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 PREGUNTAS RESUELTAS. METABOLISMO
CUESTIONES
1.- Señala las principales diferencias entre catabolismo y anabolismo.
2.- ¿De qué depende que una reacción transcurra espontáneamente?
3.- ¿Cómo se forma el ATP en las células?
4.- Principales mecanismos de la regulación metabólica.
5.- ¿Qué son las rutas metabólicas?
6.- ¿Cuáles son los principales compuestos que intervienen como transportadores de
electrones en el metabolismo?
7.- Señala cinco compartimentos celulares e indica los procesos metabólicos que
ocurren en ellos.
8.- ¿Cuántos tipos de células se diferencian atendiendo a la fuente de carbono que
utilizan?
9.- ¿Cuáles son los principales intermediarios que participan en el metabolismo y qué
papel desempeñan?
10.- ¿Qué se entiende por metabolismo? ¿Qué procesos comprende?
RESPUESTAS
1.-­‐ Señala las principales diferencias entre catabolismo y anabolismo. Solución: El anabolismo y el catabolismo constituyen los dos tipos de procesos que se dan en el metabolismo; las principales diferencias que presentan son las siguientes: -­‐ El catabolismo es la fase destructiva del metabolismo. Comprende las reacciones metabólicas mediante las cuales moléculas orgánicas más o menos complejas se degradan, transformándose en otras moléculas más sencillas. El anabolismo es, por el contrario, la fase constructiva del metabolismo; comprende las reacciones metabólicas mediante las cuales a partir de moléculas sencillas se obtienen otras moléculas más complejas. -­‐ En los procesos catabólicos se libera energía, que se almacena en forma de ATP, mientras que en los procesos anabólicos se requiere un aporte energético, que se obtiene de la hidrólisis del ATP. -­‐ Mediante los procesos catabólicos compuestos reducidos se transforman en otras moléculas más oxidadas; por consiguiente, los procesos catabólicos son procesos oxidativos. Por el contrario, los procesos anabólicos son procesos reductores a través de los cuales moléculas oxidadas se transforman en otras más reducidas. 2.- ¿De qué depende que una reacción transcurra espontáneamente?
Solución: Lo que permite predecir que una reacción transcurra espontáneamente o no es la variación de la energía libre ( G). Si G < 0, la reacción es exergónica y transcurre espontáneamente. Si G > 0, la reacción es endergónica y no transcurre espontáneamente; ocurrirá en sentido contrario. Si G = 0, el sistema está en equilibrio y no hay cambios. 3.- ¿Cómo se forma el ATP en las células?
Solución: El ATP se forma al unirse al ADP una molécula de fosfato; este proceso se denomina fosforilación. Este es un proceso endergónico, no espontáneo, que requiere un aporte energético para producirse. Ocurre en el interior de las células acoplado a procesos muy exergónicos. ADP + Pi + Energía ATP + H2O. Existen dos mecanismos para sintetizar el ATP: la fosforilación a nivel de sustrato y la fosforilación debida al transporte de electrones. Fosforilación a nivel de sustrato: Este proceso consiste en transferir un grupo fosfato de alta energía desde una molécula fosforilada hasta el ADP, formándose ATP. En este proceso se aprovecha la energía que se libera al hidrolizarse el grupo fosfato de la molécula fosforilada, para transferir dicho grupo fosfato al ADP y formar ATP. Este tipo de fosforilación se da en la glucólisis y, también, en alguna de las etapas del ciclo de Krebs. Fosforilación debida al transporte de electrones: En este caso, la fosforilación del ADP para formar ATP se realiza gracias a la energía que se libera al transportar electrones a través de una serie de proteínas situadas en la membrana mitocondrial o en la de los cloroplastos. Esta energía es aprovechada por el complejo enzimático ATP-­‐sintetasa para fosforilar el ADP y formar ATP. Existen dos procesos de este tipo: la fosforilación oxidativa ocurre en las mitocondrias, y la fotofosforilación tiene lugar en los cloroplastos. 4.- Principales mecanismos de la regulación metabólica.
Solución: La regulación del metabolismo celular se produce principalmente a tres niveles que son los siguientes: -­‐ Controlando la cantidad de los enzimas. Los enzimas, al igual que otras moléculas celulares, sufren recambio metabólico y, por consiguiente, se degradan y se sintetizan continuamente. Esto permite regular la cantidad de un enzima que hay en un momento dado. La velocidad de síntesis enzimática dependerá de la velocidad de transcripción del gen que la codifica. -­‐ Controlando la actividad enzimática. Los organismos disponen de varios mecanismos para modificar la actividad enzimática. Uno de los más importantes es la regulación por retroinhibición. En este mecanismo intervienen las enzimas alostéricas, los cuales catalizan reacciones que están localizadas en puntos clave de una ruta metabólica, como puede ser la primera reacción de una ruta metabólica o el punto de ramificación de una ruta. En este tipo de control, el producto final de la ruta actúa como inhibidor de la enzima alostérica. -­‐Otros mecanismos de regulación son: la regulación por isoenzimas y la regulación por modificación covalente reversible del enzima. Controlando la cantidad de sustrato. Otro mecanismo que permite regular el metabolismo es controlar la cantidad de sustrato que llega al interior de un orgánulo a través de la membrana. 5.- ¿Qué son las rutas metabólicas?
Solución: Se denomina ruta metabólica a una secuencia de reacciones encadenadas en las que el producto de una de ellas es el sustrato de la siguiente. Cada una de las reacciones de una ruta está catalizada por una enzima específica. Las rutas metabólicas pueden ser de muchos tipos: -­‐ Lineales: el sustrato inicial no coincide con el producto de la última reacción. Un ejemplo de estas rutas lo constituye la glucólisis -­‐ Cíclicas: el sustrato inicial coincide con el producto de la última reacción. Un ejemplo es el ciclo de Krebs. Atendiendo al tipo de proceso metabólico, las rutas pueden ser: -­‐
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anabólicas, como el ciclo de Calvin catabólicas, como las fermentaciones. Las rutas metabólicas no suelen estar aisladas, sino que suelen conectar unas con otras, formando redes complejas. A los compuestos intermedios que intervienen en una ruta metabólica se los denomina metabolitos. Un ejemplo: el ácido cítrico en el ciclo de Krebs o el fosfoenolpirúvico en la glucólisis. Hay rutas que pueden ser catabólicas y anabólicas, a estas se las denomina anfibólicas; el ejemplo más característico lo constituye el ciclo de Krebs. En el metabolismo hay rutas centrales donde confluyen otras rutas metabólicas. Un ejemplo es el ciclo de Krebs. 6.- ¿Cuáles son los principales compuestos que intervienen como transportadores de
electrones en el metabolismo?
Solución: En el metabolismo los procesos de óxido-reducción tienen una enorme
importancia; muchas de las reacciones catabólicas son reacciones de oxidación, en las
que se liberan electrones, mientras que muchas de las reacciones anabólicas son
reductoras, en las que se requieren electrones. En los procesos biológicos de óxidoreducción, la pérdida y ganancia de electrones suele ir acompañada de pérdida y
ganancia de H+ por lo que estos procesos son deshidrogenaciones e hidrogenaciones.
Los electrones, desprendidos en las oxidaciones catabólicas, son recogidos por una
coenzima y transportados, a veces, hasta procesos anabólicos reductores donde se
requieren. En otras ocasiones son encaminados hasta una cadena transportadora (cadena
respiratoria) que los conducirá hasta el O2, que será su aceptor final. Las coenzimas que
se encargan de recoger y transportar los electrones que se liberan en las oxidaciones
metabólicas son: NAD+ NADP+ y FAD. Los tres son dinucleótidos de adenina. Estas
coenzimas se reducen al captar los electrones y, posteriormente, cuando los ceden, se
regeneran y se oxidan de nuevo. NAD+ (nicotinamín adenín dinucleótido). Está formado
por dos ribonucleótidos: el de la adenina y el que tiene por base la nicotinamida
(vitamina PP). En las oxidaciones en las que interviene esta coenzima, el sustrato pierde
dos electrones y dos protones; los dos e-; junto con un H+ se unen al NAD+ y se forma
NADH. Esta coenzima suele intervenir en reacciones de deshidrogenación de alcoholes.
La forma reducida (NADH) suele ceder los electrones a una cadena de transporte de eque los hará llegar hasta el oxígeno. En este transporte se forma ATP. NADP+
(nicotinamín adenín dinucleótido fosfato). Es similar al NAD+, salvo que en el carbono
3 de la ribosa del nucleótido de la adenina lleva un grupo fosfato. La forma reducida
(NADPH) actúa aportando electrones en los procesos de biosíntesis (anabólicos). FAD
(flavín adenín dinucleótido). Está formado por dos ribonucleótidos: el de la riboflavina
(vitamina B2) y el de la adenina. Interviene en reacciones de deshidrogenación con
formación de enlaces dobles. Su forma reducida (FADH2), al igual que el NADH, cede
los electrones a una cadena transportadora de estos que los lleva hasta el O2; en este
transporte se forma ATP.
7.- Señala cinco compartimentos celulares e indica los procesos metabólicos que
ocurren en ellos.
Solución: -­‐ Mitocondrias. Los procesos metabólicos que ocurren son: ciclo de Krebs o ciclo de los ácidos tricarboxílicos, transporte electrónico y fosforilación oxidativa, -­‐
oxidación de los ácidos grasos, descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico. -­‐ Cloroplasto. El proceso metabólico que ocurre es la fotosíntesis (fase luminosa y oscura). -­‐ Retículo endoplasmático. Los procesos que ocurren son: síntesis de lípidos, síntesis de esteroides, etc. -­‐ Hialoplasma. Algunos de los procesos que ocurren son: la glucólisis, muchas etapas de la gluconeogénesis, síntesis de ácidos grasos, síntesis de algunos aminoácidos, síntesis de nucleótidos, etc. -­‐ -­‐ Núcleo. Los principales procesos metabólicos son: la replicación del ADN y la transcripción del ADN para formar ARN. 8.- ¿Cuántos tipos de células se diferencian atendiendo a la fuente de carbono que
utilizan?
Solución: Además de energía, las células necesitan una fuente de carbono para poder construir las moléculas que la forman. Según cual sea esta fuente de carbono que utilicen, podemos dividir las células en dos grandes grupos: autótrofas y heterótrofas. -­‐ Autótrofas: son células que utilizan el CO2 atmosférico como fuente de carbono para construir sus moléculas orgánicas. A este grupo pertenecen las células fotótrofas, entre las que se encuentran muchas de las células vegetales que realizan la fotosíntesis, y también las quimiosintéticas, que realizan el proceso de quimiosíntesis, entre las que se encuentran bacterias como, por ejemplo, las bacterias incoloras del azufre. -­‐ Heterótrofas son células que utilizan como fuente de carbono las moléculas orgánicas. A este grupo pertenecen las células animales, las de los hongos, etc. Estas células utilizan los compuestos orgánicos no solo como fuente de carbono, sino también como fuente de energía, por ello se las denomina quimioheterótrofas.
9.- ¿Cuáles son los principales intermediarios que participan en el metabolismo y qué
papel desempeñan?
Solución: En el metabolismo intervienen una serie de intermediarios cuyo papel es el de transportar electrones, energía y otros grupos químicos activados desde unos procesos donde se desprenden hasta otros en los que se requieren. Los principales intermediarios son: -­‐ ATP (adenosín trifosfato): actúa como intermediario energético, transfiriendo energía desde unos procesos en los que se desprende (procesos catabólicos) hasta otros procesos en los que se requiere (procesos anabólicos). Aunque el ATP es el compuesto que más se utiliza en la transferencia de energía, no es el único; hay otros nucleótidos que también se emplean, como el GTP o el UTP. -­‐ -­‐ Dinucleótidos de adenina: entre los cuales destacan principalmente: el NAD+, el NADP+ y el FAD. Estas coenzimas actúan transfiriendo electrones e hidrogeniones desde los procesos en los que se desprenden hasta los procesos en los que se requieren. Al captar los electrones y los protones que se desprenden en los procesos catabólicos de oxidación, se reducen y, posteriormente, cuando los ceden, se oxidan. -­‐ Coenzima A: actúa transportando cadenas hidrocarbonadas y, más concretamente, radicales de ácidos orgánicos (acilos). El radical acilo se une mediante un enlace tioéster con el azufre del grupo sulfhidrilo del CoA; este enlace es de alta energía, y su hidrólisis es muy exergónica.
10.-­‐ ¿Qué se entiende por metabolismo? ¿Qué procesos comprende? Solución: El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que se producen en las células y mediante las cuales se transforman los nutrientes que llegan a ellas desde el exterior. El metabolismo tiene dos finalidades: -­‐ Que la célula obtenga energía química utilizable, que se almacena en forma de ATP. -­‐ Que la célula fabrique a partir de esos nutrientes sus propios compuestos, que serán utilizados para fabricar sus estructuras celulares o para almacenarlos como reserva. Por consiguiente, dentro del metabolismo se diferencian dos tipos de procesos: el anabolismo y el catabolismo. -­‐
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El catabolismo comprende la fase destructiva del metabolismo. Consiste en la oxidación de moléculas orgánicas reducidas, que se convierten en otras más simples y oxidadas. Estas transformaciones desprenden energía, recogida en moléculas intermediarias de energía como el ATP, o en forma de poder reductor en moléculas transportadoras de electrones (NADH, NADPH). El anabolismo es la fase constructiva del metabolismo; mediante él se sintetizan moléculas orgánicas. Esta síntesis se realiza a partir de moléculas simples y oxidadas, que se reducen utilizando la energía del ATP y el poder reductor (NADH, NADPH) que se obtuvieron en el catabolismo.