CICLO CELULAR Y METABOLISMO

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. Las células tienen una serie de enzimas o catalizadores que se encargan de activar, controlar y terminar todas estas reacciones, cada una está coordinada con otras que se producen en el organismo.
Hay dos grandes procesos metabólicos:
ANABOLISMO: fase biosintética o metabolismo constructivo, Es el 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.
CATABOLISMO: fase degradativa. El catabolismo es un proceso centrado en la producción de 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.
Las reacciones anabólicas y catabólicas siguen rutas metabólicas; ambos tipos de rutas se combinan para producir compuestos finales específicos y esenciales para la vida. 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, 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, decimos que el organismo se encuentra en equilibrio dinámico.
FUENTES DE ENERGÍA METABÓLICA:
Para cumplir las dos primeras leyes de la termodinámica, el organismo vivo no puede ni crear ni destruir energía, sólo transformarla de unas formas en otras. Así, la clorofila vegetal, captura la energía de la luz solar y la utiliza para alimentar la síntesis de células vegetales vivas a partir de sustancias inorgánicas como dióxido de carbono, agua y amoníaco. Esta energía, en forma de productos de alto contenido energético (hidratos de carbono, grasas y proteínas) es ingerida por los animales herbívoros y por los carnívoros secundarios, para los que constituye la única fuente energética y de compuestos químicos para la construcción de células.
Todos los organismos vivos obtienen la energía del Sol. Cuando se reproduce, cada uno —sea una planta verde, un herbívoro o un carnívoro— transmite ciertas instrucciones genéticas sobre la forma de interceptar, transformar y liberar la energía al medio ambiente durante su ciclo vital. El metabolismo abarca los procesos por medio de los cuales las células interceptan químicamente y distribuyen la energía que de forma constante pasa por su organismo. Las células devuelven la energía libre en forma de calor.
ALIMENTACIÓN Y ENERGÍA
Todos los organismos dependen de la energía contenida en los alimentos para vivir. Las plantas sintetizan hidratos de carbono, grasas y proteínas durante los periodos en que reciben luz solar, y almacenan estos compuestos para utilizarlos cuando el crecimiento les obliga a consumir grandes cantidades de energía.
La energía que contienen los alimentos se expresa en calorías o julios; en el metabolismo energético, la unidad utilizada es la kilocaloría, que es la cantidad de energía necesaria para elevar en 1 ºC la temperatura de 1 kg de agua. Los hidratos de carbono tienen un contenido medio de 4,1 kilocalorías (17 kilojulios) por gramo; las proteínas de 4,2 kilocalorías (17,5 kilojulios), y las grasas de 9,3 kilocalorías (39 kilojulios).
Los organismos recurren a unos u otros tipos de alimentos para satisfacer necesidades especiales. El zorro ártico, depende casi únicamente de las grasas, ligeras y de elevado rendimiento energético. Las semillas, que deben pesar poco y, almacenar grandes cantidades de energía, contienen casi siempre un elevado porcentaje de grasas y aceites. Por el contrario, los árboles cuentan con abundante espacio de almacenamiento en las raíces, y utilizan casi exclusivamente hidratos de carbono en forma de sacarosa.
Una característica exclusiva de los organismos vivos es la capacidad para consumir los propios tejidos una vez agotadas todas las demás fuentes de energía; otra es que, en lugar de liberar la energía de manera radical utilizando compuestos de combustión rápida, la liberan paso a paso a lo largo de cadenas de reacciones químicas. La energía que desprende una reacción sirve para iniciar otra, de modo que se libera poco a poco a costa de una fatiga celular mínima.
Las reacciones químicas en los tejidos, sujetos tanto a degradación catabólica como a nueva síntesis anabólica, son exergónicas o endergónicas. Las exergónicas, propias del catabolismo, liberan energía a partir del sistema de sustancias en reacción; las endergónicas, que ocurren durante el anabolismo, necesitan tomar energía del exterior. Cuando las sustancias que intervienen en una reacción endergónica han absorbido energía, pueden iniciar una reacción exergónica. Las reacciones oxidativas desencadenan reacciones endergónicas dentro de las células.
El metabolismo es un conjunto de innumerables reacciones que desprenden o absorben energía, conectadas unas a otras en una red intracelular de interrelaciones.
La energía química se intercambia en todas las células vivas por medio de trifosfato de adenosina o ATP, un compuesto que tiene enlaces fosfato ricos en energía. Las plantas utilizan ATP para transferir energía química desde las fuentes fotosintéticas. Al transferir energía a otras moléculas, el ATP pierde uno o dos de sus grupos fosfato, y se transforma en difosfato de adenosina (ADP) o monofosfato de adenosina (AMP). Las plantas transforman estos dos compuestos de nuevo en ATP a costa de la energía química generada en las células fotosintéticas a partir de energía solar, mientras que los animales utilizan la energía química producida en las células heterotróficas.
REGULACIÓN
Las enzimas reguladoras o limitadoras de velocidad son elementos primordiales de estas reacciones. Cada una de estas moléculas enzimáticas, tiene un punto específico o activo que encaja en el sustrato o compuesto sobre el cual actúa la enzima y se forma un producto. La precisión con que las enzimas limitadoras de la velocidad y los sustratos se acoplan para iniciar reacciones impide que las reacciones se produzcan de forma indiscriminada dentro de las células, donde fluyen compuestos químicos muy diversos. Cantidades mínimas de una enzima de este tipo pueden inducir cambios profundos en el metabolismo celular.
El metabolismo, está también regulado por el sistema nervioso, el páncreas, la glándula pituitaria y las glándulas suprarrenales. Las hormonas que se vierten en el torrente sanguíneo, alcanzan los tejidos diana y en muchos casos modifican la permeabilidad de las membranas celulares; alterando las cantidades de sustancias que entran en las células y salen de ellas. Las hormonas, que también afectan al metabolismo vegetal, cambian las rutas metabólicas, para ello modifican los puntos catalíticos de las enzimas limitantes de la velocidad.
METABOLISMO DE LOS ALIMENTOS
Aunque los tres tipos principales de alimentos —proteínas, hidratos de carbono y grasas— tienen distintas composiciones químicas y siguen rutas bioquímicas independientes, en cierta fase de las reacciones metabólicas todos ellos forman compuestos de carbono. Estos compuestos siguen la misma pauta de reacciones oxidativas que terminan por rendir dióxido de carbono y agua, que se excretan del organismo. Cada etapa está formada por varias reacciones bioquímicas muy complejas y convergentes.
• PROTEINAS
Las proteínas poseen gran variedad de funciones:
*actúan como vehículos de transporte, como catalizadores, como elementos estructurales, en los sistemas contráctiles y como elementos nutritivos de reserva.
Las proteínas compuestas por una o varias cadenas polipeptídicas, se absorben en el aparato digestivo y se descomponen por hidrólisis en veinte aminoácidos esenciales, necesarios para el anabolismo celular. Los aminoácidos pueden experimentar nuevas alteraciones químicas que los transforman en compuestos de secreción interna, como hormonas, enzimas digestivas y elementos de protección (anticuerpos).
Los aminoácidos que no hacen falta para reponer las células y fluidos orgánicos se catabolizan en dos pasos:
*La desaminación oxidativa, que consiste en la separación de la porción de la molécula que contiene nitrógeno, se combina con carbono y oxígeno para formar urea, amoníaco y ácido úrico, que son los productos nitrogenados del metabolismo proteico.
*Los aminoácidos experimentan nuevas degradaciones químicas y forman nuevos compuestos que a su vez son catabolizados en rutas bioquímicas a las que se unen compuestos similares derivados del catabolismo de hidratos de carbono y grasas. Los productos finales de estas porciones proteicas son dióxido de carbono y agua.
• HIDRATOS DE CARBONO
Los hidratos de carbono se absorben en el aparato digestivo en forma de azúcares, en especial glucosa, el principal combustible de la mayoría de los organismos vivos. Ésta se mantiene en la sangre a concentración constante y se cataboliza con facilidad para satisfacer las necesidades energéticas del organismo. En este proceso, la molécula de glucosa se descompone en compuestos de carbono que se oxidan a dióxido de carbono y agua, y se excretan. La glucosa que no se utiliza para la producción de energía se almacena en forma de glucógeno en el hígado y los músculos. Cuando estas reservas se colman, la glucosa se convierte en grasa y se deposita en el tejido adiposo. Las plantas también son capaces de almacenar glucosa pero en forma de polímeros, almidón y celulosa.
• GRASAS
En la digestión, las grasas se descomponen en glicerina y ácidos grasos. Éstos se transforman mediante síntesis en triglicéridos, compuestos de colesterol y fosfolípidos, que son grasas combinadas con fósforo que circulan en la sangre. Las grasas pueden sintetizarse en las estructuras del organismo o almacenarse en el tejido adiposo en grandes células especializadas en el almacenamiento de grasa (adipocitos), de las que se toman cuando es necesario. En las fibras del músculo cardiaco se encuentran también pequeñas gotas de grasa que son utilizadas como fuente energética al transformarse en ácidos grasos. Como la glucosa, su catabolismo da lugar a compuestos carbonados que se descomponen en dióxido de carbono y agua.
• VITAMINAS
Las vitaminas son compuestos orgánicos esenciales para estimular el metabolismo de aminoácidos, hidratos de carbono y grasas en los organismos vivientes. Algunos de estos organismos, sintetizan vitaminas, a menudo en cantidades superiores a las que necesitan, ej: plantas verdes.
ERRORES METABÓLICOS CONGÉNITOS
Si una enzima falta del organismo a consecuencia de algún defecto hereditario, queda bloqueada la transformación química que debería regular. En consecuencia, hay productos celulares que dejan de sintetizarse o catabolizarse, de modo que se acumula una cantidad excesiva de otro producto metabólico que lesiona los tejidos, o impide que ciertos materiales intracelulares atraviesen la membrana celular.
El efecto de ciertos errores metabólicos se manifiesta en la primera infancia, otros sólo se observan en la madurez. Algunos de estos pueden ser mortales, otros no parecen ejercer ningún efecto nocivo, la enfermedad llamada fenilcetonuria se debe a un error en el metabolismo de los aminoácidos; afecta a los lactantes y determina el bloqueo del metabolismo del aminoácido fenilalanina; los productos metabólicos acumulados pueden causar un retraso en el desarrollo cerebral normal.
La galactosemia es un error del metabolismo de los hidratos de carbono que consiste en la ausencia de la enzima necesaria para que la galactosa se transforme en glucosa; la incapacidad para metabolizar los azúcares de la leche determina la acumulación de galactosa en la sangre, lo que puede lesionar el cerebro y el hígado, y la formación de cataratas y el retraso mental.
BIBLIOGRAFÍA:
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Gil Martínez, Francisco. Elementos de fisiología vegetal: metabolismo. Madrid: ed. Mundi-prensa, 1995.
Meléndez-Hevia, Enrique, La evolución del metabolismo: hacia la simplicidad. Madrid: EUDEMA, 1993.
es.wikipedia.org, la enciclopedia libre/GOOGLE.