Metabolismo

Mapa Conceptual

En las células tienen lugar numerosos procesos metabólicos, localizados en diferentes compartimentos y regulados y coordinados a través de enzimas específicas. Esos procesos pueden ser anabólicos o catabólicos.

Un aspecto fundamental del anabolismo es la fotosíntesis. En la fotosíntesis oxigénica se diferencian dos fases: la fase luminosa (con el flujo cíclico y no cíclico de electrones), en la que la energía de la luz se convierte en la energía química del ATP y el NADPH; y fase oscura (con el ciclo de Calvin), en la que esa energía es utilizada para reducir del CO₂ inorgánico hasta formar las primeras moléculas orgánicas simples.

A través de los procesos catabólicos la materia orgánica se descompone y oxida para liberar energía. Como precursores del catabolismo se pueden utilizar diversos nutrientes, pero fundamentalmente azúcares, grasas y, en menor medida, proteínas. Todos estos compuestos se van degradando siguiendo diferentes rutas: glucogenolisis y glucólisis en los glúcidos, ß-oxidación de los ácidos grasos en los lípidos, transaminación y desaminación en las proteínas. Al final, en el caso más común de la respiración celular, casi todas las vías terminan formando acetil-CoA, molécula que ingresa en el ciclo de Krebs y se oxida completamente hasta CO₂.

Una alternativa a la oxidación completa de la materia son las fermentaciones, en las que los productos finales todavía son sustancias orgánicas, por lo que rinden menos energía que la respiración celular.

El objetivo del catabolismo es liberar energía en forma de ATP. Estas moléculas se puede formar por fosforilación a nivel de sustrato, pero casi todas se originan al final de la cadena respiratoria mitocondrial por fosforilación oxidativa.

Los procesos catabólicos Esquema general del catabolismo En el curso de los procesos catabólicos las moléculas orgánicas se van degradando, paso a paso, hasta formar otras moléculas más simples y, finalmente, sustancias inorgánicas. Globalmente son procesos de oxidación en los que las moléculas orgánicas van perdiendo electrones que, tras pasar por una cadena transportadora, serán captados por una molécula aceptora de electrones final. En esos procesos la energía liberada permite la formación de moléculas de ATP. Según quien sea el aceptor final de electrones se pueden diferenciar dos modalidades: - Fermentación. El aceptor final de electrones es un compuesto orgánico, por lo que se trata de una oxidación incompleta y un proceso anaerobio. - Respiración celular. El aceptor final de electrones es una sustancia inorgánica. Si es el O2, se trata de una respiración aerobia que realizan la mayoría de los organismos; si es otro compuesto inorgánico (NO3-, SO42-, CO2), se trata de una respiración anaerobia, exclusiva de ciertos microorganismos. Los procesos catabólicos se pueden iniciar a partir de varios sustratos orgánicos, especialmente glúcidos, lípidos y proteínas. En cualquier caso, al final, las diferentes rutas metabólicas de la respiración celular confluyen en el ciclo de Krebs, y los electrones liberados en el proceso pasan a la cadena respiratoria para formar ATP por fosforilación oxidativa. Una variante a este esquema general es el desvío o la ruta alternativa de las fermentaciones.  El ciclo de Krebs Casi todos los compuestos orgánicos (azúcares y grasas especialmente) se descomponen hasta formar acetil-CoA: un grupo acetilo de dos carbonos, unidos a la coenzima A. El acetil-CoA ingresa ahora en una secuencia cíclica de reacciones químicas que se conocen con el nombre de ciclo de Krebs o ciclo del ácido cítrico. Este ciclo tiene lugar en la matriz mitocondrial y consiste en una secuencia de ocho reacciones consecutivas. En el conjunto de esas reacciones tienen lugar, básicamente, los siguientes acontecimientos: - Se liberan 2 moléculas de CO2, que se puede considerar que proceden del grupo acetilo del acetil-CoA, con lo cual se consigue una oxidación completa la materia orgánica. El CO2 será, por tanto, el producto residual último de la respiración aerobia. - Los electrones más los protones (hidrógeno), que pierde el grupo acetilo al oxidarse, van a parar, en cuatro fases, a transportadores de electrones, formándose 3 moléculas de NADH + H+ y una molécula de FADH2. El poder reductor de estas moléculas será transferido luego a través de la cadena respiratoria mitocondrial. - En un paso del ciclo tiene lugar una fosforilación a nivel de sustrato que origina una molécula de GTP (equivalente desde el punto de vista energético a un ATP) Esquema general del metabolismo En el conjunto del metabolismo destacan dos procesos antagónicos en sus productos iniciales y finales: la fotosíntesis y la respiración celular. En ambos procesos ocurren intercambios energéticos y tienen lugar fosforilaciones. También en ambos ocurren sendos ciclos de reacciones químicas trascendentales: en la fotosíntesis, el ciclo de Calvin, en el que se forma la primera materia orgánica; y en la respiración celular, el ciclo de Krebs, en el que se descompone finalmente la materia orgánica. Enlazando esos ciclos se encuentran tres intermediarios metabólicos básicos: gliceraldehído 3-fosfato, piruvato y acetil-CoA. Al final, en una célula que hipotéticamente pudiera realizar todos los procesos metabólicos (sería autótrofa) entra O2, CO2, H2O y luz; y sale O2, CO2, H2O y ATP. Elab. Roberto Carlos Hernandez Solalinde Ministerio de Educación, Cultura y Deporte. Año 2001. Bachillerato 2º >> Biología >> UD4: Los procesos metabólicos