Rutas Metabólicas

Rutas Catabólicas

El catabolismo es la parte degradativa del metabolismo, en la que las sustancias orgánicas complejas se degradan mediante reacciones escalonadas, obteniéndose productos más sencillos y liberándose energía. La mayor parte de esta energía se conserva en forma de ATP (Trifosfato de Adenosina).

El catabolismo se desarrolla generalmente en tres fases principales:

• Fase I: Hidrólisis de Macromoléculas

  Las macromoléculas que forman los materiales estructurales o las sustancias de reserva celulares se hidrolizan hasta sus monómeros constituyentes. Así, los polisacáridos se degradan a monosacáridos, los lípidos a ácidos grasos, glicerina y otros compuestos, mientras que las proteínas se hidrolizan dando lugar a aminoácidos.

• Fase II: Conversión a Intermediarios Comunes

  Los diversos productos formados en la fase I son convertidos en un número menor de moléculas más simples. Muchas de estas rutas convergen en la formación de una sustancia clave de dos carbonos: el grupo acetilo del acetil-coenzima A (acetil-CoA).

  Así, el acetil-CoA puede ser considerado como una encrucijada metabólica, donde confluye el catabolismo de glúcidos, lípidos y proteínas.

  Además, en la degradación de aminoácidos se origina amoniaco (NH₃), un producto de desecho nitrogenado que debe ser procesado o excretado.

• Fase III: Oxidación Completa

  El grupo acetilo del acetil-CoA se incorpora al Ciclo de Krebs (también conocido como ciclo del ácido cítrico), donde se oxida totalmente, dando finalmente dióxido de carbono (CO₂) y agua (H₂O), y generando poder reductor (NADH, FADH₂) que se utilizará para la síntesis de ATP en la fosforilación oxidativa.

Por tanto, las rutas catabólicas son convergentes, pues parten de muchas moléculas diferentes y confluyen hacia unos pocos productos finales (CO₂, H₂O, NH₃) y la producción de ATP.

Rutas Anabólicas

El anabolismo es la parte constructora o de síntesis del metabolismo. En él, se elaboran moléculas orgánicas progresivamente más complejas a partir de precursores más sencillos, mediante un aporte de energía procedente del ATP y poder reductor (NADPH).

El anabolismo también tiene lugar en fases, comenzando generalmente con moléculas precursoras pequeñas:

1. Fase I: Síntesis de precursores básicos (ej., ciertos ácidos orgánicos, intermediarios del ciclo de Krebs).
2. Fase II: Conversión de precursores en monómeros (ej., los ácidos orgánicos son aminados para formar aminoácidos; se sintetizan monosacáridos, ácidos grasos, bases nitrogenadas).
3. Fase III: Ensamblaje de monómeros para formar macromoléculas (ej., los aminoácidos se unen para originar proteínas; los monosacáridos para formar polisacáridos, etc.).

Por tanto, las rutas anabólicas son divergentes, ya que a partir de unas pocas moléculas precursoras sencillas se sintetiza una gran variedad de macromoléculas complejas.

Transporte a Través de la Membrana Celular

El intercambio de sustancias entre la célula y su entorno es fundamental y está regulado por la membrana plasmática.

Intercambio de Moléculas Pequeñas

La membrana plasmática presenta permeabilidad selectiva, una propiedad crucial que permite el paso de ciertas sustancias mientras restringe el de otras. Generalmente, pueden atravesarla con relativa facilidad los gases (O₂, CO₂, N₂), el agua (aunque su paso es facilitado por proteínas) y moléculas pequeñas liposolubles. El paso de iones y moléculas polares más grandes (como glucosa o aminoácidos) está estrictamente regulado.

Difusión a Través de la Bicapa Lipídica

La bicapa lipídica es altamente impermeable a todos los iones y a la mayoría de las moléculas polares. Sin embargo, puede ser atravesada fácilmente por:

• Moléculas pequeñas no polares (O₂, N₂).
• Moléculas pequeñas polares pero sin carga neta (CO₂, etanol, urea).
• Moléculas liposolubles (como las hormonas esteroideas).

Estas sustancias atraviesan espontáneamente la bicapa lipídica por difusión simple, moviéndose siempre a favor de su gradiente de concentración (desde donde están más concentradas hacia donde su concentración es menor), sin gasto energético por parte de la célula.

Transporte Mediado por Proteínas

Para las sustancias que no pueden cruzar libremente la bicapa lipídica (iones, azúcares, aminoácidos, etc.), la membrana cuenta con proteínas de transporte transmembrana. Estas proteínas son específicas para el soluto que transportan y pueden ser de dos tipos principales: canales y transportadores (permeasa).

Según sus requerimientos energéticos, el transporte mediado por proteínas se clasifica en:

Transporte Pasivo

Se realiza por difusión a través de proteínas, sin gasto directo de energía metabólica (ATP). El movimiento ocurre siempre a favor del gradiente de concentración o, si la sustancia tiene carga eléctrica, a favor del gradiente electroquímico. Este gradiente combina la diferencia de concentración y la diferencia de potencial eléctrico a través de la membrana (potencial de membrana). Dado que el interior celular es generalmente negativo respecto al exterior, esto favorece eléctricamente la entrada de cationes (+) y la salida de aniones (-).

1. Difusión Simple a través de Canales

Se realiza mediante proteínas de canal, que forman poros o conductos acuosos a través de la membrana. Estos canales suelen ser muy selectivos para ciertos iones (ej., canales de K⁺, Na⁺, Ca²⁺, Cl^–) o moléculas como el agua. Permiten un paso muy rápido de solutos a favor de su gradiente electroquímico.

El agua, aunque puede difundir lentamente por la bicapa, atraviesa la membrana de forma mucho más eficiente a través de canales específicos llamados acuaporinas (AQP). El paso de agua a través de la membrana, ya sea por la bicapa o por acuaporinas, se denomina ósmosis y ocurre a favor de su gradiente de potencial hídrico.

2. Difusión Facilitada por Transportadores

Se realiza mediante proteínas transportadoras específicas (también llamadas permeasas o carriers). Estas proteínas se unen a la molécula que debe ser transportada y sufren un cambio conformacional reversible para moverla al otro lado de la membrana.

Presentan dos conformaciones principales: en el estado llamado «pong», los centros de unión para el soluto están expuestos hacia el exterior celular; en el estado llamado «ping», los mismos centros están expuestos hacia el interior celular. La transición entre estos estados permite el transporte del soluto, siempre a favor de su gradiente de concentración o electroquímico. Este tipo de transporte es más lento que a través de canales y puede saturarse si la concentración de soluto es muy alta.

Transporte Activo

Este tipo de transporte requiere un gasto directo de energía metabólica (generalmente por hidrólisis de ATP) porque mueve los solutos en contra de su gradiente electroquímico (de una zona de menor concentración a una de mayor concentración, o en contra del gradiente eléctrico).

El mecanismo implica proteínas transportadoras específicas, a menudo denominadas bombas (ej., la bomba de sodio-potasio, Na⁺/K⁺-ATPasa). Estas proteínas utilizan la energía liberada (ej., por la hidrólisis del ATP) para cambiar su conformación y bombear activamente los solutos a través de la membrana, manteniendo así los gradientes iónicos y de concentración necesarios para la vida celular.