Sin energía no hay vida. Cada
una de las células de un organismo emplea energía en la síntesis de sustancias,
en el movimiento, en el transporte de materiales, en el crecimiento, en la
reproducción y en otras funciones celulares.
Las actividades celulares que
sustentan la vida implican transformaciones constantes de materia y de energía,
que en conjunto reciben el nombre de metabolismo celular.
El metabolismo celular incluye
dos categorías de reacciones químicas: las catabólicas y las anabólicas.
Las reacciones catabólicas o de
degradación son aquellas en las cuales sustancias de estructura molecular
compleja se transforman en otras de composición más sencilla. Las reacciones
anabólicas o de síntesis, en cambio, son aquellas en las que se construyen
sustancias de moléculas complejas a partir de otras de estructura molecular más
sencilla.
La energía involucrada en ambos
procesos metabólicos es la energía química almacenada en los enlaces que unen
los átomos constituyentes de las moléculas. Cuantos más enlaces posee la
molécula, más energía contiene.
Cuando se degrada una molécula
compleja durante una reacción catabólica, se rompen sus enlaces químicos, se
produce liberación de la energía almacenada y los átomos resultantes se
recombinan conformando moléculas de menor contenido energético.
La transferencia de energía
entre las reacciones celulares no es directa: siempre interviene un transportador
de energía: el ATP o adenosín trifosfato.
Los enlaces químicos del ATP,
que unen a los dos últimos grupos fosfato, son ricos en energía e inestables.
Dichos enlaces se rompen por una reacción de hidrólisis. Cuando se hidroliza el
ATP, se libera energía y se forma adenosín difosfato (ADP) más un grupo fosfato
(P). La energía liberada en la hidrólisis del ATP es empleada por la célula
para realizar procesos endergónicos.
Por el contrario, una reacción
exergónica libera energía, y ésta es empleada en la unión del tercer grupo
fosfato al ADP, que acumula transitoriamente la energía en moléculas de ATP.
En las reacciones catabólicas,
los materiales con mayor contenido energético se transforman en otros con menos
contenido energético, con la consecuente liberación de energía en el medio. Este tipo de transformación se
denomina reacción exergónica.
En las reacciones anabólicas se
sintetizan materiales con mayor contenido energético a partir de otros de menor
contenido energético, con el aporte de energía que activa la reacción. Este
tipo de transformación se denomina reacción endergónica.[1]
METABOLISMO
El metabolismo es el conjunto
de reacciones bioquímicas que permiten la transformación de los nutrientes en
el interior de las células, bien para obtener energía o para formar materia
propia.
De lo dicho, se deduce la
existencia de dos tipos de reacciones metabólicas, conocidos como catabolismo y
anabolismo. (Ambos son, en realidad, inseparables y muchas de sus reacciones se
hallan acopladas, dependiendo unas de otras).
• El catabolismo es el conjunto
de reacciones que descomponen o degradan nutrientes -transforman sustancias
complejas en otras más sencillas- al tiempo que desprenden o liberan energía.
• El anabolismo es el conjunto
de reacciones encaminadas a sintetizar sustancias y necesitan para ello
energía.
Por tanto, consiste en
transformar sustancias sencillas en otras más complejas, que la célula después
puede emplear para formar materia propia (síntesis de proteínas, ácidos
nucleicos, lípidos, polisacáridos, etc) o para descomponerlas de nuevo en
procesos catabólicos.
CARACTERÍSTICAS DE LAS
REACCIONES METABÓLICAS
Podemos resumir, de forma
general, que todas las reacciones del metabolismo tienen en común las
siguientes características:
• Las reacciones metabólicas
son reacciones de oxidorreducción.
El concepto químico de
oxidorreducción se basa, esencialmente, en la transferencia de electrones entre
dos sustancias en la que una sustancia se oxida al perder electrones, al tiempo
que otra los capta y se reduce.
En conjunto, el metabolismo es
un proceso de oxidorreducción: el catabolismo es un proceso de oxidación
mientras que el anabolismo es un proceso de reducción.
En el catabolismo predominan
las reacciones de deshidrogenación, en el anabolismo predominan las de
hidrogenación.
En las oxidaciones catabólicas
se libera energía al pasar los electrones de un nivel energético superior a
otro inferior. Dicha energía, en determinadas ocasiones, puede aprovecharse
para “recargar” ATP. En las reducciones anabólicas sucede lo contrario.
Las reacciones metabólicas
están acopladas energéticamente a través del ATP.
Como se ha dicho, las
reacciones catabólicas liberan energía (son exergónicas), mientras las
anabólicas requieren energía (son endergónicas).
Pues bien, esa energía se
transfiere entre unas reacciones y otras, dentro de la célula, “empaquetada” en
los enlaces fosfato de una molécula que sirve de intermediario: el
adenosintrifosfato o ATP, donde la energía se mantiene transitoriamente para
volver a liberarse en la hidrólisis de los mismos, según la reacción... ATP +
H2O ÷ ADP + Pi.
Las reacciones metabólicas
tienen una secuencia encadenada y están catalizadas por enzimas.
Esto significa que las
reacciones transcurren de modo que el producto final de una actúa como producto
inicial de la siguiente, como si se tratara de los eslabones de una cadena.
Estas reacciones encadenadas se
mantienen por la presencia de enzimas específicas, la existencia de complejos
multienzimáticos y las formas de regulación de la actividad enzimática, que
hemos estudiado.
El hecho de que cada reacción
esté catalizada por una enzima específica es fundamental ya que, como se dijo,
es lo que permite que se puedan realizar a las temperaturas fisiológicas y a
las velocidades adecuadas, además de poder autorregularse por los mecanismos de
control de la actividad enzimática ya conocidos, como es la inhibición por el
producto final de la reacción o retroalimentación.
Las sustancias intermediarias
de estas reacciones reciben, en general, el nombre de metabolitos.
Resultan así múltiples vías o
rutas metabólicas. Estas pueden ser lineales o ramificadas, es decir, estar
conectadas entre sí a través de un metabolito común a varias vías que se
bifurcan (divergencia metabólica) o confluyen en él (convergencia metabólica).
La célula puede regular también
su metabolismo controlando en las membranas el paso de sustancias que son
sustratos de las reacciones, así como la cantidad de enzimas a través de la
síntesis de proteínas. Esto puede venir controlado, a su vez, por señales
externas de mensajeros químicos, como hormonas y otros. [2]
Glosario
1. Adenosina
Trifosfato (ATP): La adenosina trifosfato (abreviado ATP, y también llamada
adenosín-5'-trifosfato o trifosfato de adenosina) es una molécula utilizada por
todos los organismos vivos para proporcionar energía en las reacciones
químicas. También es el precursor de una serie de coenzimas esenciales como el
NAD+ o la coenzima A. El ATP es uno de los cuatro monómeros utilizados en la
síntesis de ARN celular. Además, es una coenzima de transferencia de grupos
fosfato que se enlaza de manera no-covalente a las enzimas quinasas
(co-sustrato).
Glosario Médico.
2010. ATP. http://medmol.es/glosario/121012glosariomedmol_atp/
Fecha de consulta. 24 marzo 2016
2. Deshidrogenación:
En bioquímica, se entiende por deshidrogenación la pérdida de átomos de
hidrógeno por parte de una molécula orgánica. En realidad, la pérdida de átomos
de hidrógeno es una oxidación ya que la molécula pierde electrones. De hecho,
la mayoría de las oxidaciones de sustratos durante el catabolismo se realizan
por deshidrogenación. Por tanto, es una reacción química clave en la obtención
de energía por parte de las células.
LEXICOON. Deshidrogenación [en línea] - Edición
3.7 (Dic 2015). Disponible en http://lexicoon.org/es/deshidrogenacion fecha de
consulta 24 marzo 2016
3. HIDRÓLISIS.
Hidrólisis es una reacción química entre una molécula de agua y otra molécula,
en la cual la molécula de agua se divide y sus átomos pasan a formar parte de
otra especie química. Esta reacción es importante por el gran número de
contextos en los que el agua actúa como disolvente.
LEXICOON. Hidrólisis [en línea] - Edición 3.7 (Dic
2015). Disponible en http://lexicoon.org/es/hidrolisis fecha de consulta 24
marzo 2016
Referencias
[1] Laura Vilariño. (2007). Transformación de los nutrientes.
Components, edición 16, páginas 58-60.
[2] Maristas
Granada. (2015). Metabolismo. La
transformación de los nutrientes.., de Maristas Granada Sitio web:
http://www.maristasgranada.net/webcole/documentos/Ciencias/Bach-2%C2%BA/Biologia/3_Fisio-Celular/2_Metabolismo_Introduc.pdf
citado 24-marzo-2016
Podrá consultar la presentación ppt de este tema en:
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