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¿Qué es el metabolismo celular?

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Autor: Zephyris. Traducción al español por Alejandro Porto. Modificado por Editz.

El metabolismo celular es el conjunto de procesos químicos catalizados por enzimas que tienen como fin la obtención de materiales y/o energía en las células.

En este artículo haremos un repaso a los tipos de nutrición celular, a las características generales de las reacciones metabólicas y a qué son los intermediarios transportadores.

Nutrición celular

Según los medios utilizados para obtener la energía, se distinguen dos tipos de nutrición celular: la nutrición autótrofa y la heterótrofa.

En la nutrición autótrofa las células toman como nutrientes sustancias inorgánicas sencillas y, a partir de ellas sintetizan la materia orgánica que necesitan. Se trata de reacciones de dos tipos:

  • Fotosintéticas, donde la energía necesaria procede de la luz solar.
  • Quimiosintéticas. En este caso, la energía necesaria la obtienen de reacciones de óxido-reducción exotérmicas.

En la nutrición heterótrofa, las células toman materia orgánica ya elaborada, pues son incapaces de utilizar la energía del medio para fabricarlas.

Imagen creada por editZ – www.centroestudiosmfp.es

La nutrición celular implica a varios procesos. En primer lugar, la entrada de nutrientes (ingestión y digestión), la transformación de los nutrientes (metabolismo celular) y, por último, la eliminación de productos (excreción y secreción).

Ingestión y digestión

Se trata de la entrada de las sustancias en la célula. En las células, las sustancias atraviesan la membrana hacia su interior. Las moléculas de gran tamaño son ingeridas por endocitosis; quedan englobadas en un fagosoma. Este fagosoma se fusiona con un lisosoma primario dando lugar a un lisosoma secundario. En el interior del lisosoma, las enzimas degradan las moléculas complejas para transformarlas en otras más simples, que pasarán al citoplasma para intervenir en metabolismo.

Metabolismo

El metabolismo celular es el conjunto de reacciones químicas enzimáticas que sufren los nutrientes en el interior de las células para obtener energía y materiales propios. Las moléculas que constituyen las sustancias contienen energía química, que se almacena en los enlaces químicos. Las reacciones metabólicas implican, conjuntamente, transformaciones de materia y energía, y cada una de estas reacciones está catalizada por una enzima específica. Se distinguen dos tipos de procesos metabólicos, los procesos anabólicos y los catabólicos.

En el anabolismo se forman moléculas orgánicas complejas a partir de moléculas precursoras más sencillas. Se trata de reacciones que necesitan del aporte de energía. Es un proceso endergónico, pues se almacenan energía en los enlaces de las moléculas formadas. Se trata de un proceso CONSTRUCTIVO.

En cambio, en el catabolismo se produce la degradación de moléculas orgánicas complejas a moléculas sencillas. Se trata de reacciones exergónicas, pues se libera energía, que queda almacena en el ATP. Se trata de un proceso DEGRADATIVO.

Excreción y secreción

Mediante los procesos de excreción y de secreción, la célula elimina productos del metabolismo por exocitosis, y el CO2 por ejemplo, por difusión.

En la excreción se eliminan los productos de desecho, procedentes del catabolismo.

En la secreción se eliminan sustancias procedentes del anabolismo y tienen utilidad, para la propia célula o para otras células.

Metabolismo celular: características de las reacciones

Las reacciones metabólicas son todas catalizadas por enzimas. Se trata de procesos perfectamente regulados y ajustados a las necesidades de cada célula. Son reacciones prácticamente iguales en todos los seres vivos.

Las reacciones son secuenciales de forma que el producto de una reacción es el sustrato de la reacción siguiente, dando lugar a las rutas metabólicas. A estos productos se les llama metabolitos.

Respecto al balance energético, decir que el desprendimiento de energía se encuentra acoplado a la síntesis de ATP. Y los consumos, por su parte, están asociados a la hidrólisis de ATP.

Las reacciones de oxidación que se producen, aunque pueden afectar a un solo electrón, generalmente van unidas a la pérdida de hidrógenos y se acoplan a la reducción de determinadas coenzimas. Las reducciones en cambio, van asociadas normalmente a la ganancia de hidrógenos y se acoplan a la oxidación de ciertas coenzimas. Cuanto más reducido está un compuesto, mayor cantidad de energía contiene; cuanto más oxidado, menos energía contiene.

Reacciones redox

Las células obtienen la energía a partir de las reacciones de oxidación de las moléculas orgánicas. Una molécula se oxida cuando cede electrones a otra, la cual se reduce. Frecuentemente, en las oxidaciones biológicas la pérdida de electrones va acompañada de pérdida de protones (H+).

Para que ocurran estas reacciones redox se precisa de:

  • Un sustrato que cede electrones. Un monosacárido, un ácido graso, etc.
  • Un aceptor de electrones, como son el NAD, NADP, FAD, etc.

Hay que decir que no siempre los aceptores de electrones lo son también de protones.

Metabolismo celular: intermediarios transportadores

La liberación y consumo de energía no tienen por qué ocurrir al mismo tiempo ni en el mismo lugar de la célula. Debe existir un mecanismo que almacene esta energía y la transporte desde los lugares en que se libera hasta aquellos en que se consume. Esto implica que debe existir una conexión energética entre el catabolismo y el anabolismo.

Son dos los sistemas para llevar almacenar y transportar energía:

  • Sistema ADP/ATP (ATP ® moneda universal energética ¡es como una pila recargable!)
  • Coenzimas transportadores de electrones

Merece una mención especial la Coenzima A.

SISTEMA ADP/ATP

Las células pueden recuperar y almacenar la energía desprendida durante el catabolismo en forma de la energía química, en el enlace fosfato terminal del trifosfato de adenosina (ATP). En la fosforilación ocurre que:

ADP + Pi → ATP + H2O

Los mecanismos mecanismos para acoplar el desprendimiento de energía con la síntesis de ATP son dos:

  1. Fosforilación a nivel de sustrato. Se produce en dos etapas. En primer lugar, se forma un compuesto intermediario con algún enlace rico en energía. En segundo lugar, se utiliza la energía desprendida en la hidrólisis de este compuesto para llevar a cabo la fosforilación.
  2. Fosforilación acoplada al transporte electrónico. Se trata del transporte de electrones a través de unas cadenas de transportadores ubicados en la membrana mitocondrial interna, o en la membrana tilacoidal de los cloroplastos. Libera energía, y esta energía se utiliza por la ATP-sintetasa para fosforilar el ADP a ATP. En mitocondrias de produce la fosforilación oxidativa; en cloroplastos, la fosforilación fotosintética o fotofosforilación.

La energía así almacenada puede ahora ser utilizada para impulsar las reacciones anabólicas mediante el su acoplamiento con la hidrólisis del ATP:

ATP + H2O → ADP + Pi

Como norma general, el ATP cede primero su grupo fosfato terminal al sustrato de la reacción, dando lugar a un intermediario fosforilado que posteriormente se hidroliza para rendir fosfato inorgánico y el producto de la reacción.

Aunque el ATP es la molécula más utilizada por las células para almacenar y transportar energía, otros nucleótidos trifosfato pueden desempeñar funciones similares. Por ejemplo, el UTP en la síntesis de polisacáridos, el GTP en la síntesis de proteínas…

COENZIMAS TRANSPORTADORES DE ELECTRONES

Químicamente, son todos nucleótidos que poseen como parte de su estructura alguna de las bases nitrogenadas nicotinamida y flavina (en ellas reside la capacidad para aceptar o ceder electrones).

La nicotinamida y la flavina no pueden ser sintetizadas por la mayoría de los animales superiores, por lo que éstos deben incorporarlas en la dieta en forma de vitaminas, el ácido nicotínico y la riboflavina respectivamente.

Imagen creada por editZ – www.centroestudiosmfp.es
COENZIMA A

Actúa como transportador de grupos acilo. Estos grupos se unen al grupo -SH mediante un enlace tioéster, dando lugar a un compuesto muy energético, el Acetil-CoA.

 

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