Metabolismo



Presentación de Powerpoint: [|Metabolismo]


 * **INDICE** ||
 * 1.Historia ||
 * 2. Investigaciones sobre el metabolismo ||
 * 3.Biomoléculas principales ||
 * 4.catabolismo ||
 * 5.Anabolismo ||
 * 6.Metabolismo reductor ||
 * 7.Homeostasis: regulación y control ||
 * 8.Termodinamica de los organismos vivos ||
 * 9.Problemas que pueden afectar al metabolismo ||
 * 10.Bibliografía ||

El metabolismo es el conjunto de reacciones y procesos físico-químicos que ocurren en la célula. Estos complejos procesos interrelacionados son la base de la vida a nivel molecular, y permiten las diversas actividades de las células: crecer, reproducirse, mantener sus estucturas, responder a estímulos, etc. El metabolismo se divide en dos procesos conjugados: catabolismo y anabolismo. Las reacciones catabólicas liberan energía. Las reacciones anabólicas utilizan esta energía liberada para recomponer enlaces químicos y construir componentes de las células como lo son las proteínas y los ácidos nucléicos. El metabolismo de un organismo determina que sustancias encontrará nutritivas y cuáles tóxicas.

1. HISTORIA

La historia del estudio científico sobre el metabolismo se remonta desde hace 400 años. El primer experimento controlado sobre el metabolismo humano fué publicado por Santorio Santorio en 1614, describía como se pesó así mismo antes y después de dormir, comer, trabajar, tener relaciones sexuales, beber y excretar. Encontró que la mayor parte de la comida ingerida era perdida en lo que él llamaba ``transpiración insensible``. En estos primeros estudios todavía no habían sido identificados los mecanismos de estos procesos metabólicos, pensándose que una ``fuerza vital`` animaba el tejido vivo. Ya en el siglo XIX fué Louis Pasteur quién, estudiando la fermentación alcohólica, concluyó que la fermentación era catalizada por sustancias en las células de la levadura a las que denominó ``fermentos``. Enunció que `` la fermentación alcohólica es un acto correlacionado con la vida y la organización de células de levadura, no con la muerte o putrefacción de células``. En los primeros años del siglo XX, el descubrimiento de las enzimas por parte de Edward Buchner marcó el principio de la bioquímica. El conocimento biólogico creció rapidámente durante el siglo XX. Uno de los bioquímicos modernos más destacados fué Hans Krebs, quién hizo grandes contribuciones al estudio del metabolismo. Descubrió el ciclo de la urea, y luego, trabajando con Hans Kornberg, el ciclo del ácido cítrico (ciclo de Krebs) y el ciclo del glioxilato. La investigación bioquímica moderna fué ayudada por el desarrollo de nuevas técnicas, tales como la difracción por Rayos-X, la cromatografía, la microscopía electrónica... Estas técnicas permitieron el descubrimiento de análisis de numerosas moléculas y rutas metabólicas en la célula.

2.INVESTIGACIONES SOBRE EL METABOLISMO

<span style="color: #ff0051; font-family: 'Comic Sans MS', cursive;">El metabolismo se estudia por una aproximación reduccionistaque se concentra en una ruta metabólica específica. Las enzimas que cayabolizan estas reacciones químicas pueden ser purificadas y así estudia las repuestas que presentan frente a diversos inhibidores. Otro tipo de estudio es la identificación de los metabolitos presentes en una célula o tejido, su estudi se denomina metabolómica, ofrece la visión de estructuras y funciones en rutas simples pero osn inadecuadas cuando se quieren aplicar a sistemas complejos como el metabolismo global de la célula.

En la imagen observamos la complejidad de una red metabólica celular que muestra interacciones entre sólo 43 proteínas y 40 metabolitos. Sin embargo es posible usar esta información para reconstruir redes complejas de comportamiento bioquímicos. Estos modelos son mucho mas efectivos cuando se usan para integrar información mediante métodos clásicos como los datos mediante chips de ADN y estudios de proteómica.

3. BIOMOLÉCULAS PRINCIPALES

<span style="color: #ff0051; font-family: 'Comic Sans MS', cursive;">La mayor parte de las estructuras que compones a los animales, plantas y microbios pertenecen a alguno de estos tres tipos de moléculas básicas: aminoácidos, glúcidos y lípidos. Como estas moléculas son vitales para la vida, el metabolismo se centra en sintetizarlas en construcción de células y tejidos, o en degradarlas y utilizarlas como recurso energético en la digestión. Muchas biomoléculas pueden interaccionar entre si para crear polímeros como el ( ácido desoxirribonucleico) y las proteínas. Estas macromoléculas son esenciales en los organimos vivos. En la siguiente tabla se muestran los biopolímeros más comunes:

de moléculas || <span style="color: #ef370b; font-family: 'Comic Sans MS', cursive;">Nombre de forma de monómero || <span style="color: #ef370b; font-family: 'Comic Sans MS', cursive;">Nombre de forma de polímero ||
 * <span style="color: #ef370b; font-family: 'Comic Sans MS', cursive;">Tipos
 * <span style="color: #ec7f0e; font-family: 'Comic Sans MS', cursive;">Aminoácidos || <span style="color: #ec7f0e; font-family: 'Comic Sans MS', cursive;">Aminoácidos || <span style="color: #ec7f0e; font-family: 'Comic Sans MS', cursive;">Proteínas ||
 * <span style="color: #ec7f0e; font-family: 'Comic Sans MS', cursive;">Carbohidratos || <span style="color: #ec7f0e; font-family: 'Comic Sans MS', cursive;">Monosacáridos || <span style="color: #ec7f0e; font-family: 'Comic Sans MS', cursive;">Polisacáridos ||
 * <span style="color: #ec7f0e; font-family: 'Comic Sans MS', cursive;">Ácidos nucléicos || <span style="color: #ec7f0e; font-family: 'Comic Sans MS', cursive;">Nucleótidos || <span style="color: #ec7f0e; font-family: 'Comic Sans MS', cursive;">Polinucleótidos ||

<span style="color: #40ab3b; font-family: 'Arial Black', Gadget, sans-serif;">Aminoácidos y proteínas

<span style="color: #ff0051; font-family: 'Comic Sans MS', cursive;">Las proteínas están compuestas por los aminoácidos, dispuestos en una cadena lineal y unidos por enlaces peptídicos. Las enzimas son proteinas que catalizan las reacciones químicas en el metabolismo. Otras prteínas tienen funciones estructurales o mecánicas, como las proteínas del citoesqueleto que forman un sistema de andamiaje para mantener la forma de la célula. Las proteínas también son partícipes de la comunicación celular, la respuesta inmune, la adhesión celular y el ciclo celular.

<span style="color: #40ab3b; font-family: 'Arial Black', Gadget, sans-serif;">Lípidos

<span style="color: #ff0051; font-family: 'Comic Sans MS', cursive;">Los lípidos son las biomoléculas que mas diversidad presentan. Su función estructural básica es formar parte de las membranas biológicas como una membrana celular, o bien como recurso enegético. Los lípidos son definidos normalmente como moléculas hidrofóbicas o anfipáticas, que se disuelven en soventes orgániccos como la bencima o el cloroformo. Las grasas son un grupo de compuestos que incluyen ácidos grasos y glicerol ; una molécula de glicerol junto a tres ácidos grasos dan lugar a una molécula de trigliceridos. Se pueden dar variaciones de esta estructura básica, que incluyen cadenas laterales como la esfingosina de los esfingolípidos y los grupos hidrofílicos tales como los grupos fosfatos en los fosfolípidos. Esteroides como el colesterol son otra clase de lípidos sintetizados en las células.

Estructura de un lípido, el triglicérido.media type="youtube" key="qzEJ6wWSR5Y" height="344" width="425"Ejemplo de metabolismo de lípidos.

<span style="color: #40ab3b; font-family: 'Arial Black', Gadget, sans-serif;">Carbohidratos

<span style="color: #ff0051; font-family: 'Comic Sans MS', cursive;">Los carbohidratos son aldehídos o cetonas con grupos hidroxilo que pueden existir como cadenas o anillos.Los carbohidratos son las moléculas biológicas mas abundantes, y presentan varios papeles en la célula ; algunos actúan como moléculas de almacenamiento de energía (almidón y glucógeno ) o como componentes estructurales ( celulosa en las plantas, quitina en los animales ). Los carbohidratos básicos son llamados monosácaridos e incluyen galactosa, fructosa, y el mas importante la glucosa. Los monosácaridos pueden sintetizarse y formar polisácaridos.

La glucosa puede existir en forma de cadena o de anillo.

<span style="color: #40ab3b; font-family: 'Arial Black', Gadget, sans-serif;">Nucleótidos

Los polímeros de ADN (ácido desoxirribonucléico) y ARN (ácido ribonucléico) son cadenas de nucleótidos. Estas moléculas son críticas para el almacenamiento y uso de la información genética por el proceso de transpitaración y biosíntesis de proteínas. Esta información se encuentra protegida por un mecanismo de reparación del ADN y duplicada por un mecanismo de replicación del ADN. Algunos virus tienes un genoma de ARN, por ejemplo el HIV, y utilizan retrotrancripción para crear ADN a partir de su genoma viral de ARN ; estos virus son denominados retrovirus. El ARN de ribozimas como los ribosomas es similar a las enzimas y puede catabolizar reacciones químicas. Los nucleósidos individuales son sintetizados mediante la unión de bases nitrogenadas con ribosas. Estas fases son anillos heterocíclicos que contienen nitrógeno, y según presenten un anillo o dos, respectivamente. Los nucleótidos también actúan como coenzimas en reacciones metabólicas de transferencia en grupo.

<span style="color: #40ab3b; font-family: 'Arial Black', Gadget, sans-serif;">Coenzimas

El metabolismo conlleva un elevado número de reacciones químicas, pero la gran mayoría presenta alguna de los mecanismos de catálisis básicos de reacción de transferencia en grupo. Esta química común permita a las células utilizar una pequeña colección de intermediarios metabólicos para trasladar grupos químicos funcionales entre diferentes reacciones. Estos intermediarios de transferencia de grupos son denominados coenzimas. Cada clase de reacción de grupo es llevada a cabo por una coenzima en particular, que es el sustrato para un grupo de enzimas que lo producen, y un grupo de enzimas que lo consumen. Estas coenzimas son, por ende continuamente creadas, consumidas, y luego recicladas. La coenzima mñas importante es el adenosín trifosfato (ATP). Este nucleótido es usado para transferir energía química entre distintas reacciones química. Solo hay una pequeña parte de ATP en las células, pero como es continuamente regenerado, el cuerpo humano puede llegar a utilizar su propio peso en ATP por dia. El ATP actúa como una conexión entre catabolismo y anabolismo, con reacciones catabólicas que generan ATP y reacciones anabólicas que lo consumen. También es útil para transportar grupos fosfato en reacciones de fosforilación.

Estructura de una coenzima.

Una vitamina es un compuesto orgánico necesitado en pequeñas cantidades que no puede ser sintetizado en las células. En la nutrición humana, la mayoría de las vítaminas trabajan como coenzimas modificadas; por ejemplo, todas las vitamminas hidrosolubles son fosforiladas o acopladas a nucleótidos cuando son utilizadas por las células. La nicotinamida adenina dinucleótido (NAD), un derivado de la vitamina B, es una importante coenzima que actúa como aceptor de protones. Cientos de deshidrogenasas eliminan electrones de sus sustratos y reducen el NAD en NADH. Esta forma reducida de coenzima es luego un sustrato para cualquier componente en la célula que necesite reducir su sustrato. El NAD exicte en doas formas relacionadas en la célula, NADH y NADPH. El NAD/NADH es más importante en reacciones catabólicas, mientras que el NADP/NADPH es principalmente utilizado en reacciones anábolicas.

<span style="color: #28b833; font-family: 'Arial Black', Gadget, sans-serif;">Minerales y cofactores

Los elementos inorgánicos juagan un rol crítico en el metabolismo; algunos son abundantes( sodio y potasio, por ejemplo) mientras que otros actuan a concentraciones mínimas. Alrededor del 99% de la masa de un mamífero se encuentra compuesta por elementos carbono, nitrógeno, calcio, sodio, cloro, potasio, hidrógeno, oxígeno y azufre. Los compuestos orgánicos( proteínas, lípidos y carbohidratos) cotienen, en su mayoría, carbono y nitrógeno, mientras que la mayoría del oxígeno y del hidrógeno estan presentes en el agua. Los elementos inorgánicos actuan como electrolitos iónicos. Los iones de mayor importancia son sodio, potasio, calcio, magnesio, cloruro y fosfato, y el ion orgánico bicarbonato. El gradiente iónico a lo largo delas membranas de la célula mantienen la presión osmótica y el pH. Los iones son tambien crítixcos para nervios y músculos ya que el potencial de acción en estos tejidos es prudico por el intercambio de electrolitos entre el fluido extracelular y el citosol. Los electrolitos entran y salen de la célula a través de proteínas en la membrana plamática, denominadas canale ionicos. Por ejemplo, la contracción muascular depende del moviemineto del calcio, sodio y potasio a través de los canales ionicos en la membrana y los túbulos T.

Los metales de transición s encuentran presentes en el organismo principalmente como zinc y hierro, que son los mas abundantes. Estos metales son usados en algunas preínas como cofactores y son esenciales para la actividad de emzimas como la catalasa y proteínas transportadoras de oxígeno como la hemoglobina. Estos cofactores estan estrechamente ligados a una proteína; a pesar de que los cofactores de enzimas pueden ser modificados durante la catálisis, siempre tienden a volver al estado original antes de que la catálisis tuviera lugar. Los micronutrientes son captados por los organismos por medio de transportadores específicos y proteínas de almacenamiento específicas tales como la ferritina o la metalotioneína, mientras no son utilizadas.



Estructura de la hemoglobina. Las subunidades proteicas se encuentran señaladas de rojo y azul, y los grupos hemo de hierro en verde.

<span style="color: #ec7f0e; font-family: 'Arial Black', Gadget, sans-serif;"> 4.CATABOLISMO <span style="font-family: 'Comic Sans MS', cursive;">El catabolismo es la parte del metabolismo que consiste en la transformación de moléculas orgánicas o biomoléculas complejas en moléculas sencillas y en el almacenamiento de la energía química desprendida en forma de enlaces de fosfato y de moléculas de ATP, mediante la destruccion de molñeculas que contienen gran cantidad de energía en lolos enlaces covalentes que la forman, en reacciones químicas exotérmicas. El catabolismo es el proceso inverso del anabolismo. Control del catabolismo El control del catabolismo en los organismos superiores se realiza por diversos mensajeros químicos como las hormonas catabolicas clásicas: Cortisol: Es el principal glugocorticoide segregado por la corteza suprarrenal humana y el esteroide mas abundante en la sagre <span style="color: #ff0051; font-family: 'Comic Sans MS', cursive;">penfericatodo el cortisol secretado deriva del colesterol circulante en condiciones basales y como resultado de la estimulación aguda con adrenocorticotropina. Glucagón: es una hormona peptídica de 29 aminoacidos que actua en el metabolismo de ls hidratos de carbono. Esta horman es sintetizada por las celulas <span style="font-size: 14pt; font-family: Symbol; mso-char-type: symbol; mso-symbol-font-family: Symbol; msoasciifontfamily: 'Times New Roman'; msohansifontfamily: 'Times New Roman'; msochartype: symbol; msosymbolfontfamily: Symbol;">a del pancreas que elevan el nivel de glucosa en la sangre. Adrenalina: es una hormaona vasoactiva secretada en situaciones de alerta por las glandulas suprerrenales. Es una monoamina categcoramina, simpaticonumética derivada de los aminoácidos. Citocina: Las citoquinas son las proteínas q ue regulan la función de las celulas que la producen u otros tipos celulares. Son los agentes responsables de la comunicación intercelular, inducen la activación de receptores específicos de membrana, funciones de proliferación y deiferenciación celular, quimiotaxis, crecimiento y modulaci´n de la secreción de inmunoglobinas. Son prodcidas fundamentalmente por linfocitos y macrófagos. Tiroxina: es una importante hormona tiroidea compuesta por la unión de aminoácidos yodados. Su función es estimlar el metabolismo de los hidratos de carbono y grasas, activando el consumo de oxígeno, asi como la degradación de proteínas dentro de la célula. <span style="font-size: 110%; color: #ec7f0e; font-family: 'Arial Black', Gadget, sans-serif;">

 5.ANABOLISMO <span style="color: #ff0051; font-family: 'Comic Sans MS', cursive;"> El **anabolismo** o **biosíntesis** es una de las dos partes del metabolismo, encargada de la síntesis o bioformación de moléculas orgánicas (biomoléculas) más complejas a partir de otras más sencillas o de los nutrientes, con requerimiento de energía, al contrario que el catabolismo. El anabolismo es el responsable de: <span style="color: #ff0051; font-family: 'Comic Sans MS', cursive;">Las células obtienen la energía del medio ambiente mediante tres tipos distintos de fuente de energía que son: <span style="color: #ff0051; font-family: 'Comic Sans MS', cursive;">El anabolismo se puede clasificar académicamente según las biomoléculas que se sinteticen en:
 * <span style="color: #ff0051; font-family: 'Comic Sans MS', cursive;">La formación de los componentes celulares y tejidos corporales y por tanto del crecimiento.
 * <span style="color: #ff0051; font-family: 'Comic Sans MS', cursive;">El almacenamiento de energía mediante enlaces químicos en moléculas orgánicas.
 * <span style="color: #ff0051; font-family: 'Comic Sans MS', cursive;">La luz solar, mediante la fotosíntesis en las plantas.
 * <span style="color: #ff0051; font-family: 'Comic Sans MS', cursive;">Otros compuestos orgánicos como ocurre en los organismos heterótrofos.
 * <span style="color: #ff0051; font-family: 'Comic Sans MS', cursive;">Compuestos inorgánicos como las bacterias quimiolitotróficas que pueden ser autótrofas o heterótrofas.
 * <span style="color: #ff0051; font-family: 'Comic Sans MS', cursive;">Replicación o duplicación de ADN.
 * <span style="color: #ff0051; font-family: 'Comic Sans MS', cursive;">Síntesis de ARN.
 * <span style="color: #ff0051; font-family: 'Comic Sans MS', cursive;">Síntesis de proteínas.
 * <span style="color: #ff0051; font-family: 'Comic Sans MS', cursive;">Síntesis de glúcidos.
 * <span style="color: #ff0051; font-family: 'Comic Sans MS', cursive;">Síntesis de lípidos.

<span style="color: #ff0051; font-family: 'Comic Sans MS', cursive;"><span style="font-size: 110%; color: #ec7f0e; font-family: 'Arial Black', Gadget, sans-serif;"> 6.METABOLISMO REDUCTOR

<span style="font-family: 'Comic Sans MS', cursive;"> Todos los organismos se encuentran constantemente expuestos a compuestos y elementos químicos que no pueden utilizar como alimento y serían dañinos si se acumularan en sus células, ya que no tendrían una función metabólica. Estos compuestos potencialmente dañinos son llamados xenobióticos .Los xenobióticos como las drogas sintéticas, los venenos naturales y los antibióticos son detoxificados por un conjunto de enzimas xenobióticas-metabolizadoras. En primer lugar, oxida los xenobióticos (fase I) y luego conjuga grupos solubles al agua en la molécula (fase II). El xenobiótico modificado puede ser extraído de la célula por exocitosis y, en organismos pluricelulares, puede ser más metabolizado antes de ser excretado (fase III). Un problema relacionado con los organismos aeróbicos es el estrés oxidativo. Sin embargo, una bacteria estresada podría ser más efectiva para la degradación de estos contaminantes. Los procesos como la fosforilación oxidativa y la formación de enlaces disulfuro durante el plegamiento de proteínas producen especies reactivas del oxígeno como el peróxido de hidrógeno. Estos oxidantes dañinos son neutralizados por metabolitos antioxidantes como el glutation y por enzimas como las catalasas y las peroxidasas. 

<span style="font-size: 110%; color: #ec7f0e; font-family: 'Arial Black', Gadget, sans-serif;">7.HOMEOSTASIS: REGULACIÓN Y CONTROL

Debido a que el ambiente de los organismos cambia constantemente, las reacciones metabólicas son reguladas para mantener un conjunto de condiciones en la célula, una condición denominada homeostasis. Esta regulación permite a los organismos responder a estímulos e interactuar con el ambiente.La //regulación// de una enzima en una ruta es cómo incrementa o disminuye su actividad en respuesta a señales o estímulos. En segundo lugar, el //control// llevado a cabo por esta enzima viene dado por los efectos que, dichos cambios de su actividad, tienen sobre la velocidad de la ruta (el flujo de la ruta). Por ejemplo, una enzima muestra cambios en su actividad; pero si estos cambios tienen un efecto mínimo en el flujo de la ruta metabólica, entonces esta enzima no se relaciona con el control de la ruta.En la regulación intrínseca, la ruta metabólica se autorregula para responder a cambios en los niveles de sustratos o productos; El control extrínseco implica a una célula en un organismo pluricelurar, cambiando su metabolismo en respuesta a señales de otras células. Estas señales son enviadas generalmente en forma de mensajeros como las hormonas, y los factores de crecimiento, que son detectados por receptores celulares específicos en la superficie de la célulaUn ejemplo de control extrínseco es la regulación del metabolismo de la glucosa mediante la hormona denominada insulina.

 <span style="font-size: 110%; color: #ec7f0e; font-family: 'Arial Black', Gadget, sans-serif;">8.TERMODINAMICA DE LOS ORGANISMOS VIVOS

Los organismos vivos deben respetar las leyes de la termodinámica. La segunda ley de la termodinámica establece que en cualquier sistema cerrado, la cantidad de entropía tendrá una tendencia a incrementar. A pesar de que la complejidad de los organismos vivos contradice esta ley, la vida es posible ya que todos los organismos vivos son sistemas abiertos que intercambian materia y energía con sus alrededores. Por ende, los sistemas vivos no se encuentran en equilibrio, sino que son sistemas de disipación que mantienen su estado de complejidad ya que provocan incrementos mayores en la entropía de sus alrededores. El metabolismo de una célula logra esto mediante la relación entre los procesos espontáneos del catabolismo con los procesos no-espontáneos del anabolismo. En términos termodinámicos, el metabolismo mantiene el orden al crear un desorden.

 <span style="font-size: 110%; color: #ec7f0e; font-family: 'Arial Black', Gadget, sans-serif;">9.PROBLEMAS QUE AFECTAN AL METABOLISMO

Vamos a hacer una ligera mención, para que os hagais una idea en general. Si una enzima falta del organismo a consecuencia de algún defecto hereditario, queda bloqueada la transformación química que debería regular. En consecuencia, hay productos celulares que dejan de sintetizarse o catabolizarse, de modo que se acumula una cantidad excesiva de otro producto metabólico que lesiona los tejidos, o impide que ciertos materiales intracelulares atraviesen la membrana celular. Aunque el efecto de ciertos errores metabólicos se manifiesta en la primera infancia, otros sólo se observan en la madurez. Algunos de estos errores pueden ser mortales, otros no parecen ejercer ningún efecto nocivo y otros son persistentes. La enfermedad llamada Fenilcetonuria se debe a un error en el metabolismo de los aminoácidos; afecta a los lactantes y determina el bloqueo del metabolismo del aminoácido Fenilalanina; los productos metabólicos acumulados (Fenilpiruvato) pueden causar un retraso en el desarrollo cerebral normal. La Galactosemia es un error del metabolismo de los hidratos de carbono que consiste en la ausencia de la enzima necesaria para que la galactosa se transforme en glucosa; la consiguiente incapacidad para metabolizar los azúcares de la leche determina la acumulación de galactosa en la sangre, lo que puede lesionar el cerebro y el hígado, y favorecer la formación de cataratas y el retraso mental.

 <span style="font-size: 110%; color: #ec7f0e; font-family: 'Arial Black', Gadget, sans-serif;">11.BIBLIOGRAFÍA

Toda la información necesaria para realizar el proyecto de la asingnatura PIN lo hemos obtenido de distintas webs. Estas se coresponden con los nobres de [|www.wikipedia.es], [|www.biologia.edu.ar] , [|www.enbuenasmanos.com] , [|www.biologia.edu.ar] , [|www.biologia.arizona.edu] , [|www.solonosotras.com].