Metabolismo Celular: Conceptos Clave y Procesos Bioquímicos

Conceptos Básicos del Metabolismo

El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que ocurren en las células para mantener la vida. Se divide en dos procesos principales:

• Anabolismo: Proceso de síntesis que consume energía (ATP).
• Catabolismo: Proceso de degradación por oxidación que produce poder reductor, coenzimas reducidos y energía (ATP).

Tipos de Reacciones Metabólicas

• Reacciones Exergónicas (ΔG < 0): Espontáneas, liberan energía.
• Reacciones Endergónicas (ΔG > 0): No espontáneas, requieren aporte de energía.
• Reacciones Isoergónicas (ΔG = 0): En equilibrio.

Ácidos y Bases

• Ácido: Sustancia que aumenta la concentración de protones [H+], disminuyendo el pH.
• Base: Sustancia que aumenta la concentración de hidroxilos [OH-], disminuyendo el pOH y aumentando el pH.

Respiración Celular

La respiración celular es un proceso catabólico que produce energía a partir de la oxidación de moléculas orgánicas. La ecuación general es:

CO₂ + H₂O <-> H₂CO₃ <-> HCO₃^- + H⁺

Hidratos de Carbono

Los hidratos de carbono son moléculas formadas por carbono, hidrógeno y oxígeno. Los monosacáridos presentan un grupo carbonilo:

• Aldehído: H-C=O
• Cetona: CH₂OH - C=O

Los monosacáridos pueden presentar:

• Estereoisomería (D, L)
• Anomería: En disolución (α, β)

Enlace glucosídico: Se forma entre dos grupos -OH, liberando una molécula de H₂O. Los disacáridos más comunes son sacarosa, maltosa y lactosa. Los polisacáridos más importantes son el almidón y el glucógeno.

Lípidos

Los lípidos son moléculas apolares, insolubles en agua. Se clasifican en:

Lípidos Simples

Formados por ácidos grasos, que son ácidos monocarboxílicos. Pueden ser saturados o insaturados. Ejemplos: ácido oleico y palmítico.

• No esterificados: Moléculas carbonadas con grupo alcohol (glicerol y esfingosina).
• Ésteres de unidades básicas: Se unen mediante enlaces éster.
• Derivados: Prostaglandinas, prostaciclinas, tromboxanos, leucotrienos.

Lípidos Complejos

• Fosfolípidos: Incluyen los fosfoacilglicéridos (ácido fosfatídico, glicerol, 2 ácidos grasos, P + alcohol) y las esfingomielinas (ésteres de esfingosina).
• Glucolípidos: Presentes en las neuronas del SNC. Formados por un lípido y un azúcar. Forman el glucocálix.

Isoprenoides

Terpenos, esteroides, carotenoides, tocoferoles, poliprenilquinonas.

Aminoácidos y Proteínas

Los aminoácidos (Aa) son las unidades básicas de los péptidos y proteínas. Poseen un grupo amino y un grupo ácido.

Aminoácidos Proteicos

• Hidrofóbicos: Insolubles en agua. Aminoácidos apolares: glicina, alanina, prolina, valina, fenilalanina, triptófano, leucina, isoleucina, metionina.
• Polares: Solubles en agua.
  • Neutros: Serina, treonina, cisteína.
  • Ácidos: Aspártico, glutámico.
  • Básicos: Lisina, arginina, histidina.

Aminoácidos Modificados

• Fosforilaciones: Regulan la transducción de señales.
• Dimerizaciones: Importantes en la estructura terciaria de las proteínas.

Los aminoácidos son anfóteros (pueden actuar como ácidos o bases). A pH > pI, el aminoácido está desprotonado y tiene carga negativa.

Péptidos y Proteínas

Las proteínas pueden ser:

• Globulares: Solubles en agua.
• Fibrosas: Función estructural, insolubles, apolares (colágeno y queratina).

Estructura secundaria: Presenta elementos de simetría como la hélice α y la lámina β.

Chaperonas: Ayudan al plegamiento de las proteínas y al control de calidad.

Desnaturalización: Afecta a las estructuras cuaternaria y terciaria, pero nunca a la primaria.

Transporte a Través de Membranas

• Difusión simple: A favor de gradiente, sin transportador.
• Difusión facilitada: A favor de gradiente, con transportador.
  • Transporte pasivo: A favor de gradiente, libera energía.
  • Transporte activo: En contra de gradiente, requiere energía.
    • Primario: Obtiene energía directamente del transportador.
    • Secundario: Obtiene energía de procesos indirectos. Utiliza la energía para introducir Na⁺, transportando glucosa a la vez (cotransporte).