1. METABOLISMO

METABOLISMO

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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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).


Fase II: Relaciona estas moléculas simples con el acetil CoA.


Fase III: Está constituido por el metabolismo oxidativo del acetil

CoA, es decir, el ciclo tricarboxílico (ciclo de Krebs), cadena

respiratoria y fosforilación oxidativa.


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.


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.


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.


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.

FIN

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