Defina el concepto de metabolismo. ¿Qué doble finalidad tiene el metabolismo en los seres vivos? Razone la respuesta y ponga un ejemplo de cada una de ambas facetas. ¿Qué papel desempeña el ciclo de Krebs en el metabolismo? [2 puntos]
El METABOLISMO es el conjunto de todas las reacciones químicas que ocurren en una célula, catalizadas por enzimas y organizadas en rutas ordenadas, mediante las cuales el ser vivo intercambia materia y energía con el medio, obtiene lo que necesita y fabrica y renueva sus propios componentes. Se divide en CATABOLISMO, la parte degradativa, y ANABOLISMO, la parte constructiva.
LA DOBLE FINALIDAD del metabolismo es OBTENER ENERGÍA y OBTENER MATERIA, y las dos son igual de necesarias.
La FINALIDAD ENERGÉTICA consiste en conseguir la energía que la célula necesita para todo lo que hace: sintetizar sus moléculas, transportar sustancias en contra de gradiente, moverse, dividirse y mantener su organización frente a la tendencia natural al desorden. Esa energía se obtiene degradando moléculas orgánicas —o captando la luz, en los autótrofos fotosintéticos— y se conserva en forma de ATP y de poder reductor. El razonamiento de por qué hace falta es termodinámico: un ser vivo es un sistema muy ordenado y muy improbable, y mantener ese orden exige un aporte continuo de energía; en cuanto cesa, el sistema se degrada.
La FINALIDAD PLÁSTICA O MATERIAL consiste en conseguir los sillares con los que construir las propias estructuras: aminoácidos para las proteínas, nucleótidos para los ácidos nucleicos, monosacáridos y ácidos grasos para los polisacáridos y los lípidos. Hace falta porque los componentes celulares se degradan y se renuevan continuamente, y porque el organismo crece, se repara y se reproduce.
EJEMPLO DE LA FACETA ENERGÉTICA: la RESPIRACIÓN CELULAR. Una molécula de glucosa se oxida por completo hasta dióxido de carbono y agua, pasando por la glucólisis, el ciclo de Krebs y la cadena respiratoria, y en el proceso se obtienen entre 30 y 32 moléculas de ATP. Aquí no interesa el producto —dióxido de carbono y agua son residuos—, sino la energía liberada.
EJEMPLO DE LA FACETA PLÁSTICA: la SÍNTESIS DE PROTEÍNAS, o la de ácidos grasos, o la fotosíntesis en su fase biosintética. En la síntesis de proteínas los aminoácidos se ensamblan siguiendo la información del ARN mensajero, y el proceso CONSUME ATP y GTP en lugar de producirlos; aquí lo que interesa es el producto, no la energía.
Conviene señalar que muchas rutas cumplen las dos finalidades a la vez, y son las llamadas ANFIBÓLICAS. El ciclo de Krebs es el ejemplo perfecto, y con eso se enlaza con la última pregunta.
EL PAPEL DEL CICLO DE KREBS. Es TRIPLE, y en él está la razón de que se le considere el eje del metabolismo:
Primero, es la RUTA CENTRAL DEL CATABOLISMO. En él confluyen las degradaciones de glúcidos, lípidos y muchos aminoácidos, porque todas ellas desembocan en el ACETIL-CoA. El ciclo oxida ese acetilo por completo hasta dos moléculas de dióxido de carbono y recoge sus electrones en tres NADH y un
, además de un GTP. Esas coenzimas reducidas ceden después sus electrones a la cadena respiratoria, y es allí donde se obtiene la mayor parte del ATP celular: en la práctica, el ciclo de Krebs es la puerta por la que pasa casi toda la energía que la célula extrae de los alimentos.
Segundo, es una ENCRUCIJADA ANABÓLICA. Sus intermediarios no solo se oxidan: se retiran del ciclo como precursores de otras biosíntesis. Del oxalacetato y del alfa-cetoglutarato salen aminoácidos por transaminación; del succinil-CoA, los grupos hemo; y del citrato, que sale al citosol, el acetil-CoA con el que se sintetizan los ácidos grasos y el colesterol. Por eso es una ruta ANFIBÓLICA: degradativa y constructiva a la vez. Cuando se retiran intermediarios, otras reacciones llamadas anapleróticas los reponen para que el ciclo no se pare.
Y tercero, es un punto clave de REGULACIÓN e INTEGRACIÓN. Su velocidad depende del estado energético de la célula: el ATP y el NADH lo inhiben, y el ADP lo activa. Así, el ciclo funciona deprisa cuando hace falta energía y se frena cuando sobra, derivando entonces los intermediarios hacia las biosíntesis. Es, en ese sentido, el punto donde el metabolismo decide entre gastar y almacenar.