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Metabolismo en la célula

La palabra metabolismo se usa para designar el conjunto de reacciones químicas que llevan a cabo los organismos vivos. Las reacciones metabólicas se pueden separar de forma general en dos grupos:

1.- Aquellas que consumen energía para hacer o modificar enlaces químicos, las que se conocen como reacciones anabólicas. El proceso en general que involucra estas reacciones se le llama anabolismo.

2.- Las que recolectan energía al romper enlaces químicos y se les llama reacciones catabólicas. Al proceso que involucra estas racciones se le conoce como catabolismo.

Los seres vivos presentan un gran arsenal de enzimas que sirven como catalizadores de un sin número de reacciones y el desarrollo final de muchas de estas reacciones se produce a través de una secuencia de reacciones intermedias en lo que se conoce como ruta bioquímica. En la ruta bioquímica el producto de una reacción se convierte en el sustrato? para la próxima. Este modo de operar de la química biológica es la unidad organizativa del metabolismo y permite una actividad metabólica sincronizada y coherente.

La mayor parte de las rutas bioquímicas se llevan a cabo en compartimentos específicos de la célula (orgánulos). La figura 1 es un esquema de una ruta biológica hipotética en la que diferentes enzimas presentes en una membrana actúan por etapas para lograr un producto partiendo de un sustrato.

figura 1
Figura 1. Una ruta bioquímica.

Los biólogos piensan que la ruta bioquímica en las que se ven involucradas varias etapas son un resultado evolutivo vinculado a la supervivencia de las células mejor adaptadas para soportar los cambios en el entorno.

En las células más primitivas, el primer proceso bioquímico probablemente incluía moléculas ricas en energía que eran conseguidas en el entorno. La mayoría de esas moléculas, necesarias para el proceso, debieron existir en las aguas oceánicas donde yacían las células en las primeras etapas de desarrollo de la vida. Las primeras reacciones de catálisis fueron probablemente simples, de una sola etapa en la que se enlazaban esas moléculas en diferentes combinaciones. Tales reacciones pudieron ser del tipo en las que unas sustancia A se une a una B para formar la sustancia C con la liberación de energía.



Debido al uso, las moléculas ricas energéticamente quizás hayan comenzado a escasear en el entorno, y de esta forma solo los organismos que hubieran evolucionado un tanto y fueran capaces de sintetizar tales moléculas energéticas partiendo de otras presentes en el ambiente pudieron sobrevivir. Si llamamos D a las nuevas sustancias que sirven para tal síntesis, la reacción anterior podría incrementarse en una nueva etapa de catálisis como sigue:



De la misma forma, cuando empezó a escasear la sustancia D solo los organismos capaces de producirla partiendo de precursores presentes en el entorno, que llamaremos E, pudieron continuar viviendo.



Esta supuesta ruta bioquímica fue agregando etapas de catalización (enzimáticas) a la reacción primaria hasta lograr sintetizar la sustancia C partiendo de E. De esta forma es que se piensa que evolucionaron las rutas bioquímicas hasta el presente, esto es, etapa por etapa en plazos de tiempo históricos y no surgidas de una sola vez. Note que la reacción final de la secuencia de etapas fue la primera en realizarse mientras que las otras son reacciones cada vez más recientes en el tiempo.

Control de las rutas bioquímicas

Las rutas bioquímicas no se mantienen funcionando permanentemente ya que no tiene sentido producir alguna sustancia que esté presente en cantidades apropiadas, y de hacerlo, esto representaría un derroche de materias primas y energía que podían utilizarse en otra actividad. Por ello, las rutas bioquímicas están muy bien coordinadas y reguladas por la célula, la que puede "encender" o "apagar" la realización de las reacciones químicas en los casos en los que las sustancias producidas se necesiten o no.

Una forma frecuente de regulación de las rutas bioquímicas simples se conoce como inhibición por retroalimentación (o retroalimentación negativa). Aquí, el producto final (C en nuestra hipotética ruta bioquímica) se acopla con un centro alostérico de la enzima que cataliza la primera reacción de la ruta (la reacción E ---> D). Cuando C es un inhibidor alostérico y existe en una cantidad sustancial, su enlace con la enzima de la primera reacción puede terminar paralizándola completamente, y si se detiene la primera reacción de la secuencia, de hecho, lo hace toda la ruta. Una representación del proceso puede ser como sigue:





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