GUIA-METABOLISMO CELULAR- PARTE I/2

SECRETARIA DE EDUCACIÓN MUNICIPAL
ESCUELA NORMAL SUPERIOR "LEONOR ÁLVAREZ PINZON" 'TUNJA -

TEMA: METABOLISMO

OBJETIVOS :
* Interpretar la importancia del metabolismos energético y plástico en la vida de los organismos .
* Identificar las diferentes etapas del Metabolismo energético y reconocer las transformaciones que sufren los nutrientes en el hombre, a nivel de las células y de los diferentes órganos que intervienen.
* Reconocer las vías de asimilación y Desasimilación de carbohidratos, lípidos y Proteínas en los seres vivos

GENERALIDADES: "El cuerpo como todo"

Conviene estudiar el cuerpo humano como un todo, como un solo sistema, una gran máquina en funcionamiento conti¬nuo. Para ello, nos iniciamos con procesos que le permiten obtener energía mediante sustancias o sea el metabolismo, construc¬ción o reconstrucción de órganos, procesos de destrucción y eliminación de. sustancias que no son adecuadas ni necesarias al organismo. En esta eliminación cumplen especial función los aparatos digestivo, respirato¬rio, circulatorio y excretor, sin dejar de per¬cibir en este gran sistema la función de trasporte de sustancias.

El organismo como ser viviente reacciona y responde a estímulos; los capta mediante los órganos de los sentidos y responde y coordina con su sistema nervioso. Los efectores, músculos y huesos que cie¬rran el ciclo de las funciones de relación, son los que llevan a cabo las respuestas para atender al estímulo mediante los mo¬vimientos realizados.

Pero todo el funcionamiento de esta gran máquina está orientado y dirigido por algunos órganos muy pequeños, las glán¬dulas endocrinas, que por su acción física y química pueden regular todo el funcio¬namiento del organismo en forma orde¬nada y eficiente. Al estudiar los procesos de nutrición, circulación, respiración y metabolismo en el hombre, nos daremos cuenta de que el cuerpo humano es una compleja maravillosa máquina

OBTENCION DE ENERGIA
Es indudable que la energía está íntima¬mente ligada a la vida, hasta el punto de que no se puede concebir la vida sin la energía. El metabolismo hace relación a la conse¬cución de energía para las funciones de los organismos Normalmente y en lenguaje común se piensa que en la nutrición se produce ener¬gía. Esto es falso; la nutrición prepara los alimentos para que puedan entrar en la célula, verdadera "fábrica de energía.

1. Nociones de metabolismo
Los alimentos biológicos; carbohidratos, lípidos y proteínas, son digeridos, absorbi¬dos y, por último, metabolizados. Metabo¬lismo significa cambios químicos que experimentan los alimentos absorbidos en el interior de las células corporales. La diges¬tión y la absorción son sencillamente pasos previos o preparatorios para el metabolis¬mo.

2. Fases del metabolismo
El metabolismo se realiza de manera continua dentro de todas las células del cuerpo. Está constituido por dos procesos o fases principales llamados anabolismo y catabolismo.

a) Anabolismo o Asimilación
Es la fase constructiva. De pequeñas mo¬léculas se forman otras más complejas; es así como el organismo construye hormo¬nas, proteínas llamadas enzimas, proteínas estructurales y muchas otras. El anabolismo es una de las muchas clases de trabajo que efectúan las células. En este proceso se con¬sume energía. La fotosíntesis resulta ser un proceso anabólico; de pequeñas moléculas como el agua y el CO2 se forman grandes molécu¬las de glucosa.

En el adulto, estos 2 procesos, anabolismo y catabolismo, tienen aproximadamente el mismo valor, pero durarte el crecimiento predomina la síntesis anabolismo.

b) Catabolismo o Desasimilación
Es la fase destructiva del metabolismo; las grandes moléculas ingeridas y digeridas en la nutrición son rotas en sus componen¬tes liberando la energía acumulada en sus enlaces. En los procesos catabólicos los Carbohidratos se rompen en unidades de Glucosa; las Proteínas en Aminoácidos y las grasas en Glicerol y Ácidos Grasos. Al catabolizarse estos biocompuestos se produce energía y ésta se acumula en unas moléculas denominadas ATP,

3. Molécula de ATP Estructura de la molécula de ATP = Adenosín-Trí-Fosfato
Esta molécula es sumamente importante para los organismos, ya que en ella se con¬serva la energía necesaria para las funcio¬nes orgánicas. La molécula de ATP se compone de una molécula de Adenina, otra de azúcar (la ribosa) y tres fosfatos. El segundo y tercer enlace de estos fosfa-tos contienen un alto poder energético. Cada molécula de ATP produce 7,3 calorías. Y cada molécula de Glucosa en el catabolismos aeróbico en la célula produce 36 a 40 moléculas de ATP útiles

4. Metabolismo Basal
Todo organismo consume energía. Llamamos metabolismo basal a la canti¬dad mínima de energía que consume un organismo en absoluto reposo. Todo organismo requiere un calor espe¬cífico para optimizar el rendimiento de los procesos vitales. Este calor se produce en los procesos metabólicos.

El calor animal y la energía liberados o utilizados se miden tomando como unidad la "caloría" o calor requerido para elevar en un grado centígrado, un centímetro cú¬bico de agua destilada. Como esta unidad es demasiado pe¬queña normalmente en biología, habla¬mos de kilocaloría, donde una kilocaloría equivale a 1.000 calorías.

El metabolismo sólo se realiza en las célu¬las y, específicamente, en las mitocondrias, que resultan ser los centros energéticos del organismo; en ellos se cataboliza la glu¬cosa produciendo ATP. En los mitocondrios se encuentran varias enzimas que participan en el metabolismo de aminoácidos y en la oxidación de ácidos grasos. EI metabolismo basal de un hombre de 70 Kg de peso consume para sus: funciones básicas y para mantener el calor vital, unas 1700 kilocalorías al día

5. Mecanismo REDOX; Oxido- reducción

En el proceso metabólico que se realiza en las mitocondrias resulta esencial el me¬canismo de oxidación - reducción. En el ciclo Krebs el 94% de los ATP pro¬ducidos, son resultado del trasporte de elec¬trones o mecanismo Redox.

Oxidación significa que el oxígeno toma electrones; un metal oxidado ha cedido electrones al oxígeno de la atmósfera. El oxígeno es un óptimo receptor, ya que es un átomo electronegativo.

En el mecanismo redox intervienen 2 coenzimas que sirven de receptores para trasportar el hidrógeno:

- Coenzima I; NAD = Nicotin- amida dinu¬cleótido.
- Coenzima II; NADP = Nicotin. amida dinu¬cleótido -fosfato.

Estas dos coenzimas son las receptoras de hidrógeno en los procesos metabólicos. Los elementos que ceden H ( pierden electrones) decimos que son Oxidados. Y los compuestos que Toman o ganan electrones, decimos que son Reducidos.

Por lo dicho podemos entender que metabolismo oxidativo resulta equivalente a respiración. Por ello no se debe llamar "respiración" al intercambio de oxígeno en pulmones o branquias, sino al proceso catabólico ocurrido dentro de las mitocondrias

6. Metabolismo de Carbohidratos o Glúcidos
Los carbohidratos son compuestos de C, H, 0. Su estructura es sencilla, repetitiva, y por ello son los alimentos que más fácil¬mente producen ATP. La alimentación humana, en la mayoría de las veces, es a base de carbohidratos y especialmente en los países en vía de desarrollo.

Los carbohidratos de que nos alimenta¬mos se encuentran acumulados en produc¬tos vegetales en forma de almidón, y en los animales en forma de glucógeno.

Alimentos ricos en carbohidratos o glúci¬dos son: harinas, raíces, tallos subte¬rráneos, azúcares y dulces, arroz, fríjoles, papa, yuca, etc. todos estos productos son básicos en nuestra dieta alimenticia.

Clasificación de los Carbohidratos o Glúcidos:

- Monosacáridos
Son carbohidratos de molécula sencilla; Pentosas de 5 carbonos y más frecuentes las Hexosas de 6 carbonos como la glucosa: C6 H12 O6
Los monosacáridos más frecuentes son:
Glucosa: Se halla en la uva; el glucógeno se compone de varias unidades de glucosa.
Fructuosa: Se halla casi en todos los frutos de los ve¬getales y en la miel.
Galactosa: Se halla en la leche.
- Disacáridos
Se componen de 2 moléculas de C6 H12 O6 menos una molécula de agua (H2O) que se pierde en la unión. Así, la fórmula general es C12 H22 O11.
Como ejemplos de disacáridos tenemos:
Sacarosa: glucosa más fructuosa; es el azúcar común, proviene de la caña de azúcar y la remolacha.
Maltosa: glucosa más glucosa , se encuentra en la malta.
Lactosa: glucosa más galactosa, es el di¬sacárido propio de la leche.

-Polisacáridos
Están formados por más de dos molécu¬las de monosacáridos; en esta forma se acumulan en el organismo los carbohidra¬tos. .En toda unión de monosacáridos se pierde una molécula de agua.

Polisacáridos más importantes

Almidón: agregado de varias moléculas de glucosa, es el polisacárido típico de los ve¬getales.
Glucógeno agregado de varias molécu¬las de glucosa; es el polisacárido típico de los animales. AI igual que el almidón, sirve de sustancia de reserva. Se encuentra en los músculos v principalmente en el híga¬do.
Celulosa: sólo se encuentra en los vege¬tales. Forma parte de la membrana celular, por lo que su misión es de sostén. Al igual que los anteriores están formadas por gluco¬sa, pero las moléculas son de mayor tama¬ño. Los animales y el hombre no pueden di¬gerirla, por 1o que no es útil directamente como alimento. Se utiliza en la industria para la fabrica¬ción de papel y tejidos. Está contenida en el algodón y la madera.
.
El siguiente cuadro nos indica 1os pasos por los cuales los carbohidratos o glúcidos se catabolizan para producir ATP en los procesos aeróbicos y anaeróbicos.
METABOLISMO DE LOS CARBOHIDRATOS

CARBOHIDRATOS
DIGESTIÓN

GLUCOSA C6H12O6


GLUCOSA FOSFATO C6H11O6 P
GLICOLISIS

FOSFOGLICERALDEHIDO C3H5O3P


Fermentación Alcohólica ACIDO PIRUVICO Fermentación Muscular
C3 H4 O3 ANAEROBIO
Alcohol Etílico + CO2 + ATP Ácido Láctico + ATP
C2H5OH C2H6O3
Acetilcoenzima A
(C2H3O-CoA)

Á. Oxaloacético C4 H4 O5 Á. Cítrico C6 H8 O7


Á. Málico C4 H6 O5 CICLO DE KREBS Á. Cetoglutárico C5 H6 O5 AEROBIO



Á. Fumárico C4 H4 O4 Á. Succínico C4 H6 O4
Análisis del cuadro
1. Ingerido el alimento, este es digerido, individualizando las moléculas de almi¬dón o glucógeno.
2. Por digestión, no metabólica, 1os carbohidratos se convierten en glucosa.
3. En 1a glicólisis o conversión de la Glucosa en ácido Pirúvico mediante catabolismo anaeróbico (que no necesita oxígeno) la glucosa se enriquece con fósforo y consume 2 moléculas de ATP convirtién¬dose en Glucosa fosfato. Un rearreglo molecular la transforma en fructosa-fosfato.
4 La molécula de fructosa de 6 carbonos se trasforma o divide en 2 moléculas de Fosfogliceraldehído; por cada una de estas moléculas se producen 2 ATP. La glicólisis libera el 2% de energía acu¬mulada en una molécula de glucosa. El ácido pirúvico de 3 carbonos sigue degradándose para liberar más energía almacenada en sus enlaces. Esto sucede de 3 maneras:

a. Fermentación Alcohólica: Anaeróbica¬mente, muchas bacterias y organismos inferiores como las levaduras, los hon¬gos, reducen el ácido Pirúvico y lo tras¬forman en alcohol ( C2H5OH) más CO2 más ATP. Este procedimiento se utiliza para pro¬ducir la cerveza y otras clases de licores por fermentación.

b. Fermentación muscular o Láctica: En momentos de gran actividad muscular, el corazón y pulmones no son capaces de propor¬cionar suficiente oxígeno para la activi¬dad. metabólica aeróbica en 1as mito¬condrias; por ello se realiza en los mús¬culos un proceso anaeróbico; el ácido Pirúvico es reducido para producir ácido láctico más ATP. Los dolores musculares después de un fuerte ejercicio resultan por la acumula¬ción de áçido Láctico (C3H6O3) en forma de crista¬les. La cantidad de ATP producida anaeróbi¬camente es reducida y puramente com¬plementaria del proceso aeróbico.

c) Ciclo Krebs: Es el tercer tipo de ruptura del ácido pirúvico. Es un proceso ae¬róbico (en presencia de oxígeno) y de¬grada el ácido Pirúvico a CO2, agua y ATP.
- El ácido pirúvico es activado y, unido a la Coenzima A, forma un producto: Acetil-coenzima A, más CO2.
- La molécula de Acetil-coenzima A entra en un proceso circular de reacciones químicas que se conocen como ciclo del ácido Cítrico o de Krebs.
- El primer paso es la unión del ácido oxálico presente en las células con la molécula de Acetil-coenzima A, para formar ácido cítrico.
- El ácido cítrico pierde una molécula de CO2 para formar ácido Cetoglutárico
- El ácido Cetoglutárico pierde también CO2 pierde 2 hidrógenos para convertirse en A. Fumárico.
- El A. Fumárico incorpora H2O2 para con¬vertirse en A. Málico.
- El A. Málico cede 2 hidrógenos para convertirse en A. Succínico.
- El A. Succínico en A. Oxálico. y con éste comienza un nuevo ciclo.
La respiración o metabolismo aeróbico es un paso importante para los organismos multicelulares ya que necesitan acumular mucha cantidad de ATP para sus funciones vitales. El metabolismo o respiración anaeróbica es suficiente para organismos unicelulares muy poco evolucionad como las bacterias. Aeróbicamente una molécula de glucosa libera el 40% de la energía que tiene acumulada, o sea, de 36 a 40 ATP, Anaerobicamente una molécula de glucosa sólo libera el 4% de la energía disponible.