Metabolismo: Rutas y Tipos de Seres Vivos

T-9 Metabolismo: conjunto de reacciones químicas que se producen en la célula

El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que se producen en la célula, todas catalizadas por enzimas, con el objetivo de obtener materiales y energía para realizar las funciones vitales. Se lleva a cabo a través de rutas o vías metabólicas, que son secuencias ordenadas de reacciones desde un sustrato inicial hasta un producto final, pasando por compuestos intermedios (metabolitos). Cada reacción es catalizada por una enzima específica.

Para aumentar la eficacia de las rutas, las enzimas que participan se asocian y forman complejos multienzimáticos que se sitúan en un mismo compartimento celular. Las rutas pueden ser lineales, cuando el sustrato inicial es distinto del producto final, o cíclicas, cuando el sustrato inicial es igual al producto final.

Existen dos tipos de metabolismo: catabolismo y anabolismo. El catabolismo son las reacciones que descomponen moléculas complejas en otras más simples, liberando energía. Son procesos convergentes, ya que a partir de compuestos distintos se obtienen siempre los mismos compuestos. Por otro lado, el anabolismo son las reacciones que sintetizan moléculas complejas a partir de otras más simples, consumiendo energía. Son procesos divergentes, ya que a partir de unos pocos compuestos se pueden obtener una gran variedad de productos.

En el metabolismo, se produce un intercambio de energía. Los procesos catabólicos, en su mayoría, son acciones en las que se libera energía, mientras que los procesos anabólicos son reducciones que requieren energía. El ATP es la moneda energética de la célula, ya que cuando se crea almacena energía y cuando se rompe aporta energía. La síntesis de ATP en las células se puede realizar con dos mecanismos distintos: fosforilación a nivel de sustrato, donde una molécula fosforilada transfiere energía al ATP, y fosforilación oxidativa y fotofosforilación, que se realizan mediante complejos enzimáticos en la respiración y la fotosíntesis. El ATP tiene una energía inmediata de 0,0 14 kcal/energía. Los glúcidos y proteínas tienen una energía de 4 kcal/g, mientras que las grasas tienen una energía de 9 kcal/g. Otro mecanismo de intercambio de energía son las coenzimas transportadoras de electrones, que se basan en la transferencia de electrones mediante reacciones de oxidación y reducción. Las coenzimas NAD y FAD se reducen y se oxidan alternativamente en la célula.

Existen diferentes tipos de seres vivos según su metabolismo. Los autótrofos fabrican su materia orgánica a partir de CO2, mientras que los heterótrofos captan directamente la materia orgánica. Según su fuente de energía usada, los fotótrofos utilizan energía de la luz, mientras que los quimiótrofos utilizan energía que consiguen por reacciones de oxidación de materia. Los fotoautótrofos utilizan luz y moléculas inorgánicas, como plantas, algas y cianobacterias. Los fotoheterótrofos utilizan luz y moléculas orgánicas, como bacterias verdes y púrpuras no del azufre. Los quimioautótrofos obtienen energía de reacciones químicas de oxidación de materia inorgánica y moléculas inorgánicas, como bacterias del hierro y del azufre. Por último, los heterótrofos obtienen energía de la oxidación de materia orgánica y moléculas orgánicas, como animales, hongos y algunas bacterias. Los litótrofos producen sustancias inorgánicas, como agua y sulfuro de hidrógeno, a partir del hidrógeno, mientras que los organótrofos obtienen energía del hidrógeno y moléculas orgánicas.

Catabolismo

El catabolismo es la degradación inicial de un sustrato hasta ácido pirúvico, y consta de diferentes etapas metabólicas según el tipo de sustrato a degradar. En el caso de los glúcidos, la etapa principal es la glucólisis, en los lípidos es la beta oxidación de ácidos grasos, y en los aminoácidos es la desaminación. Estas vías son convergentes, ya que producen ácido pirúvico.

El destino posterior del ácido pirúvico depende de si se dispone o no de oxígeno. En caso de haber oxígeno, ocurre la respiración celular aerobia, donde el ácido pirúvico se oxida completamente con oxígeno para dar dióxido de carbono, agua y ATP. Este proceso se produce en la mitocondria y consta de diferentes pasos, como la conversión del piruvato en acetil coenzima A y el ciclo de Krebs. Por otro lado, en ausencia de oxígeno, ocurre la fermentación. La fermentación láctica convierte el ácido pirúvico en ácido láctico y es realizada por bacterias del género Lactobacillus y Streptococcus, así como por células musculares cuando no reciben suficiente oxígeno. La fermentación alcohólica convierte el ácido pirúvico en acetaldehído y luego en etanol, y es realizada por levaduras del género Saccharomyces. Este proceso se utiliza en la producción de pan y bebidas alcohólicas.

En el catabolismo de los lípidos, estos se descomponen a través de la hidrólisis por enzimas lipasas, generando glicerina y ácidos grasos. La beta oxidación de ácidos grasos, también conocida como ciclo de Lynen, es un proceso de oxidación que origina moléculas de acetil CoA. Este proceso ocurre en la matriz mitocondrial y en los peroxisomas de la célula vegetal.

Referencias

1. Berg, J. M., Tymoczko, J. L., & Gatto, G. J. (2015). Bioquímica. Barcelona, España: Reverté.

2. Nelson, D. L., Cox, M. M., & Lehninger, A. L. (2017). Lehninger Principles of Biochemistry. New York, NY: W.H. Freeman and Company.