Rutas Metabólicas

Definición de ruta metabólica

Empecemos por examinar la definición de ruta metabólica.

Las vías metabólicas consisten generalmente en una secuencia de reacciones activadas por enzimas en las que el producto de la reacción anterior se convierte en el punto de partida o reactante de la reacción siguiente.

• Las enz imas son proteínas que aceleran o catalizan las reacciones químicas en el organismo.

• Las proteínas son compuestos orgánicos que realizan funciones esenciales como transportar materiales, controlar procesos fisiológicos como el crecimiento, acelerar reacciones químicas, almacenar cosas, etc. Están formadas por moléculas más pequeñas llamadas aminoácidos que pueden unirse entre sí para formar polipéptidos.

• Los compuestosorgánicos son compuestos que contienen principalmente carbono y pueden sustentar la vida. Los compuestos orgánicos también suelen estar formados por hidrógeno, oxígeno o nitrógeno.

Las principales vías metabólicas consisten principalmente en la síntesis de compuestos orgánicos que contribuyen a la reproducción, el crecimiento celular, la reparación, la absorción de energía, etc.

Tipos de vías metabólicas

Hay tres tipos de vías metabólicas con las que debes estar familiarizado: vías anabólicas, catabólicas y anfibólicas .

Una de las vías metabólicas más importantes puede implicar la descomposición o acumulación de compuestos orgánicos llamados hidratos de carbono para sintetizar energía para nuestro cuerpo.

• Hidratos de carbono son compuestos orgánicos formados por hidrógeno, carbono y oxígeno que almacenan energía. Son la principal fuente de energía del organismo.

Figura 1: Tipos de vías metabólicas. Daniela Lin, StudySmarter Originals.

Gráfico de vías metabólicas

Hay un montón de vías metabólicas, algunas de las cuales se muestran en el siguiente gráfico (figura 2). Así pues, hagamos un repaso de algunas de las vías metabólicas más importantes en los seres humanos:

Las definiciones esenciales para comprender los procesos de la tabla anterior y de las siguientes secciones son:

• Elglucógeno es un polisacárido utilizado por animales, hongos y bacterias para almacenar energía. El glucógeno está formado por muchas moléculas de glucosa unidas. En cambio, la glucosa, un monosacárido, es la forma más simple de azúcar a partir de la cual pueden construirse los hidratos de carbono.

• Los polisacáridos son hidratos de carbono con múltiples aminoácidos unidos entre sí.

• ElNADH o nicotinamida adenina dinucleótido es una coenzima que actúa como portador de energía al transferir electrones de una reacción a otra. El NADPH hace lo mismo que el NADH, pero interviene en la fotosíntesis.

• \(\text {FADH}_2\) o dinucleótido de flavina adenina es una coenzima que actúa como portadora de energía, igual que el NADH. A veces utilizamos el dinucleótido de flavin adenina en lugar del NADH porque un paso del Ciclo del Ácido Cítrico no tiene energía suficiente para reducir el NAD+.

• Una coenzima o cofactor es un compuesto que no es una proteína y que ayuda al funcionamiento de una enzima.

• La oxidación se produce cuando un reactivo pierde electrones durante una reacción química. En cambio, la reducción se produce cuando un reactivo gana electrones durante una reacción química.

• El ATP, o trifosfato de adenosina, es un compuesto orgánico que proporciona energía a nuestras células.

• Losácidos grasos son los componentes básicos de los lípidos, los compuestos orgánicos que almacenan energía y constituyen la membrana celular. Ejemplos de lípidos son los aceites y las ceras.

• ADN significa ácido desoxirribonucleico. Es una molécula de doble cadena que transporta la información genética de los organismos vivos.

• ARN significa ácido ribonucleico. Es una molécula monocatenaria hecha de ADN que sintetiza proteínas.

Si el gráfico anterior no mostraba lo complejo que es el metabolismo, ¡la figura 2 ciertamente lo hace! A simple vista, sólo parece un amasijo de líneas, pero éstas representan las conexiones de todos los reactantes, productos intermedios y productos de los procesos interconectados. ¡Nuestro cuerpo hace realmente mucho para mantenernos vivos!

Figura 2: Ilustración de las vías metabólicas del cuerpo. Daniela Lin, StudySmarter Originals.

¿Ya estás abrumado por el panorama general? Pues no te preocupes. A continuación, veremos algunos de los ejemplos más importantes de vías metabólicas para comprender mejor el metabolismo.

Ejemplos de vías metabólicas

Echemos un vistazo a dos de los procesos más vitales que permiten a los organismos vivos obtener energía y descomponerla para su uso: la fotosíntesis y la respiración celular.

La fotosíntesis es una vía anabólica

La fotosíntesis es el proceso que utilizan las plantas para producir energía.

Las plantas utilizan estos azúcares para sus propias necesidades, pero nosotros podemos consumirlas para obtener su energía. La reacción global de la fotosíntesis es

$$ 6CO_2+ 6H_2O + \text{energía solar} \C_6H_{12}O_6 + 6O_2 $$

Los pasos de la fotosíntesis son

1. Reacciones dependientes de la luz: La energía solar se convierte en energía química en forma de ATP y NADPH.

• Los complejos proteínicos y las moléculas de clorofila de los fotosistemas producen conjuntamente energía química.

• Como se forma energía química en forma de ATP y NADPH, este proceso es anabólico.

2. Reacciones independientes de la luz o ciclo de Calvin: Utiliza la energía química de las reacciones dependientes de la luz para formar glucosa.

• Como la glucosa se forma a partir de ATP y NADPH, este proceso también es anabólico.

La Respiración Celular es una Vía Catabólica

A continuación tenemos la respiración celular.

La reacción global de la respiración celular es

\(C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \longrightarrow 6CO_2+ 6H_2O + \text {energía química})

Los pasos de la respiración celular son los siguientes:

1. Glucólisis: La glucólisis es el proceso de descomposición de la glucosa, por lo que es un proceso catabólico.

• La glucólisis comienza con la glucosa y acaba descomponiéndose en piruvato.

2. Oxidación del piruvato

• La conversión u oxidación del piruvato procedente de la glucólisis en acetil-COA, un cofactor esencial.

• Este proceso es catabólico, ya que implica la oxidación del piruvato en acetil-COA.

3. Ciclo del ácido cítrico (TCA o Ciclo de Kreb):

• Parte del producto de la oxidación del piruvato y lo reduce a NADH (nicotinamida adenina dinucleótido).

• Este proceso es anfibólico o tanto anabólico como catabólico.

• La parte catabólica se produce cuando el acetil-COA se oxida en dióxido de carbono.

• La parte anabólica se produce cuando se sintetizan NADH y \(\text {FADH}_2\).

4. Fosforilación oxidativa:

• La fosforilación oxidativa implica la descomposición de los portadores de electrones NADH y \(\text {FADH}_2\) para producir ATP.

• La descomposición de los portadores de electrones hace que sea un proceso catabólico.

Observa que la reacción global de la respiración celular y la fotosíntesis son casi opuestas. Esto se debe a que trabajan en tándem, ya que las plantas utilizan la energía del sol para convertir el dióxido de carbono que otros organismos liberan mediante la respiración celular en glucosa, que nosotros descomponemos para obtener energía.

Simultáneamente, las plantas también liberan oxígeno que utilizamos para respirar y realizar la respiración celular. La glucosa descompuesta nos permite utilizar energía química en forma de ATP, que puede proporcionar energía para muchos procesos celulares. En la Figura 3 se muestra este "ciclo de la vida", que es crucial para la supervivencia.

Figura 3: Procesos metabólicos comparados. Daniela Lin, StudySmarter Originals.

Ten en cuenta que hay otros procesos metabólicos que no son aeróbicos o no implican oxígeno. Estos procesos se denominan procesos anaeróbicos, como la fermentación. El metabolismo anaeróbico puede descomponer los hidratos de carbono para obtener energía en ausencia de oxígeno.

Los científicos creen que los procesos anaeróbicos como la glucólisis evolucionaron hace muchos años, cuando no había oxígeno en la atmósfera. A pesar de la complejidad del metabolismo, los organismos vivos siguen compartiendo algunas vías que indican nuestra historia evolutiva común.