Biología: Introducción al Metabolismo y Rutas Metabólicas

Definición del metabolismo

• El metabolismo es el conjunto de todas las transformaciones químicas que se producen en una célula u organismo.
• Estas transformaciones se organizan en "rutas metabólicas", que son series de reacciones catalizadas enzimáticamente.
• En una ruta metabólica, un precursor se convierte en un producto a través de una serie de intermediarios, llamados metabolitos.

Funciones del metabolismo

• Obtener energía química (ATP) degradando nutrientes ricos en energía (o a partir de la energía solar).
• Convertir moléculas nutrientes en moléculas celulares (fabricar los componentes celulares).
• Polimerizar precursores monoméricos a proteínas, ácidos nucleicos, polisacáridos, etc.
• Sintetizar y degradar biomoléculas requeridas en funciones celulares especializadas (hormonas, neurotransmisores, etc.).

Características del metabolismo

• Las reacciones bioquímicas son muchas, pero las reacciones importantes son relativamente pocas.
• Las rutas metabólicas centrales son pocas y son similares en todas las formas de vida.
• Las moléculas importantes del metabolismo no son más de 100.
• Todas las rutas se regulan de forma similar.

Catabolismo y anabolismo

Catabolismo

• Involucra la degradación de nutrientes que contienen energía (glúcidos, grasas, proteínas).
• Produce productos finales no energéticos (CO2, H2O, NH3).
• Es degradativo, oxidativo.
• Genera energía, produce ATP.
• Los productos finales e intermedios son materias primas del anabolismo.
• Genera desechos que se excretan al entorno.

Anabolismo

• Involucra la síntesis de macromoléculas celulares (proteínas, polisacáridos, lípidos, ácidos nucleicos).
• Utiliza moléculas precursoras (aminoácidos, monosacáridos, ácidos grasos, bases nitrogenadas).
• Es sintético, reductivo.
• Utiliza energía, consume ATP.
• Los productos finales son materias primas del catabolismo.

Regulación del metabolismo

• La regulación del metabolismo sirve para adaptar la velocidad de la vía a las necesidades de la célula.
• Previene que las vías de síntesis y degradación estén activas al mismo tiempo.
• Las rutas catabólicas y anabólicas no son inversas las unas de las otras.
• La regulación se da en tres niveles: enzimático, hormonal y genético.

Ubicación de las rutas metabólicas

• Núcleo: replicación del ADN, síntesis de tARN y mARN.
• Retículo endoplásmico: síntesis de lípidos, transporte intracelular.
• Ribosomas: síntesis de proteínas.
• Golgi: maduración de glucoproteínas y otros componentes de las membranas.
• Citosol: glucólisis, parte de gluconeogénesis, pentosas fosfato, síntesis de ácidos grasos y nucleótidos.
• Mitocondrias: oxidación del piruvato, ciclo Krebs, fosforilación oxidativa, oxidación de ácidos grasos, catabolismo de aminoácidos.

Sistemas multienzimáticos

• Enzimas individuales: los intermediarios fluyen de una enzima a otra.
• Complejos multienzimáticos: enzimas osicamente asociados.
• Enzimas asociadas a grandes estructuras: membranas o ribosomas.

Reacciones bioquímicas

• Muchas reacciones químicas requieren condiciones no compatibles con los organismos vivos.
• Las reacciones químicas tienen lugar bajo condiciones especiales: soluciones acuosas, temperatura y presión moderadas, ausencia de ácidos o bases fuertes.