Metabolismo, intercambio energético e integración. Realice las siguientes tareas: [1,25 puntos]
a) Defina metabolismo celular y explique por qué se considera un proceso integrado y regulado. [0,5 puntos]
b) Defina anabolismo y catabolismo indicando el tipo de reacciones químicas que incluyen y su relación con el intercambio energético. [0,5 puntos]
c) Explique el papel del ATP y del poder reductor como nexo entre ambos tipos de metabolismo. [0,25 puntos]
El metabolismo celular es el conjunto de todas las reacciones químicas que ocurren en la célula, catalizadas por enzimas y organizadas en rutas, mediante las cuales la célula obtiene energía y materia y fabrica sus propios componentes.
Se considera un proceso integrado porque las rutas no son compartimentos aislados: comparten intermediarios, y unos pocos metabolitos actúan de encrucijada. El más claro es el acetil-CoA, en el que confluyen la degradación de glúcidos, de lípidos y de muchos aminoácidos y del que parten síntesis muy distintas; otros nudos son el piruvato, el gliceraldehído-3-fosfato y los intermediarios del ciclo de Krebs, que además de oxidarse sirven de precursores para sintetizar aminoácidos. Así, lo que una ruta produce otra lo consume, y una misma molécula puede ir al catabolismo o al anabolismo según lo que la célula necesite en ese momento.
Y se considera regulado porque la velocidad de cada ruta se ajusta continuamente a las necesidades. La regulación actúa sobre las enzimas que catalizan los pasos irreversibles, mediante inhibición por el producto final, activación por los sustratos, modulación alostérica por el estado energético —el ATP frena y el ADP o el AMP aceleran—, modificación covalente por fosforilación, control hormonal y control de la cantidad de enzima a nivel de transcripción. Además, las rutas opuestas están separadas en compartimentos distintos o usan enzimas distintas en algún paso, lo que evita que funcionen a la vez y se anulen: la beta-oxidación ocurre en la mitocondria y la síntesis de ácidos grasos en el citosol.
El catabolismo es la parte degradativa del metabolismo: transforma moléculas orgánicas complejas en otras más sencillas. Sus reacciones son de oxidación y de hidrólisis, es decir, las moléculas pierden electrones, que se transfieren a coenzimas como el
o el FAD. Al ser exergónico, libera energía, que se conserva en forma de ATP y de poder reductor. Son procesos catabólicos la glucólisis, el ciclo de Krebs, la beta-oxidación y las fermentaciones.
El anabolismo es la parte constructiva: sintetiza moléculas complejas a partir de precursores sencillos. Sus reacciones son de reducción y de condensación o polimerización, y consumen la energía y el poder reductor que ha generado el catabolismo. Al ser endergónico, requiere aporte de ATP y de NADPH. Son procesos anabólicos la fotosíntesis, la gluconeogénesis, la síntesis de ácidos grasos, la de aminoácidos y la de ácidos nucleicos y proteínas.
Los dos son, por tanto, complementarios y simultáneos: el catabolismo paga lo que el anabolismo gasta, y el anabolismo fabrica lo que el catabolismo degradará. El acoplamiento entre ambos es lo que define el intercambio energético de la célula.
El ATP y el poder reductor son la moneda común que permite que dos conjuntos de reacciones completamente distintos se paguen entre sí.
El ATP es el intermediario energético. Su hidrólisis a ADP y fosfato libera una cantidad de energía suficiente para impulsar la mayoría de las reacciones endergónicas, y pequeña como para no desperdiciarla. El catabolismo lo fabrica, por fosforilación a nivel de sustrato o por fosforilación oxidativa, y el anabolismo lo gasta. No es un almacén, sino una moneda de curso rápido: la célula lo recicla continuamente entre ADP y ATP.
El poder reductor son las coenzimas de oxidación y reducción cargadas de electrones. El NADH y el
recogen los electrones que arranca el catabolismo y los llevan a la cadena respiratoria, donde se convierten en ATP. El NADPH, en cambio, es el poder reductor destinado a las biosíntesis: cede sus electrones para reducir los precursores en la síntesis de ácidos grasos o en el ciclo de Calvin. Que existan dos coenzimas casi idénticas, una para el catabolismo y otra para el anabolismo, es precisamente uno de los mecanismos que mantiene separadas las dos direcciones del metabolismo.