EL METABOLISMO CELULAR 1. ASPECTOS GENERALES El metabolismo comprende una serie de transformaciones químicas y procesos energéticos que ocurren en el ser vivo. Para que sucedan cada una de esas transformaciones se necesitan enzimas que originen sustancias que sean a su vez productos de otras reacciones. El conjunto de reacciones químicas y enzimáticas se denomina ruta o vía metabólica. El metabolismo se divide en:
El catabolismo es el metabolismo de degradación de sustancias con liberación de energía.
El anabolismo es el metabolismo de construcción de sustancias complejas con necesidad de energía en el proceso.
En las rutas metabólicas se necesitan numerosas y específicas moléculas que van conformando los pasos y productos intermedios de las rutas. Pero, además, son necesarios varios tipos de moléculas indispensables para su desarrollo final: 1. metabolitos (moléculas que ingresan en la ruta para su degradación o para participar en la síntesis de otras sustancias más complejas), 2. nucleótidos (moléculas que permiten la oxidación y reducción de los metabolitos), 3. moléculas energéticas (ATP y GTP o la Coenzima A que, al almacenar o desprender fosfato de sus moléculas, liberan o almacenan energía), 4. moléculas ambientales (oxígeno, agua, dióxido de carbono, etc. que se encuentran al comienzo o final de algún proceso metabólico). Cada célula desarrolla miles de reacciones químicas que pueden ser exergónicas (con liberación de energía) o endergónicas (con consumo de energía). Si las reacciones químicas dentro de una célula están regidas por las mismas leyes termodinámicas... entonces, ¿cómo se desarrollan las vías metabólicas? 1. Las células asocian las reacciones: las reacciones endergónicas se llevan a cabo con la energía liberada por las reacciones exergónicas. 2. Las células sintetizan moléculas portadoras de energía que son capaces de capturar la energía de las reacciones exergónicas y las llevan a las reacciones endergónicas. 3. Las células regulan las reacciones químicas por medio de catalizadores biológicos: ENZIMAS.
2. EL CATABOLISMO El catabolismo comprende el metabolismo de degradación oxidativa de las moléculas orgánicas, cuya finalidad es la obtención de energía necesaria para que la célula pueda desarrollar sus funciones vitales. Debe existir una última molécula que capte los electrones o los hidrógenos desprendidos en las reacciones de oxidación. Si el aceptor de electrones es el oxígeno molecular la ruta o el catabolismo es aeróbico y si es otra molécula es catabolismo anaeróbico.
2.1. El catabolismo aeróbico El catabolismo aerobio está formado por varias rutas metabólicas que conducen finalmente a la obtención de moléculas de ATP. Estas moléculas de ATP más tarde serán imprescindibles para dar energía en las rutas anabólicas. La energía que no se usa se disipará en forma de calor.
2.2. El catabolismo anaeróbico Cuando el catabolismo se realiza en condiciones anaeróbicas, es decir cuando el último aceptor de hidrógenos o electrones no es el oxígeno, sino una molécula orgánica sencilla, las rutas de degradación de la glucosa se llaman fermentaciones. En un mismo organismo pluricelular pueden darse rutas aeróbicas o anaeróbicas, según las condiciones ambientales de la célula. Por ejemplo, la célula muscular puede funcionar con oxígeno hasta que éste llega con dificultad al tejido. Trabaja entonces en condiciones anaerobias produciendo ácido láctico.
3. EL ANABOLISMO La construcción de biomoléculas propias exclusivas sólo pueden llevarla a cabo los seres vivos a base de capturar determinadas sustancias del medio en que viven (autótrofos). En muchos seres vivos la nutrición solo puede realizarse mediante la ingestión de otros seres vivos (heterótrofos). Nuestra vida en el planeta tierra depende de la función de unos seres vivos muy especiales, que son capaces de fabricar su propia materia a partir de la luz. Se trata de plantas verdes y algas que realizan la fotosíntesis. Los organismos fotosintéticos utilizan la luz del sol y transforman su energía luminosa en energía para formar glúcidos y otras moléculas orgánicas. Estas moléculas orgánicas forman sus tejidos que sirven de alimento a los seres vivos no fotosintetizadores.
El anabolismo o biosíntesis es una de las dos partes del metabolismo, encargada de la síntesis o bioformación de moléculas orgánicas (biomoléculas) más complejas a partir de otras más sencillas o de los nutrientes, con requerimiento de energía, al contrario que el catabolismo.
El anabolismo es el responsable de: •
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La formación de los componentes celulares y tejidos corporales y por tanto del crecimiento. El almacenamiento de energía mediante enlaces químicos en moléculas orgánicas.
Las células obtienen la energía del medio ambiente mediante tres tipos distintos de fuente de energía que son: • •
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La luz solar, mediante la fotosíntesis en las plantas. Otros compuestos orgánicos como ocurre en los organismos heterótrofos. Compuestos inorgánicos como las bacterias quimiolitotróficas que pueden ser autótrofas o heterótrofas.
El anabolismo se puede clasificar académicamente según las biomoléculas que se sinteticen en: • • • • •
Replicación o duplicación de ADN. Síntesis de ARN. Síntesis de proteínas. Síntesis de glúcidos. Síntesis de lípidos.