Metabolismo

El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que ocurren en la célula y en el organismo, en los que se intercambian materia y energía con su entorno.

Las funciones generales del metabolismo son:

  • Obtención de energía química, que se almacena en los enlaces fosfato del ATP.
  • Transformación de sustancias químicas del exterior celular en moléculas aprovechables por la célula.
  • Formación de las biomoléculas necesarias para realizar las funciones de la célula,
  • Degradación de biomoléculas para obtener la energía que contienen.

El metabolismo pude dividirse en dos fases interconectadas y que se producen de forma simultánea:

  • Fase de obtención de energía: en el catabolismo se produce la transformación de sustancias orgánicas complejas en moléculas más sencillas, almacenando la energía química liberada en forma de enlaces fosfatos de los ATP.
  • Fase de construcción de materia orgánica: en el anabolismo se construye materia orgánica compleja a partir de las moléculas sencillas del citoplasma, utilizando la energía obtenida en el catabolismo o en otros procesos, como son la fotosíntesis y la quimiosíntesis.

Reacciones de oxidación-reducción

La oxidación es la pérdida de electrones o átomos de hidrógeno de una molécula liberando la energía contenida en los enlaces y la reducción es la ganancia de electrones o átomos de hidrógeno almacenando energía.

En las reacciones metabólicas de oxidación/reducción, los agentes oxidantes y reductores actúan como pares redox conjugados constituidos por un dador y un aceptor de electrones.

Reacciones Redox Compuesto oxidado Compuesto reducido
AH + B → A + BH A BH
A + B → A+ + B  A+  B
A + BO → AO + B AO B

Tipos de células dependiendo de su metabolismo

Según sea la fuente de carbono que utilizan para construir sus biomoléculas en el anabolismo, las células pueden ser:

  • Autótrofas o litótrofas: su fuente de carbono es el CO2 atmosférico, y según de dónde obtengan la energía, pueden ser:
    • Fotoautótrofas: obtienen la energía de la luz solar. Son células verdes de las plantas superiores, algas, cianofíceas y bacterias fotosintéticas.
    • Quimioautótrofas: obtienen la energía de los enlaces de moléculas inorgánicas. Son un reducido grupo de microorganismos.
  • Heterótrofas u organótrofas: incorporan el carbono a través de moléculas orgánicas. Obtienen la energía al romper los enlaces de las moléculas orgánicas.
    • Quimioheterótrofas: obtienen la energía de los enlaces de moléculas inorgánicas. Son células animales, células de los hongos y la mayor parte de los microorganismos.
    • Fotoheterotótrofas: obtienen la energía de la luz solar. Son un reducido grupo de microorganismos.

Procesos catabólicos y anabólicos

En relación al catabolismo, distinguiremos los siguientes procesos:

  • Respiración: el aceptor final de electrones es una molécula inorgánica.
  • Fermentación: el aceptor final de electrones es una molécula orgánica.

En relación al anabolismo, distinguiremos los siguientes procesos:

  • Anabolismo autótrofo: el donador de electrones es una molécula inorgánica.
    • Fotosíntesis anoxigénica: el donador de electrones es otra molécula inorgánica y se obtiene la energía de la luz solar.
    • Quimiosíntesis: tanto el donador de electrones como el aceptor de electrones son moléculas inorgánicas y se obtiene la energía de reacciones químicas.
  • Anabolismo heterótrofo: el donador de electrones es una molécula orgánica.

Optimización del metabolismo

Todas las reacciones metabólicas están reguladas por enzimas específicas.

Para optimizar la velocidad con la que ocurren las rutas metabólicas se siguen diferentes mecanismos:

  1. Compartimentación celular: las enzimas están en las membranas de los orgánulos. Al tener menos espacio en el que distribuirse, tanto enzimas como sustratos, la eficacia y la velocidad de reacción aumentan.
  2. Reacciones en cascada: el producto de una reacción actúa de sustrato para la reacción siguiente y así sucesivamente, de manera que hay pocos productos intermediarios libres.
  3. Complejos multienzimáticos: las enzimas se agrupan para incrementar todavía más la eficacia de las reacciones en cascada, llevando a cabo reacciones consecutivas de una ruta metabólica.
  4. Existencia de isoenzimas: las isoenzimas son capaces de catalizar la misma reacción química, pero a distinta velocidad y se utilizan unas u otras dependiendo de la velocidad que se precise.

Conexiones energéticas en el metabolismo

Para conectar las rutas metabólicas del catabolismo, que liberan energía, con las del anabolismo, que consumen energía, existe un mecanismo que almacena y transporta la energía entre los lugares en que se libera hasta aquellos en que se consume.

Este mecanismo utiliza, de manera universal;

  • El sistema ADP/ATP: Las células recuperan y almacenan la energía desprendida en forma de energía química en el enlace fosfato terminal del ATP.
  • El sistema de los coenzimas transportadores de electrones: las reacciones de oxidación-reducción en los seres vivos están catalizadas por enzimas oxidoreductasas. Estas enzimas utilizan coenzimas como el NAD+, NADP+, FAD+ o la coenzima Q, que son transportadores de hidrógeno.

Para ampliar información en las moléculas que conectan el catabolismo y el anabolismo, pincha aquí.

Si quieres explicaciones más detalladas sobre el catabolismo o el anabolismo, consulta los siquientes enlaces:

Catabolismo                           Anabolismo