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11° media · Biología
El metabolismo · El metabolismo celular

Metabolismo, anabolismo y catabolismo

Te conviene dominar: Las características de los seres vivos (10.° grado (media, bachillerato))

Desayunas un bollo con jugo o un hojaldre con queso blanco y, unas horas después, esa comida es energía para caminar al colegio 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.

Catabolismo: una molécula compleja se degrada en moléculas sencillas y se libera energía en forma de ATP. Anabolismo: moléculas sencillas se unen en una molécula compleja consumiendo ATP, el que libera el catabolismo. CATABOLISMO ANABOLISMO moléculas complejas moléculas sencillas libera energía (ATP) moléculas sencillas moléculas complejas consume energía (ATP) ATP energía ATP

Cuadro comparativo

Catabolismo Anabolismo
Qué hace Degrada moléculas complejas en sencillas Construye moléculas complejas a partir de sencillas
Energía Libera (se forma ATP) Consume (se gasta ATP)
Tipo de reacción Exergónica Endergónica
Ejemplos Digestión, respiración celular Síntesis de proteínas, fotosíntesis

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 Maíz, mango, algas
Autótrofo quimiosintético $\mathrm{CO_2}$ Reacciones químicas de compuestos inorgánicos Bacterias de fuentes hidrotermales
Heterótrofo Moléculas orgánicas ya hechas Degradar esas moléculas Jaguar, rana dorada, hongos, tú
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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.

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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.

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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.

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El ATP: la moneda energética de la célula

Estructura esquemática del ATP: la adenina se une a la ribosa, y esta a una cadena lineal de tres grupos fosfato (P) unidos entre sí por dos enlaces fosfoanhídrido. adenina ribosa P P P P = grupo fosfato enlaces fosfoanhídrido del ATP $$\text{ATP} + \text{H}_2\text{O} \longrightarrow \text{ADP} + \text{P}_i + \text{energía}$$

¿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.

¿En qué se gasta el ATP?

La célula usa el ATP para casi todos sus trabajos: la contracción muscular (cuando corres en la Cinta Costera), el transporte activo de iones a través de la membrana, la síntesis de moléculas (anabolismo) y la transmisión del impulso nervioso. En cambio, el catabolismo, como la glucólisis, produce ATP.

Proceso ¿Consume o produce ATP?
Contracción muscular Consume
Transporte activo Consume
Síntesis de glucógeno Consume
Glucólisis Produce (balance neto de ATP positivo)
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¿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.

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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.

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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.

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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?

Perfil energético de una reacción frente a su avance: con enzima la barrera de energía de activación entre sustrato y producto es menor que sin enzima. energía avance de la reacción Eₐ Eₐ sin enzima con enzima sustrato producto Eₐ: energía de activación

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.

Ruta metabólica: el sustrato A se transforma en B, C y D mediante tres enzimas consecutivas, hasta el producto final D. A B C D enzima 1 enzima 2 enzima 3 sustrato producto final

¿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.

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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.

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¿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.

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¿Qué es la energía de activación de una reacción? Explica cómo consiguen las enzimas que las reacciones metabólicas ocurran con rapidez a la temperatura del cuerpo…

¿Qué es la energía de activación de una reacción? Explica cómo consiguen las enzimas que las reacciones metabólicas ocurran con rapidez a la temperatura del cuerpo humano.

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Energía y acoplamiento: cómo se cierra el ciclo

La energía en la célula obedece las leyes de la termodinámica.

Esquema de una célula como sistema abierto: entran nutrientes y oxígeno desde el entorno y salen dióxido de carbono, calor y residuos. célula (sistema abierto) nutrientes, O₂ CO₂, calor residuos

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. Una máquina aislada no intercambia ni materia ni energía con el exterior y, sin aporte, termina por detenerse. Mantienen su orden interno aumentando el desorden del entorno, así que la entropía total del universo aumenta.

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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.

A B ? 1 2
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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.

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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.

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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

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