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Nutrición autótrofa  y Eterotrofa

Los seres autótrofos (a veces llamados productores) son organismos capaces de sintetizar todas las sustancias esenciales para su metabolismo a partir de sustancias  inorganicas , de manera que para su nutrición no necesitan de otros seres vivos. El término autótrofo procede del griego y significa "que se alimenta por sí mismo".
Los organismos autótrofos producen su masa celular y materia organica, a partir de dioxido de carbono, que es inorgánico, como única fuente de carbono, usando la  o sustancias químicas como fuente de energia . Las plantas y otros organismos que usan la fotosintesis son fotolitoautotrofos  foto ; las bacterias que utilizan la oxidacion de compuestos inorgánicos como el  anhidrido sulfuroso o compuestos ferrosos como producción de energía se llaman quimiolitotrofos .
Tipos
Los seres vivos basan su composición en compuestos en los que el elemento quimico definitorio es el carbono(carbonos organicos), y los autótrofos obtienen todo el carbono a través de un proceso metabólico de fijación del carbono llamado ciclo calvin. Sin embargo se distinguen unos de otros por la fuente de energía que emplean para realizar el trabajo de sintetizar sustancias orgánicas; hay dos clases principales, los fotoautótrofos, que emplean la luz para realizar la fotosíntesis, y los quimioautótrofos, que extraen la energía de reacciones químicas entre sustancias inorgánicas, minerales, en el interior de la tierra o en el fondo del océano.
Se llama auxotrofos a aquellos organismos —imperfectamente autótrofos— que sintetizan casi todas sus moléculas a partir de sustancias inorgánicas, pero que necesitan tomar alguna ya hecha de otros seres vivos.
Papel ecológico
Los autótrofos forman el primer eslabón en las cadena troficas, en tanto que productos primarios de la materia orgánica que circula través de ellas. Son necesariamente los organismos más abundantes, ya que —dada la eficiencia limitada de los  procesos metabolicos— cada eslabon está mucho menos representado que los siguientes.Los seres autótrofos son una parte esencial en la cadena alimentaria, ya que obtienen los átomos que necesitan de fuentes  organicas, como el dioxido de carbono, y las convierten en moléculas orgánicas que son utilizadas para desarrollar funciones biológicas como su propio crecimiento celular y la de otros seres vivos, llamados heterótrofos, que las utilizan como alimento. A la vez, obtienen la energía de fuentes abióticas como la luz solar (fotosíntesis) o reacciones químicas entre sustancias minerales (quimiosíntesis). Los seres heterótrofos como los animales, los hongos, y la mayoría de bacterias y protozoos, dependen de los autótrofos ya que aprovechan su energía y la materia que contienen para fabricar moléculas orgánicas complejas. Los heterótrofos obtienen la energía rompiendo las moléculas que han obtenido de los seres autótrofos por ingestión (animales) o absorción (descomponedores). Por ejemplo, los animales carnívoros dependen de los seres autótrofos porque la energía y la materia obtenidas de sus presas proceden en última instancia de los seres autótrofos (las plantas) que comieron sus presas.

LA NUTRICIÓN HETERÓTROFA

En este tipo de nutrición, los alimentos están compuestos por moléculas orgánicas, procedentes, a su vez, de otros seres vivos.

Atendiendo al tamaño, pueden utilizarse como alimentos: microorganismos, sustancias en disolución, fragmentos de organismos u organismos enteros de gran tamaño.

La digestión transforma los nutrientes de los alimentos en moléculas más sencillas aprovechables por el organismo. Esto se lleva a cabo mediante procesos mecánicos y enzimas digestivas que rompen los enlaces débiles de las macromoléculas. De este modo, se conserva la mayor parte de la energía de los alimentos, que posteriormente se liberará en el catabolismo celular.

TIPOS DE NUTRIENTES

En general, todos los heterótrofos requieren los siguientes elementos:

ð         Glúcidos: se emplean principalmente como fuente de energía química.

ð         Lípidos: sirven como reservas energéticas concentradas.

ð         Proteínas: se utilizan como componentes estructurales y como enzimas. El hombre requiere ocho aa. Llamados esenciales.

ð         Ácidos nucleicos

ð         Sales minerales: los esqueletos de los animales están formados por CaCO3 o Ca3(PO4)2 y hay que aportar las sales necesarias para su mantenimiento y crecimiento.

ð         Vitaminas: son sustancias orgánicas de composición química variable que se requieren en cantidades muy pequeñas. No pueden ser sintetizadas por el organismo, razón por la que tienen que ser aportadas por la dieta.

ð         Agua: todos los seres vivos necesitan aporte de agua en mayor o menor proporción.

LA CAPTURA DEL ALIMENTO

La captura del alimento es un proceso tan importante para un organismo heterótrofo, que determina la estructura y complejidad del animal.

Las estrategias en la ingestión del alimento definen el tipo de animal y parte de su morfología. En la mayoría de ellas la boca, modificada, desempeña un papel fundamental.

Las etapas posteriores a la captura del alimento son menos variadas, y todas ellas comparten los procesos de digestión transformando las macromoléculas en moléculas más sencillas, y la absorción de los nutrientes para incorporarlos, finalmente, al organizacion.
*Transporte

La nutrición de las plantas, entre las cuales abordaremos lo relacionado a la raíz, el tallo y la hoja. El agua es un elemento imprescindible para el desarrollo de la vida, por lo tanto es un medio para el transporte de los nutrientes necesarios para la vida de las plantas y hace que estas puedan ser absorbidas por las raices.

El trasporte de agua y nutrientes en las plantas está relacionado con diversos factores ambientales, como la composición del suelo, la luz, el calor solar, etc. Las plantas utilizan los nutrientes del agua para poder crecer, mantenerse y producir frutos. Los nutrientes adecuados en la proporción requerida permiten que la planta viva en buenas condiciones. Todos los nutrientes son necesarios, por lo que es importante abonar las plantas regularmente para que no presenten deficiencias.

Para su nutrición las plantas verdes toman, a través de sus raíces, los minerales disueltos en el agua, el suelo, y de sus hojas obtienen dióxido de carbono (CO2) de la atmosfera. Estos componentes son transformados en alimentos para la planta, gracias al proceso de fotosíntesis, en el que intervienen la clorofila presente en las hojas y la luz solar. Cuando un ser vivo, como las plantas elabora el mismo su alimento a partir de otras sustancias y energía, decimos que realiza una nutrición autótrofa.    


*Leyes  de la termodinamica

Primera ley de la termodinámica

Permítase que un sistema cambie de un estado inicial de equilibrio , a un estado final de equilibrio , en un camino determinado, siendo el calor absorbido por el sistema y el trabajo hecho por el sistema. Después calculamos el valor de . A continuación cambiamos el sistema desde el mismo estado hasta el estado final , pero en esta ocasión por u n camino diferente. Lo hacemos esto una y otra vez, usando diferentes caminos en cada caso. Encontramos que en todos los intentos es la misma. Esto es, aunque y separadamente dependen del camino tomado, no depende, en lo absoluto, de cómo pasamos el sistema del estado al estado , sino solo de los estados inicial y final (de equilibrio)

Segunda ley de la termodinámica.

Las primeras máquinas térmicas construidas, fueron dispositivos muy eficientes. Solo una pequeña fracción del calor absorbido de la fuente de la alta temperatura se podía convertir en trabajo útil. Aun al progresar los diseños de la ingeniería, una fracción apreciable del calor absorbido se sigue descargando en el escape de una máquina a baja temperatura, sin que pueda convertirse en energía mecánica. Sigue siendo una esperanza diseñar una maquina que pueda tomar calor de un depósito abundante, como el océano y convertirlo íntegramente en un trabajo útil. Entonces no seria necesario contar con una fuente de calor una temperatura más alta que el medio ambiente quemando combustibles. De la misma manera, podría esperarse, que se diseñara un refrigerador que simplemente transporte calor, desde un cuerpo frío a un cuerpo caliente, sin que tenga que gastarse trabajo exterior. Ninguna de estas aspiraciones ambiciosas violan la primera ley de la termodinámica. La máquina térmica sólo podría convertir energía calorífica completamente en energía mecánica, conservándose la energía total del proceso. En el refrigerador simplemente se transmitiría la energía calorifica de un cuerpo frío a un cuerpo caliente, sin que se perdiera la energía en el proceso.

Tercera ley de la termodinámica.

En el análisis de muchas reacciones químicas es necesario fijar un estado de referencia para la entropia. Este siempre puede escogerse algún nivel arbitrario de referencia cuando solo se involucra un componente; para las tablas de vapor convencionales se ha escogido 320F. Sobre la base de las observaciones hechas por Nernst y por otros, Planck estableció la tercera ley de la termodinámica en 1912, así:

la entropia de todos los sólidos cristalinos perfectos es cero a la temperatura de cero absoluto.

Un cristal “perfecto” es aquel que esta en equilibrio termodinámica. En consecuencia, comúnmente se establece la tercera ley en forma más general, como:

La entropia de cualquier sustancia pura en equilibrio termodinamico tiende a cero a medida que la temperatura tiende a cero.

La importancia de la tercera ley es evidente. Suministra una base para el calculo de las entropías absolutas de las sustancias, las cuales pueden utilizarse en las ecuaciones apropiadas para determinar la dirección de las reacciones químicas.



*CICLO DE KREBS

El ciclo de Krebs (también llamado ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos) es una ruta metabólica, es decir, una sucesión de reacciones químicas, que forma parte de la respiración celular en todas las células aeróbicas. En células eucariotas se realiza en la mitocondria. En las procariotas, el ciclo de Krebs se realiza en el citoplasma, específicamente en el citosol.
En organismos aeróbicos, el ciclo de Krebs es parte de la vía catabólica que realiza la oxidación de glúcidos, ácidos grasos y aminoácidos hasta producir CO2, liberando energía en forma utilizable (poder reductor y GTP).
El metabolismo oxidativo de glúcidos, grasas y proteínas frecuentemente se divide en tres etapas, de las cuales, el ciclo de Krebs supone la segunda. En la primera etapa, los carbonos de estas macromoléculas dan lugar a moléculas de acetil-CoA de dos carbonos, e incluye las vías catabólicas de aminoácidos (p. ej. desaminación oxidativa), la beta oxidación de ácidos grasos y la glucólisis. La tercera etapa es la fosforilación oxidativa, en la cual el poder reductor (NADH y FADH2) generado se emplea para la síntesis de ATP según la teoría del acomplamiento quimiosmótico.
El ciclo de Krebs también proporciona precursores para muchas biomoléculas, como ciertos aminoácidos. Por ello se considera una vía anfibólica, es decir, catabólica y anabólica al mismo tiempo.
El Ciclo de Krebs fue descubierto el por el alemán Hans Adolf Krebs, quien obtuvo el Premio Nobel.

*GLUCOLISIS

La glucólisis es una secuencia lineal de reacciones catabólicas o degradativas, concretamente compuesta por 10 reacciones; son secuencias oxidativas que liberan cierta cantidad de energía.

Es el proceso por el cual de glucosa, compuesta por 6 átomos de carbono, se pasa a dos moléculas de ácido pirúvico, de 3 átomos de carbono cada uno. Además, durante el proceso se libera un balance neto de energía de 2 ATP. Por otra parte, al ser un proceso oxidativo, acompañando ha de ir una reducción, por lo que se obtienen dos moléculas de NADH + H+.

Se trata de un proceso que se lleva a cabo en el citosol de la célula, por lo que los 10 enzimas que llevan a acabo las 10 reacciones se encuentran solubilizadas en el interior.

Es un proceso independiente de la presencia de oxígeno, aunque algunas de las reacciones posteriores que sufre el pirúvico si dependen de oxígeno.

La glucólisis comprende dos etapas, cada una de ellas compuesta por 5 reacciones:

• La primera etapa comprende las primeras cinco reacciones, en las cuales la molécula de glucosa inicial se transforma en dos moléculas de 3-fosfogliceraldehido o gliceraldehido-3-fosfato. Se trata de una fase que se suele llamar fase preparativa, donde la glucosa se va a romper en dos moléculas de 3 carbonos cada una, con la particularidad de que se van a incorporar dos ácidos fosfóricos (dos moléculas de gliceraldehido 3 fosfato; por lo que hay dos fosfatos, uno en cada molécula), lo que lleva al consumo de 2 moléculas de ATP.

• En la segunda etapa comprende las siguientes 5 reacciones que llevan a la finalización del procedo, donde los dos gliceraldehido 3 fosfato se transforman en dos ácidos pirúvico. Es esta etapa la que conlleva la parte oxidativa, por lo que se produce la reducción de las dos moléculas de NAD+ a NADH + H+.

Además, en esta etapa se han de producir 4 moléculas de ATP para dar lugar al balance neto de + 2 ATP, es decir, la liberación de 2 ATP, por eso que esta segunda etapa recibe el nombre de fase de generación de energía.

Desde el punto de vista energético, el rendimiento es muy bajo, solamente con la producción de dos moléculas de ATP; pero en este proceso se forma el ácido pirúvico, que participa en otras reacciones en las que la energía neta liberada es mucho mayor.

El NADH + H+ en condiciones de aerobiosis, es decir, en presencia de oxígeno, da lugar a agua (reduce al oxígeno) y a la oxidación del mismo a NAD+. Esto es la cadena respiratoria (cadena de transporte electrónico) llevada a cabo en las mitocondrias (por lo que el NADH + H+ ha de entrar en la misma), en la que se libera cierta cantidad de energía aprovechada para la síntesis de ATP a partir de ADP y Pi en la llamada fosforilación oxidativa.

El NADH + H+ producido en la glucólisis, con presencia de oxígeno, es utilizado para generar ATP, es decir, energía.

Si existen condiciones de anaerobiosis, es decir, sin la presencia de oxígeno, el NADH + H+ ha de ser transformado en NAD+, utilizado en otras reacciones acopladas a las llamadas fermentaciones anaeróbicas.

De las 10 reacciones, 7 son reacciones reversibles, que van a ocurrir en el proceso contrario, la gluconeogénesis (síntesis de glucógeno a partir de ácido pirúvico); mientras que 3 reacciones son irreversibles.

Reacciones de la glucólisis

La glucólisis comienza con la glucosa, donde la primera reacción, irreversible, consiste en una fosforilación en el carbono 6 de la glucosa, originando por tanto la glucosa-6-fosfato. Esto significa la utilización de una molécula de ATP que dona un Pi y queda liberado como ADP. Esta primera reacción está catalizada por un enzima denominado hexokinasa (kinasa = cataliza reacciones de fosforilación)

La hexokinasa es un enzima que actúa mediante un mecanismo de ajuste inducido, donde la unión del primer sustraía, la glucosa, induce a un cambio de conformación, mediante el cual se produce un acercamiento de los dominios que engloban al sustraía, adquiriendo su centro activo un carácter apolar favorable para la reacción de fosforilación en el carbono 6 de la glucosa, con la liberación de una molécula de agua.

Como bien su nombre indica, hexokinasa, cataliza reacciones de fosforilación de distintas hexosas. Presentan una amplia especificidad de sustraías, aunque presenta gran afinidad hacia la glucosa. Presenta una Km muy baja.

Como mecanismo de regulación, la hexokinasa se inhibe por altas concentraciones de glucosa-6-fosfato.

En el hígado encontramos un isoenzima de la hexokinasa denominada glucoquinasa, que cataliza la misma reacción pero con distintas características. Este enzima es especifico para la glucosa, pero en cambio tienen menor afinidad por la misma, debido a que su Km es más alta. Esto significa que solo funciona al existir altas concentraciones de glucosa, lo que le permite al hígado ajustar o regular las concentraciones sanguíneas de glucosa.

La segunda reacción de la glucólisis es reversible, donde se pasa de la glucosa-6-fosfato (G6P) a fructosa-6-fosfato (F6P). Se trata de una reacción de isomerización de aldosa a cetosa catalizada por la fosfoglucoisomerasa.

Se trata de una reacción en la cual primeramente, la G6P rompe su forma cíclica, se abre, sufriendo unos procesos que dan lugar a la formación de un intermediario de reacción denominado cis-enol, con una corta vida, donde seguidamente se forma la cetosa que al ciclarse da lugar a la forma furanosa de la F6P.

Al ser una reacción de isomerización, se transfiere el grupo oxígeno que formaba el aldehído (del carbono 1), al carbono 2, dando lugar a un grupo ceto. Todo esto es catalizado por el enzima.

La tercera reacción, también irreversible, conlleva la presencia y consumo de ATP, originando la fructosa-1,6-bisfosfato (FBP).

Se trata de una reacción de fosforilación, por lo que está catalizada por una kinasa, concretamente la fosfofructokinasa-1 (PFK-1), que fosforila el carbono 1 de la F6P.

Esta reacción irreversible constituye el principal punto de control o regulación de la glucólisis. Se trata del enzima más regulado.

Al igual que la anterior reacción irreversible, son ambas lo suficientemente exorgónicas (liberan demasiada energía) como para ser prácticamente irreversibles en el organismo in vivo.

La cuarta reacción es reversible, y consiste en la ruptura de la molécula de FBP para dar lugar a 3-fosfodihiroxiacetona (DHAP) y a 3-fosfogliceraldehido (G3P), ambas con 3 carbonos. La 3-fosfodihiroxiacetona corresponde a los átomos de carbono 1, 2 y 3 de la FBP; mientras que el también llamado gliceraldehido-3-fosfato corresponde a los carbonos 4, 5 y 6, siendo el 6 el 1 de la nueva molécula.

El enzima que cataliza esta reacción es una aldolasa, concretamente recibe el nombre de fructosa bisfosfato aldolasa.

La aldolasa presentan un su centro activo dos residuos ácido-base de Lys e His.

Lo primero que ocurre es la ruptura del anillo de la FBP, para dar lugar a la forma abierta, dejando al carbono 2 con el grupo ceto libre.

El primer pasa de la aldolasa mediante un mecanismo de catálisis covalente, consiste en la formación de un enlace entre el carbono 2 del sustrato y el nitrógeno del grupo amino del resto de Lys del centro activo del enzima. Esto conlleva la pérdida de una molécula de agua, y da lugar a la denominada base de Schiff.

Después actúa el enzima mediante una catálisis ácido-base, concretamente, el a.a. actúa como una base (generalmente la His) captando un protón. Capta el protón del OH del carbono 3, desencadenando procesos en el que el oxigeno con carga negativa del carbono 3 ataca nucleofílicamente al carbono 4, rompiendo la fructosa por el enlace entre los carbonos 3-4.

El resultado son dos moléculas de 3 carbonos, una de las cuales queda aún unida al enzima por el enlace base de Schiff, mientras que la otra molécula es liberada como gliceraldehido-3-fosfato.

La molécula unida al enzima es liberada mediante la hidrólisis de la base de Schiff, donde el oxígeno queda como grupo ceto y los dos hidrógenos en el nitrógeno del enzima, cerrando así el ciclo.

La quinta y última reacción de la primera etapa de la glucólisis, también reversible, consiste en una isomerización catalizada por la triosa-fosfato isomerasa, cuyo sustrato son las triosas (las dos moléculas anteriores). La función de este enzima es la transformación de uno de los productos de la reacción anterior en el otro. Concretamente, la triosa-fosfato isomerasa cataliza la isomerización del 3-fosfodihiroxiacetona a 3-fosfogliceraldehido, dado que este es el sustrato de la siguiente reacción glucolítica.

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