METABOLISMO CELULAR
1. CONCEPTO DE METABOLISMO
El metabolismo es la suma total de todas las reacciones enzimáticas que tienen lugar en la célula. Es una actividad muy coordinada en la que participan muchos conjuntos de sistemas enzimáticos mutuamente relacionados intercambiando materia y energía entre la célula y su entorno.Las funciones específicas del metabolismo son 4:
Obtención de energía química de las moléculas combustibles o de la luz solar. Conversión de los principios nutritivos exógenos en sillares de construcción o precursores de los componentes macromoleculares de la célula. Ensamblaje de estos materiales para formar los principios inmediatos y otros componentes celulares. Formación y degradación de las biomoléculas necesarias para las funciones especializadas de las células. El metabolismo se puede dividir en dos tipos de procesos: Anabolismo: procesos de síntesis; consumen energía. Catabolismo: procesos de degradación; rinden energía.
2. FUENTES DE CARBONO Y ENERGIA
Los organismos se pueden clasificar según la fuente de C:
Autótrofos: CO2
Heterótrofos: C en forma de moléculas orgánicas reducidas. Para su oxidación: Aerobios: utilizan como aceptor de electrones el oxígeno Anaerobios: otras moléculas. Anaerobios facultativos: pueden utilizar el O2 u otras moléculas.
Según la fuente de energía:
Fototrofos: Luz
Quimiotrofos: Reacciones de óxidoreducción.
Quimioorganotrofos: los dadores de electrones son moléculas orgánicas complejas
FOTOLITOTROFOS: luz + CO2
Dador de electrones: compuestos inorgánicos Células verdes de vegetales, cianobacterias, bacterias fotosintéticas
QUIMIOLITOTROFOS: reaccones redox + CO2
Dador de electrones: compuestos inorgánicos Bacterias desnitrificantes
FOTOORGANOTROFOS: luz + compuestos orgánicos
Dador de electrones: compuestos orgánicos Bacterias púrpuras QUIMIOORGANOTROFOS: reacciones redox + compuestos orgánicos Dador de electrones: compuestos orgánicos Animales, células vegetales no fotosintéticas, mayor parte de microorganismos, hongos.
Se denomina reacción de reducciónoxidación, de óxidoreducción o, simplemente, reacción redox, a toda reacción química en la que uno o más electrones se transfieren entre los reactivos, provocando un cambio en sus estados de oxidación. Para que exista una reacción de reducciónoxidación, en el sistema debe haber un elemento que ceda electrones, y otro que los acepte: ● El agente reductor es aquel elemento químico que suministra electrones de su estructura química al medio, aumentando su estado de oxidación, es decir, siendo oxidado. ● El agente oxidante es el elemento químico que tiende a captar esos electrones, quedando con un estado de oxidación inferior al que tenía, es decir, siendo reducido.
Cuando un elemento químico reductor cede electrones al medio, se convierte en un elemento oxidado, y la relación que guarda con su precursor queda
3. CICLOS DEL CARBONO, OXIGENO Y NITROGENO
4. FLUJO DE ENERGIA
El flujo de energía está emparejado con el ciclo del C. Pero la energía no se cicla, sino que fluye en un solo sentido. En su curso la energía química se va
degradando hasta formas de energía biológicamente inútiles, como el calor, que se disipa hacia el entorno.
E.Solar → Fotosíntesis →E.Química (ATP,NADPH,Glucosa) → Contracción,transporte,biosíntesis → E.Disipada (calor,entropía)
Los organismos más autosuficientes son las Cianobacterias fijadoras de
nitrógeno. Sólo requieren la energía del sol, CO2, nitrógeno atmosférico (N2) y los electrones del agua.
5. FLEXIBILIDAD Y ECONOMÍA DEL METABOLISMO
INTERMEDIARIO
Los organismos pueden ajustarse al tipo y la cantidad de los elementos nutritivos accesibles en su entorno. Por ejemplo, las células de Escherichia coli son
quimioautótrofas, pero pueden utilizar como fuente de carbono no sólo la glucosa, sino también otros azúcares, glicerina, aminoácidos, etanol y acetato. Todas estas moléculas pueden ser aceptadas como combustible en las rutas
metabólicas centrales. Como fuente de nitrógenno no sólo emplean el NH3, sino también aminoácidos, pirimidina, colina y otros. Incluso crecen más deprisa con una mezcla de estos productos en el medio que con NH3.
La accesibilidad de estos productos actúa como señal para interrumpir la biosíntesis de los enzimas necesarios para catalizar la biosíntesis de los
6.CATABOLISMO Y ANABOLISMO
6.1. CATABOLISMO
Fase degradativa. Moléculas nutritivas complejas (glúcidos, lípidos y proteínas) se degradan produciendo moléculas sencillas (ácido láctico, ácido acético, CO2, NH3, urea), acompañado de la liberación de energía química y su conservación en forma de ATP.
6.2. ANABOLISMO
Fase constructiva o biosintética. Biosíntesis enzimática de componentes celulares (ácidos nucleicos, polisacáridos, proteínas, lípidos) a partir de
precursores sencillos. Precisa el consumo de energía química aportada por el ATP.
7. RUTAS METABOLICAS
7.1. RUTAS CATABÓLICAS
Las reacciones enzimáticas de degradación se organizan en tres fases:
Fase I: Las grandes moléculas orgánicas se degradan liberando sillares de construcción.
Fase II: Los productos de la fase I se convierten en intermediarios más sencillos.
Las rutas catabólicas son convergentes, se obtienen siempre los mismos productos finales.
7.2. RUTAS ANABÓLICAS
Tiene lugar en tres etapas inversas a las etapas catabólicas.
Las rutas anabólicas son divergentes, se obtienen un gran número de productos.
Las rutas catabólicas y anabólicas entre un precursor y un producto dado no son inversas una de otra. Las rutas inversas no suelen ser posibles energéticamente y, además, de esta forma pueden ser reguladas independientemente.
8. CICLO ENERGÉTICO CELULAR
Las moléculas orgánicas complejas, como la glucosa, contienen mucha energía potencial debido a su elevado grado de organización estructural, y poseen poca libertad o entropía. Cuando se oxida forma 6 moléculas de CO2 y 6 de H2O. Los átomos de C incrementan su grado de libertad y la glucosa experimenta una pérdida de energía libre. La energía libre* de los combustibles celulares se conserva en forma de energía química inherente a la estructura de enlaces covalentes de los grupos fosfato terminales en la molécula de ATP. El ATP constituye una forma de transporte de energía libre.
*Energía libre: La magnitud termodinámica para estudiar los procesos
Los electrones son otro vehículo para la transferencia de energía química. Los electrones son transportados enzimáticamente desde las oxidaciones liberadoras de electrones del catabolismo hasta los grupos que requieren electrones
