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Metabolismo Celular
Función
Complejidad de los sistemas biológicos
Para tomar dimensión de esta complejidad, no basta con observar
estructuras y analizar compuestos químicos; es necesario también
interpretar los numerosos procesos que ocurren en forma
constante en su interior, que permiten su supervivencia.
METABOLISMO
La totalidad de las reacciones químicas que
ocurren en la célula, por la cuál puede
realizar todos los procesos vitales para su
supervivencia se denomina metabolismo.
El metabolismo es una propiedad emergente de la
vida que surge de las interacciones de las moléculas
dentro del ambiente organizado de la célula.
Procesos vitales (ejemplos de usos de la
energía por la célula)






Construcción de nuevas macromoléculas
(síntesis de proteínas, lípidos, etc…)
Movimiento de las organelas en el interior
celular
Movimiento de cilios y flagelos
Reproducción
Mantenimiento del balance osmótico
Transporte activo de moléculas a través de la
membrana plasmática
¿Qué tipo de energía utiliza la célula?
Tipos de energía

La Energía puede existir en dos estados:


Energía cinética – energía de movimiento.
Energía potencial – energía almacenada.


Energía química – energía potencial almacenada en
las uniones químicas, la cual es liberada cuando se
rompen estas uniones.
Esta energía está regida por las leyes de
la termodinámica.
Leyes de la termodinámica
Calor
CO2
+
H2O
Primera Ley de la Termodinámica:
la energía puede transferirse o
transformarse, pero nunca crearse
o destruirse. Por ejemplo, la
energía química (potencial) de los
alimentos se convertirá en energía
cinética del movimiento del
guepardo.
Segunda Ley de la Termodinámica:
cada transferencia o transformación
de energía incrementa el desorden
(entropía) del universo. Por ej, se
añade desorden al entorno del
guepardo en la forma de calor y de
las pequeñas moléculas que son
subproducto del metabolismo.
Importancia de la segunda ley de la
termodinámica en los procesos biológicos
El alto grado de compartimentalización de la célula es un reflejo
del orden existente.
Un sistema biológico se mantiene en su estado organizado
tomando energía del ambiente y procesándola a través de su
eficiente maquinaria química. De esta forma puede realizar las
diferentes funciones celulares y así mantener su organización
interna.
Durante estos procesos, las células devuelven a su entorno
energía disipada en forma de calor y otras formas que son
rápidamente distribuidas en el ambiente, aumentando su
desorden y entropía.
Así, los organismos vivos consiguen ganar orden interno a
expensas de generar desorden en su ambiente.
Teniendo en cuenta la complejidad que poseen
los organismos:
¿Cómo se llevan a cabo todas estas
miles de reacciones químicas que
componen el metabolismo?
Vías metabólicas
Enzima 1
A
B
Reacción 1
Molécula
inicial
Enzima 2
Enzima 3
D
C
Reacción 2
Reacción 3
Producto
Reacciones químicas del metabolismo = vías metabólicas
Una vía metabólica comienza con una molécula específica, que
luego se altera en una serie de pasos definidos que dan como
resultado un determinado producto. Cada paso de la vía
metabólica, es decir, cada reacción química individual, es
catalizado por una enzima.
¿Cómo podemos representar el metabolismo
celular esquemáticamente?
Vía metabólica abreviada
En este diagrama están
representadas alrededor
de 500 reacciones
metabólicas que
normalmente están
ocurriendo en la célula
en forma simultánea
Tomado del libro Biología Molecular de la Célula Alberts et al, 2004
Tipos de reacciones están involucradas en el
metabolismo celular
Reactivos
Energía Libre
Cantidad de
Energía
liberada
Energía
Productos
Reacciones catabólicas o
degradación.
Ej: glucólisis
Progreso de la reacción
Reacción exergónica: libera energía
Energía Libre
Productos
Cantidad de
Energía
requerida
Reactivos
Energía
Progreso de la reacción
Reacción endergónica: requiere energía
Reacciones anabólicas o
de síntesis.
Ej: síntesis de proteínas
¿Cómo se relacionan las vías anabólicas
y catabólicas en el metabolismo?
¿Cómo se presenta
esta energía en la
célula?
El ATP acopla las reacciones exergónicas
con las endergónicas
P
P
P
Adenosin Trifosfato (ATP)
H2O
Pi
+
P
P
Fósforo inorgánico Adenosin difosfato (ADP)
+
Energía
De qué manera realiza trabajo el ATP
Pi
P
Proteína motora
Trabajo mecánico
Proteína
Transportadora
ADP
+
Pi
ATP
Pi
P
Soluto transportado
Soluto
Trabajo de transporte de sustancias
P
Glu
+
NH3
Reactivos: ácido glutámico y
amoníaco
Trabajo químico de síntesis
NH2
+
Glu
Pi
Producto: Glutamina
¿Cómo ocurre la regeneración del ATP?
ATP
Energía del catabolismo
Energía para el trabajo
celular (endergónica,
procesos que consumen
energía)
El proceso catabólico
más importante de la
célula es la glucólisis.
ADP +
P
i
REGULACION DEL METABOLISMO

Una de las características sobresalientes del
metabolismo como actividad celular es el de estar
perfectamente regulado, coordinado e integrado.

El control de metabolismo representa el control
de todas y cada una de las vías metabólicas.
Cada vía metabólica tiene una ENZIMA clave
(limitante) de cuyo funcionamiento depende el
flujo de moléculas a través de la vía metabólica
completa.
Enzimas
Los enzimas son proteínas que catalizan
reacciones químicas en los seres vivos.
• Las enzimas son catalizadores, es decir, sustancias que,
sin consumirse en una reacción, aumentan
notablemente su velocidad.
• No hacen factibles las reacciones imposibles, sino que
solamente aceleran las que espontáneamente podrían
producirse, disminuyendo la energía de activación.
• Cada enzima es específica de una reacción química.
• El nombre de las enzimas es el del sustrato más el
sufijo: -asa. Los nombres de las enzimas revelan la
especificidad de su función.
Efecto de las enzimas en la velocidad de
reacción
Energía libre
Curso de
la
reacción
sin la
enzima
EA
sin
enzima
EA con
enzima
Reactivos
Curso de
la
reacción
con la
enzima
Productos
Progreso de la reacción
Mecanismo de acción de las enzimas
Los sustratos
entran al sitio
activo
Los sustratos son mantenidos
en el sitio activo por
interacciones débiles como
puentes hidrógeno y enlaces
iónicos
Sustratos
Complejo
enzima-sustrato
El sitio activo
queda
disponible para
dos nuevas
moléculas de
sustrato
El sitio activo puede bajar
la energía de activación y
acelerar la reacción al
suministrar un ambiente
favorable.
Enzyme
Los productos
son liberados
Productos
Los sustratos se
convierten en
productos
Factores que afectan las reacciones
catalizadas por enzimas
1. Temperatura
2. pH
3. Concentraciones de:



A. Enzima
B. Sustrato
C. Producto
(retroalimentación
negativa)
Efecto de la temperatura y pH
Tasa de reacción
Temperatura óptima de
enzimas humanas
0
40
60
Temperatura (°C)
20
Tasa de reacción
pH óptimo de pepsina
(enzima estomacal)
0
1
Temperatura óptima de
una enzima de una
bacteria termófila
2
3
4
5
pH
80
100
pH óptimo de
Tripsina
(enzima
intestinal)
6
7
8
9
10
Efecto del sustrato
Bibliografía consultada




CURTIS BIOLOGÍA. 7º Edición. Curtis, Barnes,
Schnek, Massarini. Ed. Médica Panamericana, Buenos
Aires. 2008.1160p.
BIOLOGÍA. 6ª Edición. Curtis H, Sue Barnes N. Ed.
Médica Panamericana, Buenos Aires. 2000. 1496 p.
BIOLOGÍA. 7º Edición. Campbell-Reece. Ed. Médica
Panamericana, Buenos Aires. 2007.1231p.
BIOLOGÍA MOLECULAR DE LA CÉLULA. 4ª Edición.
Alberts, B.; Johnson, A.; Lewis, J.; Raff, M.; Roberts,
K.; Walter, P. Ediciones Omega (2004).
Sitios web consultados



Hipertextos del Área de Biología. Universidad
Nacional del Nordeste.
http://www.biologia.edu.ar/
Curtis Biología online http://curtisbiologia.com/
Biología de Campbell online
http://www.medicapanamericana.com/campbell/