Concepto de metabolismo. Catabolismo y anabolismo

Todos los seres vivos intercambian materia con su entorno y transforman energía para realizar sus diferentes funciones vitales, reproducirse y autoperpetuarse, es decir, conservar las propias estructuras. Los materiales necesarios o nutrientes que se captan del exterior han de sufrir un conjunto de transformaciones o cambios químicos para poder ser útiles a las células en forma de biomoléculas. Además, en el interior de las células estos compuestos químicos o bien se transforman para producir energía a las actividades celulares o bien tienen una función plástica y son la materia prima para la biosíntesis de compuestos estructurales de las células y de las sustancias intercelulares de los diferentes tejidos que hay en los organismos pluricelulares.

Se llama metabolismo al conjunto de todas las reacciones químicas que tienen lugar en el interior de las células; este concepto es empleado para designar el conjunto de todas las reacciones químicas que hay en un organismo pluricelular, tanto en el interior de las células como en el exterior; así por ejemplo, los procesos de digestión de los alimentos y de la absorción de nutrientes en el tubo digestivo, los procesos moleculares de transporte de materiales en los líquidos circulantes (la sangre y la linfa), o el intercambio de gases en los pulmones y la sangre también se consideran procesos que forman parte del metabolismo.

En el metabolismo las reacciones químicas están encadenadas, de forma que el producto de una reacción es el sustrato o metabolito de la reacción siguiente. Por otra parte, cada uno de los conjuntos de reacciones encadenadas qe constituyen el metabolismo reciben el nombre de vía o ruta metabólica. Una ruta metabólica es una secuencia ordenada de reacciones consecutivas que están catalizadas y reguladas por enzimas específicas. estas reacciones se organizan de tal modo, que el producto de la primera reacción se transforma en el sustrato de la segunda, y así sucesivamente.

En una ruta metabólica, el sustrato inicial, el precursor, se convierte en un producto final; los compuestos intermedios de la ruta son los intermediarios metabólicos o metabolitos.

Las rutas metabólicas pueden ser:

• Lineales: son secuencias de reacciones en cadena, en las cuales el producto de una reacción es a su vez el reactivo de la siguiente.
• Ramificadas: en ellas se forman varios productos a través de un precursor, ya que un metabolito participa a su vez en dos o más rutas.
• Cíclicas: son aquellas rutas en las que los intermediarios metabólicos no se consumen durante la transformación del precursor en el producto.

Tipos de rutas metabólicas

Tipos de metabolismo

Los seres vivos necesitan para vivir, fundamentalmente, materia (sobre todo carbono), y energía. Atendiendo a la fuente de donde obtienen la materia y energía, los organismos se pueden clasificar:

• Según la fuente de carbono, en autótrofos, que pueden sintetizar moléculas orgánicas sencillas a partir de precursores inorgánicos (CO₂, H₂O y NH₃), o heterótrofos, que utilizan moléculas orgánicas sencillas para sintetizar moléculas más complejas.
• Según la fuente de energía, en fotótrofos, que utilizan energía de la luz del sol, o quimiótrofos, que obtienen la energía a partir de reacciones químicas exotérmicas producidas por compuestos de naturaleza inorgánica (organismos litótrofos) o de naturaleza orgánica (organismos organótrofos).
• Según la dependencia del oxígeno molécular, en aerobios, cuando necesitan el oxígeno para vivir, o anaerobios, si pueden vivir en ausencia de oxígeno. Algunos organismos pueden vivir tanto en presencia como en ausencia de oxígeno, son los aerobios facultativos.

Catabolismo y anabolismo

Las reacciones químicas que componen el metabolismo se pueden agrupar en dos tipos:

• Reacciones catabólicas: son aquellas que suponen la degradación de moléculas complejas en otras más sencillas con liberación de energía, como son la respiración aerobia, respiración anaerobia, fermentación,...).
• Reacciones anabólicas: son aquellas que conducen a la síntesis de moléculas complejas a partir de componentes más simples con aporte de energía (fotosíntesis).

Ambos tipos de reacciones se producen de forma simultánea en la célula y son reguladas de forma independiente.

El catabolismo es un conjunto de reacciones de degradación que conducen a la obtención de energía química en forma de nucleótidos fosfato, como el trifosfato de adenosina o ATP y el trifosfato de guanosina (GTP) o en forma de nucleótidos con poder reductor, como el dinucleótido de nicotinamida y adenina (NADH), el fosfato de dinucleótido de nicotinamida y adenina (FADH₂) o bien moléculas precursoras o intermediarias para la síntesis de otras moléculas más complejas. En general, el catabolismo incluye rutas convergentes en las que, partiendo de diferentes nutrientes se llega a moléculas comunes como el acetilcoenzima A (acetil-CoA).

El anabolismo está constituido por rutas de síntesis, ya que a partir de moléculas sencillas, como el piruvato, el acetil-CoA, monosacáridos, aminoácidos o ácidos grasos, se obtienen macromoléculas más complejas, como los polisacáridos, las proteínas y los ácidos nucleicos. Son en general rutas divergentes, ya que se puede partir de una misma molécula para dar lugar a macromoléculas muy diferentes; ya que son rutas de síntesis, estas reacciones necesitan energía en forma de nucleótidos fosfato, como el ATP o el GTP, o en forma de nucleótidos de poder reductor, como el NADH, el NADPH o el FADH₂, que son precisamente las moléculas que se obtienen en las reacciones catabólicas. La ruta anabólica más importante es la fotosíntesis, una ruta llevada a cabo por organismos autotrófos en la que, partiendo de moléculas sencillas como el CO₂ y el H₂O y utilizando la energía del sol, se sintetizan moléculas orgánicas sencillas, como la glucosa.