Biología . 2º Bachillerato

Fisiología celular

Metabolismo celular
4.4.1 - Introducción


Metabolismo

Conjunto de reacciones químicas que permiten a los seres vivos intercambiar materia y energía con el entorno.

Los seres vivos son sistemas abiertos: Intercambian materia y energía con el entorno. como un torbellino o una llama
Son esencialmente máquinas químicas. Regulados por enzimas
Han de construirse a sí mismos: Obtener energía y materales
Hasta los organismos más sencillos de tipo bacteriano tienen más de 1000 reacciones químicas diferentes

Necesitan energía para

  • Transporte de sustancias
  • Movimientos
  • Transformar la materia para adecuarla a su estructura
    Biosíntesis en mam: Prótidos 70-90%. A.N 15%. Lip 10%. Glúc 5% (mucho más en plantas)

ATP

La unidad de energía en el metabolismos es el ATP.
Donador inmediato de energía

ATP --> ADP+Pi + 7.3 Kcal/mol
ATP --> AMP+PPi + 10.9 Kcal/mol

ATP

El ATP ha de regenerarse constantemente. No vale como almacén de energía.

Por ejemplo el ATP en una célula muscular activa se consume en menos de 1 segundo
Los metaboltos de reserva pueden proporcionar energía otros pocos segundos
Luego el ATP debe regenerarse por el metabolismo

ATP total humano 100 g
Consumo en reposo 40 Kg/día
Carrera de 2 horas 60 Kg
Ejercicio intenso 0.5 Kg/min

Tipos de metabolismo

Anabolismo

Parte constructiva del metabolismo
Se forman moléculas complejas a partir de moléculas más sencillas.
Requiere aporte de energía en forma de ATP

Esquema general de anabolismo

Catabolismo

Parte detructiva del metabolismo
Forma moléculas sencillas a partir de moléculas más complejas.
Más oxidadas: menos H o más O
Pueden producir energía en forma de ATP

Esquema general de catabolismo
  • Anabolismo y catabolismo son simultáneos y a veces sin límites precisos
    • Algunas etapas de anabolismo y catabolismo son comunes.
    • Otras etapas son diferentes lo que permite la regulación de los procesos.
    • Muchas rutas metabólicas parten de bases comunes que van bifurcándose
  • Los compuestos complejos han de fabricarlos siempre las propias células
    Proteínas, polisacáridos, fosfolípidos, ácidos nucléicos
  • Los compuestos sencillos pueden elaborarlos algunas células o obtenerlos del exterior.
    • La trasformación de compuestos inorgánicos a orgánicos sólo algunos seres vivos: litotrofos
    • Los quimiotrofos toman moléculas inorgánicas y algunas orgánicas de pequeño tamaño
  • Cada organismo o tipo de célula tiene necesidades metabólicas propias.
  • En circunstancias diferentes se puede modificar el metabolismo celular.
    Por ejemplo disponibilidad de nutrientes...Diferenciación celular...
  • La energía química de moléculas grandes en general es mayor que la de las pequeñas
    • Para fabricar macromoléculas se requier consumo de ATP. Anabolismo gasta ATP
    • Cuando se destruyen macromoléculas se obtiene energía.
    • Nunca se obtiene la misma cantidad de ATP por catabolismo que la gastada el mismo proceso anabólico.
      Existen pérdidas como en cualquier máquina o proceso termodinámico
  • Los componenetes de los seres vivos son mayoritariamente moléculas orgánicas que están más reducidas que la materia inorgánica presente en el entorno.
    Se utilizan diversas sustancias para reducir y oxidar sustancias químicas en las células:NAD . NADP y FAD
Algunas moléculas implicadas en el metabolismo energético
NAD
NAD
Nicotamin-adenin-dinucr¡leótido
Nucleótido transportador de H
FAD

FAD
Flavin-adenosín-dinucleótido
Nucleótido transportador de H

Co-A
Coenzima A
Nucleótido transportador de grupos acilo

Rutas metabólicas

Los enzimas aumentan la velocidad de reacción de determinadas reacciones químicas
Con ello consiguen dirigir las transformacuiones de materiales deseados

Las reacciones químicas son reversibles. Su sentido depente de:

  • Diferencia de energía
  • Concentración de nurtrientes

Algunas reacciones pueden discurrir en un determinado sentido contra la energía de las moléculas si la concentración de reactivos es muy elevada y la de producto muy baja.

Los enzimas reguladores modulan el ritmo
Suelen estar al comienzo de las rutas o en bifurcaciones
Pueden estar en aquellas reacciones que por su diferencia energética impulsan la rección en un determinado sentido

 

 

 
Ejemplo de regulación de ruta metabólica de síntesis de algunos aminoácidos

 

Necesidades nutricionales de algunos organismos
  Rata
Mamífero omnivoro
Leuconostoc
Ambientes ricos en nutrientes
Bacteria
quimiorganotrofa fermentadora
Planta
Fotolitotrofa
Aminoácidos
Arg
His
Ile
Leu
Lys
Met
Phe
Tre
Trp
Val
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Ala
Gln
Lys
Thr
Arg
Gly
Met
Trp
Asn
His
Phe
Tyr
Asp
Ile
Pro
Val
Cys
Leu
Ser
.
   
Otros compuestos orgánicos Varios A.Grasos poliinsaturados
Colina
Inositol
Adenina. Guanina
Uracilo
Xantina
Glicerina
Un único compuesto orgánico
sencillo por ejemplo Glicerina
 
Vitaminas Tiamina
Rivoflavina
A. Nicotínico
A. Pantoténico
Piridoxina
Biotiba
Vit B12
A. Fólico
Vit. A
Vit D
Vit E
Vit K
Tiamina
Rivoflavina
A. Nicotínico
A. Pantoténico
Piridoxina
Biotina
A. Aminobenzoico
A. Fólico
   
Sales

Na
K
Mg
Ca
Fe
Mn
PO4H
SO4H
Cl

Na
K
Mg
Ca
Fe
Mn
PO4H
SO4H
Cl
Na
K
Mg
Ca
Fe
Mn
PO4H
SO4H
Cl
NH3
Na
K
Mg
Ca
Fe
Mn
PO4H
SO4H
Cl
NO3H
Gases O2 O2   CO2
Agua H2O H2O H2O H2O
Otros       Luz

Algunos ejemplos de metabolismo

A continuación se muestra el metabolismo general de algunos tipos celulares
En los esquemas se muestran simplificadas las principales trasformaciones de compuestos químicos celulares y rutas de obtención y gasto energético

Ir a tipos de nutrición

Metabolismo respiración

Bacteria respiradora

Quimiorganotrofo Aerobio

  • Fuente de carbono :
    • Un compuesto orgánico simple: glicerina
    • Lo utiliza para sintetizar el resto de sus componentes.
    • Necesita una fuente de nitrógeno
  • Obtención de energía:
    • Oxidando la glicerina en la respiración
    • Consume oxígeno
    • Produce dióxido de carbono y agua
Metabolismo fermentación

Bacteria fermentadora

Quimiorganotrofo Anaerobio

  • Fuente de carbono :
    • Un monosacárido: Glucosa
    • Lo utiliza para sintetizar el resto de sus componentes.
    • Necesita una fuente de nitrógeno
  • Obtención de energía:
    • Transformando la glucosa en Ácido Láctico
Metabolismo fotosíntesis

Célula fotosintética

Fotolitotrofo

  • Fuente de carbono :
    • Dióxido de carbono
    • Lo utiliza para sintetizar compuestos orgánicos y de estos el resto de sus componentes.
    • Necesita una fuente de nitrógeno
    • Produce oxígeno molecular como producto de desecho
  • Obtención de energía:
    • Captación de fotones en la fotosíntesis
Metabolismo reservas

Célula utilizando reservas de energía

Quimiorganotrofo Aerobio

  • Fuente de carbono :
    • Reserva de polisacáridos (glucógeno, almidón,...)
    • Lo convierte en monosacáridos (glucosa) y compuestos más sencillos
    • Utiliza estos compuestos para sintetizar el resto de sus componentes.
    • Necesita una fuente de nitrógeno
  • Obtención de energía:
    • Oxidación del la glucosa en la respiración
    • Consume oxígeno
    • Produce dióxido de carbono y agua
Metabolismo animal

Célula de un animal (pluricelular)

Quimiorganotrofo Aerobio

  • Fuente de carbono :
    • Compuestos del medio interno: monosacáridos, aminoácidos, grasas...
    • Los utiliza para sintetizar el resto de sus componentes.
  • Obtención de energía:
    • Oxidando estos compuestos en la respiración. Principalmente glucosa, pero también otros
    • Consume oxígeno
    • Produce dióxido de carbono y agua
    • Produce excedentes de nitrógeno que han de ser eliminados

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