METABOLISMO (NUTRICIÓN CELULAR)
CARACTERÍSTICAS DE LOS SERES VIVOS
Célula y ser vivo: Sistemas en los que gracias a un aporte constante de materia y energía, realizan un trabajo químico (y mecánico) que les permite mantener un equilibrio interno (homeostasis), relacionarse con el medio, crecer y reproducirse.
Sistemas abiertos: Entrada/salida de sustancias y energía.
Equilibrio dinámico: Homeostasis: mantenimiento de la tª, pH, presión osmótica.
Realizan trabajo: Síntesis de biomoléculas, movimientos, transporte activo, etc.
NUTRICIÓN Y METABOLISMO CELULAR
La nutrición es un proceso global de flujo y transformación de materia y energía en un organismo y en cada una de sus células
La nutrición se produce a dos niveles distintos: el organismo y la célula.
Ambos procesos son independientes hasta cierto punto, aunque se hallan relacionados gracias a sistemas de transporte como el aparato circulatorio de los animales o los haces vasculares de las plantas.
El tipo de nutrición de una célula cualquiera puede ser muy diferente al del organismo en su conjunto.
Relación entre nutrición y metabolismo celular
El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas, catalizadas por enzimas, que tienen lugar 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 tres funciones vitales: nutrición, relación y reproducción.
La materia que utilizan las células no solo se utiliza para crecer, sino también para desarrollarse o renovar la estructura propia de cada individuo. Por ejemplo, las personas renovamos casi todas nuestras células cada siete años.
Metabolismo celular
La energía obtenida por las células en el metabolismo se almacena en los enlaces químicos de las sustancias de reserva energética o se transforma en diversos tipos de energía.
Según los distintos organismos, se puede convertir en energía mecánica para moverse, en energía calorífica que mantiene la temperatura, en energía eléctrica necesaria para generar el impulso nervioso, en energía luminosa para emitir luz...
Las diferentes reacciones químicas del metabolismo se denominan vías o rutas metabólicas y las moléculas que intervienen en este proceso se denominan metabolitos.
Ruta metabólica: Glucólisis (1ª parte)
Por ejemplo, en la ruta metabólica que incluye la secuencia de reacciones:
A → B → C → D → E
A es el sustrato inicial, E es el producto final, y B, C, D son los metabolitos intermediarios de la ruta metabólica.
Las sustancias finales de una vía metabólica son los productos y las pequeñas vías o rutas metabólicas que enlazan entre si a las grandes rutas recibe el nombre de metabolismo intermediario.Así, una ruta metabólica o vía metabólica es una sucesión de reacciones químicas que conducen de un sustrato inicial a uno o varios productos finales, a través de una serie de metabolitos intermediarios y que se encuentran catalizadas por enzimas.
El metabolismo puede descomponerse en diferentes series de reacciones:
- Rutas catabólicas (mol. complejas -> sencillas, producen energía). Son rutas oxidativas en las que se libera energía y poder reductor y a la vez se sintetiza ATP.
Por ejemplo, la glucólisis y la beta-oxidación. En conjunto forman el catabolismo.
- Rutas anabólicas (sintetizan nuevas moleculas, consumen energía). Son rutas reductoras en las que se consume energía (ATP) y poder reductor (NADPH).
Por ejemplo, gluconeogénesis y el ciclo de Calvin. En conjunto forman el anabolismo.
- Rutas anfibólicas (participan de ambas. Procesos de intercambio de energía). Son rutas mixtas, catabólicas y anabólicas.
Por ejemplo, el ciclo de Krebs, que genera energía y poder reductor, y precursores para la biosíntesis.
Todas las reacciones del metabolismo están reguladas por unas moléculas, generalmente proteínas denominadas enzimas, que son específicas para cada metabolito inicial o sustrato y para cada tipo de transformación
ANABOLISMO Y CATABOLISMOComo vemos, algunas de estas rutas son antagónicas (síntesis y degradación), por ello, el metabolismo podemos dividirlo en diferentes series de reacciones:
AnabolismoSon aquellos procesos químicos que se producen en la célula y que tienen como finalidad la obtención de sustancias orgánicas complejas a partir de sustancias más simples.
En dichos procesos se consume energía.
Son procesos anabólicos, por ejemplo, la fotosíntesis, la síntesis de proteínas a partir de aminoácidos, o la replicación del ADN.
Catabolismo
Son procesos metabólicos de oxidación, en los que las biomoléculas grandes, que proceden de los alimentos o de las propias reservas del organismo, se transforman en otras más pequeñas.
En los procesos catabólicos se produce energía. Una parte de esta energía no es utilizada directamente por las células, sino que se almacena en unas moléculas especiales (ATP). Estas moléculas contienen mucha energía y se utilizan cuando el organismo las necesita.
En el catabolismo se produce, por ejemplo, la energía que tus células musculares utilizan para contraerse, la que se emplea para mantener la temperatura de tu cuerpo, o la que se consume en los procesos anabólicos.
Aunque anabolismo y catabolismo son dos procesos contrarios, los dos funcionan coordinada y armónicamente, y constituyen una unidad difícil de separar, ya que la energía obtenida en las reacciones del catabolismo se utiliza para realizar las reacciones del anabolismo.
UNA MOLÉCULA METABÓLICA ESPECIAL: ADENOSÍN TRIFOSFATO (ATP)En los procesos metabólicos que se dan en la célula, algunas reacciones son endergónicas: necesitan energía para producirse y en caso contrario no se producen. Otras son exergónicas: producen energía y si ésta no se emplea en realizar un trabajo físico o una reacción química se perderá en forma de calor.
El adenosín trifosfato, también llamado ATP, es uno de los nucleótidos-fosfato que actúan en el metabolismo como molécula energética.
Almacena y cede energía, gracias a sus dos enlaces éster-fosfóricos.
Cada uno de ellos es capaz de almacenar 7,3 kcal/mol.
Cuando se hidroliza, se rompe el último enlace éster-fosfórico por un proceso de desfosforilación y se produce adenosín-difosfato o ADP y una molécula de ácido fosfórico, o Pi, y energía.
El ADP también puede ser hidrolizado. Al romperse el otro enlace éster-fosfórico, se liberan otras 7,3 kcal/mol, y se produce adenosín monofosfato o AMP y una molécula de ácido fosfórico.
La síntesis o creación de ATP se puede realizar de dos formas distintas:
- Fosforilación a nivel de sustrato: gracias a la energía liberada de una biomolécula, al romperse alguno de sus enlaces ricos en energía.
La fosforilación a nivel de sustrato ocurre, por ejemplo, en la glucolisis y en el ciclo de Krebs
- Reacción enzimática con ATP-sintetasas (sintasas): estas enzimas sintetizan ATP cuando su membrana es atravesada por un flujo de protones.Esto ocurre en dos procesos:
En las crestas de las mitocondrias (partículas F0) (fosforilación oxidativa)
En los tilacoides de los cloroplastos (fotofosforilación oxidativa),
ATP-sintetasa
El ATP se considera la moneda energética de la célula, pues almacena energía de uso inmediato. En todas las reacciones metabólicas de biosíntesis de biomoléculas se utiliza energía en forma de ATP (también pueden utilizarse otros nucleótidos-fosfato como GTP)
Si la energía no se necesita inmediatamente, la célula utiliza otras biomoléculas que son capaces de almacenar mucha más energía por gramo:
- Almidón: se acumula en plastos y citosol de las células vegetales. Proporciona 4 kcal/g
- Glucógeno: se encuentran en el citosol de las células de los músculos y del hígado de los mamíferos. Proporciona 4 kcal/g
- Triglicéridos: se acumulan en el citosol de las células del tejido adiposo. Proporciona 9 kcal/g
TIPOS DE METABOLISMO
Los organismos no se diferencian en la manera de procurarse compuestos inorgánicos del medio, todos los obtienen de una manera directa (agua, sales). En cambio, si se van a diferenciar en cómo van a obtener las sustancias orgánicas, es decir, cual es su fuente de carbono y de donde obtienen su energía.
Fuente de carbonoCiertos organismos lo obtienen a partir de sustancias inorgánicas, a partir de CO2 (NO3-, PO4-3, etc). A estos organismos se les llama autótrofos.
Otros son incapaces de elaborar los compuestos orgánicos a partir de compuestos inorgánicos y deben obtenerlos del medio, son los organismos heterótrofos.
Fuente de energíaPero los organismos además de materiales, necesitan también energía.
Esta puede ser obtenida de la luz o a partir de la oxidación de sustancias químicas, tanto orgánicas como inorgánicas.
Los organismos autótrofos, la pueden obtener a partir de la luz del Sol (plantas verdes u otros organismos que posean clorofila), por lo que son llamados fotosintetizadores o fototróficos;
Otros la obtienen a partir de la oxidación de sustancias inorgánicas (bacterias sulfurosas, férricas, nitrificantes, etc.); estos últimos reciben el nombre de quimiosintetizadores o quimiotróficos.
Combinando la forma de obtener materiales y la de obtener energía, tendremos cuatro tipos básicos de metabolismo:
Fotolitotrofos o fotoautótrofos
Obtienen la energía de la luz, y los materiales a partir de sustancias inorgánicas.
Todos los organismos autótrofos fotosintetizadores utilizan la luz solar como fuente de energía gracias a la clorofila, pigmento que absorbe y convierte una parte determinada del espectro de la energía luminosa de la luz solar en energía química.
Se les llama también fotoautotrofos o fotosintéticos.
Ejemplo: las plantas verdes o las algas.
Son fotoautótrofos o fotolitotrofos las plantas, las algas acuáticas y las cianobacterias
Obtienen la energía de la luz y los materiales de sustancias orgánicas.
Este raro tipo de nutrición sólo es propio de ciertas bacterias como las bacterias purpúreas (bacterias púrpuras fotosintéticas).
Bacterias púrpuras fotosintéticas
Obtienen la energía de procesos químicos y los materiales a partir de sustancias inorgánicas.
El grupo de los organismos autótrofos quimiosintetizadores, poco abundante, emplea la energía liberada por la oxidación de determinadas sustancias inorgánicas, entre las que se encuentran los compuestos de azufre, hierro, nitrógeno, y también el oxígeno.
La energía obtenida de estas transformaciones químicas la utilizan igualmente para sintetizar compuestos orgánicos, a partir del CO2 y el agua que obtienen del medio en que viven.
Se les denomina también quimiosintéticos.
Ejemplos: las bacterias férricas, las bacterias incoloras del azufre, las bacterias nitrificantes y nitrosificantes, y las bacterias del hidrógeno.
Bacteria incolora del azufre
Bacteria nitrificante (Nitrosomonas)
Obtienen la energía y los materiales a partir de sustancias orgánicas.
La supervivencia de los heterótrofos depende completamente de la existencia de los autótrofos. Se les llama también quimioheterotrofos.
Ejemplo: los animales, los hongos, protozoos y la mayoría de las bacterias (heterótrofas)
Animales
Hongos y mohos
Bacterias heterótrofas
