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biologia
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DEFINICION DE METABOLISMO
Se conoce con el nombre de metabolismo a las transformaciones
químicas que sufren los nutrientes en los tejidos, una vez
superados los procesos de digestión y absorción
correspondientes.
Este metabolismo incluye reacciones de tipo degradativo que se
utilizan fundamentalmente para obtener energía (catabolismo) y
reacciones de tipo biosintético por la que se forman diversas
biomoléculas utilizando parte de esa energía (anabolismo).
DEFINICION DE METABOLISMO
Las transformaciones químicas que sufren los nutrientes en los tejidos permiten obtener la energía necesaria para el funcionamiento celular.
La metabolización de dichos nutrientes converge en el ciclo tricarboxílico, principal fuente de coenzimas reducidos que son llevados a las cadenas de transporte electrónico mitocondrial, a través de las cuales se permite la obtención de la moneda energética, el ATP.
REGULACION DEL METABOLISMO
El metabolismo de los nutrientes está muy regulado para poder hacer frente a situaciones fisiológicas y patológicas diversas.
La actividad metabólica de las células en los distintos tejidos se regula de forma coordinada gracias fundamentalmente a las hormonas.
PARTES DEL METABOLISMO
Es clásico distinguir entre metabolismo:
Energético
Intermediario
Aunque se trata de dos partes del mismo proceso. Los aspectos
energéticos del metabolismo se refieren a la producción y
utilización de ATP (adenosín trifosfato) en las vías metabólicas,
mientras que el metabolismo intermediario está constituido por
el estudio detallado de dichas vías.
LA ENERGÍA CONTENIDA EN :
CARBOHIDRATOS
PROTEINAS
LIPIDOS
Es almacenada parcialmente en la molécula energética, adenosín
trifosfato (ATP), que se utiliza para llevar a cabo todas las
actividades de la célula.
METABOLISMO ENERGETICO
Una función importante de algunos nutrientes, concretamente los macronutrientes, hidratos de carbono, grasas y proteínas, es la de suministrar la energía necesaria para permitir el funcionamiento del organismo.
Sin embargo, los tejidos no pueden utilizar directamente la energía contenida en las citadas macromoléculas nutricionales. Por ello, los macronutrientes deben sufrir distintos procesos metabólicos para producir finalmente una molécula única, el adenosín trifosfato (ATP), en cuyos enlaces se almacena parte de aquella energía. Posteriormente, este compuesto es el que suministra la misma para cualquier trabajo celular
MOLECULA DE ATP
El ATP es un nucleósido trifosfato. Los dos enlaces pirofosfato que contiene producen una gran cantidad de energía cuando se hidrolizan (y la necesitan igualmente para formarse).
Como se acaba de indicar, la energía que utiliza el organismo
proviene de los macronutrientes de la dieta y, también, del
alcohol.
CARBOHIDRATOS
Los hidratos de carbono, que constituyen o deben constituir la
mayor proporción de los nutrientes ingeridos, son principalmente
almidón y diversos disacáridos (sacarosa y lactosa) que originan
como producto de la digestión fundamentalmente glucosa.
Este azúcar representa, por tanto, el mayor aporte energético
potencial del organismo.
LIPIDOS
La grasa, sea del tipo que sea, contribuye al suministro energético mayoritariamente a través de los ácidos grasos que la componen, y que pueden considerarse prácticamente del mismo valor energético.
PROTEINAS
Las proteínas contribuyen al aporte energético a través de los
aminoácidos que las componen.
SIN LA PARTICIPACION DEL OXIGENO: FOSFORILACION A NIVEL DE SUSTRATO
Este proceso muestra que en la vía metabólica que lleva de
glucosa a piruvato hay una liberación de energía que es
aprovechada para la síntesis de ATP, asimismo, que este proceso
está asociado al fenómeno de la fermentación o formación de
lactato a partir del piruvato.
SIN LA PARTICIPACION DEL OXIGENO: FOSFORILACION A NIVEL DE SUSTRATO
Esta es la vía obligada cuando no hay oxígeno disponible. Si lo
hubiera, el piruvato seguiría la vía oxidativa.
El proceso descrito se conoce desde la perspectiva energética como glucólisis o glucólisis anaerobia.
SIN LA PARTICIPACION DEL OXIGENO: FOSFORILACION A NIVEL DE SUSTRATO
No hay realmente una oxidación del sustrato glucosa sino una óxido-reducción interna, de modo que los productos de la fermentación están globalmente al mismo nivel de reducción que el nutriente del que proceden, por lo que conservan todavía un gran poder energético. Así, el ácido láctico tiene un carbono al mismo nivel de reducción que la mayoría de los carbonos de la glucosa (-CHOH).
LOS ASPECTOS MAS DESTACADOS DE LA GLUCOLISIS ANAEROBIA SON:
a) La rentabilidad energética del proceso se puede considerar
muy baja, dado que por cada glucosa se obtienen solo dos ATP,
cantidad mucho menor que la que se consigue cuando la
glucosa es oxidada.
LOS ASPECTOS MAS DESTACADOS DE LA GLUCOLISIS ANAEROBIA SON:
b) La glucólisis anaerobia no depende del oxígeno, lo cual es útil y
obligado en determinados tejidos y situaciones. Así, el músculo
en ejercicio intenso obtiene su energía a través de este proceso, y
lo mismo ocurre en otros tejidos cuando se ven afectados por
hipoxia.
LOS ASPECTOS MAS DESTACADOS DE LA GLUCOLISIS ANAEROBIA SON:
c) Otros tejidos dependen de este proceso anaerobio porque
carecen de mitocondrias, que es el orgánulo celular en el que
residen los sistemas enzimáticos para la obtención de energía
por la vía oxidativa. Esto es lo que ocurre con los hematíes, la
médula renal o el cristalino.
LOS ASPECTOS MAS DESTACADOS DE LA GLUCOLISIS ANAEROBIA SON:
c) El sistema de fosforilación a nivel de sustrato que se está
tratando es muy rápido, lo que permite esfuerzos musculares
intensos y rápidos, que son tan frecuentes en la actividad física y
el deporte.
LOS ASPECTOS MAS DESTACADOS DE LA GLUCOLISIS ANAEROBIA SON:
d) El producto final de la glucolisis anaerobia, el ácido láctico, puede
ser todavía aprovechado para obtener energía, no en el tejido que
lo produce sino en otros tejidos. Esta utilización puede ser directa,
como ocurre en el músculo cardíaco, o a través de su conversión en
glucosa como ocurre en el hígado durante el proceso de la
gluconeogénesis.
LOS ASPECTOS MAS DESTACADOS DE LA GLUCOLISIS ANAEROBIA SON:
e) La obtención de energía sin el concurso del oxígeno mediante la
fosforilación a nivel de sustrato solo ocurre con los hidratos de
carbono. Por el contrario, la extracción de energía a partir de grasas
o proteínas necesita siempre el metabolismo oxidativo. Este hecho
diferencial justifica la importancia del aporte exógeno de los
hidratos de carbono a través de la alimentación.
CON LA PARTICIPACION DE OXIGENO: FOSFORILACION OXIDATIVA
Los aminoácidos resultantes de la degradación proteica, los
ácidos grasos y la glucosa se van catabolizando por vías
específicas que confluyen mayoritariamente en una molécula
común, el acetil-CoA, que es degradada posteriormente en el
ciclo de Krebs, localizado en las mitocondrias.
Este ciclo metabólico es la fuente principal de producción de
determinados coenzimas reducidos (NADH y FADH2) que
posteriormente serán oxidados en las cadenas respiratorias
mitocondriales.
CON LA PARTICIPACION DE OXIGENO: FOSFORILACION OXIDATIVA
En estas cadenas, los electrones de los coenzimas reducidos se transfieren hasta el oxígeno pasando por una serie de intermediarios (flavoproteínas, coenzima Q, citocromos, etc.) de potenciales de óxido-reducción decrecientes.
La reducción final del oxígeno molecular ingresado por la respiración produce agua y la energía resultante se utiliza para sintetizar ATP mediante el proceso de la fosforilación oxidativa, que está acoplado a la cadena de transporte electrónico.
EN EL PROCESO DE FOSFORILACION OXIDATIVA DESTACAN LOS SIGUIENTES ASPECTOS
a) Se trata de un proceso de una eficacia energética relativamente
grande. Concretamente, la utilización de esta vía oxidativa por la
glucosa supone la obtención de hasta 36 moles de ATP por cada
mol de glucosa mientras que la vía anaerobia se traduce
únicamente en 2 moles de ATP.
EN EL PROCESO DE FOSFORILACION OXIDATIVA DESTACAN LOS SIGUIENTES ASPECTOS
b) Es un proceso dependiente de oxígeno utilizado por todas las
células del organismo, especialmente por miocardio y sistema
nervioso, y con la excepción del músculo esquelético en ejercicio
intenso, hematíes, médula renal y cristalino.
EN EL PROCESO DE FOSFORILACION OXIDATIVA DESTACAN LOS SIGUIENTES ASPECTOS
c) Dado que un punto clave es la formación de coenzimas
reducidos, cuanto más reducido sea el macronutriente, más
capacidad potencial energética tendrá. Este es el caso de las grasas
frente a los hidratos de carbono y las proteínas.
EN EL PROCESO DE FOSFORILACION OXIDATIVA DESTACAN LOS SIGUIENTES ASPECTOS
d) La fosforilación oxidativa es la vía común de la degradación
energética de hidratos de carbono, grasas y proteínas, aunque
estos macronutrientes pueden tener otros destinos metabólicos.
EN EL PROCESO DE FOSFORILACION OXIDATIVA DESTACAN LOS SIGUIENTES ASPECTOS
e) El agua constituye un producto metabólico final. Se denomina
precisamente "agua metabólica" y contribuye al equilibrio hídrico
del organismo.
UTILIZACION DE LA MOLECULA DE ATP
Como se ha indicado anteriormente, el ATP es directamente utilizable para las necesidades del organismo: generación de impulsos nerviosos trabajo muscular transporte a través de membrana biosíntesis de macromoléculas
Este compuesto energético no se almacena sino que tiene que formarse al mismo tiempo que se utiliza.
CREATIN FOSFATO
Sin embargo, en el tejido muscular, donde los requerimientos
energéticos pueden ser muy grandes en un momento
determinado, existe la posibilidad de almacenar una sustancia
que se transforma muy fácilmente en ATP y viceversa: el creatín
fosfato.
METABOLISMO INTERMEDIARIO
El metabolismo, como ya se ha indicado, incluye el anabolismo y
el catabolismo. Se denominan vías o rutas catabólicas a las series
de reacciones por las que las grandes moléculas se degradan en
moléculas más sencillas, con generación directa o indirecta de
energía. Las vías o rutas anabólicas son los procesos de síntesis
de macromoléculas a partir de dichas moléculas simples y
requieren aporte energético.
FASES DEL METABOLISMO INTERMEDIARIO
Fase I: Relaciona las macromoléculas (proteínas, polisacáridos y
triglicéridos) con las moléculas simples correspondientes
(aminoácidos, hexosas, ácidos grasos y glicerol).
FASES DEL METABOLISMO INTERMEDIARIO
Fase III: Está constituido por el metabolismo oxidativo del acetil
CoA, es decir, el ciclo tricarboxílico (ciclo de Krebs), cadena
respiratoria y fosforilación oxidativa.
FASES DEL METABOLISMO INTERMEDIARIO
En las fases I y II existen también vías anabólicas. Las vías anabólicas de la Fase I permiten la síntesis de glucógeno, triglicéridos y proteínas.
Las vías anabólicas de la Fase II permiten la síntesis de ácidos grasos a partir del acetil-CoA, la síntesis de glucosa a partir de piruvato (gluconeogénesis) y la síntesis de los aminoácidos no esenciales a partir de intermediarios metabólicos de la glucolisis y del ciclo de Krebs.
FASES DEL METABOLISMO INTERMEDIARIO
La fase III es fundamentalmente catabólica y constituye la fuente
principal de ATP.
No obstante, también hay algunas etapas en las fases anteriores
que originan ATP.
Esto es lo que ocurre en la glucolisis (fase II) como consecuencia
de procesos de fosforilación a nivel de sustrato. En cambio, el ATP
se utiliza ineludiblemente como donador de energía en todas las
fases biosintéticas.
COMPARTIMENTOS CELULARES EN QUE SE LLEVA A CABO EL METABOLISMO
Los procesos metabólicos se localizan en diferentes compartimentos celulares. Así, la glucólisis se desarrolla en el citosol y el ciclo tricarboxílico se produce en la mitocondria mientras que el ciclo de la urea utiliza ambos territorios.
COMPARTIMENTOS TISULARES
La mayor parte de las células del organismo son capaces de realizar las principales vías metabólicas, pero existen generalmente diferencias cualitativas y cuantitativas en el funcionamiento de las mismas.
Así, por ejemplo, la síntesis de colesterol es mucho más importante en hígado que en los demás tejidos.
Además, hay células que carecen del equipamiento enzimático necesario para llevar a cabo determinados procesos catabólicos o biosintéticos. Así, en los eritrocitos no se da el ciclo tricarboxílico por carecer de mitocondrias
COMPARTIMENTOS TISULARES
La síntesis de ácidos grasos y triglicéridos es muy importante en
hígado y tejido adiposo y mucho menos en el músculo y el
sistema nervioso.
Por otra parte, la gluconeogénesis, proceso de formación de
glucosa a partir fundamentalmente de aminoácidos, que
resulta tan importante para mantener la glucemia durante el
ayuno, se realiza casi exclusivamente en el hígado y la corteza
renal.
EL HIGADO Y SU RELACION CON EL METABOLISMO
El hígado es el órgano fundamental en las relaciones intertisulares e interviene en la regulación del metabolismo de los hidratos de carbono, de las grasas y de las proteínas, así como en el almacenamiento y distribución de minerales y vitaminas.
REGULACION DEL METABOLISMO
Regulación en situaciones patológicas
Regulación en situaciones fisiológicas
Regulación en situaciones nutricionales
REGULACION EN SITUACIONES NUTRICIONALES
El aporte nutritivo al organismo es discontinuo y variable tanto en cantidad
como en calidad, mientras que la actividad del mismo es básicamente
constante, aunque también puede variar, de acuerdo con la actividad física, por
ejemplo.
Como la ingesta energética se produce en las dos, tres o cuatro comidas que se
hacen diariamente, es necesario almacenar la citada energía. Posteriormente,
se irá liberando en el transcurso del día en función de las necesidades de cada
momento. Esto exige una regulación metabólica.
REGULACION EN SITUACIONES NUTRICIONALES
Algunos tejidos tienen la capacidad de utilizar diferentes nutrientes para obtener energía. Así, el músculo esquelético puede degradar glucosa o ácidos grasos, mientras que otros, como el sistema nervioso, dependen casi exclusivamente de la glucosa en condiciones normales.
Esto obliga a regular la actividad de distintas vías metabólicas en respuesta a diferentes estímulos entre los que destacan especialmente las circunstancias nutricionales. Así, en los períodos interdigestivos se facilita el aporte de combustibles no glucídicos al músculo esquelético para reservar la glucosa como combustible neuronal.
REGULACION EN SITUACIONES NUTRICIONALES
Otro ejemplo de regulación metabólica ocurre en el ayuno. En esta situación se producen grandes pérdidas proteicas musculares destinadas a formar glucosa con destino preferente al sistema nervioso que pueden comprometer gravemente la subsistencia.
Por eso, a los pocos días de iniciado el ayuno se produce una adaptación metabólica. Las neuronas empiezan a consumir compuestos cetónicos procedentes de la grasa, que sustituyen aunque parcialmente a la glucosa, disminuyendo de forma importante la proteólisis muscular.
REGULACION EN SITUACIONES FISIOLOGICAS
La gestación y lactación son dos condiciones fisiológicas en donde hay gran demanda de nutrientes.
Para satisfacer estas demandas, además de aumentar los mecanismos fisiológicos que incrementan la ingesta de alimentos o reducen la actividad física, existe una adaptación metabólica que implica el aumento de las capacidades absortivas, digestivas, de utilización metabólica y de reabsorción renal.
Se disminuyen así las exigencias nutricionales y se minimiza el riesgo de un posible peligro por un aporte comprometido.
REGULACION EN SITUACIONES PATOLOGICAS
En muy diversas condiciones patológicas se producen adaptaciones o intentos adaptativos metabólicos para compensar o aliviar aquellas condiciones.
Un ejemplo ilustrativo lo tenemos en la anemia ferropénica en donde aumenta la absorción del hierro y su reutilización metabólica.
Igualmente ocurre en la deficiencia de yoduro con relación a la función tiroidea. Y como ejemplo más evidente tenemos las situaciones de gran estrés, donde las adaptaciones metabólicas tienen como fin último la supervivencia del individuo.
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