Metabolismo Celular: Reacciones y Transferencia de Energía

Concepto de Metabolismo

Todos los seres vivos necesitan un suministro continuo de materia y energía para poder crecer, mantenerse y reproducirse. La materia que captan del exterior ha de sufrir un conjunto de transformaciones o cambios químicos para poder ser útil para las células en forma de nutrientes. Cuando los nutrientes entran en las células, o bien se transforman para suministrar energía para realizar las actividades celulares, o bien son la materia prima para la biosíntesis de compuestos estructurales de las células.

La célula viva es como una fábrica química en la que continuamente tienen lugar miles de reacciones químicas.

• Metabolismo: conjunto de reacciones químicas que se realizan en el interior de las células.

En el metabolismo, las reacciones químicas están encadenadas, de forma que el producto de una reacción es el sustrato o metabolito de la siguiente.

• Ruta o vía metabólica: cada uno de los conjuntos de reacciones encadenadas que constituyen el metabolismo.

El metabolismo, como un todo, usa y transforma tanto la materia como los recursos energéticos de la célula.

• Catabolismo o vías de degradación: rutas metabólicas que liberan energía degradando moléculas orgánicas en otras más sencillas.
• Anabolismo o vías de biosíntesis: rutas metabólicas que consumen energía para sintetizar moléculas orgánicas complejas a partir de otras más simples.

Diferentes Rutas Metabólicas

• Lineal: el producto de una reacción es el reactivo de la siguiente.
• Ramificada: un metabolito (intermediario) participa en dos o más rutas.
• Cíclica: cada vez que funciona un ciclo se gasta una molécula de A y se forma una de Z, pero los intermediarios no se consumen (mirar dibujo libro página 194).

El motor energético del metabolismo presenta dos componentes esenciales: la energía de oxidación-reducción aportada por el NADH y compuestos similares, y la energía fosfato ligada aportada fundamentalmente por el ATP. Ambos compuestos se generan en el catabolismo y se gastan en el anabolismo.

Características de las Reacciones Metabólicas

• Se forman nuevas sustancias (productos) a partir de los reactivos o metabolitos.
• Durante la reacción hay un intercambio de energía entre los reactivos y el medio que los rodea (entalpía).
• Suceden en un medio acuoso, por lo que los reactivos y los productos se encuentran en disolución. El agua es, además, un reactivo o un producto de algunas reacciones metabólicas.
• Están encadenadas y la mayoría están acopladas; la energía liberada en una de las reacciones (reacción exergónica/exotérmica) es captada por otra reacción (endergónica o endotérmica).
• Energía libre (G): energía que está contenida en las sustancias que participan en una reacción. En las reacciones espontáneas, los productos finales contienen menos energía libre que los reactivos, es decir, la variación de G es negativa; estas reacciones son las que llamamos exergónicas. En una reacción endergónica (que requiere un aporte de energía) la variación de G es positiva.
• Cada reacción metabólica está catalizada por una enzima. Los catalizadores son sustancias que aceleran las reacciones químicas disminuyendo su energía de activación.
• Desde una perspectiva energética, en toda reacción química es necesaria la aportación de una energía inicial o energía de activación, ya sea una reacción exergónica o endergónica.
• En las reacciones acopladas, una misma enzima cataliza las dos reacciones a la vez.

Transferencia de Energía

Dos formas básicas:

• Mediante la transferencia de electrones: Una reacción en la que una sustancia transfiere uno o más electrones a otra es una reacción oxidación-reducción o reacción redox. Cuando una sustancia se oxida es que pierde electrones; cuando gana electrones se reduce.

• Mediante la transferencia de grupos fosfato: ATP + H₂O ➡ ADP + Pi + Energía