METABOLISMO CELULAR

Metabolismo

Conjunto de reacciones químicas que permiten a los seres vivos intercambiar materia y energía con el entorno.
Los seres vivos son sistemas abiertos: Intercambian materia y energía con el entorno. como un torbellino o una llama
Son esencialmente máquinas químicas. Regulados por enzimas
Han de construirse a sí mismos: Obtener energía y materales
Hasta los organismos más sencillos de tipo bacteriano tienen más de 1000 reacciones químicas diferentes
Necesitan energía para

• Transporte de sustancias
• Movimientos
• Transformar la materia para adecuarla a su estructura
  Biosíntesis en mam: Prótidos 70-90%. A.N 15%. Lip 10%. Glúc 5% (mucho más en plantas)

ATP

La unidad de energía en el metabolismos es el ATP. Donador inmediato de energía ATP --> ADP+Pi + 7.3 Kcal/mol ATP --> AMP+PPi + 10.9 Kcal/mol

El ATP ha de regenerarse constantemente. No vale como almacén de energía.

Por ejemplo el ATP en una célula muscular activa se consume en menos de 1 segundo
Los metaboltos de reserva pueden proporcionar energía otros pocos segundos
Luego el ATP debe regenerarse por el metabolismo

ATP total humano 100 g
Consumo en reposo 40 Kg/día
Carrera de 2 horas 60 Kg
Ejercicio intenso 0.5 Kg/min

Tipos de metabolismo

Anabolismo Parte constructiva del metabolismo Se forman moléculas complejas a partir de moléculas más sencillas. Requiere aporte de energía en forma de ATP
Catabolismo Parte detructiva del metabolismo Forma moléculas sencillas a partir de moléculas más complejas. Más oxidadas: menos H o más O Pueden producir energía en forma de ATP

• Anabolismo y catabolismo son simultáneos y a veces sin límites precisos
  • Algunas etapas de anabolismo y catabolismo son comunes.
  • Otras etapas son diferentes lo que permite la regulación de los procesos.
  • Muchas rutas metabólicas parten de bases comunes que van bifurcándose
• Los compuestos complejos han de fabricarlos siempre las propias células
  Proteínas, polisacáridos, fosfolípidos, ácidos nucléicos
• Los compuestos sencillos pueden elaborarlos algunas células o obtenerlos del exterior.
  • La trasformación de compuestos inorgánicos a orgánicos sólo algunos seres vivos: litotrofos
  • Los quimiotrofos toman moléculas inorgánicas y algunas orgánicas de pequeño tamaño
• Cada organismo o tipo de célula tiene necesidades metabólicas propias.
• En circunstancias diferentes se puede modificar el metabolismo celular.
  Por ejemplo disponibilidad de nutrientes...Diferenciación celular...
• La energía química de moléculas grandes en general es mayor que la de las pequeñas
  • Para fabricar macromoléculas se requier consumo de ATP. Anabolismo gasta ATP
  • Cuando se destruyen macromoléculas se obtiene energía.
  • Nunca se obtiene la misma cantidad de ATP por catabolismo que la gastada el mismo proceso anabólico.
    Existen pérdidas como en cualquier máquina o proceso termodinámico
• Los componenetes de los seres vivos son mayoritariamente moléculas orgánicas que están más reducidas que la materia inorgánica presente en el entorno.
  Se utilizan diversas sustancias para reducir y oxidar sustancias químicas en las células:NAD . NADP y FAD
• Rutas metabólicas

• Los enzimas aumentan la velocidad de reacción de determinadas reacciones químicas Con ello consiguen dirigir las transformacuiones de materiales deseados Las reacciones químicas son reversibles. Su sentido depente de: Diferencia de energía Concentración de nurtrientes Algunas reacciones pueden discurrir en un determinado sentido contra la energía de las moléculas si la concentración de reactivos es muy elevada y la de producto muy baja. Los enzimas reguladores modulan el ritmoSuelen estar al comienzo de las rutas o en bifurcacionesPueden estar en aquellas reacciones que por su diferencia energética impulsan la rección en un determinado sentido

  Ejemplo de regulación de ruta metabólica de síntesis de algunos aminoácidos

Necesidades nutricionales de algunos organismos   Rata Mamífero omnivoro Leuconostoc Ambientes ricos en nutrientes Bacteria  quimiorganotrofa fermentadora Planta Fotolitotrofa Aminoácidos Arg His Ile Leu Lys Met Phe Tre Trp Val . . . . . . . . . . Ala Gln Lys Thr Arg Gly Met Trp Asn His Phe Tyr Asp Ile Pro Val Cys Leu Ser .     Otros compuestos orgánicos Varios A.Grasos poliinsaturados Colina Inositol Adenina. Guanina Uracilo Xantina Glicerina Un único compuesto orgánico sencillo por ejemplo Glicerina   Vitaminas Tiamina Rivoflavina A. Nicotínico A. Pantoténico Piridoxina Biotiba Vit B12 A. Fólico Vit. A Vit D Vit E Vit K Tiamina Rivoflavina A. Nicotínico A. Pantoténico Piridoxina Biotina A. Aminobenzoico A. Fólico     Sales Na K Mg Ca Fe Mn PO4H SO4H Cl Na K Mg Ca Fe Mn PO4H SO4H Cl Na K Mg Ca Fe Mn PO4H SO4H Cl NH3 Na K Mg Ca Fe Mn PO4H SO4H Cl NO3H Gases O2 O2   CO2 Agua H2O H2O H2O H2O Otros       Luz  Algunos ejemplos de metabolismo A continuación se muestra el metabolismo general de algunos tipos celulares En los esquemas se muestran simplificadas las principales trasformaciones de compuestos químicos celulares y rutas de obtención y gasto energético Bacteria respiradora Quimiorganotrofo Aerobio Fuente de carbono : Un compuesto orgánico simple: glicerina Lo utiliza para sintetizar el resto de sus componentes. Necesita una fuente de nitrógeno Obtención de energía: Oxidando la glicerina en la respiración Consume oxígeno Produce dióxido de carbono y agua Bacteria fermentadora Quimiorganotrofo Anaerobio Fuente de carbono : Un monosacárido: Glucosa Lo utiliza para sintetizar el resto de sus componentes. Necesita una fuente de nitrógeno Obtención de energía: Transformando la glucosa en Ácido Láctico Célula fotosintética Fotolitotrofo Fuente de carbono : Dióxido de carbono Lo utiliza para sintetizar compuestos orgánicos y de estos el resto de sus componentes. Necesita una fuente de nitrógeno Produce oxígeno molecular como producto de desecho Obtención de energía: Captación de fotones en la fotosíntesis Célula utilizando reservas de energía Quimiorganotrofo Aerobio Fuente de carbono : Reserva de polisacáridos (glucógeno, almidón,...) Lo convierte en monosacáridos (glucosa) y compuestos más sencillos Utiliza estos compuestos para sintetizar el resto de sus componentes. Necesita una fuente de nitrógeno Obtención de energía: Oxidación del la glucosa en la respiración Consume oxígeno Produce dióxido de carbono y agua Célula de un animal (pluricelular) Quimiorganotrofo Aerobio Fuente de carbono : Compuestos del medio interno: monosacáridos, aminoácidos, grasas... Los utiliza para sintetizar el resto de sus componentes. Obtención de energía: Oxidando estos compuestos en la respiración. Principalmente glucosa, pero también otros Consume oxígeno Produce dióxido de carbono y agua Produce excedentes de nitrógeno que han de ser eliminados