Metabolismo

de Regulación del metabolismo celular

El metabolismo celular está regulado por procesos sistema termodinámicos, la cual se divide tres tipos de sistemas: Sistema cerrado. Un sistema es cerrado cuando puede intercambiar energía con el entorno, pero no materia. Sistema abierto. Un sistema es abierto cuando puede intercambiar materia y energía con el entorno. Sistema aislado. Un sistema es aislado cuando no intercambia ni materia ni energía con el entorno. Sistema adiabático. Un sistema es adiabático cuando no intercambia materia ni energía en forma de calor con el entorno, pero sí intercambia energía en forma de trabajo. Los dos principios de la termodinámica son: El primer principio de la termodinámica es el principio de la conservación de la energía. Este principio establece que la energía puede ser convertida de una forma a otra, pero no se puede crear o destruir. En otras palabras: la energía total del universo es constante. El segundo principio de la termodinámica es el aumento de la entropía. Este principio establece que la entropía del universo se incrementa en un proceso espontáneo y se mantiene constante en un proceso que se encuentra en equilibrio. Como universo = sistema + entorno, para cualquier proceso el cambio de entropía del universo es la suma de los cambios de entropía del sistema y de su entorno. Lo que permite predecir que una reacción transcurra espontáneamente o no es la variación de la energía libre ( G). Si G < 0, la reacción es exergónica y transcurre espontáneamente. Si G > 0, la reacción es endergónica y no transcurre espontáneamente; ocurrirá en sentido contrario. Si G = 0, el sistema está en equilibrio y no hay cambios.

Todos los intermediarios transportadores que intervienen en el metabolismo presentan una serie de características comunes, entre las cuales destacan las siguientes: Ocupan un papel central en el metabolismo. Son muy versátiles e intervienen en numerosas reacciones químicas metabólicas. Son comunes a todos los organismos vivos. Son todos ribonucleótidos de adenina. Es probable que su origen se encuentre en los comienzos de la vida; posiblemente deriven de las primeras moléculas con capacidad catalítica y de duplicación: las ribozimas (ARN). Debido a su eficacia y versatilidad, se han mantenido como coenzimas de los enzimas actuales (proteínas). El ATP o adenosín trifosfato es un ribonucleótido de adenina que tiene tres moléculas de fosfato. Por consiguiente, está formado por: una molécula de adenina, una molécula de ribosa ( -D-Ribofuranosa) y tres moléculas de fosfato. La adenina se une con la ribosa mediante un enlace N-glucosídico que se establece entre el carbono 1 de la ribosa y el nitrógeno 9 de la adenina. La primera molécula de fosfato se une mediante un enlace éster con el carbono 5 de la ribosa, las otras dos moléculas de fosfato se unen entre sí y con la molécula de fosfato anterior mediante unos enlaces especiales denominados enlaces ácido-anhídrido. Los enlaces ácido-anhídrido, que unen entre sí las moléculas de fosfato, son enlaces de alta energía. Esto significa que para formarse se requiere mucha energía, y cuando se hidrolizan igualmente liberan mucha energía. En esto se fundamenta el papel de intermediario energético que realiza el ATP; en la creación y destrucción de estos enlaces. El ATP almacena energía en los enlaces que unen entre sí a los grupos fosfato, especialmente el que une el 2 y el 3er fosfato. Mediante la hidrólisis, que es un proceso espontáneo, se rompe este enlace y se libera energía, permitiendo que pueda actuar acoplada a procesos endergónicos que no serían posibles sin un aporte energético. Posteriormente, el ATP se regenera mediante la fosforilación del ADP, en el que se requiere un aporte energético.

El ATP se forma al unirse al ADP una molécula de fosfato; este proceso se denomina fosforilación. Este es un proceso endergónico, no espontáneo, que requiere un aporte energético para producirse. Ocurre en el interior de las células acoplado a procesos muy exergónicos. ADP + Pi + Energía ATP + H2O Existen dos mecanismos para sintetizar el ATP: la fosforilación a nivel de sustrato y la fosforilación debida al transporte de electrones. Fosforilación a nivel de sustrato: Este proceso consiste en transferir un grupo fosfato de alta energía desde una molécula fosforilada hasta el ADP, formándose ATP. En este proceso se aprovecha la energía que se libera al hidrolizarse el grupo fosfato de la molécula fosforilada, para transferir dicho grupo fosfato al ADP y formar ATP. Este tipo de fosforilación se da en la glucólisis y, también, en alguna de las etapas del ciclo de Krebs. Fosforilación debida al transporte de electrones: En este caso, la fosforilación del ADP para formar ATP se realiza gracias a la energía que se libera al transportar electrones a través de una serie de proteínas situadas en la membrana mitocondrial o en la de los cloroplastos. Esta energía es aprovechada por el complejo enzimático ATP-sintetasa para fosforilar el ADP y formar ATP. Existen dos procesos de este tipo: la fosforilación oxidativa ocurre en las mitocondrias, y la fotofosforilación tiene lugar en los cloroplastos.

El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que se producen en las células y mediante las cuales se transforman los nutrientes que llegan a ellas desde el exterior. El metabolismo tiene dos finalidades: Que la célula obtenga energía química utilizable, que se almacena en forma de ATP. Que la célula fabrique a partir de esos nutrientes sus propios compuestos, que serán utilizados para fabricar sus estructuras celulares o para almacenarlos como reserva. Por consiguiente, dentro del metabolismo se diferencian dos tipos de procesos: el anabolismo y el catabolismo. El catabolismo comprende la fase destructiva del metabolismo. Consiste en la oxidación de moléculas orgánicas reducidas, que se convierten en otras más simples y oxidadas. Estas transformaciones desprenden energía, recogida en moléculas intermediarias de energía como el ATP, o en forma de poder reductor en moléculas transportadoras de electrones (NADH, NADPH). El anabolismo es la fase constructiva del metabolismo; mediante él se sintetizan moléculas orgánicas. Esta síntesis se realiza a partir de moléculas simples y oxidadas, que se reducen utilizando la energía del ATP y el poder reductor (NADH, NADPH) que se obtuvieron en el catabolismo. En los procesos catabólicos se libera energía, que se almacena en forma de ATP, mientras que en los procesos anabólicos se requiere un aporte energético, que se obtiene de la hidrólisis del ATP. Mediante los procesos catabólicos compuestos reducidos se transforman en otras moléculas más oxidadas; por consiguiente, los procesos catabólicos son procesos oxidativos. Por el contrario, los procesos anabólicos son procesos reductores a través de los cuales moléculas oxidadas se transforman en otras más reducidas

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En el metabolismo los procesos de óxido-reducción tienen una enorme importancia; muchas de las reacciones catabólicas son reacciones de oxidación, en las que se liberan electrones, mientras que muchas de las reacciones anabólicas son reductoras, en las que se requieren electrones. En los procesos biológicos de óxido-reducción, la pérdida y ganancia de electrones suele ir acompañada de pérdida y ganancia de H+, por lo que estos procesos son deshidrogenaciones e hidrogenaciones. Los electrones, desprendidos en las oxidaciones catabólicas, son recogidos por un coenzima y transportados, a veces, hasta procesos anabólicos reductores donde se requieren. En otras ocasiones son encaminados hasta una cadena transportadora (cadena respiratoria) que los conducirá hasta el O2, que será su aceptor final. Los coenzimas que se encargan de recoger y transportar los electrones que se liberan en las oxidaciones metabólicas son: NAD+, NADP+ y FAD. Los tres son dinucleótidos de adenina. Estos coenzimas se reducen al captar los electrones y, posteriormente, cuando los ceden, se regeneran y se oxidan de nuevo. NAD+ (nicotinamín adenín dinucleótido). Está formado por dos ribonucleótidos: el de la adenina y el que tiene por base la nicotinamida (vitamina PP). En las oxidaciones en las que interviene este coenzima, el sustrato pierde dos electrones y dos protones; los dos e-; junto con un H+ se unen al NAD+ y se forma NADH, mientras que el otro H+ queda en el medio; por ello, la forma reducida de este coenzima se debe escribir NADH+H+ aunque también está permitido NADH. Este coenzima suele intervenir en reacciones de deshidrogenación de alcoholes. La forma reducida (NADH) suele ceder los electrones a una cadena de transporte de e- que los hará llegar hasta el oxígeno. En este transporte se forma ATP. NADP+ (nicotinamín adenín dinucleótido fosfato). Es similar al NAD+, salvo que en el carbono 3 de la ribosa del nucleótido de la adenina lleva un grupo fosfato. La forma reducida (NADPH) actúa aportando electrones en los procesos de biosíntesis (anabólicos). FAD (flavín adenín dinucleótido). Está formado por dos ribonucleótidos: el de la riboflavina (vitamina B2) y el de la adenina. Interviene en reacciones de deshidrogenación con formación de enlaces dobles. Su forma reducida (FADH2), al igual que el NADH, cede los electrones a una cadena transportadora de estos que los lleva hasta el O2; en este transporte se forma ATP.

La regulación del metabolismo celular se produce principalmente a tres niveles que son los siguientes: Controlando la cantidad de los enzimas. Los enzimas, al igual que otras moléculas celulares, sufren recambio metabólico y, por consiguiente, se degradan y se sintetizan continuamente. Esto permite regular la cantidad de un enzima que hay en un momento dado. La velocidad de síntesis enzimática dependerá

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