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4. Bioenergética y metabolismo1. Concepto de metabolismo y redes metabólicas
Biología. Grupo 2Curso 2014-2015
INTRODUCCIÓN AL METABOLISMOBioenergética = estudio cuantitativo de las transformaciones de energía que tienen lugar en las células vivas.
Metabolismo = conjunto de reacciones químicas catalizadas por enzimas que tienen lugar en un organismo con la finalidad de obtener energía, moléculas precursoras y sintetizar macromoléculas.
Este proceso es una propiedad emergente de la vida que surge de las interacciones de las moléculas dentro del ambiente organizado de la célula.
El metabolismo, en general, comprende rutas enzimaticas aparentemente muy complejas y diversas. Sin embargo, las principales rutas centrales del metabolismo son muy similares, cuando no idénticas, en la mayoría de las formas de vida.
En el metabolismo se producen reacciones de oxidación-reducción en las que intervienen transportadores de electrones especializados.
Los seres vivos pueden clasificarse en función de:
Fuente de energía: fotótrofos (obtienen la energía directamente de la luz del sol) y quimiótrofos (consiguen la energía a partir de compuestos químicos).
Fuente de materia: principalmente carbono: autótrofos (usan el dióxido de carbono) y heterótrofos (emplean el carbono orgánico).
En función de su relación con el oxígeno: organismos aerobios, anaerobios y anaerobios facultativos (capaces de vivir tanto en ausencia como en presencia de oxígeno).
Estas diferencias de requerimientos de O2 se deben a que, a excepción de los anaerobios estrictos, los seres vivos pueden utilizar el oxígeno como agente oxidante en la degradación de los nutrientes. Se puede hablar así de procesos aerobios y anaerobios, e incluso de metabolismo aerobio y anaerobio.
Fases del metabolismo:
Catabolismo: ruta degradativa y convergente. Produce energía.
Anabolismo: ruta biosintetizadora, divergente. Requiere energía.
Ambos tipos de rutas ocurren simultáneamente en las células, con una regulación independiente. Existe una importante interrelación entre ambas vías ya que el catabolismo aporta energía y los elementos que empleará el anabolismo en la síntesis de macromoléculas.
En ambas rutas metabólicas se producen reacciones de oxidación-reducción: en la vías catabólicas, donde se realizan reacciones de oxidación, los electrones se irán cediendo a moléculas oxidadas que, a su vez se irán reduciendo; y en las vías anabólicas, las moléculas irán captando los electrones de estas moléculas reducidas.
Las dos grandes vías son opuestas pero están necesariamente conectadas a través de moléculas con funciones muy definidas como el ATP, y otras moléculas encargadas de la transferencia de electrones.
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Biología. Grupo 2Curso 2014-2015
Estrategia básica del metabolismo.
Etapas del catabolismo:
Etapa I: de macromoléculas a moléculas sillares. Digestión de los grandes biopolímeros a sus moléculas sillares o monómoros.
Etapa II: de moléculas sillares a moléculas intermedias. Moléculas sillares se convierten en un reducido número de especies metabólicas intermediarias más sencillas.
Etapa III: degradación de las moléculas intermedias. Productos de la etapa anterior se canalizan hacia una ruta catabólica final común, en la que, en último término, pueden ser oxidados, dando dióxido de carbono y agua.
Objetivo fundamental de la etapa III: producción de energía. En las etapas anteriores: degradación de moléculas complejas en otras más sencillas, aunque también se produce algo de energía. Catabolismo.
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Biología. Grupo 2Curso 2014-2015
Anabolismo.
Etapas del anabolismo:
Etapa I: moléculas pequeñas son utilizadas como precursores para las reacciones biosintéticas.
Además los organismos fotoautótrofos utilizan la luz solar para fijar el CO2 en moléculas orgánicas.
Etapa II: transformación de los metabolitos intermediarios en moléculas sillares o monómeros.
Gluconeogénesis: ruta que forma glucosa a partir de piruvato.
Etapa III: biosíntesis de polímeros a partir de moléculas sillares.
El ciclo de Krebs es una ruta central anfibólica, dado que constituye un nexo de unión entre catabolismo y anabolismo.
Figure 13-19 Essential Cell Biology (© Garland Science 2010)(Alberts y col, 3ª ed, Fig. 13.19)
Así, el ciclo puede utilizarse catabólicamente para producir la degradación completa de pequeñas moléculas, o bien anabólicamente para suministrar pequeñas moléculas como precursores para las reacciones biosintéticas.
En el metabolismo celular todas las rutas se hallan interconectadas de tal forma que se concibe como una red de redes donde las conexiones son establecidas por los metabolitos o productos intermediarios.
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4. Bioenergética y metabolismo1. Concepto de metabolismo y redes metabólicas
Biología. Grupo 2Curso 2014-2015
Las rutas del catabolismo y del anabolismo no son exactamente inversas. Presentan algunos pasos comunes, pero siempre existen reacciones que las diferencian y que permiten realizar dichas rutas con la mayor eficiencia posible. Los pasos diferenciales permiten una regulación independiente de cada una de estas rutas.Pueden estar ocurriendo en localizaciones distintas dentro de la célula eucariota.
Los niveles de regulación y control del metabolismo
Existen varios mecanismos, niveles, de regulación de una ruta metabólica:
• Concentración de la enzima que regulará la velocidad de reacción de cada una delas reacciones enzimáticas de la ruta. Este control se realiza principalmente a travésdel control genético de la velocidad de síntesis de la enzima; y, del control de lavelocidad de degradación de la enzima.
Hay enzimas constitutivas (están siempre en cantidades casi constantes en unacélula determinada) y enzimas inducibles (se sintetizan en respuesta a la presenciade ciertos sustratos).
• Actividad de la enzima, puede llevarse a cabo por mecanismos comunes(concentraciones intracelulares de sustratos o productos …) o mediante bienenzimas reguladoras.
• Compartimentalización celular. Los orgánulos de la célula eucariota permiten uncontrol basado en la distribución espacial y en la existencia de membranas, quecontrolan el paso y la disponibilidad de compuestos necesarios en cada momento ylugar.
• Comunicación celular. Todo organismo vivo es capaz de reconocer el ambiente quele rodea, detectar los cambios que se producen y responder de forma adecuada. Enlos organismos pluricelulares, la información debe ser transmitida al resto de lascélulas que forman el organismo, por lo que se hacen necesarios distintos sistemasde comunicación o señalización celular.
