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INTRODUCCION AL METABOLISMO Todos los seres vivos reciben materia y energia del medio que los rodea y desprenden materia y energia. La materia es recibida en forma de moleculas (o iones), utiles para generar los constituyentes celulares, por medio del proceso de la nutricion. Un ser vivo adulto, en situacion de reposo, reintegra al medio ambiente, en 24 horas, una cantidad de materia igual a la que recibe. La materia que reintegra al medio es la que no incorpora a sus propias moleculas, o bien la que no es capaz de proporcionarles energia para sus funciones celulares.
CICLOS DEL CARBONO Y DEL OXIGENO • Mas de 100 elementos quimicos conocidos en el universo, solamente unos 25 se encuentran sistematicamente en los tejidos humanos; aunque todos ellos son indispensables para el correcto funcionamiento del organismo, el 96% de la masa corporal esta formada por oxigeno, hidrogeno y nitrogeno. • Las combinacion carbono-hidrogeno es tan abundante que, para fines practicos, al referirse al intercambio de carbono de los seres vivos con su ambiente, implicamente se incluyen al hidrogeno. Metabolismo de los compuestos nitrogenados se menciona la intervencion del nitrogeno en compuestos fundamentales para la vida celular como son las proteinas. • Sin incluir al agua la casi totalidad de las moleculas de los seres vivios contienen carbono; la quimica celular esta basada en los compuestos del carbono. Si se incluye el agua, el carbono y hidrogeno representan el 28% del peso del cuerpo humano; excluida el agua, el carbono constituye el 50% y el hidrogeno el 10% del peso corporal.
De acuerdo con la capacidad de los organismos para sintetizar o no sus propias moleculas a partir de materiales inorganicos, estos se han clasificado en: autotrofos y heterotrofos. • Los autotrofos emplean bioxido de carbono (CO2) como la fuente de carbono para construir los esqueletos de todas sus moleculas: ejemplo de tales organismos son las celulas fotosinteticas y algunas bacterias. • Los heterotrofos deben obtener el carbono en forma de moleculas complejas como la glucosa, tal como sucede con los animales superiores y la mayoria de los microorganismos. Los autotrofos tienden a ser autosuficientes, mientras que los heterotrofos dependen para su subsistencia de las moleuclas sintetizadas por los autotrofos. • Dependiendo de su peso corporal y de su actividad fisica, un adulto normal consume de 200 a 1,000 litros de oxigeno en 24 horas, mismos que elimina en forma de H2O Y CO2. En el ciclo de la naturaleza se complementa la fotosintesis y la respiracion: la glucosa y el oxigeno, productos de la fotosintesis, se emplean en la respiracion, la cual genera el H2O y el CO2 indispensable para la fotosintesis.
INTERCAMBIO DE ENERGIA EN LOS SERES VIVOS • La energia la obtienen de los alimentos y la emplean para realizar todas sus funciones,unque parte de ella se disipa como calor en el medio. Exprimentalmente se sabe que la cantidad de energia recibida (en forma de luz o molecula que al oxidarse liberan esta energia) es igual a la cantidad de energia usada por la celula para sus funcione, mas la cantidad de energia disipada. Tambien se sabe que, de acuerdo con las leyes de la termodinamica, la “calidad” de la energia recibida es diferente de la disipada;la que se recibe es util para efectuar un trabajo, pero no asi la que se disipa en forma de calor. • Sin embargo en el ser vivo considerado con su medio, si se cumple la segunda ley de la termodinamica: el conjunto ser vivo y medio que le rodea (incluye el sol) tiende a la mayor estabilidad, a almacenar el minimo de energia util para realizar trabajo.
METABOLISMO • El metabolismo es la suma de todas las reacciones quimicas en las celulas. Una idea mas completa del metabolismo es la de una actividad celular altamente coordinada, con intencionalidad, con orientacion (vectorial), en la que intervienen multitudes de sistemas enzimaticos y en la cual se intercambia materia y energia con el medio ambiente. Al metabolismo se le han asignado cuatro funciones especificas: • 1.- Obtener energia quimica, ya sea de la luz solar o de los alimentos. • 2.- Convertir nutrientes en componentes celulares. • 3.- Ensamblar esos componentes en macromoleculas propias de la celula. • 4.- Formar y degradar moleculas requeridas para funciones celulares especdializadas.
El metabolismo se divide en anabolismo y catabolismo. El anabolismo es la fase de sintesis, en el se forman percursores y se unen para generar los componenetes de la celula; es una fase que requiere energia quimica. Catabolismo es la fase degradativa. Las grandes moleculas de los alimentos se fragmentan, se oxidan y liberan energia. La molecula por excelencia, que transfiere la energia quimica liberada en el catabolismo hacia las racciones propias del anabolismo, se conoce como adenosin trifosfato o ATP, El ATP sirve de “puente” energetico entre el catabolismo, donde se produce y el anabolismo, donde se consume.
CATABOLISMO • Los tres componentes solidos principales (98%) de los alimentos son los carbohidratos, los lipidos y las proteinas responsables de proveer la casi totalidad de la energia requerida para todas las funciones celulares. • Los carbohidratos representan cerca del 50-60% de los alimentos solidos del ser humano y quimicamente se les identifica como polisacaridos. Ejemplos tipicos son el alimidon y la celulosa. El 20% de los alimentos solidos en el hombre son las proteinas, abundantes en la leche, los huevos y las carnes. El 20-30% restante son los lipidos, componentes primordiales de los aceites y las grasas, cuyo representante mas comun son los triacilgliceridos.
La degradacion de los polisacaridos, las proteinas y los lipidos se realizan a travez de una serie de reacciones que se organizan en tres etapas. En la primera, las grandes moleculas se degradan en su monomero. Los polisacaridos dan monosacaridos de tipo de la glucosa; los lipidos dan glicerol, acido graso y otras moleculas y las proteinas dan lugar a los aminoacidos. No se libera energia utilizable durante esta primera etapa. • En la segunda etapa, todo ese gran numero de pequenas moleculas formadas en la primera son degradadas a unas cuantas moleculas mas sencillas que juegan un papel central en el metabolismo. La tendencia es converger hacia la molecula llamada acetilco enzima A (aceite CoA). Durante esta segunda etapa se genera una pequena cantidad de ATP. • En la tercera etapa se oxida la molecula de acetil CoA y se convierte en agua y bioxido de carbono. La mayor produccion de ATP obtenida de los alimentos se genera en esta tercera etapa.
La conversion de la glucosa en acetil coenzima A se efectua en la glucolisis. La transformacion de los acidos grasos en acetil – coenzima A se lleva a cabo en la via denominada B-oxidacion. A partir de los aminoacidos, la formacion de varias moleculas, entre ellas la acetil- coenzima A, comprende reacciones de transaminacion y desaminacion. • Finalmente, la via metabolica conocida como fosforilacion oxidativa es la principal responsable de generar el ATP a partir del ADP y el fosfato (Pi), con la participacion de los equivalentes reductores (NADH y FADH2) y el oxigeno, formando, ademas, agua.
ANABOLISMO • El anabolismo tambien puede estudiarse en tres etapas. En la tercera de estas, con la ayuda del ciclo del acido citrico, se generan pequenas moleculas precursoras, las cuales se convierten, a lo largo de la segunda etapa, en los bloques de construccion (los monomeros) de las macromoleculas propias de la celula. Finalmente, en la primera etapa se ensamblan estos monomeros para generar las macromoleculas. En las tres etapas anabolicas, especialmente en la primera, se requiere de energia en forma de ATP. • La formacion de otras moleculas a partir de aminoacidos se identifica como las vias de la ureogenesis y la biosintesis de compuestos nitrogenados. • Las vias o caminos catabolicos no son el reverso de los anabolicos y viceversa. Ello permite una regulacion independiente de cada via. Con frecuencia tambien los caminos anabolicos y catabolicos suceden en lugares diferentes de las celulas, las mitocondrias y el citoplasma celular.
REGULACION DEL METABOLISMO • Una de las caracteristicas sobresalientes del metabolismo como actividad celular es el de estar perfectamente regulado, coordinado e integrado. No obstante que en el pequeno espacio coupado por una celula simultaneamente se ejecutan cientos de reacciones, existe una coordinacion y una definida jerarquia dentro de las vias metabolicas. Todo ello supone la existencia en las celula de una complejisima red de informacion. • El control de metabolismo representa el control de todas y cada una de las vias metabolicas. Cada via metabolica es una unidad funcional que parte de un sustrato y termina con la formacion del producto final de la via, incluye la conversion quimica sucesiva de una molecula en otra, hasta la formacion de dicho producto final. Cada via metabolica tien una enzima clave (llave o limitante) de cuyo funcionamiento depende el flujo de moleculas a travez de la via metabolica completa.
Los mecanismos que modifican la actividad catalitica de las enzimas clave tienen la ventaja de instalarse rapidamente y de dejar de actuar , tambien con gran rapidez. Comparativamente los mecanismos capaces de influir en la cantidad de la enzima son de instalacion mas lenta y tambien la desaparicion del efecto lleva mas tiempo. Desde luego, ambos procesos, modificacion en la actividad catalitica y en la cantidad de enzimas, pueden o no sumarse para dar una respuesta integral en la funcionalidad de la enzima clave en una via metabolica.
ADAPTACION Y HOMEOSTASIS • Muchas de las funciones de los seres vivos estan encaminadas a la superviviencia del individuo o de la especie, en distintas condiciones de medio ambiente, las cuales dependen de la adaptacion del individuo y de la especie a dicho medio. • La esencia del clasico enunciado de Bernard: “la consistencia del medio interior es la condicion de la vida libre e independiente”. Estos fenomenos de regulacion interna reciben de Cannon el nombre de Homeostasis, caracterizada no por la ausencia de cambios, sino por la tendencia a mantener constante el medio interno a travez del control del los cambios.
