Metabolismo celular: anabolismo y catabolismo
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TEMA 8. El catabolismo    Tema 8: El metabolismo: (El catabolismo)
METABOLISMO CELULAR: ANABOLISMO Y CATABOLISMO
El metabolismo celular comprende todas las transformaciones químicas que ocurren en las células para satisfacer sus necesidades de materia y energía, de manera que constituye una parte fundamental de la función de NUTRICIÓN de los seres vivos.
Conjunto de procesos de intercambio de materia y energía entre la célula y su entorno.
El metabolismo requiere unas condiciones para poderse realizar:
2. ASPECTOS ENERGÉTICOS. La bioenergética es una parte de la fisiología que estudia las transformaciones de la energía en los seres vivos. Las células cuentan con mecanismos muy eficaces para recoger la energía luminosa del sol, o para extraerla de sustancias oxidables (reducidas), y, en ambos casos, utilizan esa energía para llevar a cabo todos los procesos que realizan. Todas las reacciones biológicas implican algún cambio en la energía disponible por parte de la célula, y en todos los casos se siguen las leyes físicas referentes a las transformaciones energéticas. En toda actividad celular una parte de la energía empleada se pierde en forma de calor, lo que aumenta la entropía del medio que rodea a la célula. En todas las transformaciones que realizan las células es imprescindible la contribución de los enzimas. Los enzimas de una célula suelen actuar en cadena constituyendo una ruta metabólica utilizando unas, como sustrato, los productos obtenidos por otras en pasos anteriores. En cualquier transformación química, solo una parte de la energía implicada en el sistema es útil para producir trabajo; es la llamada energía libre. Otra fracción se pierde en forma de calor, luz, etc. aumentando la entropía del entorno. Las reacciones bioquímicas en las que se desprende energía se llaman exergónicas (son exotérmicas) y aquellas que necesitan de un aporte energético para que se puedan realizar se denominan endergónicas (son endotérmicas). Ambos tipos de reacciones se realizan acopladas, así, la energía desprendida en las exergónicas es utilizada en las endergónicas, para sintetizar nuevas moléculas o para mantener la temperatura corporal, por ejemplo. En las reacciones bioquímicas la energía almacenada en unos enlaces se transfiere a otros recién formados en moléculas diferentes; en estas reacciones los electrones pasan de un nivel energético a otro de mayor o menor energía. Con frecuencia, los electrones pasan de un átomo a otro o de una molécula a otra: son reacciones de óxido-reducción. Una oxidación es la pérdida de algún electrón. Una reducción es la ganancia de algún electrón. También se puede decir que las sustancias se oxidan al ganar oxígeno o al perder hidrógeno, ya que en ambos casos se da una pérdida de electrones. Oxidación y reducción son procesos simultáneos: un compuesto se oxida porque otro se reduce. Las reacciones redox pueden afectar a un electrón en solitario pero frecuentemente este electrón va asociado a un protón formando un átomo de hidrógeno: en este caso la oxidación implica la pérdida de átomos de H y la reducción la ganancia de átomos de H. Ejemplo: La respiración celular aerobia: C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 686 kcal /mol (Combustión directa) La glucosa se oxida, perdiendo átomos de H que son captados por el oxígeno: los e- pasan a un nivel energético más bajo y en la reacción se libera energía. Existe una relación entre el grado de oxidación de un compuesto orgánico y su contenido energético, cuanto más reducido está un compuesto, mayor cantidad de energía contiene y cuanto más oxidado, menos energía contiene. 3. CATABOLISMO Y ANABOLISMO En el metabolismo celular hay que distinguir dos aspectos del mismo proceso: CATABOLISMO: es el conjunto de reacciones de degradación de moléculas orgánicas complejas con la finalidad de obtenerlos siguientes recursos:
Entre los seres vivos, unos viven en ambientes con O2 y lo utilizan: ese ambiente y su metabolismo se califica como aerobio. En su catabolismo se puede producir la transferencia de electrones al O2 desde las moléculas que les suministran la energía (metabolismo aerobio). Otros seres vivos viven en ambientes sin O2 o con escasez de éste: es un medio anaerobio, lo que les obliga a prescindir del O2 (metabolismo anaerobio) siendo este, en algunos casos, letal (anaerobios obligados). ANABOLISMO: Es el conjunto de procesos bioquímicos de formación de sustancias orgánicas complejas (polisacáridos, proteínas, fosfolípidos, etc.), utilizando otras más sencillas presentes en la célula. Las reacciones catabólicas son convergentes, es decir, de moléculas muy diferentes se obtienen unas pocas sustancias sencillas como ácido láctico, urea, CO2, etc. En cambio, las reacciones anabólicas son divergentes, es decir, con unas pocas sustancias se pueden formar muchas diferentes y complejas. En el catabolismo los procesos globales son exergónicos, al margen de que algunas reacciones de las rutas catabólicas sean endergónicas (las menos). Con el anabolismo ocurre al contrario (procesos endergónicos). Entre los procesos metabólicos destacan la fotosíntesis y quimiosíntesis como procesos anabólicos, y respiración y fermentación como procesos catabólicos. Conviene recordar que existen muchos ejemplos de procesos de ambos tipos en células animales y vegetales: en animales podemos indicar como procesos anabólicos la replicación del ADN, la transcripción o la traducción de proteínas, así como la biosíntesis de ácidos grasos, glucosa (gluconeogénesis), glucógeno (glucogenogénesis), etc. Por ultimo conviene resaltar la simultaneidad y la sincronización con que se producen los procesos catabólicos y anabólicos dadas las múltiples conexiones que presentan las rutas de ambos tipos y las necesidades de las células (ej. Una célula sintetiza glucosa y almidón en los cloroplastos al mismo tiempo que lo consume en las mitocondrias) así como el hecho de que la evolución haya conservado en la inmensa mayoría de los organismos, las llamadas rutas centrales del metabolismo y que en términos generales responden al esquema siguiente, resultando las rutas anabólicas, inversas a las catabólicas. ( ¡ojo!, Apartado fundamental) Rutas centrales:   Figura 2 Figura 1 Participación de metabolitos intermediarios (Catab.-anab.). Ver figura 2 superior:
Para la biosíntesis Fuente indirecta de energía
Aunque son muchas las biomoléculas que contienen energía en sus enlaces, es el ATP (adenosín trifosfato) la molécula que interviene en la mayoría de las transacciones de energía, es la moneda universal de intercambio energético Al romperse los enlaces fosfato se libera la energía almacenada en ellos (7,3 kcal/mol) y para volver a formarse se requiere el mismo aporte energético. En la mayoría de las reacciones celulares el ATP se hidroliza a ADP, rompiéndose un solo enlace y quedando un fosfato libre, que se transfiere a otra molécula de ATP en lo que se conoce como fosforilación, en otros procesos. El sistema ATP / ADP es el sistema universal de intercambio energético en las células. Otros intermediarios son las conocidas moléculas con poder reductor, coenzimas reducidos que conectados a una cadena de transporte liberan la energía química que almacenan para la síntesis indirecta de ATP, por fosforilación oxidativa, o constituyen un fuente de protones y electrones. Ambos papeles permiten los procesos biosintéticos que forman parte del anabolismo.
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