(Ciencias de Joseleg)(Biología)(Introducción y biología celular)(El metabolismo)(Introducción)(Generalidades del metabolismo)(Los metabolismos y las reacciones químicas)(Portadores de energía)(Algunos catabolismos)(Algunos anabolismos)(El metabolismo secundario)(La diabetes)(Referencias bibliográficas)(Versión documento word)
El
metabolismo consta de una serie de procesos, los principales son dos:
· la conversión de sustancias
químicas complejas en energía química transportada por sustancias simples y
· la construcción de sustancias complejas
por medio de la inversión de energía química.
Figura 1. Un metabolismo involucra sustancias químicas que se convierten en
otras por reacciones químicas reguladas por enzimas producidas a su vez por los
genes en el ADN.
Sin
embargo también se involucran procesos accesorias que en su conjunto obedecen a
la transferencia de sustancia a través de membranas como son (Chen,
Li, & Ellington, 2007; Gottschalk, 2012; Karp, 2013; Sadava, Berenbaum,
& Hillis, 2014).:
· la adquisición de nutrientes
solubles y gases
· la remoción de desechos solubles y
gases tóxicos
Cada
reacción química metabólica está controlada por una enzima, la cual es un
catalizador de origen biológico construido por aminoácidos y que es altamente
específica para un grupo de reacciones muy semejante.
Tradicionalmente
el metabolismo se clasifica de acuerdo a las dos funciones basales, siendo este
denominado catabolismo o anabolismo.
· El catabolismo es el metabolismo de
rompimiento, en el cual se tiene materia química compleja y se rompe para
extraer su energía a portadores energéticos (Hedström,
Ljungqvist, & Cederholm, 2006).
· El anabolismo es el opuesto, en el
cual se tiene material para construir y se sacrifica energía durante la
síntesis de materia biológica compleja (Hedström
et al., 2006).
Los dos
tipos generales de metabolismos se encuentran conectados entre sí por
portadores de energía, los cuales son sustancias químicas relativamente simples
llamadas coenzimas que transportan la energía de un metabolismo al otro según
sea necesaria.
Las reacciones químicas del metabolismo se encuentran organizadas en rutas de reacciones secuencias también conocidas como rutas metabólicas. En una ruta metabólica un químico de entrada sufre diversas transformaciones, en las que se transforma en intermediarios químicos hasta obtener el producto requerido más desechos. Las enzimas y la concentración relativa son cruciales para el control de las reacciones químicas. Las enzimas pueden acelerar la velocidad neta de la reacción, haciendo que algunas reacciones no espontáneas en términos prácticos produzcan suficientes intermediarios químicos para sustentar otras reacciones vitales.
Figura 2. Las rutas metabólicas que se estudian son solo un fragmento del
proceso real, y aunque se enseñan por separado, hay que tener en cuenta que
todas están conectadas directa o indirectamente, por lo que, al alterar una
sustancia, altera a muchas otras en un efecto dominó que genera enfermedades
metabólicas graves como la diabetes.
De esta
manera podemos agrupar series de reacciones en rutas metabólicas, las cuales
poseen redes de reacciones químicas catalizadas por enzimas. La evidencia
estructural sugiere que las enzimas de una ruta metabólica se encuentran
físicamente interconectadas, lo que permite que los productos intermedios de
una reacción puedan ser entregados a la siguiente enzima de manera eficiente
para posteriores transformaciones.
YouTube. Los receptores
de membrana acoplados a proteínas G son receptores transmembranarios, la parte
externa es el dominio receptor que al acoplarse a un químico señal “hormona”,
provoca que el domino G genere una señal interna en la célula.
Los
compuestos producidos en cada paso intermedio se denominan intermediarios
metabólicos o (metabolitos), los cuales en sucesivas transformaciones general
los productos. Los productos finales son moléculas con roles importantes en la
célula, como los aminoácidos, los azucares o el ATP.
La
concentración relativa de los intermediarios está mediada por las leyes del
equilibrio químico, especialmente el principio de Le Chatelier. Así, cuando se
acumulan demasiados intermediarios en una ruta metabólica esta se detiene
espontáneamente, hasta que estos intermediarios sean consumidos o extraídos del
ambiente de reacción, lo mismo ocurre con cualquier producto de reacciones
metabólicas. Lo opuesto también es cierto, si se acumulan muchos reactivos las
reacciones se aceleran lo que puede alterar los equilibrios metabólicos (Smith
& Morowitz, 2004). Las rutas metabólicas en su
conjunto forman redes metabólicas complejas, en otras palabras, un sistema con
propiedades emergentes como la resiliencia. De esta manera la red puede
responder de forma dinámica a las sustancias externas e internas, e incluso
soportar cambios bruscos, provenientes del exterior o del interior hasta
ciertos límites vitales (Fell
& Wagner, 2000).
La red
metabólica determina si una sustancia puede clasificarse como una fuente de
energía, como una toxina o como un veneno, e incluso la misma sustancia puede
cambiar de categoría dependiendo de su cantidad relativa –o concentración –en
un microambiente particular. Por ejemplo, muchas bacterias pueden emplear el
sulfuro de hidrógeno como nutriente, pero para los animales es altamente
venenoso (Fell
& Wagner, 2000). Un detalle importante de las
redes metabólicas es una reticencia al cambio, existen tremendas similitudes
entre las rutas metabólicas básicas de todos los seres vivos, por lo que la escolarización
del metabolismo ha estado trazada siempre por unas pocas rutas como por
ejemplo: la glucólisis, el ciclo de Krebs, las cadenas de transporte de
electrones, las fermentaciones, y la fotosíntesis. Esta similitud entre los
metabolismos basales es una de las evidencias más contundentes de la existencia
de un ancestro común entre todos los seres vivos que habían el planeta Tierra
en la actualidad (Singh,
2015; Stairs, Leger, & Roger, 2015).
Los
compuestos metabólicos son importantes, no solo para el mantenimiento de la
homeostasis corporal, también pueden ser empleados como mecanismos de relación
con otros seres vivos ya sea de la misma especie o con otras especies. En este
sentido dos categorías de compuestos son importantes, las feromonas y los
metabolitos secundarios. Las feromonas son compuestos mensajeros que
generalmente afectan a individuos de la misma especie y generalmente se
relacionan con el reconocimiento de la receptividad sexual, mientras que los
metabolitos secundarios pueden ser empleados como venenos o disuasorias de mal
sabor (Cushnie,
Cushnie, & Lamb, 2014; Davies, 2013; Seigler, 2012; Wink, 2013).
En términos
de historia de la vida, el metabolismo es uno de los conceptos clave a la hora
de elaborar hipótesis sobre el origen de la vida, debido a que los
intermediarios metabólicos presentan un problema de complejidad que debe
desentrañarse de a pocos. En todo caso, es importante conocer primero los
fundamentos, para luego poder abarcar el problema más grande, que es su origen
último (Chen
et al., 2007; Parmon, 2008; Robertson & Joyce, 2012; Wächtershäuser, 1988).
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