Metabolismo celular: energía, catabolismo y anabolismo

Metabolismo celular

METABOLISMO

Necesidad de energía

La célula necesita energía para realizar el trabajo celular:

1. Síntesis de macromoléculas celulares (ADN, ARN, proteínas y polisacáridos) y otros constituyentes celulares.
2. Movimiento celular, contracción muscular y movimiento de los cromosomas durante la mitosis.
3. Transporte de moléculas en contra de un gradiente de concentración.
4. Creación de un potencial eléctrico a través de una membrana.
5. Calor.

Estrategias metabólicas

1. Organismos autótrofos: son capaces de generar compuestos orgánicos a partir de inorgánicos utilizando la luz solar. Estos organismos realizan la fotosíntesis, mediante la cual fijan el carbono del CO₂ atmosférico en una molécula orgánica (glucosa), utilizando la luz que incide sobre ellos:
   6 CO₂ + 6 H₂O → (luz solar, clorofila) → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂
   Mediante este proceso se sintetizan compuestos orgánicos sencillos que se transforman en macromoléculas ricas en energía.
2. Organismos heterótrofos: utilizan materia orgánica como fuente de energía, la cual degradan en moléculas simples, liberando así la energía que consumen al realizar los trabajos celulares.

Concepto de metabolismo

El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas por las que los seres vivos obtienen la energía necesaria para realizar un trabajo biológico y sintetizar macromoléculas. Está organizado en vías o rutas metabólicas: secuencias de reacciones enzimáticas consecutivas que generan productos específicos.

Se subdivide en dos categorías:

1. Catabolismo

Es la fase degradativa y oxidativa en la que los nutrientes con contenido energético (proteínas, carbohidratos y grasas) se convierten en productos con menor energía (CO₂, NH₃, H₂O). Las rutas catabólicas liberan energía (exergónicas), parte de la cual se conserva en la formación de ATP y de transportadores de electrones reducidos (NADH, NADPH, FADH₂); el resto se pierde en forma de calor.

La energía que libera el catabolismo es utilizada por el anabolismo para la síntesis de moléculas.

2. Anabolismo reductor (biosíntesis)

Las moléculas precursoras (aminoácidos, azúcares, ácidos grasos, bases nitrogenadas) se integran en macromoléculas celulares (proteínas, polisacáridos, lípidos y ácidos nucleicos). Las reacciones anabólicas requieren un aporte de energía (endergónicas), generalmente en forma de potencial de transferencia del grupo fosfato del ATP y de poder reductor.

Características de las rutas metabólicas

1. Son secuencias de reacciones enzimáticas.
2. Son irreversibles: al menos uno de los pasos debe darse por enzimas distintas en dirección anabólica y catabólica.
3. Contienen una etapa limitante: son termodinámicamente muy favorables y controlan la velocidad de toda la vía. La enzima que cataliza esta etapa es aquella sobre la que recae la regulación.
4. Poseen localización específica en la célula, lo que permite mantener diferentes concentraciones de metabolitos en distintos compartimentos celulares.

Regulación de las rutas metabólicas

La regulación es necesaria para adaptar la velocidad de cada vía a las necesidades de la célula y evitar que las vías de síntesis y degradación sean simultáneas. Se lleva a cabo mediante diferentes mecanismos:

1. Regulación por cambios en la cantidad de enzima

Mediante control de la síntesis y de la degradación enzimática.

2. Regulación de la eficacia catalítica

• Unión de ligandos:
  • No covalente: enzimas alostéricas.
  • Covalente: fosforilación.
• Rupturas proteolíticas: activación de zimógenos.
• Múltiples formas de la enzima: isoenzimas y complejos multienzimáticos.