Metabolismo celular: catabolismo, anabolismo, ATP y enzimas

Metabolismo: intercambio y transformación de materia y energía

Metabolismo: Las células intercambian continuamente materia y energía con su entorno; ambas son transformadas en su interior con el objeto de crear y mantener las estructuras celulares y proporcionar energía para sus procesos.

Fases del metabolismo

Tiene 2 fases principales:

• Catabolismo (fase destructiva): en ella las moléculas complejas que proceden del medio externo o de reservas internas son degradadas a moléculas más sencillas. También se libera energía.
• Anabolismo (fase constructiva): en ella se fabrican moléculas complejas a partir de moléculas más sencillas. Requiere energía aportada por el ATP.

Ambos procesos se realizan a la vez, pero a través de rutas metabólicas diferenciadas.

Tipos según la fuente de carbono y de energía

• Fuente de carbono:
  • Células autótrofas: toman el carbono del CO₂ atmosférico.
  • Células heterótrofas: obtienen el carbono en forma de compuestos orgánicos.
• Fuente de energía:
  • Fotosintéticas: utilizan la luz solar.
  • Quimiosintéticas: aprovechan la energía liberada en reacciones químicas.

ATP y enlaces ricos en energía

Se forman enlaces ricos en energía. Los procesos relacionados con el ATP son clave:

• Hidrólisis del ATP: proceso espontáneo que libera la energía contenida en el enlace.
• Fosforilación del ADP (síntesis de ATP): reacción opuesta a la hidrólisis y requiere energía (no espontánea).

Hay dos mecanismos para sintetizar ATP:

• Fosforilación a nivel de sustrato.
• Fosforilación en la cadena de transporte de electrones.

Enzimas

Para que una reacción se lleve a cabo es necesario que el sustrato reciba una energía de activación. Los catalizadores facilitan y aceleran las reacciones químicas.

Enzima: proteínas de gran solubilidad en los medios líquidos del organismo; según su composición pueden ser holoproteínas o heteroproteínas.

Apoenzimas y coenzimas

• Apoenzima: sirve de soporte al coenzima y determina la especificidad de la reacción enzimática.
• Coenzimas: de bajo peso molecular y no son de naturaleza proteica, suelen ser orgánicas. Son responsables del tipo de reacción enzimática que realiza la enzima. Su número no suele ser elevado. Muchos coenzimas son vitaminas. Ej.: adenosín-fosfatos, coenzima A y piridin-nucleótidos.

Vitaminas

Algunas vitaminas son necesarias para que funcionen las enzimas. Pueden ser:

• Liposolubles: insolubles en agua (ej.: vit. A o D).
• Hidrosolubles: solubles en agua (ej.: vit. C o ácido fólico).

Mecanismo de acción enzimática

Esquema general: E + S ➨ ES ➨ P + E

1ª fase: el sustrato se acopla por adsorción al centro activo formando el complejo ES. El sitio catalítico del centro activo actúa sobre el sustrato transformándolo en productos, que se separan de la enzima.

El acoplamiento de S al centro activo se relaciona con el modelo de llave-cerradura, y actualmente se considera correcto el modelo de ajuste inducido.

Resumen

• El metabolismo integra procesos de degradación (catabolismo) y síntesis (anabolismo).
• El ATP es la moneda energética central, sintetizada por fosforilación a nivel de sustrato o mediante la cadena respiratoria.
• Las enzimas, junto con apoenzimas y coenzimas, regulan y aceleran las reacciones metabólicas.