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METABOLISMO DE MACRO Y MICRO MOLECULAS
El metabolismo no es otra cosa que la enorme serie de cambios que sufren las moléculas para convertirse unas en otras y en otras y en otras, de manera complicada, al parecer interminable y que, desde luego, estamos muy lejos de conocer en su totalidad. Son tantas las sustancias que componen a un organismo que una gran proporción de ellas se desconoce, como sucede aun en el caso de los organismos unicelulares. Pero a pesar de que el proceso total es tan complicado, es posible definir algunos de sus componentes, y aun quienes no tenemos un conocimiento profundo de la bioquímica y la fisiología podemos tener una idea aproximada de cómo es y para qué sirve. El metabolismo proporciona materiales y energía Todas las transformaciones de las moléculas tienen dos funciones principales: la primera, proporcionar a la célula, tejidos, órganos, etc., materiales que requieran para sus distintas funciones, siendo la más importante la renovación constante de sus propias moléculas; la segunda, obtener diferentes formas de energía para mantener las funciones vitales. Así, plantas y algas reciben como "alimento" materiales muy sencillos, como sales minerales, CO2 y H2O, pero su energía la obtienen del Sol, y con ella satisfacen sus necesidades para funcionar y fabricar sus materiales. Pero las plantas también proporcionan al hombre materiales y la energía que contienen sus enlaces, con lo cual lo ayudan a sobrevivir. El metabolismo celular puede considerarse como una serie de caminos de ida y vuelta, formados por una gran cantidad de moléculas que se transforman constantemente. Estos caminos reciben a las que llegan al organismo o a la célula del exterior, pero además tienen sus propias moléculas. Ruta Metabólica: Una serie de reacciones catalizadas enzimáticamente. En una ruta, un precursor se convierte en un producto a través de una serie de intermediarios: los metabolitos. Las rutas metabólicas pueden ser convergentes, divergentes o cíclicas. 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 vivas -Las moléculas importantes del metabolismo no son más de 100. -Todas las rutas se regulan de forma similar. METABOLISMO, ENERGÍA Y VIDA Otra característica importante del proceso metabólico es que, en el catabolismo de las moléculas pequeñas, como la glucosa, los ácidos grasos o los aminoácidos, se logra transformar la energía de sus enlaces químicos en la energía de los enlaces del ATP y otras sustancias, que proporcionan en forma directa la energía que requieren las células para todas sus funciones. Además, los procesos de síntesis, tanto de moléculas sencillas como de macromoléculas, requieren energía, la cual proviene del ATP y del llamado poder reductor que tienen las moléculas llamadas NADH y NADPH, entre otras. Es interesante señalar que la degradación que sufren las macromoléculas para producir las unidades que las componen hace que se transforme en calor toda la energía de sus enlaces. Pero también en la degradación de las moléculas para producir otras más sencillas, o para sintetizar ATP, hay una liberación de calor. Metabolismo de carbohidratos (CHOs) Los carbohidratos de la ración proporcionan más del 50% de la energía necesaria para el trabajo metabólico, el crecimiento, la reparación, la secreción, la absorción, la
La glucólisis y el ciclo de Krebs son consideradas las vías metabólicas eje, participan en la degradación de casi todos los componentes que la célula es capaz de degradar y proveen el poder reductor y los materiales de construcción, además del ATP, para todas las secuencias biosintéticas de la célula energía para otras actividades. El proceso general es el de metabolismo respiratorio aeróbico. En estas condiciones, el es el último aceptor de energía, los átomos de C de la glucosa (u otro sustrato) se oxidan por completo a y , la energía se conserva, la producción de ATP es 20 veces más importante en comparación de las condiciones anaeróbicas. En este ciclo se pueden mencionar dos procesos separados pero relacionados:
- El metabolismo oxidativo, hay remoción de electrones de sustancias orgánicas y transferencia a coenzimas.
- Hay reoxidación de las coenzimas a través de la transferencia de electrones al acompañada directamente de la generación de ATP. En anaerobiosis, la glucólisis es la fase inicial del catabolismo de la glucosa. Los otros componentes del metabolismo de respiración son el ciclo de Krebs (continuación de la oxidación del piruvato), la cadena de transporte de electrones y la fosforilación oxidativa de ADP a ATP a través de un gradiente de protones generado en el transporte de electrones. El proceso completo genera de 36 a 38 moléculas de ATP/mol de glucosa, en cada vuelta del ciclo de Krebs entran dos moles de acetil CoA y se liberán 2 carbonos () lo que regenera la molécula de oxaloacetato (OAA). El ciclo de Krebs es sensible a la disponibilidad de su sustrato (acetil-CoA), a los niveles acumulados de sus productos finales, NADH y ATP, así como a las relaciones NADH/y ATP/ADP. Otros reguladores son la relación acetil-CoA/CoA libre, acetil- CoA/succinil-CoA y citrato/oxaloacetato. La vía colateral de las pentosas (ruta de la pentosa fosfato) Esta vía metabólica ni requiere, ni produce ATP, se desarrolla en el citoplasma de las células de tejidos con elevada actividad lipogenética (hígado, tejido adiposo, glándula mamaria, cerebro en desarrollo). La molécula de glucosa 6-fosfato será transformada
en y una pentosa fosfato. Los carbonos de la pentosa se transferirán en piezas de 2 a 3 carbonos entre moléculas. Los productos finales pueden contener de 3 a 7 átomos de carbono que serán utilizadas posteriormente en la glucólisis (triosas fosfato), en la síntesis de aminoácidos (eritrosa 4-fosfato), en la síntesis de a c: nucleicos, NAD, FAD, y CoA. En esta vía se genera también NADPH, esta coenzima se utilizará para la síntesis de ácidos grasos de cadena larga, de colesterol, la hidroxilación de ácidos grasos y esteroides, mantenimiento de la glutatión reducido (GSSG) en los glóbulos rojos. Gluconeogénesis Es la producción de azúcares a partir de sustancias diferentes a los carbohidratos (lactato, aminoácidos, propionato y glicerol). Esta vía permite tener una fuente alterna de glucosa, remover el lactato (producido por los glóbulos rojos y el tejido muscular) de la sangre, remover el glicerol producido por el tejido adiposo. Esta vía metabólica se activa ante la disminución de la glucosa sanguínea, en el cerdo su activación es el ayuno: cerdo, 24 h, hombre 8 y en el pollo 2 h. En el rumiante es una vía constantemente activa. La gluconeogénesis se encuentra bajo control hormonal (insulina, glucagon y adrenalina). Metabolismo de los ácidos grasos volátiles (AGV) El acetato y butirato absorbidos son las principales fuentes de energía para oxidación, el acetato es el precusor lipogénico más importante, en tanto el propionato es utilizado para la gluconeogénesis. Metabolismo de lípidos Los ácidos grasos (AG) son los componentes principales de los lípidos complejos (triacilgliceroles, fosfolípidos). Los triacilgliceroles son la forma más importante de almacenamiento de energía en los animales. Este tipo de almacenamiento presenta sus ventajas, al oxidarse el C de los AG producen más ATP que cualquier otra forma de C, además, los lípidos están menos hidratados que los polisacáridos, por lo que ocupan menos espacio. Los AG se incorporan a las membranas celulares. El principal órgano de interconversión y metabolismo de lípidos es el hígado.
necesitan 4 fosfatos de alta energía para formar una molécula de urea. El fumarato es el vínculo entre el ciclo de la urea y el de Krebs. Después de la desaminación, el esqueleto de carbono de los aminoácidos puede ser utilizado para la producción de energía. El catabolismo de los aminoácidos involucra su conversión a intermediarios en el ciclo de Krebs, su conversión a piruvato o a acetil- CoA. Este último puede oxidarse en el ciclo de Krebs o puede convertirse en acetoacetato y lípidos. Los aminoácidos que forman acetoacetato son cetogénicos, ya que no pueden convertirse en glucosa. Los aminoácidos que forman α-cetoglutarato o ácidos dicarboxílicos de cuatro carbonos estimulan el funcionamiento del ciclo de Krebs y son considerados glucogénicos. La tabla 1 presenta algunos productos derivados de los aminoácidos
