Metabolismo Celular

En el sentido amplio, metabolismo es el conjunto de todas las reacciones químicas que se producen en el interior de las células de un organismo. Mediante esas reacciones se transforman las moléculas nutritivas, que digeridas y transportadas por la sangre, llegan a ellas.

El metabolismo tiene principalmente dos finalidades:

1. Obtener enerva química utilizable por la célula, que se almacena en forma de ATP (Adenosín trifosfato). Esta energía se obtiene por degradación de los nutrientes que se toman directamente del exterior o bien por degradación de otros compuestos que se ha fabricado con esos nutrientes y que se almacenan como reserva.
2. Fabricar sus propios compuestos a partir de los nutrientes, que serán utilizados para crear sus estructuras o para almacenarlos como reserva.

Al producirse en las células de un organismo, se dice que existe un metabolismo celular permanente en todos los seres vivos, y que en ellos se produce una continua reacción química.

Estas reacciones químicas metabólicas pueden ser de dos tipos: anabolismo y  catabolismo.

catabolismo (fase destructiva)

Su función es reducir, es decir, de una sustancia o molécula compleja hacer una mas simple.

El catabolismo es entonces, el conjunto de reacciones metabólicas mediante las cuales las moléculas orgánicas mas o menos complejas (glúcidos, lípidos), que producen del medio externo o de reservas internas, se rompen o degradan total o parcialmente transformándose en otras moléculas mas sencillas (CO₂, H₂O, acido láctico, amoniaco, etc.) y liberándose energía en mayor o menor cantidad que se almacena en forma de ATP (Adenosín trifosfato). Esta energía será utilizada por la molécula para realizar sus actividades vitales (transporte activo, contracción muscular, síntesis de moléculas).

Las reacciones catabólicas se caracterizan por:

• Son reacciones degradativas, mediante ellas compuestos complejos se transforman en otros mas sencillos.
• Son reacciones oxidativas, mediante las cuales se oxidan los compuestos orgánicos mas o menos reducidos, liberándose electrones que son captados por coenzimas oxidadas que se reducen.
• Son procesos convergentes mediante los cuales a partir de compuestos muy diferentes se obtienen siempre los mismos compuestos (CO₂, acido pirúvico, etanol, etc.).

El anabolismo (fase constructiva)

Reacción química para que se forme una sustancia mas compleja a partir de otras mas simples.

Anabolismo, entonces es el conjunto de reacciones metabólicas mediante las cuales a partir de compuestos sencillos (orgánicos e inorgánicos) se sintetizan moléculas mas complejas. Mediante estas reacciones se crean nuevos enlaces por lo que se requiere un aporte de energía que provendrá del ATP.

Las moléculas sintetizadas son usadas por las células para formar sus componentes celulares y asi poder crecer y renovarse o serán almacenadas como reserva para su posterior utilización como fuente de energía.

Las reacciones anabólicas se caracterizan por:

• Son reacciones de síntesis, mediante ellas a partir de compuestos sencillos se sintetizan otros mas complejos.
• Son reacciones de reducción, mediante las cuales compuestos mas oxidados se reducen, para ello se necesitan los electrones que ceden las coenzimas reducidas (NADH, FADH2,etc.) las cuales se oxidan,
• Son reacciones endergónicas que requieren un aporte de energía que procede de la hidrolisis del ATP.
• Son procesos divergentes debido a que, a partir de unos pocos compuestos se puede obtener una gran variedad de productos.

Rutas metabólicas.

En las células se producen una gran cantidad de reacciones metabólicas (tanto catabólicas como anabólicas), estas no son independientes sino que están asociadas formando las denominadas rutas metabólicas. Por consiguiente una ruta o via metabólica es una secuencia ordenada de reacciones en las que el producto final de una reacción es el sustrato inicial de la siguiente (como la glucolisis o glicolisis).

Mediante las distintas reacciones que se producen en una ruta de sustrato inicial se transforma en un producto final, y los compuestos intermedios de la ruta se denominan metabolitos. Todas estas reacciones están catalizadas por enzimas específicas.

Tipos de rutas metabólicas.

Las rutas metabólicas pueden ser:

• Lineales. Cuando el sustrato de la primera reacción (sustrato inicial de la ruta) es diferente al producto final de la ultima reacción.
• Cíclicas. Cuando el producto de la ultima reacción es el sustrato de la reacción inicial, en estos casos el sustrato inicial de la ruta es un compuesto que se incorpora en la primera reacción y el producto final de la ruta es algún compuesto que se forma en alguna capa intermedia y que sale de la ruta.

Frecuentemente los metabolitos o los productos finales de una ruta suelen ser sustratos de reacciones de otras rutas, por lo que estas rutas están enlazadas entre sí formando redes metabólicas complejas.

Catabolismo	Anabolismo
Degrada biomoléculas	Fabrica biomoléculas
Produce energía (la almacena como ATP)	Consume energía (usa las ATP)
Implica procesos de oxidación	Implica procesos de reducción
Sus rutas son convergentes	Sus rutas son divergentes
Ejemplos: glucolisis, ciclo de Krebs, fermentaciones, cadena respiratoria	Ejemplos: fotosíntesis, síntesis de proteínas.

características de las rutas metabólicas.

• Todas son irreversibles y globalmente exergónicas.
• las rutas en los dos sentidos nunca pueden ser iguales porque si lo fuesen uno de los dos nunca se podría realizar. Los pasos distintos permiten asegurar los procesos en los dos sentidos. Hay muchos pasos comunes per no todos.
• Las rutas metabólicas están localizadas en unos compartimentos específicos lo que permite regularlas eficazmente.
• En todas las rutas hay una reacción inicial que es irreversible y que desprende mucha energía, necesaria para llegar al final de la misma.

Tipos metabólicos de seres vivos.

No todos los seres vivos utilizan la misma fuente de carbono y de energía para obtener sus biomoléculas.

Teniendo en cuenta la fuente de carbono que utilicen existen dos tipos de seres vivos:

• Autótrofos, utilizan como fuente de carbono el CO₂. (vegetales verdes y muchas bacterias).
• Heterótrofos, utilizan como fuente de carbono los compuestos orgánicos (animales, hongos y muchas bacterias).

Ahora, teniendo en cuenta la fuente de energía que utilicen se diferencia en dos grupos:

• Fotosintéticos, utilizan como fuente de energía la luz solar.
• Quimiosintéticos, utilizan como fuente de energía, la que se libera en reacciones químicas oxidativas (exergónicas).

Según cual sea la fuete de hidrogeno que utilicen pueden ser:

• Litótrofos, utilizan como fuente de hidrogeno compuestos orgánicos como H₂O, H₂S, etc..
• Organótrofos, utilizan como fuente de hidrógenos moléculas orgánicas.

Tomando en su conjunto todos estos aspectos, se pueden diferenciar cuatro tipos metabólicos de seres vivos:

• Fotolitótrofos o fotoautótrofos.  Tambien se denominan fotosintéticos. Son seres que para sintetizar sus biomoléculas utilizan como fuente de carbono el CO₂; como fuente de hidrogeno, compuestos inorgánicos, y como fuente de energía, la luz solar. A este grupo pertenecen: las plantas, las algas, las bacterias fotosintéticas del azufre, cianofíceas.
• Fotoorganótrofos o fotoheterótrofos: Son seres que utilizan como fuente de carbono compuestos orgánicos, como fuentes de hidrogeno compuestos orgánicos y como fuente de energía la luz. A este grupo pertenecen bacterias purpuras no sulfuradas.
• Quimiolitótrofos o quimioautótrofos: Se les denomina tambien quimiosintéticos. Son seres que utilizan como fuente de carbono el CO₂, como fuente de hidrógenos, compuestos inorgánicos y como fuente de energía la que se desprende en reacciones químicas redox de compuestos inorgánicos. A este grupo pertenecen las llamadas bacterias quimiosintéticas como las bacterias nitrificantes, las ferrobacterias, etc..
• Quimioorganotrofos o quimioheterótrofos: Tambien se les denomina heterótrofos. Son seres que utilizan como fuente de carbono, compuestos orgánicos, como fuente de hidrógenos, compuestos orgánicos y como fuente de energía, la que se desprende en las reacciones redox de los compuestos orgánicos.

A este grupo pertenecen los animales, los hongos y la mayoría de las bacterias.