Desayunás una tostada con dulce de leche y un vaso de leche 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.
Cómo obtienen carbono y energía los seres vivos
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
Pasturas, soja, algas
Autótrofo quimiosintético
$\mathrm{CO_2}$
Reacciones químicas de compuestos inorgánicos
Bacterias de fuentes hidrotermales
Heterótrofo
Moléculas orgánicas ya hechas
Degradar esas moléculas
Carpincho, mulita, funga, vos
El programa los clasifica con dos criterios: la fuente de energía (luz o reacciones químicas) y la fuente de carbono (inorgánica, como el $\mathrm{CO_2}$, u orgánica). Al combinarlos salen cuatro tipos:
Carbono inorgánico ($\mathrm{CO_2}$)
Carbono orgánico
Energía de la luz
Fotolitótrofo: plantas, algas, cianobacterias
Fotoorganótrofo: algunas bacterias púrpuras no del azufre
Energía química
Quimiolitótrofo: bacterias oxidantes del hierro o del azufre
Quimioorganótrofo: animales, funga, muchas bacterias, vos
Practica★☆☆Sin empezar
Definí metabolismo y explicá la diferencia entre anabolismo y catabolismo, poniendo un ejemplo de proceso de cada tipo.
Definí metabolismo y explicá la diferencia entre anabolismo y catabolismo, poniendo un ejemplo de proceso de cada tipo.
Clasificá los siguientes procesos en anabólicos o catabólicos y justificá brevemente tu elección: la síntesis de proteínas, la respiración celular, la fotosíntesis y la…
Clasificá los siguientes procesos en anabólicos o catabólicos y justificá brevemente tu elección: la síntesis de proteínas, la respiración celular, la fotosíntesis y la digestión de los alimentos.
Distinguí entre organismos autótrofos y heterótrofos desde el punto de vista metabólico (fuente de carbono y de energía) y poné un ejemplo de cada tipo.
Distinguí entre organismos autótrofos y heterótrofos desde el punto de vista metabólico (fuente de carbono y de energía) y poné un ejemplo de cada tipo.
¿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 gastan y qué procesos producen ATP
Procesos que consumen ATP: la contracción muscular, el transporte activo de iones, la síntesis de moléculas (anabolismo) y la transmisión del impulso nervioso. Procesos que producen ATP: la glucólisis, la respiración celular y la fermentación (catabolismo). El oxígeno solo hace falta en la parte de la respiración que rinde más ATP: por eso, al correr, tus células consumen mucho más oxígeno para resintetizar el ATP que el músculo gasta.
Practica★☆☆Sin empezar
¿Qué es el ATP y por qué se lo conoce como la «moneda energética» de la célula? Indicá qué ocurre cuando se hidroliza a ADP.
¿Qué es el ATP y por qué se lo conoce como la «moneda energética» de la célula? Indicá qué ocurre cuando se hidroliza a ADP.
Describí la composición química de la molécula de ATP (base nitrogenada, azúcar y grupos fosfato) e indicá qué enlace se rompe cuando se hidroliza a ADP y por qué se…
Describí la composición química de la molécula de ATP (base nitrogenada, azúcar y grupos fosfato) e indicá qué enlace se rompe cuando se hidroliza a ADP y por qué se dice que ese enlace es rico en energía.
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) Calculá cuántas veces al día se recicla en promedio cada molécula de ATP en este individuo y deducí 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, justificá las consecuencias insalvables que esto provocaría sobre el volumen celular y la presión osmótica de las células. Razoná por qué las grasas neutras (triacilgliceroles) y los polisacáridos son macromoléculas fisiológicamente idóneas como depósitos energéticos a largo plazo frente al ATP.
A temperatura ambiente (20 °C), un terrón de azúcar para el mate 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.
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¿Qué es una enzima y por qué se dice que las reacciones del metabolismo son reacciones catalizadas? Indicá 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? Indicá qué le ocurre a la enzima al finalizar la reacción.
¿Qué es la energía de activación de una reacción? Explicá 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? Explicá cómo consiguen 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. Explicá qué es una ruta metabólica y…
Las transformaciones metabólicas ocurren en rutas formadas por muchas reacciones encadenadas, cada una catalizada por una enzima. Explicá qué es una ruta metabólica y qué ventajas ofrece dividir una transformación en numerosos pasos.
Las reacciones exergónicas liberan energía y ocurren espontáneamente; las endergónicas la requieren. Construir macromoléculas es endergónico. ¿Viola eso las leyes de la física?
Además, los seres vivos son sistemas abiertos: intercambian materia y energía con el entorno (toman nutrientes y oxígeno, liberan calor y residuos), a diferencia de una máquina aislada, que no intercambia ninguna de las dos. Mantienen su orden interno aumentando el desorden del entorno, así que la entropía total aumenta. Esa capacidad de mantenerse y producirse a sí mismos se relaciona con la idea de autopoiesis.
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Explicá 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…
Explicá 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.
Observá el esquema del intercambio de materia y energía en el metabolismo. Indicá qué proceso (anabolismo o catabolismo) representan A y B, qué molécula se señala con ?…
Observá el esquema del intercambio de materia y energía en el metabolismo. Indicá qué proceso (anabolismo o catabolismo) representan A y B, qué molécula se señala con ? y explicá, con un ejemplo, cómo la energía liberada por un proceso alimenta al otro.
Volvé 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
¡A practicar! 6 ejercicios de nivel medio en este apartado