El Metabolismo Celular: Anabolismo - Catabolismo

EL METABOLISMO CELULAR: ANABOLISMO - CATABOLISMO

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.

Reacciones de oxidación - reducción:
(Intercambio átomos de hidrógeno lo que origina la transferencia de electrones H = H+ + e-)
- Oxidación → pierde electrones
- Reducción → gana electrones

Las moléculas que aceptan y transportan el H en el metabolismo son 2 coenzimas:
- NAD (nicotinamin adenin dinucleótido) derivado de la vitamina B1(niacina)cuando se reduce se forma la NADH+
- FAD (flavin adenin dinucleótido) un derivado de la vitamina B2(rivoflavina)cuando se reduce toma la forma de FADH+

OXIDACIÓN DE LA GLUCOSA

- La respiración interna se lleva a cabo en el interior de cada una de las células, en animales, plantas y protistas.
- Al oxidarse la glucosa se libera energía.
- Esta energía no queda libre, sino que es atrapada por otras moléculas que poseeen fosfato. Entre ellas se encuentra el ATP(A denosin trifosfato). A---P -P-P
- Por sus actividades, la célula obtiene energía por la rotura de la molécula de ATP en sus últimos enlaces, transformándose en ADP(adenosin difosfato).
- Esta conversión de ATP en ADP es fuente de energía para la vida de la célula.
ATP → ADP + Fosfato + Energía libre(Reversible)
ADP + Energía ATP


TIPOS DE METABOLISMO

A) Metabolismo Autótrofo: Mediante el anabolismo las células autótrofas pueden transformar energía luminosa en energía química en los cloroplastos. La energía obtenida permite sintetizar sustancias orgánicas a partir de sustancias inorgánicas (Fotosíntesis).


B) Metabolismo Hetetrótrofo: Para obtener energía, las células heterótrofas utilizan la amteria orgánica que extraen del medio mediante las reacciones del catabolismo (la glucosa).


La energía obtenida por las células se usan en los procesos anabólicos como por ejemplo la síntesis de proteínas.

El metabolismo se divide en las siguientes fases:
- El anabolismo es el metabolismo de construcción de sustancias complejas con necesidad de energía en el proceso.
- El catabolismo es el metabolismo de degradación de sustancias con liberación de energía.


EL ANABOLISMO (METABOLISMO CONSTRUCTIVO O DE SÍNTESIS)

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 (reacción endergónica).

Son ejemplos de anabolismo:
- Fotosíntesis (formación de glucosa a partir del C02, H20 y energía solar).
- Síntesis proteica (formación de proteínas a partir de aminoácidos y energía)
- Glucogénesis (formación de glucógeno a partir de glucosa y energía)
- Síntesis de lípidos (formación de lípidos a partir de ácidos grasos y energía)
- Replicación (síntesis de ADN a partir de nucleótidos y energía)
- Transcripción (síntesis de ARN a partir de nucleótidos y energía)

EL CATABOLISMO (METABOLISMO DESTRUCTIVO O DEGRADAT1VO)

Incluye todos aquellos procesos en los que se degradan, descomponen u oxidan moléculas complejas originando moléculas simples y liberando gran cantidad de energía (reacción exergónica).

Son ejemplos del catabolismo:
- Respiración celular (degradación de moléculas orgánicas con el objetivo de obtener energía libre)
- Glucolisis (descomposición de la glucosa con liberación de energía)
- Glucogenólisis (descomposición del glucógeno en glucosas y energía)
- Digestión intracelular (descomposición de materiales en los lisosomas y obtención de energía)
- Lipólisis (descomposición de lípidos en ácidos grasos y energía)

LA RESPIRACIÓN CELULAR

La respiración celular es un proceso catabolico por el cual las células destruyen moléculas orgánicas como la glucosa, con el objetivo de obtener energía para vivir. La energia así obtenida es transferida a las moléculas de ATP.

Tipos de respieración:
- Respiración Aeròbica
- Respiración Anaeróbica

RESPIRACIÓN AERÓBICA

Respiración que requiere oxígeno molecular. Produce 38 moléculas de ATP. Se inicia en el citosol(es la porción coloidal del citoplasma donde ocurre el primer paso de la respiración celular llamado GLUCOLISIS. Además es el lugar donde se lleva a cabo la fermentación) y culmina en las mitocondrias(es el organelo donde se lleva a cabo la mayor parte de la respiración aeróbica). Se elimina CO2 como desecho.

IMPORTANCIA DE LA RESPIRACIÓN

- Permite la obtención de energía de los alimentos.
- Permite almacenar energía en las moléculas de ATP.
- Promueve la síntesis de ATP (energía biológicamente útil)
- Permite la obtención de alcohol etílico por medio de la fermentación alcohólica.
- Permite la fabricación de yogurt por medio de la fermentación láctica.

SUSTANCIAS QUE PARTICIPAN EN LA RESPIRACIÓN CELULAR AERÓBICA

- Glucosa, es el azúcar más importante utilizado por las moléculas como fuente de energía.
- Oxígeno molecular, gas atmosférico que entra en el cuerpo se comporta como un aceptador de electrones, esto le permite formar agua durante la respiración celular.
- Enzimas, son proteínas que aceleran las reacciones químicas y promueven la transformación de unas sustancias en otras.

PRODUCTOS QUE SE OBTIENEN EN LA RESPIRACIÓN CELULAR

- ATP
- Agua
- CO2



ETAPAS DE LA RESPIRACIÓN CELULAR AERÓBICA

A) GLUCÓUSIS

- Del griego glycos: azúcar y lysis: ruptura.
- Es una secuencia compleja de reacciones que se realizan en el citosol de la célula y por el cual la molécula de glucosa se desdobla en dos moléculas de Ácido Pirúvico.
- Muchos organismos obtienen su energía únicamente por la utilización de este ciclo. El mismo esta catalizado por 11 enzimas que se encuentran en el citoplasma de la célula pero no en las mitocondrias.
- Es el inicio de un proceso que puede continuar con la respiración celular (si existe oxígeno) o con la fermentación (en ausencia de oxígeno).


FASES DE LA GLUCÓLISIS

1. Fase de "inversión de energía
2. Fase    de "cosecha" de energía

B) CICLO DE KREBS

- El ciclo de Krebs ocurre en las mitocondrias de las células eucariotas y en el citoplasma de las células procariotas.
- El catabolismo glucídico y lipidico (a través de la glucolisis y la beta oxidación) produce acetil-CoA, ( un grupo acetilo enlazado al coenzima A).
- El acetil-CoA constituye el principal sustrato del ciclo.
- Su entrada consiste en una condensación con oxalacetato, al generar citrato. Al término del ciclo mismo, los dos átomos de carbono introducidos por el acetil-CoA serán oxidados en dos moléculas de C02 regenerando de nuevo oxalacetato capaz de condensar con acetil-CoA.
- La producción relevante desde el punto de vista energético, sin embargo, es a partir de una molécula de GTP (utilizada inmediatamente para regenerar una molécula de ATP), de tres moléculas de NADH y una de FADH2, se comportan como intermediarios óxido/reductores.
- Cuando están reducidos, son capaces de transportar electrones a nergía relativamente alta, hasta la cadena respiratoria mitocondrial. Cerca de tal cadena se reoxidan a NAD+ y a FAD, y ceden los electrones a la cadena misma, que será así capaz de regenerar moléculas de ADP y ATP.
La reacción es la siguiente:
- Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + ADP + Pi CoA-SH + 3NADH+H+ + FADH2 + ATP + 2 C02 u La energía que se saca de la ruptura completa de una molécula de glucosa pasa por los tres estadios de la respiración celular (glucolisis, ciclo de krebs y cadena de transporte de electrones), es idealmente 36 moléculas de ATP. En realidad son 38 las moléculas netas de ATP que se producen, pero dos de ellas se consumen para transportar (mediante transporte activo), desde el citoplasma a la matriz mitocondrial las dos moléculas de NADH + H+ producidas en la glucolisis.



C) CADENA RESPIRATORIA

Sería la etapa final del proceso de la respiración, es entonces cuando los electrones "arrancados” a las moléculas que se respiran y que se "almacenan" en el NADH y FADH2, irán pasando por una serie de transportadores, situados en las crestas mitocondriales formando tres grandes complejos enzimáticos.

La disposición de los transportadores permite que los electrones "salten" de unos a otros, liberándose una cierta cantidad de energía que sirve para formar un enlace de alta energía entre el ADP y el P, que da lugar a una molécula de ATP.

El último aceptor de electrones es el oxígeno molecular y otra consecuencia será la formación de agua.



PROCESO DE RESPIRACIÓN

Se inicia en el citoplasma y continua en las mitocondrias.

1. En el citoplasma la glucosa se descompone en 2 moléculas simples (Acido pirúvico).
C2H12O6 → CH3-CO-COOH
C2H12O6 → CH3-C0-COOH (Ácido pirúvico)
Con pérdida de 4 hidrógenos y formación de 2 moléculas de ATP
Para que ocurra esto se usa ATP

2. Los ácidos pirúvicos penetran en la mitocondria (aquí hay enzimas que controlan muchas reacciones químicas) y transforman el ácido pirúvico en ácido acético con pérdida de 1 molécula de C02
CH3-CO-COOH
CH3-CO-COOH (Ácido pirúvico) → CH3-COOH Ácido acético (Pérdida de 1 CO2)

3. Aquí el Ácido acético se combina con un cuerpo de 4 carbonos y origina un compuesto de 6 carbonos (Ácido cítrico)
CH16 + COOH + 4C → C6H8O7 Ácido cítrico

4. El Ácido cítrico sufre reacciones por acción de enzimas para dar finalmente ácido oxalacético compuesto de 4 carbonos.
C6H807 + muchas reacciones
C6H6O6 Ácido oxalacético

5. El ácido oxalacético (4 carbonos) se une al ácido acético (2 carbonos) y se regenera el ácido cítrico de 6 carbonos. Este ácido cítrico por acción de enzimas empieza un nuevo ciclo (a este ciclo se conoce como Ciclo de Krebs o ciclo de ácido cítrico).

Durante este proceso se desprende C02 (a esto se llama ruta del carbono) e Hidrógeno.


RESPIRACIÓN ANAERÓBICA

- Algunas células pueden extraer energía de la glucosa sin la intervención del oxígeno. Los procesos metabólicos que se llevan a cabo en ausencia de oxígeno se llama respiración anaeróbica (extraer energía de la glucosa sin la intervención del oxígeno).

- La fermentación es una alternativa anaeróbica a la respiración aeróbica, pues se desarrolla en ausencia de oxígeno. Es propia de algunos microorganismos (ciertas levaduras y bacterias) y puede realizarse en el tejido muscular de los animales.

- La fermentación se realiza en el citoplasma y consiste en el removimiento incompleto de las moléculas de la glucosa. La energía que se libera es poca y solo sirve para formar dos ATP.

- En la respiración anaeróbica, la molécula de glucosa se rompe en dos moléculas de ácido pirúvico. Los hidrógenos que se desprenden son regidos por el ND que se reduce a NADH + H, pero luego la degradación no continua pues los hidrógenos regresan al ácido pirúvico, que actúa como aceptorfinal de hidrógenos.

- La energía que se desprende al romperse la molécula de glucosa se utiliza en forma de dos ATP, cantidad muy inferior a la que se obtiene en la respiración donde interviene el oxígeno (38 ATP).

- Hay dos tipos principales de fermentación que difieren por el tipo de producto final que se forma, una convierte el ácido pirúvico en ácido láctico y otro lo convierte en dióxido de carbono y etanol que es un alcohol de dos carbonos.

FERMENTACIÓN LÁCTICA

- Se produce en muchas bacterias (bacterias lácticas), también en algunos protozoos y en el músculo esquelético humano. Es responsable de la producción de productos lácteos acidificados: yogurt, quesos, cuajada, crema acida, etc. El ácido láctico tiene excelentes propiedades conservantes de los alimentos.

- En la fermentación láctica se obtienen como producto final el ácido láctico. Lo realizan algunas bacterias como lactobacilos del yogurt y ciertas células humanas como miocitos (células musculares) y neuronas.

- La acumulación de ácido láctico en músculos fatigados es causa de calambres.


FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA

- Se le encuentra en levaduras, otros hongos y algunas bacterias. La fermentación alcohólica es la base de las siguientes aplicaciones en la alimentación humana: pan, cerveza, vino y otras.

- En la fermentación alcohólica se obtiene como producto final alcohol etílico (etanol) y C02, lo realizan los hongos llamados levaduras (levadura de cerveza, levadura de pan, etc.)




Fuente: Lic. Pilar R. Chuquillanqui Vereau