METABOLISMO CELULAR.-

1. CONCEPTO DE METABOLISMOEl metabolismo es un circuito altamente integrado de reacciones químicas, mediante las cuales la célula transforma los materiales captados del medio en energía, en moléculas de recambio para sustituir las gastadas, y en nuevas moléculas necesarias para el crecimiento.

2. CARACTERÍSTICAS DEL METABOLISMOUna característica de los organismos vivos es su interrelación con el exterior. Ningún organismo es autosuficiente, y para sobrevivir necesita tomar nutrientes del exterior. Estos nutrientes sufren una serie de transformaciones químicas en las células, que reciben el nombre genérico de metabolismo .El metabolismo comprende dos tipos de rutas o vías metabólicas: El catabolismo es la degradación enzimática, mediante reacciones

de oxidación, de moléculas nutritivas relativamente grandes, como glúcidos, lípidos y proteínas, procedentes del medio externo o de sus propios depósitos de reservas nutritivas, hasta transformarlas en una serie de moléculas más sencillas como ácido láctico, ácido acético, CO2, amoníaco o urea.El catabolismo va acompañado de una liberación de energía inherente a la compleja estructura de las grandes moléculas orgánicas, la cual se conserva en forma de la energía del enlace fosfato del ATP.

El anabolismo es la síntesis enzimática de los componentes moleculares de las células, como polisacáridos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos, a partir de precursores sencillos.Como los procesos sintéticos provocan un aumento de la complejidad de las estructuras y, por tanto, un descenso de la entropía, se requiere energía libre, que es proporcionada por la energía del enlace fosfato del ATP.

Tanto el catabolismo como el anabolismo son dos procesos simultáneos e interdependientes que pueden estudiarse por separado.Cada uno de los procesos comprende una secuencia de reacciones enzimáticas, mediante las cuales se degrada o sintetiza el esqueleto covalente de una determinada biomolécula.Las rutas catabólicas y anabólica no son enzimáticamente idénticas y se encuentran, generalmente, en diferentes partes de la célula.

Se diferencian varios tipos de catabolismo, según el aceptor final de electrones y el grado de oxidación del compuesto:Fermentación

Proceso catabólico en que el aceptor final de electrones es una molécula orgánica pequeña como, por ejemplo, el ácido pirúvico.

La oxidación del compuesto orgánico es parcial y únicamente se libera una pequeña cantidad de energía.

La fosforilación del ADP sólo se produce a nivel de sustrato, pues no actúa la cadena respiratoria.

Este proceso es utilizado con frecuencia por microorganismos como levaduras y bacterias, pero también pueden utilizarlo algunas células animales vegetales en condiciones especiales.

Respiración aeróbica. Proceso catabólico en que el aceptor final de electrones, es el

oxígeno molecular. La oxidación del compuesto orgánico es total, hasta CO2 y H2O.

La fosforilación del ADP se produce a nivel de sustrato, pero la mayor parte se obtiene en la cadena respiratoria.

Respiración anaeróbica. Proceso catabólico en que el aceptor final de electrones no es el

oxígeno molecular, sino un compuesto inorgánico como el ion nitrato, sulfato o carbonato que se reducirá, respectivamente a nitrito, azufre o metano.

La fosforilación del ADP se produce a nivel de sustrato y en la cadena respiratoria, al igual que en la respiración aeróbica.

La oxidación del compuesto orgánico, es total, hasta CO2.

3. FUNCIONES DEL METABOLISMO Obtener energía química del entorno, sea de elementos orgánicos

nutritivos o de la luz solar. Convertir los elementos nutritivos externos, en los precursores de los

componentes macromoleculares de las células. Sintetizar las macromoléculas y otras biomoléculas celulares

necesarias. Formar y degradar aquellas biomoléculas necesarias para las

funciones específicas celulares.

4. EL PAPEL DEL ATP Y LOS TRANSPORTADORES DE ELECTRONES EN EL METABOLISMO El adenosín-trifosfato o ATP es un nucleótido de enorme importancia en el metabolismo, ya que puede actuar como molécula energética, al ser capaz de almacenar o ceder energía gracias a sus dos enlaces fosfoanhídrido que son capaces de almacenar, cada uno de ellos, 7,3 kcal/mol. Al hidrolizarse se rompe el último enlace fosfato (desfosforilación) produciéndose ADP (adenosín-difosfato) y una molécula de ácido fosfórico ( Pi ) liberándose además 7,3 kcal/mol.

ATP + H2 O ADP + Pi + energía (7,3 kcal/mol).

El ADP es capaz de ser hidrolizado también, rompiéndose el otro enlace fosfoanhídrido con lo que se liberan otras 7,3 kcal/mol y se producen AMP (adenosín-monofosfato) y una molécula de ácido fosfórico.

ADP + H2 O AMP + Pi + energía (7,3 kcal/mol).

La síntesis de ATP puede realizarse por dos vías:a) Fosforilación a nivel de sustrato. Es la síntesis de ATP gracias a la energía que se libera de una biomolécula (sustrato) al romperse alguno de sus enlaces ricos en energía, como ocurre en algunas reacciones de la glucólisis y del ciclo de Krebs. Las enzimas que regulan estos procesos se denominan quinasas.

b) Mediante enzimas del grupo de las ATP- sintetasas. Es la síntesis de ATP mediante las enzimas ATPasas existentes en las crestas de las mitocondrias o en los tilacoides de los cloroplastos, cuando dichas enzimas son atravesadas por un flujo de protones (H+ ).

El ATP es la moneda energética de la célula, pues representa la manera de tener almacenado un tipo de energía de pronto uso.

En todas las reacciones metabólicas en las que se necesita energía para la biosíntesis de moléculas se utiliza el ATP, como también en la contracción muscular, en el movimiento celular, ciliar y flagelar, en el transporte activo a través de las membranas, etc. En ocasiones son utilizado para el mismo fin otros nucleótidos como el GTP, UTP y CTP.Las células extraen energía del alimento a través de una serie de reacciones que presentan variaciones de energía libre negativa, para que resulte eficaz, la célula degrada las moléculas poco a poco, de manera gradual y controlada, mediante la intervención de enzimas, liberando una pequeña cantidad de energía en cada paso.La ventaja de esta serie de reacciones escalonadas consiste, pues, en que pueden acoplarse desde el punto de vista energético y, en algunos casos, la energía liberada se transforma en enlaces fosfato de alta energía que representa una forma de almacenamiento de esta energía.

Gran parte de la energía libre liberada no se disipa como calor sino que es capturada en enlaces químicos formados por otras moléculas para ser utilizada por la célula. Las reacciones catabólicas provocan la oxidación de los sustratos, por deshidrogenación, y las enzimas que catalizan estas reacciones son deshidrogenasas ligadas a

los coenzimas NAD, NADP y FAD, principalmente. Las formas reducidas de estos coenzimas cederán sus electrones de alto potencial a otras moléculas, hasta llegar a una molécula aceptora final de electrones. Los electrones liberados por la molécula que se oxida ocuparán, en la molécula aceptora, niveles de menor energía; es esta pérdida de energía la que se utiliza para fosforilar el ADP y formar una molécula de ATP. Pero no toda la energía desprendida se utiliza para formar ATP. Un segundo camino para transportar la energía de las reacciones de oxidorreducción del catabolismo es en forma de NADPH, coenzima que transporta dos

electrones de alto potencial y sirve como dador de hidrógeno y de electrones en las biosíntesis reductoras.Así pues, el NADP actúa como transportados de electrones ricos en energía, desde las reacciones catabólicas hasta las reacciones anabólicas que las necesitan. Fuentes: Editorial Santillana, Mc Graw Hill, Pnamericana.