El documento describe los conceptos fundamentales del metabolismo, incluyendo el catabolismo, el anabolismo y las rutas metabólicas. Explica cómo las células extraen energía de los nutrientes a través de reacciones enzimáticas y la usan para sintetizar componentes celulares. También describe los ciclos del carbono, oxígeno y nitrógeno, y cómo la energía fluye a través de la biosfera mediante la fotosíntesis y la respiración.

1. METABOLISMO
Catabolismo y anabolismo

2. • Una propiedad de los sistemas biológicos
es que crean y mantienen el orden, en un
universo que siempre tiende a aumentar el
desorden.
A. Cápside de un virus D. Ala de mariposa
B. Microtúbulo E. Semillas en un girasol
C. Grano de polen

3. • Para lograr esto, realizan series de reacciones
químicas catalizadas por enzimas.
• Así se forman las rutas metabólicas: series de
reacciones catalizadas por enzimas.
Enzima: catalizador biológico

4. • Metabolismo: es la suma de las
transformaciones químicas que
ocurren en una célula o en un
organismo.
• Las rutas metabólicas están
interconectadas, formando un
laberinto que permite a la célula
sobrevivir, crecer y
reproducirse.
• El término metabolismo
intermediario se aplica a las
actividades combinadas de
todas las vías metabólicas. Son
reacciones enzimáticas que
extraen energía química de las
moléculas de nutrientes y la usan
para sintetizar y ensamblar
componentes celulares.

5. • Cada uno de los pasos consecutivos en una vía
brinda un cambio químico específico,
normalmente la remoción, transferencia o
adición de un átomo específico, grupo funcional
o molécula.
• En esta secuencia de pasos, un precursor se
convierte en producto a través de series de
intermediarios metabólicos o metabolitos.
• Así, el producto de una reacción es el precursor
de la siguiente.

6. • Catabolismo: es la fase degradadora del metabolismo, en la que las
moléculas orgánicas (carbohidratos, grasas y proteínas) son convertidas a
productos más simples y pequeños (ácido láctico, CO 2, NH3). Las vías
catabólicas producen energía libre que se conserva en la formación de ATP y
acarreadores de poder reductor.
• Anabolismo: (biosíntesis) a partir de precursores simples y pequeños se
construyen moléculas complejas incluyendo lípidos, polisacáridos, proteínas y
ácidos nucleicos. Las reacciones anabólicas requieren energía, generalmente
la energía libre producida por la hidrólisis del ATP y el poder reductor del
NADH y NADPH.

8. • Las vías metabólicas pueden ser lineales, cíclicas o ramificadas
(convergentes o divergentes).
• Convergentes: convierten varios materiales iniciales en un solo producto.
• Divergentes: dan como resultado varios productos finales a partir de un
solo precursor.
• En términos generales, las vías catabólicas son convergentes y las
anabólicas divergentes.
• Algunas vías son cíclicas, en ellas un componente inicial de la vía es
regenerado para reentrar en ella.

9. • Las rutas metabólicas se regulan en tres niveles:
– Alostérico. A través de la acción de moduladores estimulantes
o inhibitorios que actúan sobre las enzimas cambiando su
actividad catalítica en respuesta a ellos. Su efecto es
inmediato.
– Hormonal. Las hormonas son mensajeros químicos liberados
por un tejido que estimulan o inhiben algún proceso en otro
tejido. Sirven para coordinar las actividades metabólicas en
diferentes tejidos y sus acciones y efectos se observan a
mediano plazo.
– Transcripcional. Se controla la velocidad de un paso
metabólico regulando la concentración de la enzima que lo
lleva a cabo. La concentración de una enzima en un tiempo
dado, es el resultado del balance entre su síntesis y su
degradación, ambas controladas en el transcurso de minutos u
horas.

10. Ciclo del carbono y del oxígeno
Según la forma en que obtienen el
carbono y la energía, los
organismos se dividen en:
• Autótrofos: utilizan el CO2 de la
atmósfera como fuente de
carbono y la energía del sol o de
compuestos inorgánicos.
– Fotoautótrofos: obtienen la
energía del sol.
– Quimioautótrofos: obtienen la
energía oxidando compuestos
inorgánicos.
• Heterótrofos: obtienen el
carbono y la energía de
sustancias orgánicas
sintetizadas por otros
organismos.

11. Ciclo del nitrógeno
Nitrógeno atmosférico: N2
Amoniaco (ammonia): NH3
Nitratos: NO3-
Nitritos: NO2- Los organismos vivos
requieren una fuente de
nitrógeno, necesaria para
la síntesis de
aminoácidos, nucleótidos
y otros compuestos.
• Bacterias fijadoras de
nitrógeno: las
cianobacterias y las
bacterias que viven
simbióticamente en las
raíces de las
leguminosas.

12. • Estos ciclos están dirigidos por un constante flujo de energía a
través de la biosfera:
fotosíntesis
Energía solar -----------------→ nutrientes orgánicos.
respiración
Nutrientes orgánicos ---------------→ energía para funciones vitales.

13. • Siempre se pierde parte de la energía como calor y
entropía.
• En contraste con los ciclos de la materia, la energía
fluye en un solo sentido en la biosfera
– En los organismos vivos, la energía útil no puede ser
regenerada a partir de la energía disipada como calor o
entropía.
– El carbono, el oxígeno y el nitrógeno se reciclan
constantemente.

14. Cambio de energía libre en
reacciones químicas

15. • Constante de equilibrio,
K para la reacción
Y→X
• ΔG° = -1.42 log K
• Reacción
energéticamente
favorable: ΔG° < 0
• Reacción
energéticamente
desfavorable: ΔG° > 0

16. Reacción espontánea, exergónica: K > 0 ΔG° < 0
Reacción no espontánea, endergónica: K < 0 ΔG° > 0

17. En reacciones secuenciales la ΔG°
es aditiva.

18. Las moléculas acarreadoras de energía son
esenciales para la biosíntesis
• La energía liberada por la oxidación de moléculas de nutrientes
se almacena temporalmente para luego ser utilizada en la
construcción de las moléculas que la célula necesita.
• Los acarreadores de energía más importantes son el ATP,
NADH y NADPH.

19. Generalidades sobre el ATP

20. • La forma más importante de molécula
acarreadora de energía en las células es el ATP
(trifosfato de adenosina).
• Por acoplamiento energético, la hidrólisis del
ATP se puede utilizar en procesos dependientes
de energía.
• La ruta más importante para la síntesis de ATP
en condiciones aeróbicas es la fosforilación
oxidativa.
• En condiciones anaeróbicas, los organismos
satisfacen sus necesidades con el ATP formado
en la glicólisis.

21. • La cadena de los tres residuos de fosfato están unidos al grupo
hidroxilo 5’ de la adenosina.
• Los fosfatos se designan como , y .
• A pH fisiológico, el ATP tiene cuatro cargas negativas.

22. • El ATP es inestable por lo que fácilmente reacciona
produciendo ADP + P- y liberando energía.
• Una razón de la inestabilidad de los enlaces fosfóricos
anhidros es la repulsión entre los oxígenos (carga -), y
se equilibra parcialmente al removerse un fosfato, por lo
que esta reacción es altamente exergónica.

23. Una gran cantidad de procesos
biológicos requieren energía en
forma de ATP, tales como síntesis
de DNA, de proteínas y de
polisacáridos.

24. Ejemplo de
uso de ATP:
• Algunos hongos, microorganismos
marinos, medusas, crustáceos y
luciérnagas pueden generar
bioluminisencia, que requiere grandes
cantidades de energía.
• Se utiliza ATP en una serie de
reacciones que convierten energía
química en energía luminosa.