El anabolismo heterótrofo
Un joven que juega futbol en la Liga MX come tortillas, frijoles y pollo, pero sus músculos no guardan maíz ni proteína de pollo: fabrican miosina humana y glucógeno propios. ¿Cómo transforma una célula las moléculas de otros organismos en las suyas, y cuánto le cuesta?
Construir con lo que llega de la dieta
Una célula heterótrofa no fabrica materia orgánica a partir de inorgánica (como hace una planta con la fotosíntesis). Toma los nutrientes de la dieta, los desarma en piezas pequeñas y con ellas arma sus propias biomoléculas. Armar cuesta energía: eso es el anabolismo.
Piensa en construir una casa: los ladrillos son los aminoácidos, la mano de obra es el ATP y el plano es el ADN. Sin plano, los ladrillos y los trabajadores no sirven.
Define anabolismo heterótrofo y pon dos ejemplos concretos de procesos anabólicos de una célula humana (síntesis de proteínas, de ácidos grasos o de glucógeno),…
Define anabolismo heterótrofo y pon dos ejemplos concretos de procesos anabólicos de una célula humana (síntesis de proteínas, de ácidos grasos o de glucógeno), indicando qué consumen esos procesos (ATP, NADPH y precursores).
Para fabricar sus proteínas, una célula necesita aminoácidos, energía e información. Explica de dónde obtiene una célula humana cada una de esas tres cosas.
Para fabricar sus proteínas, una célula necesita aminoácidos, energía e información. Explica de dónde obtiene una célula humana cada una de esas tres cosas.
La gluconeogénesis: fabricar glucosa
Entre comidas, o en un ayuno largo, el cerebro sigue necesitando glucosa. El hígado la fabrica a partir de moléculas que no son carbohidratos.
Esto se relaciona con la diabetes, muy frecuente en México: cuando falla la insulina o la respuesta a ella, el hígado sigue fabricando glucosa aunque la sangre ya tenga de sobra.
Síntesis de glucógeno y de ácidos grasos
Después de una comida con muchas tortillas y refresco sobra glucosa. La célula no la deja circular sin más: la guarda de dos maneras.
Glucógeno
El glucógeno es un polisacárido (carbohidrato) ramificado hecho de miles de unidades de glucosa. Se sintetiza sobre todo en el hígado y en el músculo, a partir de glucosa. Es un proceso anabólico: consume energía, porque la glucosa se activa con UTP (formando UDP-glucosa) antes de unirse a la cadena, y ese UTP se regenera a costa de ATP. Se activa con la insulina, tras comer.
Ácidos grasos
Si aun así sobra energía, la célula convierte el exceso en grasa. La síntesis ocurre en el citosol y sigue estos pasos:
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La glucosa se degrada por la glucólisis hasta piruvato, que entra a la mitocondria y forma acetil-CoA.
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El acetil-CoA no puede cruzar la membrana mitocondrial interna. Se combina con oxalacetato y forma citrato, que sí sale al citosol.
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En el citosol, el citrato se rompe y regenera acetil-CoA.
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Con ese acetil-CoA se alarga la cadena de dos en dos carbonos. Cada alargamiento gasta ATP y necesita NADPH como poder reductor: aporta los electrones y el hidrógeno que vuelven más «reducida» la cadena (de carbonos con mucho hidrógeno).
Explica qué es el glucógeno, en qué órganos se sintetiza principalmente y a partir de qué precursor se forma, indicando si el proceso consume o libera energía.
Explica qué es el glucógeno, en qué órganos se sintetiza principalmente y a partir de qué precursor se forma, indicando si el proceso consume o libera energía.
Cuando sobra glucosa, la célula sintetiza ácidos grasos en el citosol a partir de acetil-CoA. Explica de dónde procede ese acetil-CoA, cómo llega al citosol y qué papel…
Cuando sobra glucosa, la célula sintetiza ácidos grasos en el citosol a partir de acetil-CoA. Explica de dónde procede ese acetil-CoA, cómo llega al citosol y qué papel desempeña el NADPH en esta síntesis.
Síntesis de aminoácidos y proteínas
El cuerpo humano usa 20 aminoácidos. Algunos los fabrica; otros no.
Transaminación
Un aminoácido es un esqueleto de carbono con un grupo amino. El ciclo de Krebs produce esqueletos de carbono: el α-cetoglutarato y el oxalacetato son cetoácidos. En la transaminación, un grupo amino pasa de un aminoácido a un cetoácido: el cetoácido se vuelve aminoácido y el aminoácido original se vuelve cetoácido.
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α-cetoglutarato + grupo amino → glutamato
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oxalacetato + grupo amino → aspartato
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piruvato + grupo amino → alanina
Así se fabrican los aminoácidos no esenciales: la célula tiene el esqueleto de carbono y puede conseguir el grupo amino de otro aminoácido.
Los esenciales no se pueden fabricar en cantidad suficiente, porque el cuerpo humano no tiene las enzimas para armar su esqueleto de carbono. Deben llegar con la dieta.
Armar la proteína
Para fabricar una proteína no basta con tener aminoácidos. Primero se cargan en los ARNt (esto gasta ATP). Después el ribosoma los une siguiendo el orden que marca el ARNm (la información del ADN); cada avance del ribosoma también gasta energía.
La transaminación permite a las células fabricar aminoácidos no esenciales. Explica en qué consiste esta reacción y cómo los intermedios del ciclo de Krebs (como el…
La transaminación permite a las células fabricar aminoácidos no esenciales. Explica en qué consiste esta reacción y cómo los intermedios del ciclo de Krebs (como el α-cetoglutarato o el oxalacetato) sirven de punto de partida para sintetizar aminoácidos.
Razona por qué los aminoácidos esenciales deben aportarse obligatoriamente con la dieta mientras que los no esenciales no, y explica qué problema metabólico aparece…
Razona por qué los aminoácidos esenciales deben aportarse obligatoriamente con la dieta mientras que los no esenciales no, y explica qué problema metabólico aparece cuando una dieta es pobre en proteínas completas.
El ciclo de Krebs como vía anfibólica
Hasta aquí parecía que el ciclo de Krebs solo servía para quemar acetil-CoA y sacar energía. Pero también es el almacén de piezas del que salen los esqueletos de carbono para construir.
Dos ejemplos concretos:
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El citrato sale de la mitocondria hacia el citosol y allí libera el acetil-CoA para fabricar ácidos grasos.
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El α-cetoglutarato y el oxalacetato sirven de esqueleto para glutamato y aspartato.
En un cultivo de hepatocitos sometidos a una dieta hipercalórica rica en glúcidos, se observa una intensa síntesis citosólica de ácidos grasos y, de forma coordinada, la…
En un cultivo de hepatocitos sometidos a una dieta hipercalórica rica en glúcidos, se observa una intensa síntesis citosólica de ácidos grasos y, de forma coordinada, la síntesis de aminoácidos no esenciales. El esquema muestra el ciclo de Krebs funcionando como eje metabólico central.
- a) Deduce razonadamente la identidad del intermediario ?1 que abandona la mitocondria y explica qué problema de permeabilidad de membrana resuelve su salida para hacer posible la síntesis de ácidos grasos en el citosol.
- b) Identifica los intermediarios ?2 y ?3 precursores del glutamato y el aspartato (u oxalacetato para gluconeogénesis) y justifica por qué la extracción continua de estas moléculas detendría la oxidación del acetil-CoA si no intervinieran las «reacciones anapleróticas».
- c) A partir de lo anterior, justifica por qué calificar el ciclo de Krebs como una vía meramente catabólica es un error biológico.
Un recién nacido con una enfermedad metabólica congénita presenta hipoglucemia en ayunas, acidosis láctica grave y una concentración elevada de alanina plasmática. Las…
Un recién nacido con una enfermedad metabólica congénita presenta hipoglucemia en ayunas, acidosis láctica grave y una concentración elevada de alanina plasmática. Las pruebas enzimáticas demuestran un déficit total de piruvato carboxilasa mitocondrial, mientras que el complejo piruvato deshidrogenasa presenta una actividad normal.
- a) Escribe la reacción catalizada por la piruvato carboxilasa y explica por qué se clasifica como reacción anaplerótica.
- b) Justifica por qué la carencia de esta enzima bloquea tanto la gluconeogénesis a partir de piruvato como la capacidad de las mitocondrias para oxidar acetil-CoA procedente de la $\beta$-oxidación de los ácidos grasos.
- c) Predice qué le sucederá a la concentración celular de acetil-CoA y explica la causa bioquímica por la que este paciente acumula cantidades patológicas de ácido láctico en sangre.
Crecer cuesta energía
Construir biomasa no sale gratis: cada enlace nuevo gasta ATP, y muchas síntesis usan además NADPH. Por eso un adolescente que crece necesita más energía que un adulto del mismo peso y actividad.
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Proteínas: cada enlace entre aminoácidos gasta varios ATP (carga del ARNt y avance del ribosoma).
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Membranas: los ácidos grasos y otros lípidos se sintetizan con ATP y NADPH, y cada célula nueva necesita membrana nueva.
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ADN: cada célula nueva necesita copiar su ADN, lo que requiere nucleótidos y ATP.
Y los precursores y el ATP vienen siempre del catabolismo: de la glucosa y las grasas de la dieta, que se oxidan en la respiración celular. Más anabolismo exige más catabolismo.
Fabricar biomasa cuesta energía. Razona por qué un adolescente en crecimiento necesita un aporte energético mayor que un adulto de su mismo peso y actividad física,…
Fabricar biomasa cuesta energía. Razona por qué un adolescente en crecimiento necesita un aporte energético mayor que un adulto de su mismo peso y actividad física, relacionándolo con el costo del anabolismo (síntesis de proteínas, membranas y ADN) y con el origen de los precursores y del ATP que esas síntesis requieren.
Vuelve al principio: las células del futbolista desarman la proteína del pollo y el almidón de la tortilla hasta piezas pequeñas, y con ATP, NADPH y la información de su ADN arman miosina y glucógeno propios.