Metabolismo, anabolismo y catabolismo
Almuerzas porotos con riendas o una empanada de pino y, unas horas después, esa comida es energía para caminar al liceo y materia para reparar tus músculos. Cada segundo, en cada una de tus células, ocurren miles de reacciones químicas: unas rompen moléculas y liberan energía, otras la gastan para construir lo que te mantiene con vida. ¿Cómo se coordina todo eso sin que la célula se "queme"? Lo resolveremos al final de la página.
Metabolismo: catabolismo y anabolismo
Un trozo de pan expuesto al aire puede tardar meses en degradarse, pero en tu cuerpo se descompone en glucosa en pocas horas y sus fragmentos sirven para reconstruir tus tejidos. La célula logra degradar y construir moléculas rápido y de forma ordenada.
El metabolismo tiene dos caras opuestas y complementarias.
Autótrofos y heterótrofos
Los organismos se distinguen por de dónde obtienen el carbono y la energía para su anabolismo.
| Tipo | Fuente de carbono | Fuente de energía | Ejemplos |
|---|---|---|---|
| Autótrofo fotosintético | $\mathrm{CO_2}$ | Luz | Araucaria, maíz, algas |
| Autótrofo quimiosintético | $\mathrm{CO_2}$ | Reacciones químicas de compuestos inorgánicos | Bacterias de fuentes hidrotermales o bacterias de la biolixiviación en la minería del cobre |
| Heterótrofo | Moléculas orgánicas ya hechas | Degradar esas moléculas | Puma, loica, hongos, tú |
El poder reductor: NADH y NADPH
Además de ATP, muchas reacciones usan coenzimas que transportan electrones. El NADH se forma en el catabolismo (por ejemplo, en la respiración) y entrega sus electrones a la cadena transportadora para producir ATP. El NADPH es una coenzima parecida, pero se usa como poder reductor del anabolismo: aporta los electrones y el hidrógeno que necesitan las síntesis (como la de lípidos o la fase de Calvin de la fotosíntesis) para reducir moléculas y construir otras más ricas en energía.
Define metabolismo y explica la diferencia entre anabolismo y catabolismo, poniendo un ejemplo de proceso de cada tipo.
Define metabolismo y explica la diferencia entre anabolismo y catabolismo, poniendo un ejemplo de proceso de cada tipo.
Clasifica los siguientes procesos en anabólicos o catabólicos y justifica brevemente tu elección: la síntesis de proteínas, la respiración celular, la fotosíntesis y la…
Clasifica los siguientes procesos en anabólicos o catabólicos y justifica brevemente tu elección: la síntesis de proteínas, la respiración celular, la fotosíntesis y la digestión de los alimentos.
Distingue entre organismos autótrofos y heterótrofos desde el punto de vista metabólico (fuente de carbono y de energía) y pon un ejemplo de cada tipo.
Distingue entre organismos autótrofos y heterótrofos desde el punto de vista metabólico (fuente de carbono y de energía) y pon un ejemplo de cada tipo.
Las reacciones anabólicas necesitan, además de ATP, poder reductor en forma de NADPH. Explica qué aporta el NADPH a las síntesis y en qué se diferencia su función de la…
Las reacciones anabólicas necesitan, además de ATP, poder reductor en forma de NADPH. Explica qué aporta el NADPH a las síntesis y en qué se diferencia su función de la del NADH en el metabolismo.
El ATP: la moneda energética de la célula
$$\text{ATP} + \text{H}_2\text{O} \longrightarrow \text{ADP} + \text{P}_i + \text{energía}$$¿Por qué libera tanta energía? Los tres fosfatos tienen carga negativa y se repelen entre sí; separar el último alivia esa repulsión. Además, los productos (ADP y $\mathrm{P_i}$) son más estables, porque se estabilizan por resonancia y por su interacción con el agua. Ojo: romper el enlace cuesta energía; lo que libera energía es la reacción completa, con productos más estables.
Qué procesos usan ATP, quimiosmosis y oxígeno
La hidrólisis del ATP alimenta la contracción muscular (la miosina cambia de forma y tira de la actina), el transporte activo (la bomba Na⁺/K⁺ mueve iones contra su gradiente), las síntesis de moléculas y la transmisión del impulso nervioso. En cambio, la glucólisis, aunque parte con una inversión de ATP, libera más del que consume.
La quimiosmosis es el uso de un gradiente de protones (H⁺) a través de una membrana: los H⁺ regresan por la ATP sintasa y esa energía fosforila el ADP. Ocurre en la membrana interna de la mitocondria en los heterótrofos (y en la membrana de las bacterias) y en la membrana del tilacoide del cloroplasto en los organismos fotosintéticos.
El oxígeno solo se necesita al final de la respiración aeróbica, como aceptor final de electrones. La glucólisis y la fermentación producen ATP sin oxígeno. Por eso en un ejercicio intenso el consumo de O₂ se multiplica: sube la demanda de ATP que produce la cadena transportadora.
¿Qué es el ATP y por qué se le conoce como la «moneda energética» de la célula? Indica qué ocurre cuando se hidroliza a ADP.
¿Qué es el ATP y por qué se le conoce como la «moneda energética» de la célula? Indica qué ocurre cuando se hidroliza a ADP.
Pon dos ejemplos de procesos de la vida diaria que dependan de la energía liberada al hidrolizar ATP (contracción muscular, transporte activo, síntesis de moléculas,…
Pon dos ejemplos de procesos de la vida diaria que dependan de la energía liberada al hidrolizar ATP (contracción muscular, transporte activo, síntesis de moléculas, transmisión del impulso nervioso) y explica brevemente uno de ellos.
Clasifica las siguientes actividades de una célula muscular según consuman o liberen ATP, justificando cada caso: la contracción, la síntesis de glucógeno, la…
Clasifica las siguientes actividades de una célula muscular según consuman o liberen ATP, justificando cada caso: la contracción, la síntesis de glucógeno, la degradación de la glucosa en la glucólisis y el transporte activo de iones a través de la membrana.
Enzimas y rutas metabólicas
A temperatura ambiente (20 °C), un terrón de azúcar tarda años en reaccionar con el oxígeno para formar $\mathrm{CO_2}$ y agua, pero tus células hacen esa misma combustión rápidamente a 37 °C sin quemar los tejidos. ¿Qué barrera frena la reacción y cómo la salvan los seres vivos?
La célula no necesita todas sus rutas a la misma velocidad todo el tiempo, así que las enzimas se pueden activar o inhibir: así encendemos una ruta y apagamos la contraria según lo que el cuerpo necesite.
Rutas metabólicas
Las transformaciones no ocurren en un solo salto, sino en rutas: cadenas de reacciones donde cada paso lo cataliza una enzima y el producto de uno es el sustrato del siguiente.
¿Por qué en tantos pasos? Repartir la transformación en muchas reacciones pequeñas libera la energía en dosis manejables (sin calor excesivo que dañe la célula), permite capturar parte en ATP, deja regular cada paso con su enzima y genera intermediarios que sirven para otras rutas.
¿Qué es una enzima y por qué se dice que las reacciones del metabolismo son reacciones catalizadas? Indica qué le ocurre a la enzima al finalizar la reacción.
¿Qué es una enzima y por qué se dice que las reacciones del metabolismo son reacciones catalizadas? Indica qué le ocurre a la enzima al finalizar la reacción.
¿Qué es la energía de activación de una reacción? Explica cómo logran las enzimas que las reacciones metabólicas ocurran con rapidez a la temperatura del cuerpo humano.
¿Qué es la energía de activación de una reacción? Explica cómo logran las enzimas que las reacciones metabólicas ocurran con rapidez a la temperatura del cuerpo humano.
Las transformaciones metabólicas ocurren en rutas formadas por muchas reacciones encadenadas, cada una catalizada por una enzima. Explica qué es una ruta metabólica y…
Las transformaciones metabólicas ocurren en rutas formadas por muchas reacciones encadenadas, cada una catalizada por una enzima. Explica qué es una ruta metabólica y qué ventajas ofrece dividir una transformación en numerosos pasos.
Energía y acoplamiento: cómo se cierra el ciclo
Las reacciones exergónicas liberan energía libre ($\Delta G < 0$) y ocurren espontáneamente; las endergónicas la requieren ($\Delta G > 0$). Construir macromoléculas es endergónico. ¿Viola eso las leyes de la física?
Además, los seres vivos son sistemas abiertos: toman materia y energía del entorno y liberan calor y residuos. Mantienen su orden interno aumentando el desorden del entorno, así que la entropía total del universo aumenta.
Explica por qué se dice que los seres vivos son sistemas abiertos desde el punto de vista del intercambio de materia y energía, y qué diferencia hay en este aspecto con…
Explica por qué se dice que los seres vivos son sistemas abiertos desde el punto de vista del intercambio de materia y energía, y qué diferencia hay en este aspecto con una máquina aislada.
Observa el esquema del intercambio de materia y energía en el metabolismo. Indica qué proceso (anabolismo o catabolismo) representan A y B, qué molécula se señala con ?…
Observa el esquema del intercambio de materia y energía en el metabolismo. Indica qué proceso (anabolismo o catabolismo) representan A y B, qué molécula se señala con ? y explica, con un ejemplo, cómo la energía liberada por un proceso alimenta al otro.
Vuelve al principio: la célula no se "quema" porque degrada la comida por rutas de muchos pasos catalizados por enzimas, guarda la energía en ATP y la gasta en dosis acopladas a la construcción de moléculas.
Resumen
Un veneno bloquea la hidrólisis del ATP sin impedir su síntesis. Predice, razonándolo, qué ocurrirá con la concentración celular de ATP, con el anabolismo, con el…
Un veneno bloquea la hidrólisis del ATP sin impedir su síntesis. Predice, razonándolo, qué ocurrirá con la concentración celular de ATP, con el anabolismo, con el catabolismo y con los trabajos celulares, y explica por qué la célula acabará muriendo aunque esté «llena» de ATP.
Un ser humano adulto de 70 kg posee en cualquier instante una masa total constante de apenas unos 50 g de ATP. Sin embargo, su actividad basal y cotidiana exige…
Un ser humano adulto de 70 kg posee en cualquier instante una masa total constante de apenas unos 50 g de ATP. Sin embargo, su actividad basal y cotidiana exige hidrolizar y resintetizar aproximadamente 50 kg de ATP cada 24 horas.
- a) Calcula cuántas veces al día se recicla en promedio cada molécula de ATP en este individuo y deduce el tiempo medio (en segundos o minutos) que transcurre entre la síntesis de una molécula de ATP y su posterior hidrólisis.
- b) Si nuestro organismo no pudiera reciclar el ADP y tuviera que almacenar de antemano como ATP libre los 50 kg requeridos para la jornada, justifica las consecuencias insalvables que esto provocaría sobre el volumen celular y la presión osmótica de las células. Razona por qué las grasas neutras (triacilgliceroles) y los polisacáridos son macromoléculas fisiológicamente idóneas como depósitos energéticos a largo plazo frente al ATP.