de los compuestos orgánicos
· Más débil que el covalente 
· F de atracción molecular (polares o apolares) que actúan entre dipolos permanentes e inducidos 
· F electrostática 
Interacciones moleculares entre moléculas polares: Dipolos permanentes
· Mayormente momentos dipolares permanentes (extremo negativo y positivo) 
· Ordenamiento intermolecular más estable 
· Extremo positivo de una molécula está más cerca del extremo negativo de otra 
· Mayor polaridad - mayor punto de ebullición (PE) 
· Estado líquido 
· Orientación positivo-negativo (F de atracción neta, la rompen para pasar a gaseoso)
Compuestos muy polares muestran mayores puntos de ebullición que los componentes menos polares 
Interacciones entre moléculas apolares: Fuerzas de dispersión de London
	· Interaccionan entre dipolos inducidos (temporales) 
· F neta de atracción 
· Depende del contacto superficial de las moléculas 
· Proporcional al área molecular
	
Puente de Hidrógeno
· La más fuerte de las fuerzas entre dipolos 
· Ocurre con los enlaces (muy polarizados) de: 
	AGUSTINA BRESSAN
INGENIERÍA AGRONÓMICA
	QUÍMICA ORGÁNICA Y BIOLÓGICA - 2021
FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS
· N-H 
· O-H 
· F-H
	
	
Interacción de puente de hidrógeno entre dos moléculas de H2O 
Se comunica la parte no enlazada del oxígeno con el hidrógeno
Esta interacción causa un efecto importante sobre las propiedades físicas de los compuestos orgánicos. Por ejemplo la diferencia de temperatura entre etanol y dimetiléter
Química del agua y procesos biológicos
· Tendencia a formar puente de hidrógeno entre sí 
· Elevado 
· Punto de fusión (PF) 
· Calor latente de evaporación 
· Viscosidad o Tensión superficial 
· Polaridad 
· Hidrógeno: átomo pequeño 
· Oxígeno: átomo pequeño y muy electronegativo
· Densidad = líquidos > sólidos 
Atracción dipolo-dipolo 
· Como existe un dipolo, atrae a sus moléculas vecinas (fuerzas de atracción) entre cargas de diferente signo 
· Importante en sustancias al estado líquido y sólido (cercanía molecular grande). Esta interacción se representa mediante una línea punteada 
· Unión oxígeno-hidrógeno enlace covalente 
· Unión entre moléculas puente de hidrógeno 
· Hielo 
· Moléculas forman una red tridimensional 
· Los puentes de hidrógeno originan una estructura hexagonal con “canales” 
Influencia de la estructura
Aminoácidos y proteínas
Proteínas
· Más abundante y de más amplia distribución en la célula
· Pertenecen a las macromoléculas
· 50% del peso seco
· 10.000 clases distintas en la célula humana
· Funciones
· Estructura
· Sostén
· Reguladoras
· Transporte
· Almacenamiento
· Enzimas: Proteínas con función de catalizador biológico de las reacciones químicas que ocurren en los seres vivos
· Químicamente: Biomoléculas formadas por C, H, O y N. A veces pueden tener S, P, Fe, Mg, Cu entre otros
Monómeros de las proteínas
Muchos aminoácidos ➜ Proteína
	
	
Estructura 3D de la proteína superóxido dismutasa
· Antioxidante en la mayoría de las células expuestas a radicales libres del oxígeno
· Uno de los antioxidantes más potentes
Estructuras y propiedades de los aminoácidos
Estructura
· Básica
· Grupo ácido: Grupo carboxilo (-COOH) - más importante
· Grupo básico: Grupo amino (-NH2)
· Carbono ɑ
· A el se unen los grupos carboxilo y amino
· Está unido a
· H
· Cadena R
· Diferente para cada uno de los 22 aminoácidos 
· Quiral porque sus sustituyentes son diferentes
· 2 isómeros ópticos (enantiómeros)
· Formas D y L (más común, es la configuración S)
Biosíntesis de los aminoácidos
Mamíferos
· Sintetizan 11 mediante reacciones de 
· Transaminación
· Transferencias de grupos de un C
· Grupos aminos
· Se sintetizan a partir 
· Intermediarios de la glucólisis
· Ciclo de Krebs o ácido cítrico
· Ruta de las pentosas-fosfato
· La célula degrada las proteínas no funcionales dejando los aminoácidos disponibles para reutilizarse los esqueletos carbonados en
· Síntesis de azúcares
· Aminoácidos glucogénicos (general piruvato, son intermediarios en el ciclo de Krebs, fuente de energía)
· Síntesis de ácidos grasos
· Aminoácidos cetogénicos (generan acetil-CoA y acetoacetil-CoA, y como fuente de energía)
· Tipos
· Aminoácidos no esenciales
· Rutas biosintéticas simples
· Síntesis con mucho gasto de energía 
· Aminoácidos esenciales
· No se pueden sintetizar
· Deben ser incorporados en la dieta
Histidina
Isoleucina
Leucina
Lisina
Metionina
Fenilalamina
Treonina
Triptófano
Valina
Argina
Lalalal
Clasificación de los aminoácidos
Dependen de la cadena lateral R ya que todos comparten los grupos -NH2 y -COOH
Aminoácidos alifáticos neutros con cadena no polar
· Cadena lateral hidrofóbica (excepto G)
Regla mnemotécnica → La GAVI
Aminoácidos alifáticos neutros con cadena polar no ionizable
· Poseen un grupo alcohol en su cadena lateral
· Participan en la fosforilación
Aminoácidos neutros aromáticos
· La cadena lateral es un grupo aromático: benceno en el caso de la F, fenol en el caso de la Y e indol en el caso del W
Aminoácidos con azufre
· Contiene azufre
Aminoácidos ácidos
· Cadena lateral contiene grupos ácidos
Aminoácidos básicos
· La cadena lateral contiene grupos básicos
Prolina
· Se forma directamente a partir del ácido glutámico y por tanto, no es un aminoácido esencial. 
· Su estructura química se caracteriza por su cadena lateral cíclica, y está compuesta por 3 unidades de metilo unidos al carbono alfa y al grupo amino
Comportamiento químico
	
	
La figura muestra la fórmula correcta de un aminoácido en comportamiento de la célula (pH fisiológico)
	
	
Comportamiento anfótero
· Los aminoácidos pueden ionizarse dependiendo el pH o liberan protones pasando de -COOH a -COO- actuando como ácido
· Los aminoácidos pueden actuar como base cuando los -NH2 captan protones y pasan a -NH3+ 
· Pueden actuar simultáneamente como ácidos y bases
· Aparece una forma dipolar iónica llamada zwitterión 
· Ionización doble de los aminoácidos
· Cuando la suma de los iones totales del aminoácido da como resultado carga neta 0
Punto isoeléctrico
Es el valor de pH en el cual se encuentran la máxima concentración de zwitterión 
· Se calcula como la media de los pKas de las etapas que forman y descomponen el zwitterión
· Depende de las características químicas de la cadena lateral R
En la figura vemos que cuando el valor de pH es ácido el aminoácido se encuentra cargado positivamente, en el valor de pH que iguala el valor del punto isoeléctrico del aminoácido está doblemente ionizado (zwitterión), y a valor de pH básico el aminoácido ha liberado un H+ y se encuentra cargado negativamente.
En la siguiente tabla se ven la mayoría de los aminoácidos (20) que componen las proteínas y sus propiedades
El enlace peptídico
Péptidos
· Formados por la unión de aminoácidos mediante un enlace peptídico 
· Enlace covalente entre un grupo ɑ-carboxilo de un aminoácido y el grupo ɑ-amino del siguiente
· Desprende H2O
Podemos ver el enlace peptídico de los aminoácido glicina y alanina:
	
	
La reacción mantiene un grupo NH3+ en un extremo y un grupo -COO- en el otro sin reaccionar
Los aminoácidos se agregan por el extremo -COO- formando agua (condensación)
El comportamiento anfótero se da en todas las cadenas de aminoácidos independientemente del número de aminoácidos en la cadena, sino que se da por los extremos
	Péptido
	pocos aminoácidos 
	Oligopéptido< 10 aminoácidos 
	Polipéptido
	> 10 aminoácidos 
	Proteína
	> 100 aminoácidos 
Estructura de las proteínas
Estructura primaria
· Importancia genética y estructural
· Determina la función de la proteína
· Los nucleótidos (imágen abajo) de ADN decodifican al ARN mensajero y sus nucleótidos (del ARN) determinan la secuencia de aminoácidos con ayuda de los ribosomas
· Nos indica qué tipos y en qué orden los aminoácidos componen la cadena polipeptídica, como se enrollan, pliegan, la interacción con otras cadenas (a veces) y definen las próximas estructuras.
Estructura secundaria
· Es la disposición estable (por puentes de hidrógeno de los átomos implicados en la cadena) de la secuencia de aminoácidos en el espacio
· Surge de patrones repetitivos en la estructura
	
	· Puente de hidrógeno
· -C=O de un aminoácido y el -NH del cuarto aminoácido que le sigue en el espiral
· ɑ-hélice se enrolla helicoidalmente sobre sí la estructura primaria 
· 𝛽-laminar la cadena toma forma de zig-zag (disposición laminar plegada) y los grupos R se proyectan a ambos lados de la lámina alternadamente
Estructura terciaria
	
	· La estructura secundaria se pliega sobre sí misma 
· Puede originar una conformación globular
· Facilita solubilidad en agua
· Funciones de 
· Transporte, enzimáticas, hormonales, etc
· Determinada por la estructura primaria
· Estabilidad
	
	1. Enlace covalente entre los radicales de dos aminoácidos que contienen S
2. Atracciones entre radicales de aminoácidos cargados positiva y negativamente
3. Interacciones de los radicales que contienen
a. Grupos aminos e hidroxilos con
b. Grupos carbonilo y sulfhidrilo
4. Cadenas laterales apolares que se orientan hacia el interior de la molécula evitando interacciones con el disolvente (Fuerzas de dispersión de London)
· Conformación nativa: El polipéptido se va a plegar, enrollar y girar para tomar su forma más estable para una determinada secuencia de aminoácidos 
· Disposición en el espacio: Fibrosa y globular
	Fibrosa
	Globular
	Estructuras secundarias definidas por la secuencia de aminoácidos (ɑ-hélice y 𝛽-laminar)
Repetitivas
Ordenadas
	Mayor fracción de proteínas en las células
Se pliegan y repliegan formando estructuras compactas
Las estructuras ɑ-hélice y 𝛽-laminar están separados por regiones que permiten la formación de lazos y dobleces
Estructura cuaternaria
· Enlaces débiles no covalentes
· Muchas cadenas polipeptídicas con estructuras terciarias para formar un complejo proteico y se torna funcional
· Los enlaces y fuerzas que lo mantienen son los mismos que los de las estructuras terciarias
· Puede tener de 2 a 7 subunidades
Propiedades de las proteínas
Especificidad
· Función de la proteína (determinada por la estructura primaria) definida a nivel genómico
· Cambio de estructura primaria indica la pérdida de esa función
· Explica fenómenos biológicos como
· Injertos
· Compatibilidad o incompatibilidad
· Trasplantes de órganos
· Sueros sanguíneos
· Estudios filogenéticos
· Parentesco evolutivo entre especies
Desnaturalización
· Pérdida de la conformación nativa por romperse las interacciones intermoleculares de la estructura cuaternaria, terciaria o secundaria afectando a la función biológica de la proteína 
· Factores
· Cambio de temperatura
· Cambio de presión
· Cambio de pH
· Alta salinidad
· Insoluble en agua formando precipitado
· Conformación de proteínas desnaturalizadas 
· Abierta
· Interacción máxima con el disolvente
· Puede ser reversible (caso de la proteína de 154 aminoácidos y 4 uniones disulfuro en mercaptoetanol) pero usualmente no lo es
Solubilidad
· Dada por las características de los radicales R
· Usualmente los los aminoácidos apolares estas hacia el interior de la estructura y los polares hacia afuera
· Globulares
· pH fisiológicos
· Solución acuosa
· Fibrilares
· Insolubles (alargadas con mucha superficie expuesta)
Capacidad amortiguadora
· Comportamiento anfótero permite que puedan neutralizar las variaciones de pH del medio (ya que actúa como ácido o base)
· Punto isoeléctrico: Carga neta de la proteína es nula
Clasificación de las proteínas
Químicamente
· Holoproteínas: Formadas sólo por aminoácidos
· Heteroproteínas: Formadas por una fracción proteicas y un grupo prostético (componente no proteico que puede ser azúcar, lípido, ácido nucleico, grupo hemo o ión inorgánico)
· Sin el grupo prostético no es funcional y se llama apoproteína
Función
	Función
	Ejemplo
	Acción
	Estructural
	Glucoproteínas
	Forma parte de las membranas
	
	Histonas
	Forman parte de los cromosomas
	Transporte
	Hemoglobina
	Transporta oxígeno en animales
	Defensa
	Inmunoglobulinas
	Relacionadas con la patogénesis
	Hormonales
	Insulina
	
	Enzimáticas
	-
	-
	Reserva
	Ovoalbúmina
	En la clara de huevo
	
	Gliadina
	En el grano de trigo
	
	Lactoalbúmina
	En la leche
Enzimas
En el capítulo de reacciones orgánicas hablamos de la importancia de termodinámica y cinética en las reacciones orgánicas.
También leímos que ΔG nos indica si una reacción puede tener lugar lugar pero no si realmente lo tendrá
· Todas las reacciones o procesos celulares mediados por enzimas o proteínas catalizadoras significan que la reacción tendrá lugara pesar de que no todos los procesos sean termodinámicamente factibles
	Enzimas:
Proteínas capaces de acelerar las reacciones químicas en una célula, actualmente se conocen hasta 2000 tipos diferentes.
Catalizadores Biológicos
Enzimas
· Acelerar reacciones químicas en los seres vivos
· Se recuperan al final de cada reacción para recomenzar de nuevo un ciclo sin alterar su estado inicial
· Funcionan indefinidamente
	Combustión del papel es una reacción espontánea termodinámicamente e irreversible que resulta en CO2 y H2O
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + energía
	En la oxidación de la glucosa el proceso se da gradual y mediada por enzimas.
	D-Glucosa + ATP → D-Glucosa-6P + ADP (ΔG°-) *hexoquinasa
La D-glucosa es el sustrato sobre el que actúa la hexoquinasa formando D-Glucosa-6P (forma activa de la glucosa)
Pero desde un punto de vista termodinámico la reacción no es posible ya que el ΔG° de la misma es positivo o endergónico, pero se termina produciendo a expensas de la hidrólisis del ATP que cede la energía y el ión fosfato para formar glucosa fosforilada
	Reacción acoplada
Reacción donde un sustrato aporta la cantidad de energía suficiente para que el otro lleve a cabo la formación de un producto vital para la supervivencia de los sistemas vivos y es siempre mediada por enzimas
Hechos importantes de los catalizadores enzimáticos
1. Participa en el proceso de reacción y vuelve a su estado original para comenzar otro ciclo
a. Hexoquinasa: Cataliza y forma D-Glucosa-6P
b. Peroxidasa: Destruye la molécula de H2O2
2. Modifica la velocidad de reacción de los procesos pero no afecta la posición del equilibrio de reacción
Característica de los catalizadores biológicos
· Comparten propiedades y características de las proteínas (lo son)
· El reconocimiento de la enzima con el reactivo (sustrato) a procesar es altamente específico
· Eficientes (aumenta mucho la velocidad de reacción)
· Efectivos en pequeñas cantidades
· Sujetos a una gran variedad de controles celulares, genéticos y alostéricos
Estados de transición
	· Energía interna
La mínima cantidad de energía que utilizan las moléculas de sustrato para que reaccionen entre sí y den lugar a la formación de productos 
· Estado de transición	
Los reactivos al colisionar entre sí alcanzar un mayor estado de energía libre y reaccionan
	
	Enzima: ATP-quinasa y reduce la energía de activación y las moléculas reactantes (ATP) llegan al estado de transición
Estado de transición: Se forma el complejo enzima-sustrato (es, ATP-ATP-quinasa)
EA:Para la mayoría de las reacciones biológicas a temperaturas celulares normales pero la suficiente para que la proporción de las moléculas de reactivos que poseen energía en un momento sea pequeña. Si se transformara todo el sustrato en producto, en una misma unidad de tiempo, el metabolismo celular colapsaríay conduciría a su propia muerte. 
· Incremento de la velocidad de reacción 
1. Une el/los sustrato/s a su/s sitio/s activo/s y/o alostéricos
2. Aumentando el contenido de energía (concentración del complejo o temperatura) de las moléculas de sustrato, incrementando la actividad catalítica
3. Reduce el estado de transición
4. Disminuye la energía de activación
¿Cómo actúa una enzima?
Una enzima une a una molécula de sustrato o varios sustratos en una región específica de la enzima llamada sitio activo
	
	Sitio activo: Hendidura donde quedan expuestos los aminoácidos que conforman la enzima. Se distorsiona y exige distorsión al sustrato
La estructura de las enzimas permite que el sustrato se ajuste mucho, dando lugar a la alta especificidad. 
Interacciones entre los diferentes aminoácidos que están en el sitio activo como puentes de hidrógeno, fuerzas electrostáticas e hidrofóbicas. 
Cofactores: Moléculas orgánicas pequeñas o iones metálicos (Fe, Zn, Cu) que están en el sitio activo y son necesarios para que se produzca la catálisis.
Modelos de interacción
Lugar donde se lleva a cabo la distorsión conformacional de la enzima
	Modelo de llave-cerradura
Especificidad de la enzima-sustrato, la enzima se acomoda al sustrato
	Modelo del ajuste/acoplamiento inducido
Especificidad enzima-sustrato donde la enzima acepta y se adapta al sustrato y se exigen ambos una distorsión para alcanzar el estado de transición para que se produzca la reacción
Factores que influyen en la actividad enzimática
Concentración del sustrato
	> eficiencia de reacción → > cantidad de sitios activos ocupados por sustratos
El punto de saturación se produce cuando todos los sitios activos estén ocupados por sustratos y aunque añada más sustrato no va a aumentar esta eficiencia o velocidad de reacción
Temperatura
	+10°C → Aumenta la velocidad de reacción de 2 a 4 veces
Temperatura óptima: Valor de temperatura máximo al que podemos exponer a esta enzima para que incremente la velocidad de reacción
Desnaturalización térmica: Cuando se sobrepasa la temperatura óptima
pH
	Relación directa con el carácter iónico de los grupos amino y carboxilos de la proteína, dado que sus cadenas polipeptídicas contiene grupos que pueden ionizarse de acuerdo al pH presente
pH óptimo: Rango de pH dentro del que actúa una enzima, fuera de este se desnaturaliza e inhabilita
Inhibidores
Disminuyen o impiden la actividad de la enzima
Cinética de las reacciones enzimáticas
Velocidad de reacción en relación a la concentración de sustrato, productos e inhibidores
Cinética de Michaelis-Menten. Complejo ES, enzimas michaelianas
	
	A medida que aumenta la [S] se produce un aumento rápido en la velocidad de reacción, pero vemos que en cierto punto esta velocidad comienza a desacelerarse
A muy altas [S] la velocidad de reacción tiende a un valor máximo que depende de la concentración enzimática y puede incrementarse añadiendo más enzimas
En este punto los sitios activos están saturados
	Vmax: Valor límite superior al cual tiende la velocidad inicial de la reacción cuando [S] tiende al infinito. Velocidad de concentración saturante del sustrato
	
	Las enzimas pueden caracterizarse por la [S] a la cual la velocidad de reacción es la mitad de la velocidad máxima, esta [S] nos da la constante de Michaelis-Menten o Km
< Km > afinidad enzima-sustrato
	
	Primer orden
· Velocidad de reacción es más o menos proporcional a la [S]
Orden mixto
· Para concentraciones de sustrato intermedias la velocidad del proceso deja de ser lineal.
Orden cero
· A [S] alto, la velocidad de reacción es independiente a la variación de [S], volviéndose casi constante
Expresión de actividad enzimática
· Para saber la cantidad de enzimas presentes en un extracto biológico podemos medir la velocidad de reacción de la formación de un producto por una enzima empleando el sustrato específico
· Velocidad de reacción: Cantidad de reactivo que se transforma por unidad de tiempo
· Unidad internacional
· Cantidad de enzima que cataliza la transformación de un mol de sustrato por minuto, bajo condiciones definidas por entre otros:
· pH
· Temperatura
· [S]
· Cofactores
· Formas de expresarlo 
· UI cm-3
· Actividad específica - UI mg proteína total (PT)-1
· Cantidad de moles de sustratos transformados or min-1 mg PT-1
· Medida indirecta de la fracción de la proteína total en una preparación que contienen a la enzima
Clasificación internacional de enzimas
· International Enzyme Comission (IEC]: Sistematizar la nomenclatura y clasificación de las diferentes enzimas conocidas
	Clase de enzima
	Reacción 
	Compuestos que actúan
	Ejemplos
	Óxido-reductasas
	Óxido reducción (transferencia de electrones)
	CH-OH
C=O
C=CH-
CH-NH2
CH-NH-
	Glucólisis
Ciclo de Krebs
	Hidrolasas
	Hidrólisis
	Ésteres
Enlaces glucosídicos
Amidas (grupos peptídicos)
Enlaces C-N
Anhídridos de ácido
	Ciclo glioxilato
	Transferasas
	Transferencias de grupos funcionales
	Aldehídos
Cetonas
Acilos
Glucosilos
Fosfato
Que contenga azufre
	Ciclo de pentosas
	Liasas
	Adición a los dobles enlaces
Síntesis y oxidación de lípidos
	C=C
C=O
 C=N-
	Metabolismo de lípidos
	Isomerasas
	Transferencias de grupos entre moléculas para producir formas isoméricas
	
	Glucólisis
	Ligasas
	Reacciones de condensación de aminoácidos 
	Catalizan la formación de enlaces:
C-C
C-S
C-O
C-N
	Aminoácidos 
	
	Síntesis de proteínas
	Acopladas al clivaje del ADN
	Proteínas
Cofactores
Apoenzima
(enzima inactiva)
Holoenzima
(enzima activa)
Cofactor
Inhibición enzimática 
Reguladores negativos que disminuyen o bloquean la actividad de la enzima que son útiles para entender los mecanismos de acción tóxica y farmacológica de algunos compuestos
Tipos de inhibidores
	IRREVERSIBLES
	REVERSIBLES
	Enlace covalente
	Enlace no covalente
	Enzima con deterioro definitivo de su capacidad catalítica
	La enzima se regenera
	
	COMPETITIVA
	NO COMPETITIVA
	
	Tanto el sustrato como el inhibidor puede unirse a un sitio activo de la enzima
	El inhibidor se una a la superficie de la enzima en un sitio diferente al sitio activo, donde se une el sustrato, no interfiere en la unión del sustrato pero reduce la actividad catalítica en el sitio activo
	
	
Enzimas alostéricas
Proteínas formadas por varias subunidades de estructura terciaria y que presenta sitios activos y sitios alostéricos presentes en cada enzima
· Alosterismo
Principales formas de regulación en la célula debido a que puede producir cambios rápidos y fácilmente reversibles en la actividad de las enzimas
· Efector alostérico
Sustancia reguladora que aumenta o disminuye la actividad enzimática alostérica uniéndose de manera reversible haciendo un cambio conformacional del sitio activo
Tipos de alosterismo
	Alosterismo positivo
	Alosterismo negativo
	Unión del efector al sitio alostérico de la enzima favoreciendo la unión del sustrato al sitio activo de la enzima
	Unión del efector al sitio alostérico de la enzima impide conformacionalmente la unión del sustrato al sitio activo de la enzima
Retroalimentación positiva y negativa
Esta es una forma astuta en que la célula hace la cantidad justa del producto. Cuando hay poca cantidad del producto, la enzima no se inhibirá y la vía correrá a todo vapor para regenerar sus provisiones. Cuando hay demasiado producto acumulado, la enzima se bloqueará para impedir la producción de producto nuevo hasta que se haya utilizado el existente.
Las enzimas alostéricas muestran una dependencia sigmoidal de la velocidad de reacción en función a la concentración de sustrato
Lípidos
· Estructura química
· Son biomoléculas orgánicas formadas básicamente por C, H y O que pueden contener P, N y S
· Heterogéneos con características químicas diversas
· Propiedades físicas comunes
· Son mayoritariamente insolubles en agua
· Baja solubilidad de lípidos en agua porque su estructura química es principalmente hidrocarbonada
· Gran cantidad de enlaces C-H y C-C
· Enlace covalente
· Momento dipolar mínimo
· Son solubles en disolventes orgánicos como el éter, cloroformo, benceno,acetona y alcoholes
· Capaces de formar micelas
Clasificación de los lípidos
· Solubilidad
Son moléculas anfipáticas que presentan
· Grupo carboxilo → Parte hidrofílica (polar)
· Cadena hidrocarbonada → Parte hidrofóbica (apolar)
· Estructuras químicas
Seis principales y se detallan a continuación:
Ácidos grasos 
Cn-COOH
· Moléculas formadas por una cadena hidrocarbonada más o menos larga de tipo lineal con un número par de C
· Nomenclatura y características principales
	Ácidos saturados (grasas)
	Ácidos insaturados (aceites)
	Se nombran por medio de dos números separados por dos puntos
1°→ Cantidad total de C en la cadena
2°→ Números de insaturaciones
	12C → 12:0
24C → 24:0
	12C con una insaturación entre el C9 y C10 → 12:1△9
24C con una insaturación entre el C9 y C10 y otra entre C12 y C13 → 24:2△9,12
Las más comunes están entre los C:
· 9 y 10
· 12 y 13	
· 15 y 16
	Enlaces simples entre C (hibridación sp3)
	Enlaces dobles entre C (hibridación sp2) y rara vez triple
Configuración cis o trans
	Punto de fusión mayor (a peso similar)
Sólido a temperatura ambiente
	Punto de fusión menor (a peso similar)
Líquido a temperatura ambiente
	Peso molar > ⇒ Punto de fusión >
Mayor punto de fusión que los insaturados ya que poseen cadenas apolares más largas y su proximidad favorece las fuerzas de London
Los grupos polares -COOH interaccionan mediante dipolos permanentes y puentes de hidrógeno entre moléculas vecinas adquiriendo un estado compactado
	Peso molar > ⇒ Punto de fusión <
Debido a los quiebres de la cadena al nivel del doble enlace, que no permite que interaccionen.
Los trans al ser similares a una conformación zigzag los ácidos grasos saturados de la cadena no se torsionan como el doble enlace cis
	Fuerzas de Van der Waals (muchas entre cadenas carbonadas)
Puente de hidrógeno
Fuerzas de London
	Fuerzas de Van der Waals
· Ácidos grasos omega
Son ácidos grasos insaturados que se los denomina de esta manera según donde se encuentren los dobles enlaces y son esenciales en la nutrición del ser humano
· omega 3
· Doble enlace entre C3 y C4
· omega 6
· Poliinsaturados
· omega 9
· Monoinsaturados
· Propiedades físicas
Detalladas después (lípidos saponificables)
· Resumen muy general:
Triacilglicéridos
· Formados por 3 moléculas de ácidos grasos esterificados y unidos a un tri-alcohol (glicerol) 
· Funciones de reserva
· Pierde una molécula de H2O por cada enlace éster (condensación)
· Punto de fusión
· Dependen de la insaturación
· Líquidos a temperatura ambiente la mayoría
· Rancidez
· Oxidación de las insaturaciones a aldehídos y ácidos que alteran las propiedades organolépticas de los alimentos y los hacen menos digeribles (dobles enlaces son más fáciles de atacar)
· Saponificación
· Triacilglicéridos hidrolizados (con calor) por una base (NaOH) resultan en glicerol y sales sódicas de ácidos grasos 
· Lípidos saponificables
· Los enlaces éster se hidrolizan con un álcali y se obtienen las sales de los ácidos grasos correspondientes (jabones)
· Químicamente
Jabón→ Sal sódica de ácidos grasos, que se dispersa en el H2O formando micelas
 → Solubilidad de micelas y formación de micelas de los ácidos grasos
· Micelas: Asociaciones de 100 a 200 moléculas de jabón que orientan sus cabezas polares en contacto con el agua y sus colas hidrofóbicas hacia adentro
→ Energéticamente son estables ya que los grupos hidrofílicos están unidos mediante puentes de hidrógeno al agua circundante 
Grupo carboxilato→ Carga negativa, hidrofílico
Cadena carbonada→ Lipofílica: Interactúan con grupos hidrofóbicos y secuestra moléculas de grasas
Fosfolípidos
· Dos ácidos grasos unidos a dos grupos alcohol glicerol y este unido a una molécula de ácido fosfórico unido a un tercer alcohol (etanolamina, serina o colina), todos mediante enlaces éster 
· Ácido fosfórico
Esterificados con moléculas protonadas como serina, colina o etanolamina
Anión fosfato + molécula protonada → fosfoglicéridos (esterifican dos -OH y es muy polar)
· Componentes estructurales mayoritarios de las membranas celulares de todos los organismos vivos
Esfingolípidos
· Lípidos que contienen el aminoalcohol esfingosina, en vez de glicerol
· El grupo amino de la esfingosina reacciona con el -COOH del ácido graso y forman un enlace amida conocida como ceramida, la base estructural de todos los esfingolípidos
1. Esfingofosfátidos
Unión de la ceramida mediante enlace éster a una molécula de ácido fosfórico y a través de otro enlace éster, a una base nitrogenada polar (etanolamina, serina o colina)
2. Glucoesfingolípidos
Unión de una ceramida a un azúcar a través de enlace glucosídico y no por medio de ácido fosfórico como en los esfingofosfátidos que además no contienen azúcar
a. Cerebrósidos 
Un solo monosacárido (D-glucosa o D-galactosa) unido a la molécula
b. Gangliósidos
Un oligosacárido unido a la esfingosina
· Sustituyente polar → Diferente naturaleza y se une a la esfingosina mediante enlace glucosídico
· El carbohidrato a los glucolípidos les confiere carácter anfipático (parte hidrofílica e hidrofóbica) formando bicapas lipídicas
· Presentes en
→ membranas celulares (parte externa actuando como sitio de reconocimiento)
→ tejido nervioso
Esteroles
· Derivan de un hidrocarburo compuesto de cuatro anillos que se forma a partir de uniones del hidrocarburo escualeno (terpeno)
· Poseen un solo grupo OH- en el C3 de la molécula → anfipáticos débil
· Se diferencian entre ellos por la posición de sus grupos funcionales, dobles enlaces y cadenas alifáticas lineales o ramificadas añadidas al anillo esterano
· Moléculas policíclicas complejas
· En todas las células vegetales y animales (colesterol)
· No se hidrolizan
· Apolares → mayor parte de la molécula constituida por anillos es apolar
· Funciones biológicas vitales en las células
· Se intercala entre los demás lípidos proporcionando mayor fluidez a las membranas celulares, evitando que se agreguen y "solidifiquen”
· Precursores de muchos compuestos con actividad biológica importante 
→ Hormonas sexuales: testosterona (hormona masculina), el estradiol (hormona femenina) 
→ Hormonas adrenocorticales : aldosterona y el cortisol, reguladores del metabolismo celular 
→ Ácidos biliares: componentes de la bilis, emulsionan las grasas en el intestino delgado para facilitar la acción de las lipasas. 
→ Vitamina D, que regula el metabolismo del fósforo y del calcio 
· No contienen ácidos grasos→ no saponificables, al igual que los terpenos (sus precursores). 
· En plantas, hongos y levaduras se encuentran mayoritariamente el ergosterol, estigmasterol y sitosterol. Mientras que en las células animales el esteroide más abundante es el colesterol.
Terpenos
· Moléculas lineales o cíclicas no saponificables
· Su unidad estructural, el isopreno, 2-metil-1,3-butadieno, tiene la capacidad de unir más moléculas de isopreno (5C) entre sí dando lugar a una gran diversidad de compuestos
· Clasificación
→ Número de carbonos
→ Unión entre los isoprenos
· Compuestos
→ Esencias: Mentol, geraniol, limoneno, alcanfor, eucaliptol y vainilla
→ Vitaminas: A, E y K
→ Pigmentos: Clorofila, carotenos y xantófilas
→ Hormonas vegetales: Giberelinas y ácido abscísico
Resumen
Funciones de los lípidos
Reserva 
FUNCIONES
· Reserva energética en los animales y plantas
DÓNDE SE ENCUENTRA
· Semillas y frutos de especies oleaginosas (triglicéridos)
EJEMPLOS
· Triglicéridos → Están altamentente reducidos y pueden rendir mucha más energía
Estructural 
FUNCIONES
· Conferir consistencia (cera en las plumas de las aves y cutícula en las hojas de las plantas)
· Protección mecánica (tejido adiposo en palmas de pies y manos en caso de los animales)
DÓNDE SE ENCUENTRA
· Bicapas lipídicas de las membranas (de la célula y de las organelas) en las células de todos los seres vivos
EJEMPLOS
· Fosfolípidos
· Glucolípidos
· Esteroles (colesterol y sitosterol)
Como moléculas que transportan energía 
FUNCIONES
· Absorben energía electromagnética los pigmentos y la 
→ Incorporan como energía química o fotoprotectores 
→ Transferirla a otroscompuestos
· Transporte de electrones (plastocianinas y ubiquinonas)
EJEMPLOS
· Pigmentos (clorofila y carotenos)
· Plastocianinas y ubiquinonas
Regulatorias 
EJEMPLOS
· Giberelinas
· Ácido abscísico
· Ácido jasmónico
Defensa
FUNCIONES
· Producción de látex, aceites esenciales, fitoalexinas y resinas
Membrana biológica
Célula vegetal → Mayor grado de organización y complejidad estructural respecto a bacterias, hongos y animales
	
	Definición
	Función
	Membrana
	Núcleo
	Donde se encuentra el material genético (cromosomas) y a donde la célula dirige su metabolismo (suma de reacciones químicas)
	Contener el material genético
Dirigir el metabolismo
	Posee dos membranas concéntricas
	ADN
	Constituido por cadenas de ácidos nucleicos 
	Contiene la información para la replicación celular y síntesis de proteínas
Ayuda al núcleo a dirigir el metabolismo
	-
	Citoplasma
	Contiene las enzimas y solutos de la célula
	Realiza los procesos fundamentales del metabolismo celular
	-
	RER
	Sistemas membranosos internos, continuos a la membrana nuclear
Tiene ribosomas adheridos 
	Síntesis de proteínas
	Constituido por una pila de membranas 
	REL 
	Continuo al RER pero sin ribosomas
	Síntesis y metabolismo de lípidos
Formación de membranas
	
	Ribosomas
	Complejos formados por proteínas y ácido ribonucleico (ARN)
	Sintetizar proteínas
	No posee
	Aparato de Golgi
	Sacos aplanados 
	Recibir el material proveniente del RE que se transporta en vesículas a otras partes del sistema de endomembranas
Síntesis y secreción de polisacáridos estructurales
	Si posee
	Vesículas
	Estructuras membranosas
	Almacenar temporalmente
Transporte de materiales dentro de la célula y hacia el exterior
	Si posee
	Vacuola
	Tipo de vesícula que puede ocupar de un 30% - 90% del volumen celular
	Mantener la turgencia celular
Almacenar temporalmente los nutrientes o productos de desechos
Compartimiento de degradación de sustancias
	Si posee, se llama tonoplasto
	Mitocondria
	-
	Oxidan los hidratos de carbono para liberar energía química (ATP) contenida en sus enlaces mediante un proceso que consume oxígeno (respiración celular)
	Si posee
	Cloroplasto
	Organelas que se encuentran solo en las células de las plantas
	Síntesis de compuestos orgánicos (azúcares) a partir del C inorgánico (CO2) en los que almacena energía solar como energía química
	Posee dos
	Peroxisoma
	Tipo de vesícula
	Oxidación de lípidos
	Si posee
	Membrana
	-
	Define los límites de la célula y las diferentes organelas y les da funcionalidad
Regula el tránsito de sustancias hacia afuera y adentro de la célula
	-
	Pared celular
	Está por fuera de la membrana compuesta por celulosa
	Da forma a la célula constituyendo el esqueleto del vegetal
Participa de las relaciones hídricas de los tejidos
	-
	Laminilla media
	Formada por pectinas y otros polisacáridos
	Unir a dos células contiguas
	-
Composición química y modelo del mosaico fluído
· Membranas compuestas por
· Lípidos 
→ Forman una bicapa lipídica (las cabezas hidrofílicas están en contacto con la matriz que forma el agua y las colas se acomodan entre sí para excluir el agua)
→ Continuo y permanente movimiento
→ No están unidas por ningun enlace químico electrostático (no forman polímeros sino que se acomodan según su afinidad-repulsión)
→ > movimiento → + insaturaciones de los ácidos grasos componentes de los lípidos de membrana
→ Esteroles 
Efecto amortiguador sobre las temperaturas, le confieren a la membrana propiedades más elásticas si disminuye la temperatura y la hace más rígida si esta aumenta
· Proteínas 
→ Alrededor de la mitad de la masa de las membranas
· Carbohidratos (menor cantidad) 
→ En glucoproteínas y glucolípidos
Lípidos de membrana
· Anfipáticos
· Ejemplos
· Triacilglicerol → Reserva de la célula 
· Fosfatidilcolina (fosfolípido) → integra las membranas biológicas
	
	→ Fosfoglicerído
· Cabeza polar → Hidrofílico
· Enlaces éster de los ácidos grasos con el glicerol
· Fosfato unido a la colina
· Cola apolar → Hidrofóbico
· Residuos hidrocarbonados de los ácidos grasos
· Tipos
· Que contienen ácidos grasos en su estructura molecular 
· Fosfolípidos (fosfatidilcolina, fosfatidilserina, fosfatidiletanolamina y fosfatidilinositol)
· Glucolípidos
· Más abundantes
· Galactosil glicerido
· Glucocerebrósidos
· Esteroides 
· 4 anillos de 6C y uno de 5C + un grupo alcohol
· Estructura casi plana y estructura relativamente rígida
· Bipolar → Atemperada porque la parte apolar es mucho mayor que la polar (-OH)
· Terpenos
· Formados por
· Glicerol
Para dar lugar a fosfoglicéridos o glucolípidos
· Esfingosina
Dar lugar a los esfingolípidos
Distribución de los lípidos de membrana en la estructura de la misma
· Asimetría de membrana
Los lípidos se distribuyen de forma desigual entre las dos monocapas de la membrana y pueden desplazarse a través de la membrana
· Zona seca
Las colas apolares se ponen en contacto entre sí alejándose lo más posible del agua
· Insaturaciones de los ácidos grasos
Si no hay insaturaciones de los ácidos grasos los lípidos se acercarán entre sí y la membrana se tornará más rígida, mientras que si existen insaturaciones las colas se alejaran una de otra dando a la membrana una condición de mayor fluidez (insaturaciones en posición cis)
Proteínas de membrana
· Componentes estructurales de las membranas y su estructura está intrínsecamente relacionada con la función que cumplen en las mismas
	
	· Transmembrana
Atraviesan la bicapa y mantienen interacciones de tipo hidrofóbicas con los lípidos que la rodean
· Periféricas o intermembrana
Se encuentran asociadas por interacciones electrostáticas y puente de hidrógeno con la parte polar de los lípidos
Pueden estar o no unidas con cadenas de azúcares, las cuales participan en la asimetría de la membrana ya que se ubican mayoritariamente en el lado externo de las membranas.
· Pueden desplazarse a través de la membrana
Funciones y propiedades de las membranas
· Funciones
· Definir el dentro y afuera de la célula y de las organelas
· Regulan el pasaje de sustancias
· Imprescindibles en los procesos de transformación de energía en la mitocondria y cloroplasto
· Receptores de señales de otras células o del ambiente
· Propiedades
· Delgadas
· Flexibles
· Autosellantes (permite procesos de exocitosis y endocitosis)
Transporte a través de membranas
Difusión
· Difusión simple
· Sigue las leyes de difusión de gases 
· La velocidad a la que ocurre el proceso depende de la concentración relativa de un gas
· Canal iónico 
Paso rápido de ciertos solutos (generalmente hidrófilos) sin experimentar cambios conformacionales
· Acuaporinas: 
· Proteínas con la composición de aminoácidos 
· Apolares en la cara de la proteína en contacto con la parte interna de la capa bilipídica
· Polares en el canal interno de la proteína por donde el agua atraviesa dicha membrana
· El transporte ocurre sin impedimento pero siempre siguiendo la diferencia de concentración
· Difusión facilitada
· Permeasas → Puertas proteicas de acceso
· La cinética de movimiento seguirá un modelo similar al de cinética enzimática donde la velocidad de pasaje de sustancia varía en forma lineal con la diferencia de concentración a ambos lados de la membrana
Transporte
Este se da a favor de un gradiente de concentración o gradiente electroquímico
· Transporte pasivo
· Difusión simple
· Canal iónico
· Transporte activo
	Es un movimiento de solutos en contra del gradiente de concentración o electroquímico (en contra del gradiente termodinámico) por lo que necesita energía 
Procesos termodinámicos desfavorables
· Directo o primario
La acumulación de moléculas de solutos o iones de un lado de la membrana se acopla directamente a una reacción química exergónica (generalmente hidrólisis de ATP)
· Indirecto o secundario
Depende del intercambio simultáneo de solutos (uno de ellos a favor de un gradiente permitiendo que el otro lo haga en contra) 
· Uniporte
· Proteína desplaza a través de la membrana a un único soluto 
· Acoplado 
· Simporte o contransporte
· Dos solutos se mueven enel mismo sentido
· Antiparalelo o antitransporte
· Dos sustancias se mueven en distinto sentido
· Transporte activo indirecto
Carbohidratos o hidratos de carbono
· Son aldehídos o cetonas polihidroxiladas incluyendo a los compuestos que dan aldehídos o cetonas polihidroxiladas como producto de su hidrólisis
· Compuesto más abundante en la naturaleza
· Cn(H2O)n → fórmula química
· Células de organismos autótrofos → Sintetizan carbohidratos a partir de de C inorgánico y del agua 
Plantas → Denominan este proceso como fotosíntesis 
CO2 + H2O + energía química ⇔ O2 + Cn(H2O)n ⇔ glucógeno
· Glucógeno → Carbohidrato de reserva de las células animales y la reacción de respiración resulta irreversible
Clasificación
· Grupo funcional
· Aldosas - grupo característico aldehído
· Cetosas - grupo característico cetonas
· Composición (número de aldosas o cetosas)
· Mono- → Los encontrados en la naturaleza van de 3C a 7C, los más comunes son de 3, 5 o 6
· 3C - triosas
· 4C - tetrosas
· 5C - pentosas
· 6C - hexosas
· 7C - heptosas
· Incoloros, sólidos cristalinos, solubles en agua e insolubles en solventes no polares, sabor dulce
· Di-
· Poli
Isomería
Constitucional de función
La aldosa puede tener su correspondiente cetosa
Espacial - Configuracional - Ópticos - Enantiómeros
Uno o más C quirales son isómeros ópticamente activos (excepto la dihidroxiacetona)
→ Mientras más C quirales tenga, más isómeros presenta de acuerdo a la disposición espacial de los radicales unidos a dichos C 
 n centros quirales = 2n estereoisómeros
· Denominación
1. Ubicar el C más alejado del grupo funcional aldehído o cetona
2. Si el/los grupo/s -OH se encuentra a la izquierda se los denomina con L y si se encuentran a la derecha se los denomina con una D
Para los monosacáridos solo existen en la forma D
Espacial - Configuracional - Ópticos - Diastereoisómeros
Monosacáridos que tienen 2 o más centros quirales y al menos uno de ellos con la misma configuración
Estructura de los diastereoisómeros D-eritrosa con D-treosa y D-ribulosa con D-xilulosa, tienen en el C3 la misma configuración en ambas moléculas por lo que no pueden ser imágenes especulares
Espacial - Configuracional - Ópticos - Diastereoisómeros - Epímeros
Difiere la configuración de uno de los átomos de C quirales
Estructura cíclica de los monosacáridos
El aldehído puede reaccionar con dos alcoholes para dar un acetal, en donde la reacción parcial puede conducir a la síntesis de un hemiacetal
En soluciones acuosas los monosacáridos con 5C o más se encuentran formando anillos, como podemos ver en la imagen de abajo correspondiente a la glucosa
Las pentosas y hexosas al estado cristalino (sólido) se encuentran como ciclos, en solución acuosa cierta porción están de forma abierta
· Aldohexosas que forman anillos de 6 miembros se denominan con ESTRUCTURA PIRANÓSICA
· Aldopentosas y cetohexosas que forman anillos de 5 miembros reciben el nombre de ESTRUCTURA FURANÓSICA 
Mutarrotación
Anómeros → Isómeros de los monosacáridos que difieren solo en su configuración hemiacetal 
Forma cíclica→ El C anomérico (C1 en aldosas y C2 en cetosas) se denomina así porque el C del grupo carbonilo al formar el hemiacetal se transforma en centro quiral
Entonces podemos definir que el grupo sustituyente -OH puede tener posición ecuatorial (𝛽) o axial (ɑ)
Mutarrotación → Se da cuando en soluciones acuosas de monosacáridos con propiedades ópticas idénticas, los anómeros ɑ y 𝛽 se interconvierten continuamente en una situación de equilibrio y tiene las particularidades de 
· Rotar la luz polarizada cuando se encuentra en solución acuosa (ɑ-D-glucopiranosa a 112° y el 𝛽 a 19°) y siempre a la derecha, por lo que antes de la D deberíamos poner un (+)
· Si se solubiliza en agua la ɑ-(+)-D-glucopiranosa se va transformando en 𝛽-(+)-D-glucopiranosa hasta llegar a un equilibrio, lo mismo ocurre viceversa
· De esta manera ayudan a medir con refractómetro la concentración de azúcares
Azúcares reductores
Se los denomina así por la propiedad de los hemiacetales a oxidarse fácilmente en presencia de un óxido débil como
· Agua de Br
· Fehling
· Tollens
Esta reacción no discrimina entre aldosas y cetosas, ya que en medio alcalino las cetosas reaccionan formando un enodiol que luego se oxida a aldehído y de allí se oxida a ácido
Si se oxida en las aldosas:
· El C1 formará ácidos aldónicos
· El alcohol del C6, el C1 y los ácidos dicarboxílicos formará ácidos aldáricos
· El C6 por enzimas se forman ácidos urónicos
Azúcares no reductores
Azúcares que no tienen extremo reductor y no se pueden oxidar, por ejemplo, la sacarosa
Disacáridos
Es la unión de dos monosacáridos a través de un enlace glucosídicos (enlace covalente) que completa el acetal, generalmente se enlaza por medio del C anomérico de uno con un grupo -OH del otro (C1, C3, C4 o C6)
Enlace tipo 𝛽 
Celobiosa
· Unión de la glucosa con otra molécula de glucosa por medio de enlaces 𝛽1→ 4
· Glucosas quedan alineadas ecuatorialmente
· Interacciones puente de hidrógeno
· Entre los -OH del C3 con el O del hemiacetal
· Entre los -OH de los C2 y C6 de ambas moléculas
Lactosa
· Unión de una galactosa con una glucosa
· Enlace 𝛽1→4
Laminaribiosa
· Unión de glucosas
· Enlace 𝛽1→3
Calosa
· Formada a partir de la laminaribosa 
· Las células vegetales la utilizan para obturar vasos y lesiones de pared
· Enlace 𝛽-1→3 (estructura espiralada y no lineal)
Enlace tipo ɑ 
Maltosa
· Dos glucosas unidas por el enlace ɑ1→4
· Los monosacáridos quedan en posición axial 
Sacarosa
· Forma de transporte de la materia orgánica en los vegetales
· Unión de los C anoméricos ɑ1→ 𝛽2 de la glucosa y fructosa 
· Disacárido resultante 
· No posee extremo reductor 
· Completa el acetal correspondiente que no puede ser atacado por los oxidante débiles
Glucosa
Fructosa
Polisacáridos
Moléculas de gran tamaño y peso, insolubles en agua y carecen de carácter reductor. Si bien siempre queda un monosacárido con un extremo reductor libre, la gran masa del polisacárido lo oculta.
· Formados por la unión de monosacáridos a través de repetidas uniones glucosídicas
· Funciones
· Almacenamiento
· Formados por enlaces ɑ-glucosídicos que se hidrolizan a medida que la célula necesite de sus reservas energéticas
· Estructura
· Formados por enlaces 𝛽-glucosídicos que permiten la formación de estructurales lineales rígidas
· Más importantes en células vegetales
· Celulosa
· Estructural de la pared celular
· Compuesta de celobiosa (miles de moléculas de glucosa)
· Enlace 𝛽1→4 formando estructura lineales que se asocian lateralmente 
· Interacciones puente de hidrógeno
· Forman microfibrillas
· Almidón
· Reserva energética
· Amilosa
· Conformada por un gran número de moléculas de glucosa (maltosa) determinando una estructura espiralada o helicoidal
· Glucosa con ángulos teóricos de 109° (6 glucosas es 1 vuelta)
· -OH en el exterior y -H en el interior 
· Hidrosoluble → Estructura helicoidal le permite formar puente de hidrógeno y eso la hace soluble
· En el interior se puede ubicar el I2 lo cual permite determinar los almidones de forma experimental
· Amilopectina
· Fracción ramificada e insoluble del almidón
· Formado por maltosa pero con ramificaciones cada 20 o 30 unidades en ɑ1→6
· Glucógeno
· Reserva energética de los animales
· Estructura similar a la amilopectina pero con ramificaciones cada 8 a 122 moléculas de glucosa
· + ramificaciones → > solubilidad
Aditoles
Polioles alifáticos → Reducción del grupo aldehído a su correspondiente alcohol 
No forman hemiacetales ni presentan estructuras cíclicas
· Manitol: Reducción de la manosa
· Sorbitol: Reducción de la glucosa, principalmente es la forma en la que algunas familias (como las Rosáceas) hacen el transporte de C
Glicósidos
· Éteres o ésteres de azúcar 
· Aglicona → La unión del C anomérico con los alcoholes o ácidos de otros compuestos no glucídico 
· Glicona
· Compuesta por uno o varios monosacáridos
· Reacciones más comunes que ocurren en las células
· Plantas almacenan productos químicos importantes en glucósidosinactivos que se activan por enzimas cuando son requeridos
· Funciones
· Defensa de la planta
· Medicina con fines terapeúticos
Pared celular
· Estructura semirrígida y porosa
· Envuelve a las células de bacterias, hongos y plantas (no presente en las animales)
· Funciones
· Protección física del citoplasma
· Hidratación de la célula
· Barrera contra ataque de patógenos y permeable a determinadas sustancias de acuerdo al tamaño de las mismas 
· En organismo pluricelulares → Exoesqueleto que permite la posición erecta de dichos organismos
· Forma a la célula y en definitiva a los organismos
Polisacáridos en la pared celular
· Polímeros de azúcares → (CH2O)n 
· Estructura furanósica y piranósica
· Tipos
· Celulosa
· Glucanos (polisacáridos formados específicamente por unidades monómeras del monosacárido D-glucosa)
· Glucosa y sus epímeros
· Ácidos urónicos (oxidación del C6 de los glucanos)
· Si los C6 de la galactosa y la manosa se reducen de alcohol a metilo obtenemos 
· Si se oxida completamente el ácido glucurónico obtenemos ɑ-D-xilosa y su diastereómero 𝛽-D-arabinosa
Fibrillas de celulosa
· Se forma por uniones 𝛽1→ 4 de glucosa a extremos reductores de celobiosa
· Se agregan unidades de glucosa hasta completar cadenas de varios miles de unidades glucosídicas que terminan en un extremo reductor
· C anomérico 
· Se une al grupo -OH del C4 de otra glucosa
· Forma puentes de h entre los -OH y -O- de moléculas contiguas
· Configuración → lineal con un extremo reductor libre
También podemos ver como se agregan las moléculas de glucosa a las fibrillas de la pared celular, las fibrillas son resistentes a fuerzas de tensión 
La manera en la que se conforman es la siguiente
1. Celulosa → Hasta 20 000 unidades de glucosa
2. Microfibrillas → Paquetes de 30 a 40 cadenas de celulosa (interacciones laterales de puente de hidrógeno entre los -OH y -O- de las glucosas)
3. Macrofibrillas → Fibrillas (microfibrillas) desplazadas longitudinalmente unas de otras con el tipo de entramado que tienen las sogas
Glucanos
· Polisacáridos no celulósicos flexibles que presentan una cadena principal con ramificaciones cortas
· Se combinan en las macrofibrillas de celulosa para formar las macrofibrillas
Xiloglucanos
· Cadenas de glucosa en uniones 𝛽 1→ 4 pero de menor longitud que la celulosa (< 1000 glucosas por cadena)
· Adornadas por xilosas esterificadas al C6 por enlaces ɑ 1→ 6
· Las xilosas pueden estar unidas también a galactosa y luego a fucosa
· Se entrecruzan con las fibrillas de celulosa formando un entretejido que da consistencia a la pared celular
Carbono 1 de la glucosa
Carbono 4 de la glucosa
Carbono 6 de la glucosa
Carbono 1 de la xilosa
Glucuronoarabinoxilanos
· Cadenas de xilosa unidas por enlaces 𝛽 1→ 4 
· Ramificaciones
· Arabinosa enlazadas por uniones ɑ 1→ 3
· Ácido galacturónico ɑ 1→ 2
XILOSA
C!
C4
ARABINOSA
C3
ÁCIDO GALACTURÓNICO
C2
Ácidos urónicos y laminilla media
· Laminilla media
· Capa más externa de las células que cementa las paredes celulares de dos vegetales adyacentes
· Formada → Pectinas constituidas por cadenas de ácidos urónicos con enlaces ɑ 1→ 4 entre sí (glucurónico y galacturónico)
· Estructura de la pared celular 
· Ácidos urónicos de la pared celular dejan sus grupos carboxilos expuestos 
· En la ionización en medio acuoso pueden formar enlaces electrovalentes con cationes (especialmente Ca2+) y forma una manera de cementar la estructura de la pared celular
· Elemento importante en la confección de alimentos porque da consistencia (dulces y mermeladas)
· Permite la unión de paredes de células vecinas (se unen los ácidos urónico a través del Ca2+) → esto es lo que llamamos laminilla media
Proteínas
· Son cadenas polipeptídicas 
· De longitud variable
· Ricas en uno o dos aminoácidos
· Con secuencias repetidas
· Entrecruzan a las fibrillas de celulosa y cadenas de xiloglucanos asegurando el entramado
Glucoproteínas
Presentan cadenas laterales de carbohidratos unidas a determinados aminoácidos
Extensinas
· Glucoproteínas ricas en 
· Hidroxiprolina (HRGP)
· Prolina
· Glicina
· Enzimas
· Hidrolasas
· Peroxidasas
· Celulasas
· Pectidasas
· Relacionadas con 
· Producción de nutrientes
· Metabolismo de polímeros de la pared
· Defensa de la planta
Lípidos
Lignina
Son polímeros complejos (alcoholes unidos a estructuras de resonancia con fuerte carácter ácido) que tienen como base moléculas derivadas de fenilpropanoides (sintetizado a partir de la fenilalanina), como el alcohol coniferílico.
Hacen las paredes fuertes, resistentes e impermeables. Las protegen y preservan
· Componentes
· Flavonoides → quercetina (se acumulan en la estructura secundaria de las paredes)
Modelo de integración de la pared celular
· Polisacárido de celulosa 
· Forma fibrillas en su mayoría paralelas enlazadas por una red de polisacáridos ramificados
· Glucoproteínas → Extensinas
· Proteínas → Enzimas
· Lípidos → Ligninas
Bioenergética
Sistema
Estructura física que resulta funcional bajo ciertas condiciones, tanto seres vivos como no vivos pueden ser sistemas siempre y cuando cumplan con los requisitos de materia, energía e información
Materia
Constituida por compuestos orgánicos (lípidos, glúcidos, proteínas y ácidos nucleicos) que son sintetizados a partir de CO2 y H2O que toma del ambiente en el proceso de fotosíntesis y lo complementa con incorporación de minerales.
Funciones
· Estructura → Paredes y membranas
· Funcional → enzimas y transportadores de membrana
Energía
Se obtiene a partir de
· Luz solar (reacciones fotoquímicas y bioquímicas durante la fotosíntesis)
· Metabolismo (sumatoria de reacciones químicas adicionales que ocurren en una célula -y en un organismo compuesto por células-) en donde oxida algunos compuestos que fueron sintetizados
Transferencia, transformación y necesidad de energía
· 1° ley: La energía no se crea ni se destruye
· 2° ley: En toda reacción química la entropía aumenta
· La energía disponible para hacer el trabajo (ordenar o hacer funcional el sistema) disminuye en una cierta magnitud, por eso es necesario un aporte externo de energía
El ser vivo se opone a el aumento de entropía dentro de su propio sistema mediante el ingreso de energía de una fuente externa
· Autotróficos
Fotosíntesis → Proceso donde las células toman energía de la radiación electromagnética y se almacena en los carbohidratos (formados a partir de CO2 y H2O) para llevar a cabo las reacciones químicas necesarias para funcionar
· Heterótrofos
Tomamos la energía junto con la materia que consumimos de los autótrofos, en forma de los distintos compuestos químicos que componen los alimentos
· Metabolismo
· Endergónicas (anabólicas)
Síntesis o reducción donde se necesita energía externa para que se produzcan las reacciones ; siendo menor la energía de los reactivos que la de los productos (como en la fotosíntesis)
· Exergónicas (catabólicas)
Degradación u oxidación que proporcionan energía
· Reacciones acopladas
Para que una reacción se lleve a cabo es necesario que otra le proporcione la energía necesaria mediante sustancias ricas en energía (sustancias intermediarias como el trifosfato de adenosina)
· Trifosfato de adenosina (nucleótido)
· Adenina→ Base nitrogenada, heterociclo de dos anillos insaturados unidos al sustituyente amino. Pirano y furano
· Ribosa→ El C anomérico se une al N en posición 9 de la adenina. Pentofuranosa
· Fosfatos→ Uno se esterifica al C5 de la ribosa y los otros se unen entre sí mediante enlaces anhídridos (entre dos ácidos) que son los que transmiten la energía a otros compuestos cuando se hidrolizan, activando el reactivo
Por ejemplo, en la reacción anterior el glutamato incorpora un NH+3 al carboxilo del C5 
· Guanosina trifosfato (GTP)
· Fosfoenolpiruvato (PEP)
· 1,3-bifosfoglicerato
En la siguiente figura están representadas las reacciones de catabolismo, degradación u oxidación de compuestos complejos en otros más simples y de menor contenido energético, en sentido contrario formarán las reacciones de anabolismo, donde a partir de moléculassencillas sintetizan otras más complejas.
Como podemos ver en el siguiente ciclo cerrado entre autótrofos (sintetizan) y heterótrofos (oxidan). La energía puesta en juego en todo el ciclo es abastecida por la luz solar durante todo el ciclo .
Información
Transferida por el ARN para la síntesis de proteínas que actúan después como enzimas y está contenida en el núcleo en el ADN
Fotosíntesis
La energía electromagnética es captada por pigmentos y es transformada en energía química, a su vez el agua se oxida a H+ y O2 liberándose a la atmósfera. Los electrones que se desprenden son transportados mediante sustancias intermediarias de la membrana tilacoidal que se reducen y oxidan constantemente. 
Los electrones del agua se reducen al NADP+ a NADPH, y se almacena la energía ahí y en el ATP (mediante un proceso quimio-osmótico), esta energía después se usa para reducir el C inorgánico (CO2 del aire) y al C orgánico (carbohidratos) en las reacciones químicas.
Entrada de elementos
↓
Salida de elementos
↓
Luz como fuente de energía, pigmentos fotosintéticos
· Luz
Ondas electromagnéticas de longitud de onda variable que se desplazan a una velocidad de 300 000 km/s y que nuestra vista puede distinguir
· Rango de longitud de onda
Lo que nuestros ojos perciben se extiende de de 400 nm - 700 nm y se corresponde con los diferentes colores del arcoiris o los que obtenemos cuando se descompone una luz blanca al pasar por un prisma
En el siguiente gráfico se encuentra representada la distribución de las radiaciones, en donde se describen los espectros de absorción de los diferentes pigmentos fotosintéticos.
El contenido en energía de las diferentes radiaciones se puede expresar como
	E= h𝞶
· E (Einstein) → Energía contenida en un mol, fotón o quantum
· h → Constante de Planck
· 𝞶 → Frecuencia de la luz ondulada, proporcional a la velocidad de la luz
· c → Velocidad de la luz (3 . 108 m/s)
	h𝞶= hc/𝞴
· h → Constante de Planck
· 𝞶 → Frecuencia de la luz ondulada, proporcional a la velocidad de la luz
· c → Velocidad de la luz (3 . 108 m/s)
· 𝞴 → Longitud de onda
Y se concluye que a medida que disminuye 𝞴, mayor es E
· Pigmentos fotosintéticos
Absorben la luz o energía electromagnética gracias a sus estructuras de resonancia determinadas por la presencia de enlaces insaturados (hibridación sp2) de tipo conjugado (alternados)
· Clorofilas a y b
Estructura de resonancia establecida por anillos tetrapirrólicos nucleados alrededor del Mg2+ 
→ oxida a aldehído → 
anillo tetrapirrólicos
fitol
· 𝛽-caroteno → Algunas de las resonancias que presenta
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
Entonces podemos afirmar que, por ejemplo, en el 𝛽-caroteno la energía es absorbida, se transmite a todos los enlaces de la molécula y ahí pasa a otras moléculas (ya sea de caroteno o clorofila)
Estructura del aparato fotosintético
Fotosíntesis → Cloroplastos
· Cloroplastos
· Envueltos en una doble membrana y en su interior tiene una estructura membranosa característica
· Discos tilacoides (Thylacoïdes) → Discos cerrados que en su membrana incluyen los pigmentos fotosintéticos, clorofilas y carotenoides anclados a la parte lipídica por las porciones hidrofóbicas
· Estroma (stroma) → Porción que no corresponde a los discos o a la estructura membranosa
· Pigmentos fotosintéticos de los tilacoides
Están agrupados en complejos antena (como la mayoría de los pigmenos), constituidos por unas 200 moléculas de clorofilas además de carotenoides y proteínas, y actúan recolectando la luz en el fotosistema I (PSI) y fotosistema II (PSII)
Pico de absorción de radiación del PSI es 700nm y para el PSII es de 680 nm
Fase fotoquímica
1. El complejo antena de los PSI o PSII absorbe un fotón de luz
2. Energía electromagnética se transmite a través de las estructuras de resonancia de las moléculas de los pigmentos fotosintéticos
3. Aumenta el contenido de energía de un electrón a un nivel energético superior
4. Vuelve a un nivel energético basal
a. Devuelve energía en forma de calor
b. Florescencia
c. Transmite la energía a otro pigmento
d. Reducción (es la etapa fotoquímica del proceso fotosintético)
· Etapa fotoquímica
Se toma la energía necesaria para hacer que el balance de entropía resulte negativo y que en las células se puedan llevar a cabo todas las reacciones químicas del metabolismo
Cl (clorofila) + A (sustancia aceptora de electrones) + h𝞶 (luz) → Cl* + A → Cl- + A+ 
1. Cl* → Clorofila en estado oxidado
2. Cl- → Clorofila en estado oxidado A+ → Aceptor reducido
Transporte cíclico y acíclico (etapa clara o fotoquímica)
La célula obtiene ATP y NADPH que son los compuestos en los que primariamente se almacena la energía de la luz convertida en energía química
Fase bioquímica, Asimilación del CO2 y ciclo de Calvin-Benson
Fijación del CO2
Glucólisis
En un primer paso el 3PG se fosforila por acción de una enzima quinasa (que transfiere P) con gasto de ATP generando bifosfoglicerato (BPG), es decir adquiere un estado energético superior. Posteriormente, la acción de una deshidrogenasa con gasto de NADPH y pérdida de un fosfato, da origen al gliceraldehído-3-fosfato (G3P), que es una triosa fosforilada, es decir se trata del primer azúcar que se forma a partir de la fijación y reducción del CO2 del aire. Parte del G3P, por acción de una isomerasa, se transforma a su isómero de función, la dihidroacetona fosfato (DAP), y la posterior unión de ambos por una aldolasa da origen a fructosa 1,6-bifosfato (FBP). La FBP por acción de una fosfatasa pierde un fosfato formando fructosa-6-fosfato (F6P), que luego es isomerizada por una isomerasa a glucosa6-fosfato (G6P). Finalmente una fosfatasa hidroliza el enlace P dando origen a glucosa.
Sistema funcional
Es necesario tener
· Enzimas → catalizan las reacciones respectivas 
· Sustratos 
· ATP (fase fotoquímica)
· NADPH (fase fotoquímica)
· CO2 (tomado del aire)
· Aceptores para
· CO2
· RuBP (ribulosa-1, bifosfato)
· C fijado (de cada 6)
· 1 se utiliza para la síntesis de glucosa 
· 5 son destinados a la reposición del aceptor 
· Las triosas P dan origen a diversos monosacáridos (tetrosas y heptosas) que dan lugar a la regeneración del aceptor con gasto de ATP, ya que el aceptor debe estar activado por medio de bifosforilación
Ciclo metabólico
RuBP (Rubisco) → La cadena de reacciones comienza y termina con ese compuesto
· Ingresa → CO2 y energía (ATP y NADPH)
· Obtención → Glucosa
· Aspecto a notar→ La cantidad de ATP que se necesita por cada vuelta del ciclo es mayor que la de NADPH (relación 3:2) ya que el ATP extra se usa para regenerar el aceptor
Toda esta fase bioquímica o ciclo oscuro, se ve representado en el ciclo de Calvin-Benson y podemos en resumen diferenciar las siguientes partes
· Fijación del carbono → Formación del 3PG
· Reducción del C → Formación del G3P que luego deriva en glucosa
· Regeneración del aceptor del C → RuBP
La fotosíntesis da como resultado para la biósfera
· Construcción de la materia orgánica del sistema
· Captura de la energía del sol para asegurar el funcionamiento de dicho sistema
· Mantenimiento del balance de gases O2/CO2 a nivel atmosférico para permitir la vida de los animales
Fotorrespiración
Rubisco → Si bien tiene una alta afinidad hacia el CO2, cuando las concentraciones de CO2 bajan demasiado comienza a trabajar como oxigenasa y deja de trabajar como carboxilada 
Reacciones de la fotorrespiración (ocurre en presencia de luz, se oxida el aceptor y constituye una vía oxidativa de escape de materia y energía)
· No forma dos moléculas de 3PG, no fija al CO2
· El aceptor RuBP oxida a una molécula de 3PG y otra de 2PG (fosfoglicolato)
· 2PG se oxida y se termina liberando CO2 o sintetizando otros compuestos como aminoácidos
Ciclo C3 y C4
Investigadores no encontraban el Ciclo de Calvin, encontraban: 
· Oxaloacetato → Primer producto estable del proceso fotosintético un compuesto de 4 átomos de C (por eso su nombre C4)
· Modo alternativo de fijar el CO2 dependiendo las especies vegetales (vid, trigo, duraznero tienen el ciclo deCalvin-Benson, pero el maíz, sorgo y cañas de azúcar son plantas C4)
1. Oxaloacetato 
a. Aceptor del fosfoenolpiruvato (PEP)
b. Enzima → PEP carboxilasa
2. Malato
a. Producido en los cloroplastos de las células del mesófilo
b. Transportado a las células de la vaina que rodean a los haces conductores 
c. Se decarboxilan liberando CO2 que ingresa el ciclo de Calvin.Benson
d. Producen piruvato 
3. Piruvato
a. Vuelve a las células del mesófilo para regenerar al aceptor (PEP)
El oxaloacetato sintetizado primeramente actúa como transportador de CO2 hacia las células de la vaina, manteniendo una concentración adecuada del mismo para que el RUBISCO trabaje como carboxilasa y no como oxigenasa
Por cada mol de CO2 que se fija, se consume una cantidad adicional de NADPH y ATP a los que se gastan en el ciclo de Calvin-Benson (suplidos también por la fase fotoquímica de la fotosíntesis)
No ocurre fotorrespiración
Metabolismo Crassulacean Acid Metabolism del carbono
Es una alternativa del metabolismo C4 propio de plantas de ambientes secos (Crasuláceas por ejemplo). Es similar al de las plantas C4 pero las fases en vez de estar separadas por las fases carboxilativas en el espacio, lo están en el tiempo. Los estomas están abiertos durante la noche (ingresa el CO2) y cerrados durante el día (no pierden agua)
Noche
1. PEP carboxilasa
a. Asimila el CO2 dando malato en el citosol 
b. Malato es transportado a la vacuola donde será almacenado
2. Almidón
a. Se degrada para regenerar el aceptor de CO2 que es el PEP
Día 
1. Malato
a. Transportado al cloroplasto donde es decarboxilado para dar piruvato y CO2
2. CO2 
a. Fijado por el Rubisco en el Ciclo de Calvin-Benson
b. Rubisco no actúa como oxigenasa por gran concentración de CO2 
3. Piruvato
a. Convertido a triosa fosfato y luego a almidón o sacarosa
Destino de los azúcares
Catabolismo de carbohidratos
· Glucosa
· Sustrato utilizado como punto de partida de las reacciones químicas que ocurren en la célula
· Sintetizada en el proceso fotosintético en el caso de las células de las plantas y muchas bacterias o incorporada como tal en células de organismos heterótrofos
· Constituye el combustible primario a partir del cual la célula toma la energía y materia esencial para el desarrollo de sus variadas funciones
· Otros monosacáridos
· Dan energía a la célula pero previa conversión a glucosa o ingresando como intermediarios en el proceso de la glucólisis (fructosa y gliceraldehído)
· Oxidación de la glucosa 
· Se obtiene energía metabólica que satisface las necesidades del resto de las reacciones endergónicas del metabolismo celular que la necesitan
· Serie de reacciones → No siguen un único camino metabólico, sino que transitan vías alternativas que dependen de las condiciones del medio y de las características particulares de las células y/u organismos
Glucólisis
Es el proceso de oxidación de la glucosa implicando la ruptura de la misma en dos moléculas de ácido orgánico de 3 átomos de C llamada piruvato o ácido pirúvico y ocurre en el citosol siendo catalizado por enzimas solubles (no asociadas a la membrana). Este proceso se divide en dos etapas según sus características termodinámicas, que podemos ver a continuación:
· En la primera etapa la célula debe gastar ATP (energía metabólica) para activar y dividir a la molécula de glucosa generando dos G3P mediante una serie de reacciones endergónicas
Para iniciar la secuencia glucolítica es necesaria la energía de los enlaces fosfatos de 2 moles de ATP por cada mol de glucosa
· En la segunda etapa de la glucólisis se oxida el G3P a piruvato se genera por cada G3P
· 2 moles de NADH
· 4 moles de ATP
Comparando la fase preparatoria con el balance final. vemos que en un principio se gastan 2 moles de ATP por cada mol de glucosa y al final en la oxidación parcial obtenemos 2 moles de piruvato, 2 moles de NADH y 2 moles de ATP
Entonces podemos decir que una molécula de glucosa se convierte en dos moléculas de piruvato y parte de la energía originalmente contenida en una molécula de glucosa queda conservada en los enlaces fosfatos de dos moléculas de ATP y en los electrones de alto potencial redox de dos moléculas de NADH
	glucosa + 2ADP + 2Pi + 2NAD+ → 2 piruvato + 2ATP + 2NADH + 2H+ + 2H2O
Destino del piruvato generado en la glucólisis
El piruvato generado por la glucólisis puede tener tres destinos posible o alternativos que van a depender de 
· Condiciones del ambiente celular
· Capacidad intrínseca de dicha célula 
El principal condicionante es la ausencia (anoxia) o presencia de O2 
Fermentación láctica
La carencia de O2 impide que continúe la oxidación del piruvato en el proceso respiratorio, mientras que se incrementa la demanda de ATP 
Para suplir esa necesidad la célula utiliza el poder reductor del NADH producido en la glucólisis, para reducir el piruvato a ácido láctico y liberar NAD+ que alimenta la fase oxidativa de la glucólisis y de esta manera sigue el proceso de glucólisis para obtener ATP
Este mecanismo fermentativo
· Es de emergencia en células de mamíferos
· Habitual en algunos microorganismos
· Células de mamíferos 
· Acumúlación de ácido láctico es limitada (se catbolia durante el reposo produciendo CO2 y H2O
· Algunos microorganismos
· Las condiciones del medio celular generado por el proceso de fermentación láctica tiene un efecto regulador
· Al concentrarse el ácido láctico aumenta la concentración de protones (baja el pH) y esta condición inhibe a la enzima lactato deshidrogenasa (responsable de reducir el piruvato a lactato)
Fermentación alcohólica
La misma condición de bajo pH activa a su vez al piruvato decarboxilasa que ante la concentración de piruvato genera acetaldehído
Presencia de O2 
· Piruvato toma la ruta oxidativa ingresando a la mitocondria
· Se oxida al CO2 quedando energía liberada y almacenada en los enlaces fosfatos ATP (respiración mitocondrial
· Procesos fermentativos
· Puede ser más complejo
· Depende de las células de microorganismos como bacterias y levaduras que los llevan a cabo
· Alcoholes que se pueden obtener
· Metanol
· Etanol
· Isopropanol 
· Butanol
· Butanodiol 
· Glicerol
· Es posible obtener acetona por oxidación del piruvato en vez de aldehído
· Ácidos generados en fermentaciones producidas por bacterias
· Ácido fórmico
· Ácido acético
· Ácido propiónico
· Ácido butírico
· Ácido succínico
· Procesos de regulación
· Muchas células irán variando la producción de productos fermentativos según varíen a su vez las condiciones del medio celular (pH fundamentalmente)
· Con propósitos industriale se puede guiar estos procesos o activar diferentes microorganismos, al regular dichas condiciones del medio
Respiración mitocondrial → Decarboxilación del piruvato
En la liberación del CO2 → El carboxilo del piruvato se oxida totalmente
· Residuo 
Proceso
Respiración mitocondrial → Ciclo de Krebs
· Por cada vuelta del ciclo ingresa un mol de acetil-CoA (molécula de acetato activado)
· Reacciones exergónicas → Acetato (del ácido tricarboxílico) se oxida y libera CO2
· Energía del acetato se transfiere como electrones y protones a coenzimas oxidadas (NAD+ y FAD) que se reducen (NADH y FADH2) constituyendo la ganancia neta del ciclo
· Se obtiene una molécula de GTP que se transfiere a ATP y su poder reductor servirá para formar ATP luego en la cadena de transporte de electrones 
· Se necesitan dos vueltas de ciclo para completar la oxidación de una molécula de glucosa
Respiración mitocondrial → Cadena respiratoria
Componentes de la cadena transportadora de e- mitocondrial o cadena respiratoria
· Cuando un compuesto se reduce toma protones de la matriz mitocondrial y cuando se oxida los cede a la solución del espacio intermembrana
· Más H+ en intermembrana, generando una diferencia de pH 5 contra 7 de la matriz → Fuerza protón motriz
· Motoriza la actividad de los complejos ATP sintasa (ATPasa) que generan ATP a partir de ADP y Pi
Respiración mitocondrial → Balance final
· Esta no es una sola reacción, sino que son muchas encadenadas
· Reacciones de naturaleza termodinámica