Metabolismo: qué es, funciones, catabolismo y anabolismo
Descubre qué es el metabolismo, sus funciones y cómo catabolismo y anabolismo regulan energía y síntesis de moléculas para mantener la vida.
El metabolismo son las reacciones químicas que nos mantienen vivos. Se produce en las células de los organismos vivos.
Las reacciones catalizadas por las enzimas permiten a los organismos crecer, reproducirse, mantener sus estructuras y responder a su entorno. La palabra "metabolismo" también puede referirse a la digestión y al transporte de sustancias hacia y entre las distintas células.
El metabolismo suele dividirse en dos categorías. El catabolismo descompone la materia orgánica y cosecha energía mediante la respiración celular. El anabolismo utiliza la energía para construir moléculas como las proteínas y los ácidos nucleicos.
Las reacciones químicas del metabolismo se organizan en vías o ciclos metabólicos, como el ciclo de Krebs. Una sustancia química se transforma en otra a través de una serie de pasos mediante una serie de enzimas.
El sistema metabólico de un organismo decide qué sustancias considera nutritivas y cuáles venenosas. Por ejemplo, algunos procariotas utilizan el sulfuro de hidrógeno como nutriente, pero este gas es venenoso para los animales. La velocidad del metabolismo, la tasa metabólica, influye en la cantidad de alimento que necesitará un organismo y en la forma de conseguirlo.
Una característica sorprendente del metabolismo es la similitud de las vías y componentes metabólicos básicos entre especies incluso muy diferentes. Por ejemplo, el conjunto de ácidos carboxílicos más conocido como intermediarios del ciclo del ácido cítrico está presente en todos los organismos conocidos, encontrándose en especies tan diversas como la bacteria unicelular Escherichia coli y enormes organismos multicelulares como los elefantes. Estas sorprendentes similitudes en las rutas metabólicas se deben probablemente a su temprana aparición en la evolución de la vida, y se mantienen por su eficiencia.
Funciones principales del metabolismo
El metabolismo cumple varias funciones esenciales:
- Obtención de energía: transforma la energía química de los alimentos en ATP, la moneda energética que usan las células.
- Síntesis de componentes celulares: produce macromoléculas (proteínas, lípidos, carbohidratos, ácidos nucleicos) necesarias para la estructura y función celular.
- Mantenimiento y reparación: reemplazo de componentes dañados y reciclaje de biomoléculas.
- Señalización y regulación: genera moléculas que actúan como señales y regula la actividad celular (hormonas, segundos mensajeros).
- Detoxificación y excreción: transforma compuestos tóxicos para su eliminación.
Catabolismo y anabolismo: cómo se complementan
El catabolismo incluye procesos que degradan nutrientes complejos (glúcidos, lípidos, proteínas) en unidades simples, liberando energía. Ejemplos: la glucólisis, la oxidación de ácidos grasos (beta-oxidación) y la respiración celular aeróbica, que incluye el ciclo de Krebs y la cadena de transporte de electrones.
El anabolismo usa la energía liberada por el catabolismo (principalmente en forma de ATP, NADH y FADH2) para construir moléculas complejas: síntesis de proteínas a partir de aminoácidos, síntesis de ADN/ARN, formación de lípidos y polisacáridos. Muchas vías anabólicas son la inversión de vías catabólicas pero reguladas de forma distinta para evitar ciclos inútiles.
Energía, cofactors y acoplamiento de reacciones
Las reacciones metabólicas están sujetas a las leyes de la termodinámica. Las reacciones exergónicas (que liberan energía) suelen acoplarse a reacciones endergónicas (que requieren energía) a través de moléculas transportadoras de energía como ATP. Otros cofactors importantes son NAD+/NADH, FAD/FADH2 y el CoA. Estos transportan electrones o grupos químicos entre reacciones y permiten la transferencia eficiente de energía.
Vías metabólicas y compartimentalización
Las reacciones se organizan en vías interconectadas. En células eucariotas, la compartimentalización separa procesos para mayor eficiencia y regulación: la glucólisis ocurre en el citosol, la mayor parte de la respiración aeróbica en la mitocondria, y la fotosíntesis en los cloroplastos de las plantas. Esta organización permite que condiciones específicas (pH, concentración de sustratos) favorezcan las reacciones necesarias en cada compartimento.
Regulación del metabolismo
El metabolismo se regula en varios niveles para mantener homeostasis:
- Regulación alostérica: enzimas clave cambian su actividad por unión de metabolitos.
- Modificación covalente: fosforilación/desfosforilación que activa o inhibe enzimas.
- Control hormonal: hormonas como la insulina (promueve el anabolismo y la captación de glucosa), el glucagón y la adrenalina (favorecen el catabolismo), y las hormonas tiroideas (aumentan la tasa metabólica basal).
- Regulación a nivel de expresión génica: síntesis de más o menos enzimas según las necesidades a largo plazo.
- Inhibición por retroalimentación: productos finales que inhiben enzimas de etapas tempranas para evitar acumulaciones innecesarias.
Tipos de respiración y fotosíntesis
Las células pueden obtener energía por diferentes vías:
- Respiración aeróbica: usa oxígeno como aceptor final de electrones; es muy eficiente en producción de ATP.
- Respiración anaeróbica: algunos microorganismos usan otros aceptores (sulfato, nitrato) en ausencia de oxígeno.
- Fermentación: vía anaeróbica que regenera NAD+ para mantener la glucólisis (produce lactato o etanol, entre otros).
- Fotosíntesis: en plantas y ciertos microorganismos, convierte la energía lumínica en energía química (ATP y NADPH) y fija CO2 en carbohidratos.
Tasa metabólica y factores que la influyen
La tasa metabólica determina el gasto energético. Factores que la afectan incluyen edad, sexo, masa muscular, temperatura ambiente, actividad física y hormonas. La tasa metabólica basal (TMB) es la energía mínima que necesita un organismo en reposo para mantener funciones vitales.
En ecología, el metabolismo condiciona comportamientos como la búsqueda de alimento y estrategias de supervivencia (p. ej., animales con alta TMB requieren más comida y suelen tener ritmos de vida más rápidos).
Importancia clínica y ejemplos de alteraciones
Alteraciones del metabolismo tienen consecuencias médicas importantes:
- Diabetes mellitus: defecto en la regulación de glucosa por insulina, con impacto en muchas vías metabólicas.
- Enfermedades tiroideas: hipotiroidismo reduce la TMB; hipertiroidismo la aumenta.
- Errores innatos del metabolismo: como la fenilcetonuria, donde falta una enzima y se acumula un metabolito tóxico.
- Obesidad y síndrome metabólico: resultado de desequilibrios energéticos y alteraciones hormonales.
La comprensión de las rutas metabólicas es clave para el desarrollo de fármacos, terapias nutricionales y tratamientos para enfermedades metabólicas.
Evolución y conservación de las vías metabólicas
Como señala el texto inicial, muchas rutas y componentes metabólicos son conservados entre especies. Esto refleja su origen temprano en la evolución y la eficiencia de soluciones bioquímicas que han sido mantenidas por selección natural. La existencia de rutas comunes facilita también la transferencia de conocimientos entre modelos biológicos (bacterias, levaduras, animales).
Medición del metabolismo
El metabolismo y la tasa metabólica pueden medirse por:
- Calorimetría directa: mide calor liberado por un organismo.
- Calorimetría indirecta: estima gasto energético a partir del consumo de oxígeno y producción de CO2.
- Mediciones clínicas de metabolitos en sangre y orina (glucosa, cuerpos cetónicos, lípidos) para evaluar estado metabólico.
En resumen, el metabolismo es el conjunto integrado de reacciones químicas que permiten a los organismos obtener energía, construir sus componentes y adaptarse a cambios ambientales. Su estudio abarca desde la bioquímica molecular hasta la fisiología y la medicina, y es fundamental para entender la vida en todos sus niveles.
Estructura del trifosfato de adenosina (ATP), un intermediario central en el metabolismo energético
Páginas relacionadas
- Catabolismo
- Anabolismo
- Colesterol
- Tasa metabólica
Preguntas y respuestas
P: ¿Qué es el metabolismo?
R: El metabolismo son las reacciones químicas que nos mantienen vivos. Tiene lugar en las células de los organismos vivos y está catalizado por enzimas. El metabolismo permite a los organismos crecer, reproducirse, mantener sus estructuras y responder a su entorno. La palabra "metabolismo" también puede referirse a la digestión y al transporte de sustancias hacia y entre las distintas células.
P: ¿Cómo se divide el metabolismo?
R: El metabolismo suele dividirse en dos categorías: El catabolismo descompone la materia orgánica y cosecha energía mediante la respiración celular; el anabolismo utiliza la energía para construir moléculas como proteínas y ácidos nucleicos.
P: ¿Qué son las vías metabólicas?
R: Las reacciones químicas del metabolismo se organizan en vías metabólicas, o ciclos, como el ciclo de Krebs. Una sustancia química se transforma a través de una serie de pasos en otra sustancia química mediante una serie de enzimas.
P: ¿Cómo decide el sistema metabólico de un organismo lo que considera nutritivo o venenoso?
R: El sistema metabólico de un organismo decide qué sustancias le parecen nutritivas y cuáles venenosas. Por ejemplo, algunos procariotas utilizan el sulfuro de hidrógeno como nutriente, sin embargo este gas es venenoso para los animales.
P: ¿Qué influye en la cantidad de alimento que necesita un organismo?
R: La velocidad del metabolismo, denominada tasa metabólica, influye en la cantidad de alimento que necesitará un organismo y en cómo es capaz de conseguirlo.
P: ¿Por qué todos los organismos tienen vías metabólicas similares?
R: Todos los organismos tienen vías metabólicas similares debido a su aparición temprana en la evolución de la vida, mantenidas porque son eficientes para fines de supervivencia.
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