Metabolismo, anabolismo y catabolismo
Desayunas pan amasado con palta 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 | Palto, trigo, algas |
| Autótrofo quimiosintético | $\mathrm{CO_2}$ | Reacciones químicas de compuestos inorgánicos | Bacterias de fuentes hidrotermales |
| Heterótrofo | Moléculas orgánicas ya hechas | Degradar esas moléculas | Puma, huemul, hongos, tú |
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.
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 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.
Describe la composición química de la molécula de ATP (base nitrogenada, azúcar y grupos fosfato) e indica qué enlace se rompe cuando se hidroliza a ADP y por qué se…
Describe la composición química de la molécula de ATP (base nitrogenada, azúcar y grupos fosfato) e indica qué enlace se rompe cuando se hidroliza a ADP y por qué se dice que ese enlace es rico en energía.
¿Por qué la fuente inmediata de energía de la célula es el ATP y no la glucosa? Razona la respuesta comparando cómo se libera la energía en cada caso (en pequeñas dosis…
¿Por qué la fuente inmediata de energía de la célula es el ATP y no la glucosa? Razona la respuesta comparando cómo se libera la energía en cada caso (en pequeñas dosis aprovechables frente a la combustión rápida y descontrolada que supondría liberar de golpe toda la energía de la glucosa).
El ATP en acción
Al subir el cerro San Cristóbal a pie, tus piernas se contraen una y otra vez y respiras más rápido. ¿Qué gasta la energía, y por qué de pronto necesitas más oxígeno?
La hidrólisis del ATP alimenta el trabajo celular: la contracción muscular, el transporte activo de iones a través de la membrana, la transmisión del impulso nervioso y la síntesis de moléculas. Todos esos procesos consumen ATP.
El ATP se vuelve a fabricar en el catabolismo, que produce ATP. La glucólisis degrada la glucosa y deja una ganancia neta de ATP, aunque en sus primeros pasos gasta un poco. En cambio, la síntesis de glucógeno es anabólica y consume ATP.
La célula mantiene el ciclo ATP ⇄ ADP + Pᵢ en equilibrio: el catabolismo se acelera cuando sube el ADP (hay mucho gasto) y se frena cuando el ATP abunda. Sin hidrólisis de ATP, el trabajo celular no se realiza.
El oxígeno no interviene en todo el metabolismo energético. La glucólisis ocurre sin oxígeno. El oxígeno se necesita en la etapa final de la respiración celular, que rinde mucho más ATP. Al hacer ejercicio, el músculo hidroliza más ATP, el catabolismo se acelera y el consumo de oxígeno sube.
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.
Durante el ejercicio físico, el consumo de oxígeno de una persona puede multiplicarse por diez o más. Explica qué relación tiene este hecho con el metabolismo celular y…
Durante el ejercicio físico, el consumo de oxígeno de una persona puede multiplicarse por diez o más. Explica qué relación tiene este hecho con el metabolismo celular y razona por qué el oxígeno solo es necesario para una parte del metabolismo energético.
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.
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.
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.