METABOLÍSMO CELULAR

¿Te has preguntado alguna vez qué ocurre dentro de tus células? En el interior de las células de los seres vivos se producen un gran número de reacciones químicas muy complicadas. Todo este conjunto de procesos químicos se llama metabolismo. Mediante estos procesos, los organismos obtienen la energía necesaria para vivir.

Metabolismo, conjunto de reacciones químicas que tienen lugar dentro de las células de los organismos vivos, las cuales transforman energía, conservan su identidad y se reproducen. Todas las formas de vida, desde las algas unicelulares hasta los mamíferos, dependen de la realización simultánea de centenares de reacciones metabólicas reguladas con absoluta precisión, desde el nacimiento y la maduración hasta la muerte.

La célula se asemeja a una fábrica que produce y gasta gran variedad de sustancias. La célula es considerada una maquinaria viva, porque se autosustenta, gracias a su directa relación con el medio que la rodea. 

Podemos decir entonces, que no existiría metabolismo, si imagináramos a la célula como una unidad de vida aislada de su entorno.

Las células tienen una serie de enzimas o catalizadores específicos que se encargan de activar, controlar y terminar todas estas reacciones, cada una de las cuales está a su vez coordinada con muchas otras que se producen en todo el organismo.

Corriente de flujo se realiza en la membrana plasmática de la célula.

La membrana plasmática es una estructura superficial limitante que da individualidad a la célula separándola del medio o de otras unidades semejantes, pero también permiten a la célula se  comunique con su ambiente.

Las membranas plasmáticas de las células, están formadas por una bicapa fosfolipídica que ayuda a aislar a la célula de su entorno, lo que le permite mantener las diferencias en las concentraciones de los materiales que hay dentro y fuera, y que de tanta importancia para la vida.

Células de los seres vivos para poder subsistir  necesitan imperiosamente de una fuente energética.

Termodinámicamente, el flujo de sustancias desde el medio externo de la célula al citoplasma o viceversa puede realizarse a favor o en contra de un gradiente, ya sea de concentración, o electroquímico. Si el intercambio de sustancias se realiza a favor del gradiente, esto es, en el sentido de los potenciales decrecientes, el requerimiento de energía externo al sistema es nulo;

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Ejemplos:

-         Milenko, acaba de terminar de ver una película en el cine, para salir se une a la muchedumbre. Milenko es empujado y sin esfuerzo cruza la puerta.

Si, en cambio, el transporte se hace en contra del gradiente, se requiere el aporte de energía, energía metabólica en nuestro caso.

Ejemplos:

-         Milenko, al cruzar la puerta de salida del cine, se da cuenta que olvido su celular en el asiento en que estaba al mirar la película. Milenko debe ingresar inmediatamente, es el único que entra mientras que todos salen. Milenko necesitará energía para empujar en sentido contrario a la muchedumbre.

Una membrana semipermeable separa dos soluciones que difieren en la concentración de un mismo soluto. Si la membrana permite el paso de agua pero no el del soluto, sucede que el agua fluye hacia el compartimento más concentrado en soluto, a fin de establecer un equilibrio en el cual la energía del sistema sea mínima. Para que suceda este flujo, puesto que el agua se desplaza de un lugar muy concentrado a uno muy diluido en disolvente (en cuanto a soluto, se da la situación opuesta), y, por ello, lo hace a favor de gradiente, no se requiere un aporte de energía externo.

·        Potencial hídrico: energía  potencial del agua.

·        El agua se mueve de una zona de potencial hídrico grande a una zona de potencial hídrico menor.

·        Factores que determinan el potencial hídrico son:

o   Gravedad.

o   Presión

o   Concentración de solutos en una solución.

La gravedad

La presión

Por difusión

La célula es considerada una maquinaria viva, porque se autosustenta gracias a su directa relación con el medio que la rodea.

Existen procesos mediante los cuales tanto las células vegetales como las animales obtienen la energía ya sea directa o indirectamente.

Estos procesos de obtención y liberación de energía dos son los organelos que están íntimamente relacionados con esta actividad: Los cloroplastos y las mitocondrias.

-         LOS CLOROPLASTOS: Son de color verde debido a la presencia de clorofila, un pigmento que permite captar la energía de la luz para sintetizar hidratos de carbono, a partir de CO2 (dióxido de carbono) y H2O (agua), proceso conocido como Fotosíntesis. Sólo las células eucariontes vegetales poseen cloroplastos.

-         LAS MITOCONDRIAS: Son organelos alargados, rodeados por dos membranas. A diferencia de otros organelos, pueden dividirse gracias a la presencia de su propio material genético ADN mitocondrial. Las mitocondrias constituyen el centro donde se completa  la mayor parte de la “extracción” de la energía de los nutrientes que ingresan a la célula, en un proceso llamado respiración celular.

-         Los cloroplastos, tienen participación en la fotosíntesis y las mitocondrias, que por medio de la respiración obtienen la mayor cantidad de energía para las células animales y vegetales.

Constantemente el cuerpo humano es objeto de actividad química; incluso durante el sueño. En el interior de las células se modifican compuestos y sustancias como: lípidos, proteínas y carbohidratos, que son los “alimentos” indispensables para que las células obtengan la energía suficiente para hacer funcionar al organismo.

Este alimento ingresa a la célula a través de la membrana de la célula. Una vez que eso ocurre. Las mitocondrias se encargan de procesarlo, apoyadas por las enzimas.

Las enzimas tienen el rol de vigilar la cantidad de tiempo que demoran las células de consumir las materias primas y elaborar nuevos productos. Alas enzimas se les define como catalizadores responsables de estimular reacciones bioquímicas. Se dice que sin ellas la vida no sería posible, pues actúan contra la lentitud de las reacciones”.

Las enzimas aceleran el proceso. Se habla de respiración interna para calificar este movimiento de consumo energético y se le describe en dos etapas: Anabolismo y Catabolismo.

ANABOLISMO Y CATABOLISMO

Los dos grandes procesos metabólicos: anabolismo o fase biosintética y catabolismo o fase degradativa.

El anabolismo (se asemeja a construcción) “Todo está pedazos y después de una construcción quedan algo completo”.  Es un proceso metabólico de construcción, en los que se obtienen moléculas grandes a partir de otras más pequeñas

Se llama anabolismo, o metabolismo constructivo, al conjunto de las reacciones de síntesis necesarias para el crecimiento de nuevas células y el mantenimiento de todos los tejidos. Las reacciones anabólicas incluyen la biosíntesis enzimática de los ácidos nucleícos, los lípidos, los polisacáridos y las proteínas; todos estos procesos necesitan la energía química suministrada por el ATP.

En estos procesos anabólicos se consume energía. Los seres vivos utilizan estas reacciones para formar, por ejemplo, proteínas a partir de aminoácidos. Mediante los procesos anabólicos se crean las moléculas necesarias para formar nuevas células.

Ejemplo:

-         Milenko, necesitará energías para ordenar su dormitorio.

El catabolismo (se asemeja a catástrofe – destrucción) “Todo está completo y después de una catástrofe quedan sólo pedazos”.  Son procesos metabólicos de degradación, en los que las moléculas grandes, que proceden de los alimentos o de las propias reservas del organismo, se transforman en otras más pequeñas. Es un proceso continuo centrado en la producción de la energía necesaria para la realización de todas las actividades físicas externas e internas.

El catabolismo engloba también el mantenimiento de la temperatura corporal e implica la degradación de las moléculas químicas complejas (glúcidos, lípidos y proteínas) en sustancias más sencillas (ácido acético, amoníaco, ácido láctico, dióxido de carbono o urea), que constituyen los productos de desecho expulsados del cuerpo a través de los riñones, el intestino, los pulmones y la piel. En dicha degradación se libera energía química que es almacenada en forma de ATP hasta que es requerida por los diferentes procesos anabólicos.

En los procesos catabólicos se produce energía. Una parte de esta energía no es utilizada directamente por las células, sino que se almacena formando unas moléculas especiales. Estas moléculas contienen mucha energía y se utilizan cuando el organismo las necesita. En el catabolismo se produce.

Ejemplo:

- Milenko para desordenar y ensuciar su habitación no gasta energías, le sale natural y sin esfuerzo.

- 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.

Las reacciones anabólicas y catabólicas siguen lo que se llaman rutas metabólicas; ambos tipos de rutas se combinan unas con otras para producir compuestos finales específicos y esenciales para la vida. La bioquímica ha determinado la forma en que se entretejen algunas de estas rutas, pero muchos de los aspectos más complejos y ocultos se conocen sólo en parte. En esencia, las rutas anabólicas parten de compuestos químicos relativamente simples y difusos llamados intermediarios. Estas vías utilizan la energía que se obtiene en las reacciones catalizadas por enzimas y se orientan hacia la producción de compuestos finales específicos, en especial macromoléculas en forma de hidratos de carbono, proteínas y grasas. Valiéndose de otras secuencias enzimáticas y moviéndose en sentido contrario, las rutas catabólicas disgregan las macromoléculas complejas en compuestos químicos menores que se utilizan como bloques estructurales relativamente simples.

Cuando el anabolismo supera en actividad al catabolismo, el organismo crece o gana peso; si es el catabolismo el que supera al anabolismo, como ocurre en periodos de ayuno o enfermedad, el organismo pierde peso. Cuando ambos procesos están equilibrados, se dice que el organismo se encuentra en equilibrio dinámico.

Anabolismo y catabolismo

Las pautas de crecimiento y degradación de un organismo son consecuencia del equilibrio entre las fuerzas opuestas del anabolismo (síntesis) y el catabolismo (destrucción). Ambos procesos actúan durante toda la vida del organismo. Las primeras fases de la vida de una planta constituyen un periodo de crecimiento, caracterizado por el predominio de la actividad anabólica sobre la catabólica. Cuando anabolismo y catabolismo se igualan, la planta se estabiliza. Y cuando el catabolismo supera al anabolismo, se marchita y muere.

Los cloroplastos, que tuenen participación en la fotosíntesis y las mitocondrias, que por medio de la respiración obtienen la mayor cantidad de energía para células animales y vegetales.

La energía libre de los combustibles celulares se conserva como energía química en los enlaces fosfatos del trifosfato de adenina, ATP.

Esto puede difundir hacia lugares de la célula en que se necesita energía. La energía libre del ATP, se obtiene después mediante liberación y transferencia de un grupo fosfato a otras moléculas que adquieren un nivel de energía superior, aumentan su reactividad y pueden realizar un trabajo.


Cómo ya aprendimos que el metabolismo es el conjunto de reacciones y procesos físicos quíomicos que ocurren en una célula. Estos complejos procesos interrelacionados son la base de la vida a nivel molecular, y le permiten las diversas actividades de las células:
- crecer
- reproducirse
- mantener sus estructuras
- responder a estímulos
- etc..


El metabolismo como mencionamos anteriormente se divide en dos procesos conjugados: catabolismo y anabolismo.


Las reacciones catabólicas


 Las reacciones catabólicas liberan energía; un ejemplo es la glucólisis, un proceso de degradación de compuestos como la glucosa, cuya reacción resulta en la liberación de la energía retenida en sus enlaces químicos. Las reacciones anabólicas, en cambio, utilizan esta energía liberada para recomponer enlaces químicos y construir componentes de las células como lo son las proteínas y los ácidos nucleicos. El catabolismo y el anabolismo son procesos acoplados que hacen al metabolismo en conjunto, puesto que cada uno depende del otro.

La economía que la actividad celular impone sobre sus recursos obliga a organizar estrictamente las reacciones químicas del metabolismo en vías o rutas metabólicas, donde un compuesto químico (sustrato) es transformado en otro (producto), y este a su vez funciona como sustrato para generar otro producto, siguiendo una secuencia de reacciones bajo la intervención de diferentes enzimas (generalmente una para cada sustrato-reacción). Las enzimas son cruciales en el metabolismo porque agilizan las reacciones físico-químicas, pues hacen que posibles reacciones termodinámicas deseadas pero "desfavorables", mediante un acoplamiento, resulten en reacciones favorables. Las enzimas también se comportan como factores reguladores de las vías metabólicas, modificando su funcionalidad –y por ende, la actividad completa de la vía metabólica– en respuesta al ambiente y necesidades de la célula, o según señales de otras células.

El metabolismo de un organismo determina qué sustancias encontrará nutritivas y cuáles encontrará tóxicas. Por ejemplo, algunas procariotas utilizan sulfuro de hidrógeno como nutriente, pero este gas es venenoso para los animales.^] La velocidad del metabolismo, el rango metabólico, también influye en cuánto alimento va a requerir un organismo.

Una característica del metabolismo es la similitud de las rutas metabólicas básicas incluso entre especies muy diferentes. Por ejemplo: la secuencia de pasos químicos en una vía metabólica como el ciclo de Krebs es universal entre células vivientes tan diversas como la bacteria unicelular Escherichia coli y organismos pluricelulares como el elefante . Esta estructura metabólica compartida es muy probablemente el resultado de la alta eficiencia de estas rutas, y de su temprana aparición en la historia evolutiva.