Metabolismo, anabolismo y catabolismo
Desayunas una arepa con queso 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 | Araguaney, maíz, algas |
| Autótrofo quimiosintético | $\mathrm{CO_2}$ | Reacciones químicas de compuestos inorgánicos | Bacterias de fuentes hidrotermales |
| Heterótrofo | Moléculas orgánicas ya hechas | Degradar esas moléculas | Jaguar, chigüire, 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.
Los seres vivos, sistemas abiertos
Un ser vivo es un sistema abierto: intercambia materia y energía con su entorno. Toma nutrientes y oxígeno, y libera dióxido de carbono, calor y residuos. Una máquina aislada, en cambio, no intercambia ni materia ni energía con el exterior; por eso, sin aporte, se detiene. La célula sigue funcionando porque recibe alimento todo el tiempo.
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.
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.
Por eso, cuando se dice que el enlace fosfoanhídrido (el que une el último fosfato) es «rico en energía», no significa que el enlace guarde la energía como una pila. Es una forma abreviada de decir que su hidrólisis libera bastante energía aprovechable, porque el ADP y el $\mathrm{P_i}$ son mucho más estables que el ATP. Así, cuando se rompe ese enlace en la hidrólisis del ATP a ADP, la energía neta liberada es la que la célula usa para sus trabajos.
¿Para qué se usa el ATP?
La hidrólisis del ATP libera ATP-energía que se gasta en: la contracción muscular, el transporte activo de iones a través de la membrana, la síntesis de moléculas (anabolismo) y la transmisión del impulso nervioso. Al revés, la glucólisis y la respiración celular producen ATP. Por ejemplo, cuando un jugador de béisbol lanza una bola, sus fibras musculares hidrolizan ATP para deslizar los filamentos de proteína.
El oxígeno solo es necesario en la parte de la respiración celular que ocurre en la mitocondria. Al hacer ejercicio, tus células consumen mucho más oxígeno porque necesitan resintetizar ATP más rápido; la glucólisis, en cambio, ocurre sin oxígeno.
¿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.
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.
Enzimas y rutas metabólicas
A temperatura ambiente (25 °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 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.
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 y ocurren espontáneamente; las endergónicas la requieren. Construir macromoléculas es endergónico. ¿Cómo lo logra la célula?
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.
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.