El anabolismo heterótrofo
Mateo juega fútbol los sábados en una losa deportiva de Arequipa y almuerza lomo saltado con papas y arroz, pero sus músculos no guardan papa ni proteína de res: 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.
En general, el organismo arma polímeros a partir de monómeros de la dieta: las proteínas (de los aminoácidos), el glucógeno (de la glucosa) y los ácidos nucleicos (de los nucleótidos).
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: cuando falla la insulina o la respuesta a ella, el hígado sigue fabricando glucosa aunque la sangre ya tenga de sobra.
¿Qué es la gluconeogénesis y en qué órgano ocurre principalmente? Pon dos ejemplos de precursores que no sean carbohidratos a partir de los cuales el organismo puede…
¿Qué es la gluconeogénesis y en qué órgano ocurre principalmente? Pon dos ejemplos de precursores que no sean carbohidratos a partir de los cuales el organismo puede fabricar glucosa.
Síntesis de glucógeno y de ácidos grasos
Después de una comida con mucho pan y una Inca Kola 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).
El hígado y el músculo: división del trabajo
El hígado es el gran centro de síntesis: fabrica glucógeno, proteínas del plasma y colesterol. Tras comer, la insulina activa la síntesis de glucógeno en hígado y músculo y de grasa en el tejido adiposo; entre comidas, el glucagón invierte esos procesos en el hígado.
El hígado tiene la enzima glucosa-6-fosfatasa y puede verter glucosa a la sangre. El músculo no la tiene: su glucógeno queda como combustible propio para contraerse. Así el hígado mantiene la glucemia de todo el cuerpo y cada músculo cuida su propia reserva.
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.
¿Qué papel desempeña el hígado en el anabolismo? Nombra dos procesos de síntesis que realice (glucógeno, proteínas del plasma, colesterol, ácidos grasos) y explica…
¿Qué papel desempeña el hígado en el anabolismo? Nombra dos procesos de síntesis que realice (glucógeno, proteínas del plasma, colesterol, ácidos grasos) y explica brevemente uno de ellos.
El colesterol
El colesterol se sintetiza sobre todo en el hígado, a partir de acetil-CoA. Es un lípido esteroide, componente de las membranas, y de él se fabrican las hormonas esteroides (como los estrógenos, la testosterona y el cortisol), la vitamina D y las sales biliares. Su síntesis se regula por retroalimentación negativa: si la dieta aporta mucho colesterol, el hígado frena la enzima clave de la ruta (HMG-CoA reductasa) y fabrica menos; si aporta poco, fabrica más.
Tras una comida rica en carbohidratos aumenta la secreción de insulina. Explica qué procesos anabólicos activa la insulina en el hígado, en el músculo y en el tejido…
Tras una comida rica en carbohidratos aumenta la secreción de insulina. Explica qué procesos anabólicos activa la insulina en el hígado, en el músculo y en el tejido adiposo, y qué ocurre con esos mismos procesos durante el período entre comidas.
El colesterol se sintetiza en el organismo a partir de acetil-CoA, aunque también se obtiene de la dieta. Explica por qué el organismo regula su propia síntesis de…
El colesterol se sintetiza en el organismo a partir de acetil-CoA, aunque también se obtiene de la dieta. Explica por qué el organismo regula su propia síntesis de colesterol según el aporte dietético y pon dos ejemplos de moléculas esenciales que se fabrican a partir de él.
El músculo almacena glucógeno pero no puede liberar glucosa a la sangre, porque carece de la enzima glucosa-6-fosfatasa. Explica para qué utiliza entonces su glucógeno,…
El músculo almacena glucógeno pero no puede liberar glucosa a la sangre, porque carece de la enzima glucosa-6-fosfatasa. Explica para qué utiliza entonces su glucógeno, por qué el hígado sí puede verter glucosa a la sangre y qué ventaja tiene esta división del trabajo para el conjunto del organismo.
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 síntesis de proteínas es uno de los procesos que más energía consumen en la célula. Indica en qué pasos de la síntesis se gasta energía (activación de los…
La síntesis de proteínas es uno de los procesos que más energía consumen en la célula. Indica en qué pasos de la síntesis se gasta energía (activación de los aminoácidos, traducción) y explica por qué una célula que fabrica muchas proteínas necesita respirar intensamente.
La transaminación permite a las células fabricar aminoácidos no esenciales. Explica en qué consiste esta reacción y cómo los intermediarios 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 intermediarios 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.
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. Incluso sin crecer, las proteínas del músculo se degradan y se rehacen todo el tiempo (recambio proteico o turnover): ese ciclo gasta ATP también en reposo y es parte del gasto energético basal.
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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. Por eso una célula que fabrica muchas proteínas respira intensamente: necesita mucho ATP.
El camino inverso también ocurre: cuando se adelgaza, los triglicéridos del tejido adiposo se hidrolizan (lipólisis) y los ácidos grasos se oxidan en la respiración celular. Casi todo el carbono de esa grasa sale como CO₂ espirado y el hidrógeno como agua.
Vuelve al principio: las células de Mateo desarman la proteína del lomo saltado y el almidón de las papas hasta piezas pequeñas, y con ATP, NADPH y la información de su ADN arman miosina y glucógeno propios.
Durante la digestión, los nutrientes se descomponen en moléculas pequeñas y el anabolismo hace lo contrario. Pon dos ejemplos de polímeros que fabrica el organismo…
Durante la digestión, los nutrientes se descomponen en moléculas pequeñas y el anabolismo hace lo contrario. Pon dos ejemplos de polímeros que fabrica el organismo humano a partir de monómeros procedentes de la dieta e indica cuál es el monómero de cada uno.
Las proteínas musculares se degradan y se vuelven a sintetizar constantemente aunque el músculo no crezca. Explica en qué consiste este recambio proteico (turnover) y…
Las proteínas musculares se degradan y se vuelven a sintetizar constantemente aunque el músculo no crezca. Explica en qué consiste este recambio proteico (turnover) y qué implicación tiene para el gasto energético en reposo.
Una persona pierde $5\ \text{kg}$ de grasa corporal tras meses de dieta y ejercicio. Razona qué ha ocurrido metabólicamente con ese tejido adiposo (lipólisis y oxidación…
Una persona pierde $5\ \text{kg}$ de grasa corporal tras meses de dieta y ejercicio. Razona qué ha ocurrido metabólicamente con ese tejido adiposo (lipólisis y oxidación de los ácidos grasos) y explica por qué la mayor parte del carbono perdido abandona el cuerpo en forma de $\text{CO}_2$ espirado.