Metabolismo

El metabolismo hace referencia a todas las relaciones químicas que permiten la supervivencia  de las células y que ocurren al interior de ellas, desde la incorporación de nutrientes al citoplasma, hasta la eliminación de sustancias de desecho. Tanto en organismos unicelulares como pluricelulares, el objetivo de la digestión  y de la circulación es poner a disposición de las células los nutrientes que estas necesitan para funcionar adecuadamente. Una vez estos nutrientes ingresan al citoplasma celular, se produce diversas reacciones químicas que están encaminadas a garantizar el funcionamiento adecuado del organismo.

1.1 Tipos de reacciones metabólicas

A pesar de su enorme diversidad, todas las reacciones que ocurren en las células se pueden clasificar en dos grandes grupos denominados anabolismo y catabolismo.

El anabolismo hace referencia a los procesos de formación o síntesis de sustancias que la célula necesita para vivir. Por ejemplo, a partir de la glucosa se fabrica el glucógeno, a partir de los ácidos grasos se sinterizan triglicéridos, y   a partir de los aminoácidos se sinterizan las proteínas.

El catabolismo corresponde a aquellos procesos a partir de los cuales las sustancias presentes en las células se degradan  o descomponen para liberar la energía en la realización de sus funciones vitales por ejemplo, la glucosa los ácidos grasos y los aminoácidos, al fragmentarse, se liberan energía y, como producto de desecho, agua y dióxido de carbono.

Algunos procesos catabólicos se llevan a cabo por  procesos oxidativos,  es decir con sumo de oxígeno.  Este tipo de reacciones también se denomina catabolismo aerobio.  En términos generales, los productos finales de estos procesos implican la formación de agua (H2O) y dióxido de carbono (CO2). las reacciones catabólicas incluyen el fraccionamiento de proteínas, de azúcares complejos y lípidos. Como resultado, se genera energía, diversas sustancias que necesitan las células y desechos, entre los que se encuentran la urea, el ácido láctico y el amoniaco.

Los procesos anabólicos y catabólicos trabajan integralmente, conformando procesos especializados, denominados, denominados  ruta metabólica, que son esenciales para la vida. En estas rutas, un compuesto generado por una vía puede ser utilizado de diversas formas, dependiendo de las necesidades de la célula en cada momento.

 

1.2 Los nutrientes y el metabolismo

Como se estudió en el año anterior, los  alimentos contienen nutrientes de diversos tipos: carbohidratos, lípidos, proteínas, y cada uno de estos nutrientes puede ser utilizado por las células con distintos fines, ya sea mediante procesos anabólicos o catabólicos.

 

1.2.1 Anabolismo de carbohidratos

Los carbohidratos son nutrientes que, al descomponerse, liberan energía. Las plantas los fabrican por medio del proceso de fotosíntesis, principalmente en formade moléculas de glucosa. Cuando estas moléculas no se utilizan de inmediato, las plantas las almacenan formando moléculas mas grandes y complejas como el almidón y la celulosa.

En los hongos y en los animales cuando la glucosa no se utiliza de inmediato, se almacena en forma de glucógeno. En algunos animales, el glucógeno se acumula en los músculos, el hígado, y en algunas células especiales del cerebro llamadas células gliales. Al proceso de formación de glucógeno se le denomina glucogénesis. Cuando la concentración de glucosa disminuye al interior del organismo, el glucógeno se convierte nuevamente en glucosa.

Si la ingesta de carbohidratos excede a las necesidades del organismo, estas sustancias se convierten en grasas. En los seres humanos el proceso de conversión de glucosa en ácidos grasos ocurre en el hígado y su almacenamiento se realiza en células especiales, llamadas adiposas, que se distribuyen especialmente alrededor de la cintura y la cadera. Si las reservas de glucosa se terminan, las células inician la fabricación de glucosa, a partir de los lípidos  y de las proteínas que posee el organismo. Este proceso es la gluconeogénesis.

1.2.2 Catabolismo de carbohidratos

El carbohidrato mas utilizado por las células es la glucosa. Cuando esta se fragmenta, libera energía, junto con agua y dióxido de carbono. El rompimiento consta de dos etapas: glucólisis y respiración celular o la fermentación, según se trate de un ambiente aerobio o anaerobio.

La glucolisis ocurre en el citoplasma y consiste en la degradación o fraccionamiento de la glucosa en dos partes, cada una de las cuales se denominaácido pirúvico. Este proceso se lleva a cabo tanto en condiciones anaeróbicas, como en condiciones aeróbicas.

La fermentación ocurre también en el citoplasma celular. Se trata de una degradación incompleta, porque solamente se obtiene dos moléculas de ATP y, como producto de desechos, ácido láctico o etanol.

En condiciones aeróbicas, y en organismo formados por células eucariotas, ocurre la respiración celular que es un proceso de degradación total en el que se incluye glucolisis ingresa a las mitocondrias en presencia de oxigeno es oxidado en acetil-CoAy entra en ciclo el ácido cítrico o ciclo de Krebs. Como resultado se libera 38 moléculas de  ATP (7.200 calorías) y, como productos de desecho, dióxido de carbono y agua.

 

1.2.3 Anabolismo de lípidos

Los lípidos son nutrientes que almacenan grandes cantidades de energía. Están presentes en los seres vivos a nivel de sus membranas celulares, dentro de diversos organelos celulares y son materia prima para la fabricación de diversas sustancias realizadas por las células, como las hormonas.

Las células utilizan los lípidos en la fabricación de diversas sustancias como el colesterol, que es un precursor de las hormonas sexuales; los fosfolípidos, que utilizan en la reconstrucción o fabricación de sus membranas celulares, y las lipoproteínas, que transportan las grasas por todo el organismo.

Cuando hay grasas en exceso, son almacenadas en células llamadas adiositos, que conforman el tejido adiposo. Una parte de las grasas también es almacenada en el hígado. Estas reservas también son utilizadas a medida que el organismo las necesita.

1.2.4 Catabolismo de lípidos

De la misma forma que ocurre con los carbohidratos, la oxidación de lípidos ocurre en las mitocondrias. El proceso por el cual se oxidan los ácidos grasos se denominan beta oxidación, que consiste en la separación de segmentos de dos unidades de carbono de la molécula del ácido graso, generando acetil-Coa. Como resultado, se obtienen grandes cantidades de energía en forma ATP, dióxido de carbono y agua.

Cuando se excede la oxidación de ácidos grasos, se producen cuerpos cetonicos, es decir, moléculas que suministran energía al corazón y al cerebro en condiciones de ayuno prolongado. La oxidación completa de un ácido graso genera en promedio 928.000 calorías como energía química, 128 moléculas de ATP y 13.752.000 calorías como energíacalórica. En términos generales, se obtienen 9 kilocalorías  por cada gramo oxidado.

1.2.5 Anabolismo de proteínas

Las proteínasson nutrientes constituidos por unidades básicas llamadas aminoácidos. Además de ser bloques de construcción  de las estructuras celulares, participa en la realización de diversas funciones biológicas que incluyen elaboración y transporte de sustancias, aceleración de reacciones químicas y regulación de funciones biológicas, entre muchas otras.

Las proteínasestán formadas por 21 aminoácidos diferentes y por ello existen diversas víasmetabólicas tanto para su síntesis como para su degradación. Debido a la utilización permanente que se ase de ellas, las proteínas se gastan rápidamente y, del mismo modo, deben ser remplazadas. Para suplir estas necesidades, las células poseen  unos organelos especiales llamados ribosomas, que permanentemente sintetizan proteínas, de acuerdo con las necesidades celulares. Las células no almacenan aminoácidos, si no las proteínas que los contienen. Si el organismo requiere aminoácidosespecíficos, las proteínas se fragmentan para suplir estas necesidades. En los mamíferos, este proceso ocurre principalmente en el hígado.

De acuerdo con los requerimientos celulares es posible sintetizar carbohidratos o lípidos a partir de aminoácidos. Las células humanas solo logran sintetizar 11 delos 21 aminoácidosexistentes. Losdemás, llamados aminoácidosesenciales, deben suministrarse en la dieta, incluyendo alimentos ricos en proteína, como los de origen animal. En la tabla 1 se encuentran los aminoácidos esenciales.

1.2.6 Catabolismo de proteínas

La cantidad de proteínas que una célula puede almacenar tiene un límite determinado. Cuando se llega a dicho límite, los aminoácidos que aún se encuentran en los líquidos corporales pueden ser metabolizados y, a partir de ellos, liberan energía. Como resultado de este proceso, el nitrógeno que poseen los aminoácidos es retirado y se une a otros elementos químicos, originando compuestos nitrogenados de desecho como la urea, el amoniaco y el ácidoúrico. Estas sustancias acumuladas en el organismo  son altamente toxicas, por ello el organismo las elimina constantemente a través de la orina.

El organismo generalmente, obtiene la energía que necesita a partir de los carbohidratos y de los lípidos, sin embargo, cuando una persona soporta un periodo de inanición prolongado y se agotan las reservas de grasas, el organismo utiliza aminoácidossanguíneos para producir energía. Si el proceso continua, las funciones celularesirremediablemente se alteran.

 

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2 Osmorregulacion

La Osmoregulacion es el proceso mediante el cual los seres vivos mantienen relativamente constante su medio interno, de manera que su composiciónquímicavarié muy poco. Para ello los organismos deben regular la entrada y salida de agua, sales minerales y otras sustancias. Los organismos unicelulares acuáticos como las bacterias y muchos protozoos están en contacto permanente con el agua y ello facilita ampliamente este proceso. En los organismos pluricelulares, por el contrario, solo algunas superficies celulares se encuentran en contacto con el medio externo, mientras que las célula internas estánrodeadas por un líquido extracelular que tiene una composición y unas características diferentes a las del entorno.

La función principal de la osmorregulacion es mantener la composición química del citoplasma celular y de los fluidos  internos dentro de los límites en los que  pueden desarrollar una especie.

La osmorregulacion se basa principalmente en el movimiento de sustancias entre los fluidos internos del organismo y el medio ambiente. Para la realización de este proceso los seres vivos generalmente cuentan con estructuras, como sistemas excretores,órganos, tejidos, células y vacuolas. Estas estructuras se especializan en eliminar desechos tóxicos pluricelulares como unicelulares, el proceso fundamentalmente para llevar a cabo la osmoregulacion es la osmosis.

La osmosis es el paso de agua a través de una membrana que tiene permeabilidad diferencial, es decir, que no es igualmente permeable a todo tipo de sustancias. Esta permeabilidad es la que permite que el interior d la célula tenga una concentración de sustancias diferente a la del exterior celular. El agua ingresa a las células con más facilidad que la demás sustancias.

Si se estudia la composición del agua en la que se encuentra suspendida una célula y la del líquido del interior celular, se evidencia que en ellos se encuentran disueltas muchas sales, lo cual afecta drásticamente la entrada y salida de agua a través de las células, como lo estudiaremos a continuación.

2.1 Las células en soluciones hipotónicas

El agua que se encuentra en forma natural siempre tiene sales

Disueltas: la de un rio, de un lago o del mar. El agua de un rio y de un lago tiene una menor concentración de sales disueltas que el agua de mar. Del mismo modo, el agua presente en el interior de las célulastambién tiene sales disueltas.

Si se coloca un organismo unicelular en agua proveniente de un rio, y se estudia la composición del agua dentro y fuera de organismo, se puede notar que la concentración de sales del medio es menor que la del interior celular. Bajo estas condiciones, se  afirma que el medio es hipotónico con respecto a la célula.

Como existe una baja concentración de sales en el medio, en comparación con la elevada concentración de sales dentro de la célula, el agua del exterior tiende a entrar a esta, tratando así de anularse la diferencia de concentraciones. Como consecuencia, la célula se hincha. A este  fenómeno se le conoce comoturgencia. Si no existe un mecanismo de control de salida de agua. La célula puede explotar.

2.2 Las células en soluciones hipertónicas

Imagina ahora una célula viviendo en el mar. Para esta célula, la concentración de sales del medio es mayor que la existe dentro de su citoplasma. Cuando el medio posee mayor cantidad de sales que la célula, se afirma que este eshipertónico con respecto a la célula. En estas condiciones, el agua tiende a salir de la célula, tratando de equilibrar laconcentración de sales a ambos lados de la membrana. Entonces, la célula se encoge o  arruga, disminuyendo su volumen.

Cuando las células vegetales se encuentran en un medio hipertónico, el agua tiende a salir de las células, lo que genera una disminución del volumen de su citoplasma. Como consecuencia, se repara la membrana celular de la pared celular. A este fenómeno se le conoce comoplasmólisis.

2.3 Las células en soluciones isotónicas

Si se coloca una célula en un medio que contiene igual concentración de sales dentro y fuera de la membrana, se afirma que el medio esisotónico con respecto a la célula. En estas condiciones, es igual el movimiento de agua hacia adentro y hacia a fuera de la célula y por lo tanto, la apariencia celular no cambia.

 

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