Metabolismo Celular: Procesos, Energía y Regulación Enzimática

El Metabolismo Celular: Procesos, Energía y Regulación

El metabolismo celular comprende las reacciones químicas que permiten la vida. El metabolismo celular es el conjunto de reacciones químicas que se producen en el interior de las células y que conducen a la transformación de unas biomoléculas en otras, con el fin de obtener materia y energía para llevar a cabo las funciones vitales. Dado que las células realizan el metabolismo por sí mismas, se las llama autopoyéticas.

Las diferentes reacciones químicas se denominan rutas metabólicas y a las moléculas, metabolitos. Las sustancias finales son los productos y las vías metabólicas que enlazan entre sí vías más grandes se denominan metabolismo intermediario. Todas las reacciones del metabolismo están reguladas por las enzimas, que son específicas para cada metabolito inicial o sustrato y para cada tipo de transformación.

1. Catabolismo y Anabolismo

• Catabolismo: Es la transformación de moléculas orgánicas complejas en otras más sencillas. Se libera energía almacenada en los enlaces fosfato del ATP.
• Anabolismo: Es la síntesis de moléculas orgánicas complejas a partir de otras biomoléculas más sencillas, para lo cual utiliza energía del ATP.

2. Tipos de Metabolismo

• Metabolismo autótrofo: La fuente de carbono es el dióxido de carbono atmosférico (carbono no inorgánico).
• Metabolismo heterótrofo: La fuente de carbono es orgánico.

Respecto a las fuentes de energía:

• Fotosíntesis: Procede de la luz.
• Quimiosíntesis: La energía procede de reacciones químicas.

3. El ATP: Almacenamiento y Cesión de Energía

El ATP actúa como molécula energética, almacenando y cediendo energía gracias a sus enlaces. Se hidroliza hasta dos veces, liberando la energía de sus enlaces mediante desfosforilación. El ATP almacena la energía de uso inmediato, por eso se considera la 'moneda energética'. La célula también utiliza biomoléculas capaces de almacenar mucha más energía por gramo, como el almidón, el glucógeno y los triglicéridos.

Síntesis de ATP

Puede ocurrir de dos formas:

1. Fosforilación a nivel de sustrato: Adición de un grupo fosfato a un ADP gracias a la energía liberada al romperse alguno de los enlaces de una biomolécula.
2. Fosforilación mediante enzimas ATP sintasas: En las mitocondrias y en los cloroplastos, las enzimas sintetizan ATP cuando su interior es atravesado por un flujo de protones.

4. Control del Metabolismo: Enzimas y Hormonas

Las enzimas o biocatalizadores se encargan de evitar el caos metabólico y de ayudar a las sustancias que intervienen en las reacciones, ejerciendo el control bioquímico del metabolismo. En los organismos pluricelulares, existe además el sistema hormonal o endocrino, con función a nivel de organismo.

Actividad de los Catalizadores

En las reacciones exergónicas, las sustancias químicas desprenden energía calorífica que provoca un aumento de temperatura. Es necesario aportar la energía de activación suficiente para debilitar los enlaces de los reactivos y permitir su ruptura. Las enzimas disminuyen la cantidad de esta energía necesaria para producir las reacciones.

5. Las Enzimas: Catalizadores de las Reacciones Metabólicas

Casi todas las enzimas son proteínas globulares. En la cadena polipeptídica de una enzima se distinguen tres tipos de aminoácidos: los estructurales, los de fijación y los catalizadores. Las enzimas, solubles en agua, cumplen bien las características propias de los catalizadores:

• Aceleran la reacción.
• No se consumen durante la reacción.

Diferencias con los Catalizadores No Biológicos

• Actúan siempre a la temperatura del ser vivo.
• Poseen una alta actividad.
• Presentan una masa molecular muy elevada.
• Poseen una alta especificidad en la selección de los sustratos sobre los que actúan.

Algunas enzimas activan a otras enzimas (proenzimas) y las isoenzimas son aquellas que pueden presentar formas moleculares diferentes.

Estructura de las Enzimas

• Enzimas estrictamente proteicas: Están formadas solo por proteínas.
• Holoenzimas: Constituidas por una fracción polipeptídica (apoenzima) y otra no proteica (cofactor). Estos últimos pueden ser inorgánicos (iones metálicos en pequeñas cantidades) o orgánicos (coenzima). Cuando los cofactores se encuentran fuertemente unidos a la apoenzima, se llaman grupos prostéticos.