Metabolismo celular

Célula. Catabolismo. Anabolismo. Ósmosis. Termorregulación. Nutrición. Autotrófa. Heterotrófa

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Metabolismo celular

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Las mitocondrias son las “centrales energéticas” de las células. Allí, algunas moléculas como la glucosa se oxidan y se rompen en trozos más pequeños. En esta reacción se liberan átomos de hidrógeno (se liberan electrones, pero suelen ir acompañados de protones: electrón + protón = 1 átomo de H). Este hidrógeno se une al oxígeno y se forma moléculas de agua. * *

Todas las células requieren energía para sus funciones. El alimento es la fuente de energía y también de materiales para construir. En la digestión se van degradando las grandes macromoléculas de alimentos en trozos más pequeños. Estas sustancias degradadas se llevan hasta las células, donde se obtienen la energía y los materiales (el objetivo de la nutrición). Para ello van a sufrir un conjunto de reacciones que se denominan metabolismo. Metabolismo es el conjunto de reacciones por el que se obtiene, a partir de sustancias ya digeridas, energía y materia.

Al proceso de degradación de las grandes macromoléculas en otras mucho más pequeñas se le denomina Catabolismo. Luego hay otro proceso de síntesis de materias orgánicas -con gasto de energía- que se conoce como Anabolismo.

Catabolismo:

degradación (con liberación de energía)

Metabolismo

Anabolismo:

síntesis (con gasto de energía)

La energía liberada en el catabolismo la utiliza la célula para la síntesis -o fabricación- de nuevos compuestos (anabolismo). El eslabón común de todos estos procesos es el ATP.

Pero, ¿qué ocurre con la energía entre las reacciones en que se produce y los procesos en los que se gasta? Si no se almacena de alguna manera, toda ella se disiparía en forma de calor. De hecho, un 50% de la energía lo hace, pero el resto va a ser atrapada por la célula a través de su “mecanismo atrapador de energía”. Este mecanismo viene representado en la reacción reversible por la que se transforma una molécula de ADP en otra de ATP.

El ATP almacena en sus enlaces la energía que se va a utilizar después. Cuando el ATP se rompe, se convierte en ADP + P. Pero el ADP también se puede romper en AMP + P, liberando también energía. Esto ocurre en el proceso de anabolismo.

Por tanto, el ATP es la molécula que relaciona catabolismo y anabolismo. La energía del catabolismo se almacena en forma de ATP, que la libera en el anabolismo. El ATP tiene pues una doble función: por un lado atrapar energía, por el otro darla allí donde sea necesario.

Normalmente las células no almacenan el ATP. Éste se forma y se degrada continuamente; de tal forma que en un día se sintetiza y se degrada una cantidad equivalente al peso corporal.

Catabolismo

Es un conjunto de reacciones en que se rompen moléculas de alimento en otras más pequeñas y se libera energía. En la mayoría de los casos el catabolismo tiene lugar en las mitocondrias, que contienen enzimas y facilitan esta ruptura. Esta ruptura tiene lugar de manera escalonada. Si fuera de golpe dañaría las células. La degradación de la glucosa requiere 30 pasos sucesivos. En cada paso actúan enzimas específicas.

Sustancia alimenticia + O2 ! CO2 + H2O + Energía (ATP)

Homeostasis

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Proceso por el cual un organismo mantiene las condiciones internas constantes necesarias para la vida. Para que un organismo pueda sobrevivir debe ser, en parte, independiente de su medio; esta independencia está proporcionada por la homeostasis.

El término homeostasis deriva de la palabra griega “homeo” que significa igual, y “stasis” que significa posición. En la actualidad, se aplica al conjunto de procesos que previenen fluctuaciones en la fisiología de organismo, e incluso se ha aplicado a la regulación de variaciones en los diversos ecosistemas o del universo como un todo. * *

Todos los organismos llevan a cabo la homeostasis a nivel celular, ya que para poder vivir es necesario que los componentes de las células se mantengan en unas concentraciones más o menos uniformes. La membrana celular es responsable de controlar qué sustancias pueden entrar y cuáles deben abandonar la célula; debe existir la posibilidad de que los productos de desecho salgan de la célula para evitar que alcancen niveles tóxicos. También deben captarse sustancias esenciales para el metabolismo para ser utilizadas en la respiración. En los organismos unicelulares la homeostasis es más complicada, ya que el medio que los rodea puede cambiar de forma drástica en muchos sentidos. Por el contrario, los organismos multicelulares facilitan la función de cada célula asegurando que el medio extracelular se mantenga gracias a la homeostasis, por lo que cada célula no estará expuesta a dichas grandes variaciones.

La Bomba Na: K

La bomba Na:K es un sistema de transporte de íons Sodio (Na) para fuera de la célula, y de íons Potasio ( K) para dentro de la misma. Realmente poco Sodio sale, o entra, en la célula por el sistema de Ósmosis. Si la ósmosis fuera eficaz, ella haría con que la cantidad de Sodio fuese la misma dentro y fuera de las células. Pero no es lo que pasa: el Sodio está en mayor cantidad fuera de la célula (142 mEq/l) y en menor dentro de la célula (10 mEq/l). Es por eso que la mayoría del Sodio sale de la célula para un sistema llamado "transporte activo " dónde la presencia del Potasio y el uso de energía, son esenciales.

La bomba sodio-potasio funciona de manera asimétrica, de tal suerte que la corriente sódica de salida es de mayor magnitud que la corriente de entrada potásica. Como consecuencia de este funcionamiento asimétrico se genera el potencial de reposo transmembrana. En cuanto a la salida de calcio, también intervendría una bomba que utiliza energía proveniente de la degradación del ATP. La salida del calcio depende de la gradiente de concentración de sodio y por consiguiente es influida por la bomba sodio-potasio.

El dibujo a seguir muestra como el Sodio es transportado desde dentro para fuera de la célula y vice-versa. Como podemos ver, para salir de la célula, el Sodio necesita agarrarse a un" transportador Y.", Ese transportador “Y” lleva el Sodio de dentro para fuera de la célula. Después de haber cumplido esta función, él se transforma en el "transportador X", que lleva el Potasio de fuera para dentro de la célula. Después de llevar el Potasio, él se transforma de nuevo en el transportador Y. Para haber esta última transformación, hay un gasto de energía que es proporcionada por Mg-ATP (Trifosfato de Adenosina-Magnesio), que es producido por la propia célula. La bomba Na:K es más eficaz para el Sodio: ella lleva 3 íons Na para fuera y trae el 2 íons K para dentro.

Metabolismo celular

La salida del Sodio (Na+) de la célula, hace con que el líquido extracelular tenga un mayor potencial eléctrico positivo. Eso atraerá los íons negativos (Cloro, etc.) para fuera de la célula. Con más Na+ y Cl - fuera de la célula, el agua saldrá de dentro de la célula, por ósmosis, evitando el entumecimiento arriba de lo normal.

De esa manera podemos entender la importancia del Potasio en la alimentación de las personas, porque su deficiencia daña el funcionamiento de la bomba Na+ :K+ que es esencial a la vida normal de todas las células del cuerpo humano. El Magnesio también es muy importante porque es parte de la molécula de energía (Mg-ATP), esencial al funcionamiento de ese sistema.

Por ejemplo: En las personas hipertensas, la sal debe ser poco consumida, porque ella aumenta la cantidad de agua en el organismo y en consecuencia aumenta la presión arterial. Estos factores aumentan el flujo de agua para dentro de la célula y la bomba Na+: K+ debe ser muy eficaz para intentar evitar el entumecimiento de la célula de su posible muerte. Si no hay un buen suministro de Potasio y Magnesio, la bomba Na: K, no trabajará correctamente, llevando a las consecuencias mencionadas. Es por eso, que para las personas hipertensas, son deseables los alimentos con menos Sodio, y más Potasio.

Osmosis

Se dice que la membrana que permite el pasaje de algunas sustancias y bloquea el de otras es, selectivamente permeable. El movimiento de moléculas de agua a través de este tipo de membrana es un caso especial de difusión que se conoce como osmosis. La osmosis ocasiona una transferencia neta de agua desde una solución con potencial hídrico más alto hacia otra que tiene un potencial más bajo. En ausencia de otros factores que influyen en el potencial hídrico, en la osmosis el agua se desplaza desde una región donde la concentración de solutos es menor, hacia una región donde la concentración de solutos es mayor. La presencia de soluto reduce el potencial hídrico y crea así un gradiente de potencial hídrico a lo largo del cual el agua se difunde. La presión osmótica refleja el potencial osmótico de la solución, es decir, la tendencia del agua a atravesar una membrana hacia la solución.

Existen muchos mecanismos para hacer que las moléculas hidrofílicas y los iones atraviesen la membrana.

Primero, en la membrana existirían aberturas por las cuales pueden difundir moléculas de agua. Estas aberturas pueden ser poros permanentes creados por la estructura terciaria de algunas proteínas integrales o aberturas momentáneas debido a los movimientos de las moléculas lipídicas de la membrana. Otras moléculas polares también pueden pasar por estas aberturas si son lo suficientemente pequeñas. La permeabilidad de la membrana para estos solutos es inversamente proporcional al tamaño de las moléculas.

Segundo, algunas proteínas integrales de la membrana actúan como portadoras acarreando en ambas direcciones moléculas que no pueden atravesar con facilidad la membrana por difusión a causa de su tamaño o polaridad. Estas proteínas transportadoras son muy selectivas porque una portadora en particular puede aceptar a una molécula y excluir a otra casa idéntica. Además, la molécula proteica no se altera de modo permanente en el proceso de transporte. En este sentido las moléculas transportadoras son como enzimas, y a los efectos de destacar eso, se les denominó permeasas, estas no producen cambios químicos necesariamente, en las moléculas con las cuales interacciona.

Algunas proteínas portadoras sólo transportan sustancias a través de la membrana si el gradiente de concentración es favorable, este transporte asistido por portadoras se conoce como difusión facilitada. Como es propulsado por el gradiente de concentración, lleva moléculas de una región concentrada a otra no tan concentrada.

Otros portadores transportan moléculas venciendo el gradiente de concentración, este proceso requiere energía, y se le conoce como transporte activo

Termorregulación

El mantenimiento de la temperatura corporal de los animales es resultado del metabolismo, un conjunto de procesos mediante los cuales se transforman los alimentos en proteínas, hidratos de carbono y grasas y se libera energía en forma de calor. El músculo activo metaboliza los alimentos más rápido que si está en reposo y se libera más calor, por ello la actividad física eleva la temperatura corporal. El temblor es una forma particular de actividad física que pone en movimiento ciertos músculos para estimular el metabolismo y de ese modo calentar el cuerpo.

Las células de los animales de sangre caliente alcanzan su máxima eficacia funcional dentro de un estrecho intervalo de temperaturas. En la especie humana, la temperatura correcta es de 37 ºC, aunque se considera que el intervalo de normalidad está entre 36,4 y 37,2 ºC. Si la temperatura corporal es excesiva, la actividad celular se resiente, y las propias células pueden resultar dañadas; cuando es demasiado baja disminuye el ritmo de metabolización de los alimentos. La temperatura corporal se regula por medio de la tasa de irradiación de calor por la piel y por la evaporación del agua. La sudoración (evaporación a través de los poros de la piel) y el jadeo (evaporación a través de los poros de la boca) son reguladores habituales de la temperatura en los animales de sangre caliente. Estos fenómenos están controlados de forma involuntaria por el cerebro.

Nutrición

Nutrición heterótrofa

En este tipo de nutrición, los alimentos están compuestos por moléculas orgánicas, procedentes, a su vez, de otros seres vivos.

Atendiendo al tamaño, pueden utilizarse como alimentos: microorganismos, sustancias en disolución, fragmentos de organismos u organismos enteros de gran tamaño.

La digestión transforma los nutrientes de los alimentos en moléculas más sencillas aprovechables por el organismo. Esto se lleva a cabo mediante procesos mecánicos y enzimas digestivas que rompen los enlaces débiles de las macromoléculas. De este modo, se conserva la mayor parte de la energía de los alimentos, que posteriormente se liberará en el catabolismo celular.

Tipos de nutrientes

En general, todos los heterótrofos requieren los siguientes elementos:

ð         Glúcidos: se emplean principalmente como fuente de energía química.

ð         Lípidos: sirven como reservas energéticas concentradas.

ð         Proteínas: se utilizan como componentes estructurales y como enzimas. El hombre requiere ocho aa. Llamados esenciales.

ð         Ácidos nucleicos

ð         Sales minerales: los esqueletos de los animales están formados por CaCO3 o Ca3(PO4)2 y hay que aportar las sales necesarias para su mantenimiento y crecimiento.

ð         Vitaminas: son sustancias orgánicas de composición química variable que se requieren en cantidades muy pequeñas. No pueden ser sintetizadas por el organismo, razón por la que tienen que ser aportadas por la dieta.

ð         Agua: todos los seres vivos necesitan aporte de agua en mayor o menor proporción.

LA CAPTURA DEL ALIMENTO

La captura del alimento es un proceso tan importante para un organismo heterótrofo, que determina la estructura y complejidad del animal.

Las estrategias en la ingestión del alimento definen el tipo de animal y parte de su morfología. En la mayoría de ellas la boca, modificada, desempeña un papel fundamental.

Las etapas posteriores a la captura del alimento son menos variadas, y todas ellas comparten los procesos de digestión transformando las macromoléculas en moléculas más sencillas, y la absorción de los nutrientes para incorporarlos, finalmente, al organismo.

TIPOS DE CAPTURA

ALIMENTO

ANIMALES QUE LO PRACTICAN

Absorción por difusión

Moléculas pequeñas

Protozoos, parásitos

Endocitosis *

Sustancias disueltas

Protozoos, esponjas

Filtración

Larvas, invertebrados

Moluscos (mejillones) y Mamíferos (ballenas)

Picador suctor

Fluidos de animales y plantas

Sanguijuelas, Insectos (mosquitos, chinches) y vampiros.

Mandíbulas y picos

Animales de gran tamaño, frutas, semillas

La mayoría de los vertebrados

Captura de presas con toxinas

Animales

Medusas, escorpiones, arañas, serpientes

* Los nutrientes entran por los poros que presentan en el cuerpo las esponjas, estos nutrientes son captados dentro del cuerpo por los flagelos

 La digestión

Digestión intracelular: este tipo de digestión la llevan a cabo los seres heterótrofos más simples (protozoos y esponjas). Éstos toman el alimento directamente, lo engloban transportan al interior de sus células, y allí lo digieren.

Digestión extracelular: este tipo de digestión la llevan a cabo los animales más complejos. Ésta se produce en una cavidad central del individuo que constituye el tubo digestivo.

Saprofita

Dícese del vegetal que extrae su alimento de sustancias orgánicas en descomposición (diversos hongos son saprofitos: amanities, boletos, etc.) Los alimentos se disuelven mediante enzimas que secretan los hongos; después se absorben a través de la fina pared de la célula y se distribuyen por difusión simple en el protoplasma. Algunos son parásitos de organismos vivos y producen graves enfermedades en plantas y animales. Aunque hay algunos organismos que viven sobre un ser vivo o huésped sin provocarle enfermedades, por oposición a patógeno.

Parásito

Cualquier organismo que vive sobre o dentro de otro organismo vivo, del que obtiene parte o todos sus nutrientes, sin dar ninguna compensación a cambio al hospedador. En esta relación participan el parásito y el huésped. El parásito es un organismo que vive a expensas de otro (huésped) causándole daño.

En muchos casos, los parásitos dañan o causan enfermedades al organismo hospedante. Ciertos parásitos como los piojos, que habitan sobre la superficie del que los hospeda, se denominan ectoparásitos. Los que viven en el interior, como por ejemplo los nematodos parásitos, se conocen como endoparásitos. Los parásitos permanentes pasan la mayor parte de su ciclo vital dentro o sobre el organismo al que parasitan. Los parásitos temporales viven durante un breve periodo en el huésped, y son organismos de vida libre durante el resto de su ciclo vital. Los parásitos que no pueden sobrevivir sin el huésped, se llaman parásitos obligados. Los parásitos facultativos son aquellos que pueden alimentarse tanto de seres vivos como de materia muerta. Los parásitos heteroicos, como las duelas del hígado, necesitan alojarse en animales diferentes en cada fase de su ciclo vital. Los parásitos autoicos, como las lombrices intestinales, pasan los estadios parásitos de su ciclo vital en un único huésped.

Plantas parásitas

Todas las plantas parásitas se alimentan de otras plantas. Pueden ser parásitas parciales si consiguen algunos de sus nutrientes de los huéspedes o bien, parásitas absolutas, si son completamente dependientes del huésped para conseguir su alimento. Las plantas que son parásitas parciales tienen hojas verdes y son capaces de sintetizar hidratos de carbono, proteínas y grasas mediante el proceso de la fotosíntesis, sin embargo, obtienen toda el agua, el nitrógeno, y las sales minerales que necesitan del huésped.

NUTRICIÓN AUTÓTROFA.

La nutrición autótrofa es la que realizan los seres vivos del reino vegetal. Esta clase de nutrición consiste en obtener materia y energía a partir de sustancias inorgánicas: agua y sales minerales. Sin embargo, también es necesaria la presencia de la luz solar y de la clorofila. Sustancia que contienen las plantas en sus partes verdes.

A este proceso se le denomina fotosíntesis.

Fotosíntesis o fotosintética

La podemos definir con profundidad como el proceso en virtud del cual los organismos con clorofila, como las plantas verdes, las algas y algunas bacterias, capturan energía en forma de luz y la transforman en energía química.

Prácticamente toda la energía que consume la vida de la biosfera terrestre (la zona del planeta en la cual hay vida) procede de la fotosíntesis.

Una ecuación generalizada y no equilibrada de la fotosíntesis en presencia de luz sería:

CO2 + 2H2A ! (CH2) + H2O + H2A

El elemento H2A de la fórmula representa un compuesto oxidable, es decir, un compuesto del cual se pueden extraer electrones y que puede reaccionar con el oxígeno; CO2 es el dióxido de carbono; CH2 una generalización de los hidratos de carbono que incorpora el organismo vivo. En la gran mayoría de los organismos fotosintéticos, es decir, en las algas y las plantas verdes, H2A es agua (H2O); pero en algunas bacterias fotosintéticas, H2A es anhídrido sulfúrico (H2S). La fotosíntesis con agua es la más importante y conocida.

La fotosíntesis se realiza en dos etapas: una serie de reacciones que dependen de la luz y son independientes de la temperatura, y otra serie que dependen de la temperatura y son independientes de la luz. La velocidad de la primera etapa, llamada reacción lumínica, aumenta con la intensidad luminosa (dentro de ciertos límites), pero no con la temperatura. En la segunda etapa, llamada reacción en la oscuridad, la velocidad aumenta con la temperatura (dentro de ciertos límites), pero no con la intensidad luminosa.

Quimiosíntesis

Síntesis de minerales orgánicos, cuneado la fuente de energía es de tipo químico y en especial reacciones de oxidación.

ADP + P + Energía

ATP