Metabolismo Celular: Catabolismo, Anabolismo y Rutas Metabólicas

1- El **catabolismo** es la fase destructiva del metabolismo. Comprende las reacciones metabólicas mediante las cuales moléculas orgánicas más o menos complejas se degradan, transformándose en otras moléculas más sencillas. El **anabolismo** es, por el contrario, la fase constructiva del metabolismo; comprende las reacciones metabólicas mediante las cuales a partir de moléculas sencillas se obtienen otras moléculas más complejas. 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.

2- 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.

**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. 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.

3- Controlando la cantidad de los enzimas, controlando la cantidad de sustrato, controlando la actividad enzimática.

4- Se denomina **ruta metabólica** a una secuencia de reacciones encadenadas en las que el producto de una de ellas es el sustrato de la siguiente. Cada una de las reacciones de una ruta está catalizada por un enzima específico. Las rutas metabólicas pueden ser de muchos tipos:

• **Lineales**: el sustrato inicial no coincide con el producto de la última reacción. Un ejemplo de estas rutas lo constituye la glucólisis.
• **Cíclicas**: el sustrato inicial coincide con el producto de la última reacción. Un ejemplo es el ciclo de Krebs.

6- **Mitocondrias**. Los procesos metabólicos que ocurren son: ciclo de Krebs o ciclo de los ácidos tricarboxílicos, transporte electrónico y fosforilación oxidativa, β-oxidación de los ácidos grasos o hélice de Lynen, descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico.

**Cloroplasto**: El proceso metabólico que ocurre es la fotosíntesis (fase luminosa y oscura).

**Hialoplasma**: Algunos de los procesos que ocurren son: la glucólisis, muchas etapas de la gluconeogénesis, síntesis de ácidos grasos, síntesis de algunos aminoácidos, síntesis de nucleótidos, etc.

**Núcleo**. Los principales procesos metabólicos son: la replicación del ADN y la transcripción del ADN para formar ARN.

**Retículo endoplasmático**. Los procesos que ocurren son: síntesis de lípidos, síntesis de esteroides.

7- **ATP (adenosín trifosfato)**: actúa como intermediario energético, transfiriendo energía desde unos procesos en los que se desprende (procesos catabólicos) hasta otros procesos en los que se requiere (procesos anabólicos).

**Dinucleótidos de adenina**: entre los cuales destacan principalmente: el NAD+, el NADP+ y el FAD. Estos coenzimas actúan transfiriendo electrones e hidrogeniones.

8- Debe ajustarse a las necesidades de la célula en cada instante. La célula produce la energía, las macromoléculas y los eslabones estructurales que necesita en cada momento, con independencia de la abundancia en el medio. Es decir, lo que determina la velocidad del catabolismo es la necesidad de ATP. Debe ser flexible con las variaciones de nutrientes que presenta el medio en diferentes momentos.

9- 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.

10- 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.

12- 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. 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.

13- Es la renovación continua de todos los componentes celulares; las moléculas que forman estos componentes se degradan y son sustituidas por otras nuevas que se sintetizan. El recambio metabólico fue observado por primera vez en 1930 por Schenheimer.

14- En la respiración aeróbica es donde más energía se desprende. El organismo anaerobio emplea otras moléculas aceptoras. La oxidación es parcial e incompleta.

15- La **glucólisis** es un conjunto de reacciones anaeróbicas que degradan la glucosa (6C), transformándola en dos moléculas de ácido pirúvico. Es utilizada por casi todas las células como medio para obtener energía. Cualquiera que sea la fuente de glucosa utilizada, el resultado final será la obtención de ácido pirúvico, ATP y NADH.

16- La fructosa y la galactosa, que serán transformados para entrar en la glucólisis. Entre los disacáridos, la sacarosa (azúcar común) y la lactosa (azúcar de la leche), que serán hidrolizados hasta sus componentes monosacáridos. Y entre los polisacáridos, el almidón y el glucógeno, que constituyen sustancias de reserva en los vegetales y animales.

17- Una vez constituidas las proteínas necesarias, los aminoácidos sobrantes se degradan por diferentes rutas. Estas rutas confluyen en el ciclo de Krebs. El grupo amino se transfiere a otras moléculas. En el hígado de los mamíferos, las transaminasas transfieren el grupo amino a un cetoácido, el α-cetoglutárico. Se forma el ácido glutámico que se desaminará produciendo amonio.

18- La glucólisis constituye una primera fase en la degradación de la glucosa. La glucólisis es una vía anaeróbica en la que se inicia la degradación de los azúcares, mientras que en el ciclo de Krebs se completa la destrucción no solo de los azúcares, sino también de otros principios inmediatos. El objeto de todo ello es conseguir el máximo posible de coenzimas reducidos, lo que finalmente se traducirá en una gran cantidad de ATP en la cadena de transporte de electrones de la mitocondria.

19- La gran diferencia en el rendimiento energético se debe a que la molécula de glucosa es oxidada completamente a CO2 mediante la respiración, mientras que en la degradación anaerobia no es oxidada completamente. Los productos finales de la fermentación aún contienen energía que no es aprovechada para formar ATP.

20- La lactato deshidrogenasa es un enzima que interviene en la fermentación homoláctica. Después de la glucólisis se produce la reducción del piruvato a lactato. Se recupera NAD+ por la reducción catalizada por la lactato deshidrogenasa (LDH).

21- La sacarosa (azúcar común) y la lactosa (azúcar de la leche) son disacáridos muy importantes que forman parte de la alimentación humana.

22- La oxidación completa de la glucosa se lleva a cabo mediante las oxidaciones respiratorias que se inician con la glucólisis en el hialoplasma y acaban en el transporte de electrones en las mitocondrias. Mediante estas vías, la glucosa se degrada completamente a CO2, y se obtienen de 36 a 38 moléculas de ATP.

23- Por cada molécula de glucosa que ingresa en esta vía, se obtiene:

• 2 moléculas de ácido pirúvico.
• 2 moléculas de ATP (cuatro formadas menos dos gastadas).
• 2 moléculas de NADH + H+.

Estas reacciones tienen lugar en el hialoplasma. El destino del ácido pirúvico es diferente según las condiciones:

• En condiciones aerobias, el ácido pirúvico es descarboxilado a acetil-CoA y oxidado completamente mediante el ciclo de Krebs en la mitocondria.
• En condiciones anaerobias, el ácido pirúvico es reducido mediante la fermentación a ácido láctico u otro compuesto en el citoplasma.

24- Esta ruta es el **ciclo de Krebs** (llamado también del ácido cítrico o de los ácidos tricarboxílicos) en la que la condensación de estos dos compuestos origina el ácido cítrico. El acetato proviene de: La degradación de los ácidos grasos.

25- Es un proceso destructivo en el que, a partir de sustancias complejas, se obtienen otras más simples y energía, que se utilizará para la producción de calor, el movimiento, la biosíntesis, etc. Dentro del catabolismo, la respiración es la oxidación completa de la materia orgánica, formándose CO2 y H2O, mientras que la fermentación se produce cuando hay oxidación incompleta, es decir, que en el producto aparece algún compuesto orgánico.

29- Una etapa de la respiración oxidativa y tiene lugar en la matriz mitocondrial. Consiste en la oxidación completa a CO2 de moléculas de acetil-CoA, que se incorporan a un ciclo de reacciones. En cada vuelta del ciclo de Krebs, se incorpora una molécula de acetil-CoA, y salen de él: Dos moléculas de CO2. Es la vía metabólica en la que termina la degradación total de la materia orgánica y se transforma en inorgánica. Además, estas oxidaciones proporcionan energía (ATP) que se obtiene, bien directamente en este ciclo.

31-

A) Glucosa + O2 → CO2 + H2O + ATP

B) Ácido graso + O2 → CO2 + H2O + ATP

C) Glucosa → Alcohol etílico + CO2 + ATP

Solución:

A) Esta reacción corresponde a la ecuación general de la respiración aerobia de la glucosa. Es una ruta catabólica, puesto que se descomponen moléculas complejas (glucosa) en otras más simples (CO2 + H2O), y se desprende energía para formar ATP.

B) Esta reacción se corresponde con una ruta catabólica (catabolismo de los ácidos grasos), puesto que se descomponen moléculas complejas (ácidos grasos) en otras más simples (CO2 + H2O), y se desprende energía que se utiliza para formar ATP.

C) Esta reacción corresponde a la ecuación general de la fermentación alcohólica de la glucosa. Es una ruta catabólica, puesto que se descomponen moléculas complejas (glucosa) en otras más simples (alcohol etílico y CO2), y se desprende energía para formar ATP.

33- Al ciclo de Krebs no se incorpora ácido pirúvico, sino acetilCoA. El pirúvico, que procede del hialoplasma.