Metabolismo Celular: Reacciones, Rutas y Regulación

Definición

El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que ocurren en las células de los seres vivos (en las células, en los tejidos, en los órganos).

Anabolismo y Catabolismo

El metabolismo se puede definir también como la suma del catabolismo y del anabolismo. El anabolismo consiste en la biosíntesis de moléculas, requiere energía, consta de:

Reacciones Químicas

• Reacciones exergónicas: espontáneas, ΔG < 0, liberan energía. Catabolismo.
• Reacciones endergónicas: no espontáneas, absorben energía, ΔG > 0. Anabolismo.

ATP: La Moneda Energética Celular

El ATP es la moneda energética de las células (trabajo mecánico, transporte activo, reacciones bioquímicas).

Existen tres formas de generar ATP:

• Fotosíntesis o fosforilación ligada al flujo de electrones.
• Cadena respiratoria mitocondrial o fosforilación oxidativa ligada al transporte electrónico (añadir P proveniente de las reacciones de oxidación biológica).
• Fosforilación a nivel de sustrato: M~P + ADP ® ATP + M (añadir P inorgánico).

Tipos de Rutas Metabólicas

• Anabólicas: divergen del ciclo de Krebs.
• Catabólicas: convergen al ciclo de Krebs.
• Anfibólicas: participan en anabolismo y catabolismo. Ejemplo: ciclo de Krebs.

Las reacciones metabólicas están catalizadas por enzimas o por complejos multienzimáticos. Se organizan en rutas metabólicas (RM) con un sustrato/s inicial y producto/s final, y entre ambos están los metabolitos intermediarios. Las RM se organizan en mapas metabólicos.

Reacciones y Rutas Metabólicas

1. La mayoría están próximas al equilibrio, es decir, son reversibles.
2. Las reacciones próximas al equilibrio comparten las reacciones de rutas anabólicas y catabólicas.
3. Hay al menos una reacción de “no-equilibrio” que marca la direccionabilidad de la ruta.
4. Las enzimas que catalizan las reacciones de “no-equilibrio” son los puntos de control.
5. Las RM están reguladas a diferentes niveles: interno, extracelular e intracelular.
6. En las células eucariotas hay rutas metabólicas que están compartimentalizadas.

Tipos de Reacciones

1. Reacciones de oxidación-reducción.
2. Reacciones de ligación que requieren ATP. Ejemplo: Reacción de la Piruvato carboxilasa.
3. Isomerización: reorganización intramolecular de los átomos.
4. Transferencia de grupo: transfieren un grupo (fosforilo, acilo, …) de una molécula a otra. Ejemplo: Fosforilación de la glucosa.
5. Hidrólisis: roturas de enlaces mediante la adición de H₂O.
6. Formación o rotura C-C. Ejemplo: Reacción de la aldolasa (glucólisis).

Regulación del Metabolismo

El metabolismo se regula modelando la actividad de las enzimas y la accesibilidad de los sustratos.

Niveles de Regulación del Metabolismo

• Cantidad de enzima, balance entre:
  • Nivel de transcripción (velocidad de síntesis)
  • Nivel de degradación (velocidad de degradación) ® vida de la enzima
• Actividad de la enzima
  • Concentración de S/P
  • Regulación alostérica (enzima reguladora)
  • Conversión covalente reversible (enzima reguladora). Casi siempre es la fosforilación, a veces activa o inhibe la enzima.
• Control de señales extracelulares
  • Hormonas, neurotransmisores, factores de crecimiento, citoquinas
  • Coordinación a nivel fisiológico
  • Integración de procesos metabólicos
• Accesibilidad de S
  • Compartimentación intracelular. Separadas pero no aisladas.