Metabolismo

Procesos metabólicos. Anabolismo. Catabolismo. Nutrición. Nutrientes. Alimentación

  • Enviado por: América Zarrabal
  • Idioma: castellano
  • País: México México
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Metabolismo.

Conjunto de reacciones químicas que tienen lugar dentro de las células de los organismos vivos, las cuales transforman energía, conserva su identidad y se reproducen. Todas las formas de vida, desde las algas unicelulares hasta los mamíferos, dependen de la realización simultánea de centenares de reacciones metabólicas reguladas con absoluta precisión, desde el nacimiento y la maduración hasta la muerte. Las células tienen una serie de enzimas o catalizadores específicos que se encargan de activar, controlar y terminar todas estas reacciones, cada una de las cuales están a su vez coordinada con muchas otras que se producen en todo el organismo.

Anabolismo y catabolismo

Hay dos grandes procesos metabólicos: anabolismo o biosíntesis y catabolismo. Se llama anabolismo, o metabolismo constructivo, al conjunto de las reacciones de síntesis necesarias para el crecimiento de nuevas células y el mantenimiento de todos los tejidos. El catabolismo, o metabolismo destructivo, es un proceso continuo centrado en la producción de la energía necesaria para la realización de todas las actividades físicas externas e internas. El catabolismo engloba también el mantenimiento de la temperatura corporal e implica la degradación de las moléculas químicas complejas en sustancias más sencillas, que constituyen los productos de desecho expulsados del cuerpo a través de los riñones, el intestino, los pulmones y la piel.

Las reacciones anabólicas y catabólicas siguen lo que se llaman rutas metabólicas; ambos tipos de rutas se combinan unas con otras para producir compuestos finales específicos y esenciales para la vida. La bioquímica ha determinado la forma en que se entretejen algunas de estas rutas, pero muchos de los aspectos más complejos y ocultos se conocen sólo en parte. En esencia, las rutas anabólicas parten de compuestos químicos relativamente simples y difusos llamados intermediarios. Estas vías utilizan la energía que se obtiene en las reacciones catalizadas por enzimas y se orientan hacia la producción de compuestos finales específicos, en especial macromoléculas en forma de hidratos de carbono, proteínas y grasas. Valiéndose de otras secuencias enzimáticas y moviéndose en sentido contrario, las rutas catabólicas disgregan las macromoléculas complejas en compuestos químicos menores que se utilizan como bloques estructurales relativamente simples.

Cuando el anabolismo supera en actividad al catabolismo, el organismo crece o gana peso; si es el catabolismo el que supera al anabolismo, como ocurre en periodos de ayuno o enfermedad, el organismo pierde peso. Cuando ambos procesos están equilibrados, se dice que el organismo se encuentra en equilibrio dinámico.

Fuentes de energía metabólica

Para no incumplir las dos primeras leyes de la termodinámica, el organismo no puede ni crear ni destruir energía: sólo transformarla de unas formas en otras. Así, la clorofila vegetal, que se encuentra en la base de la red trófica, captura la energía de la luz solar y la utiliza para alimentar la síntesis de células vegetales vivas a partir de sustancias inorgánicas como dióxido de carbono, agua y amoníaco. Esta energía, en forma de productos de alto contenido energético (hidratos de carbono, grasas y proteínas) es ingerida por los animales herbívoros y por los carnívoros secundarios, para los que constituye la única fuente energética y de compuestos químicos para la construcción de células.

Por tanto, en última instancia, todos los organismos vivos obtienen la energía del Sol. Cuando se reproduce, cada uno —sea una planta verde, un herbívoro o un carnívoro— transmite ciertas instrucciones genéticas sobre la forma de interceptar, transformar y liberar la energía al medio ambiente durante su ciclo vital. Desde el punto de vista termodinámico, el metabolismo abarca los procesos por medio de los cuales las células interceptan químicamente y distribuyen la energía que de forma constante pasa por su organismo.

Alimentación y energía

Todos los organismos dependen de la energía contenida en los alimentos para vivir. Las plantas sintetizan hidratos de carbono, grasas y proteínas durante los periodos en que reciben luz solar, y almacenan estos compuestos para utilizarlos cuando el crecimiento les obliga a consumir grandes cantidades de energía.

La energía que contienen los alimentos se expresa en calorías o julios; en el metabolismo energético, la unidad utilizada suele ser la kilocaloría, que es la cantidad de energía necesaria para elevar en 1 ºC la temperatura de 1 Kg de agua. Los hidratos de carbono tienen un contenido medio de 4,1 kilocalorías (17 kilojulios) por gramo; las proteínas de 4,2 kilocalorías (17,5 kilojulios), y las grasas de 9,3 kilocalorías (39 kilojulios). Los organismos recurren a unos u otros tipos de alimentos para satisfacer necesidades especiales. El zorro ártico, por ejemplo, depende casi exclusivamente de las grasas, ligeras y de elevado rendimiento energético. Las semillas, que deben pesar poco y, al mismo tiempo, almacenar grandes cantidades de energía, contienen casi siempre un elevado porcentaje de grasas y aceites. Por el contrario, los árboles cuentan con abundante espacio de almacenamiento en las raíces, y utilizan casi exclusivamente hidratos de carbono en forma de sacarosa.

Cuando los alimentos, en especial hidratos de carbono y grasas, se queman en el organismo animal, rinden la misma cantidad de calorías por gramo que cuando arden rápidamente en un calorímetro de laboratorio. Los aparatos mecánicos desarrollan la misma cantidad de calorías por gramo de combustible que los organismos vivientes. Tanto los sistemas mecánicos como los orgánicos desprenden también grandes cantidades de energía calorífica y proporciones pequeñas de energía útil. El músculo animal rinde casi una caloría útil por cada cuatro desprendidas en forma de calor. Pero, en los organismos animales el calor no se desperdicia por completo, pues es muy necesario —sobre todo en los animales de sangre caliente— para conservar la temperatura del cuerpo y para inducir las reacciones metabólicas, que a temperaturas más bajas serían demasiado lentas y no podrían sostener las funciones orgánicas.

Aunque las células vivas se ajustan a las mismas leyes de transformación de la energía que las máquinas, son mucho más versátiles. Una característica exclusiva de los organismos vivos es la capacidad para consumir los propios tejidos una vez agotadas todas las demás fuentes de energía; otra es que, en lugar de liberar la energía de manera radical utilizando compuestos de combustión rápida, como ocurre en un motor de automóvil, la liberan paso a paso a lo largo de cadenas de reacciones químicas. La energía que desprende una reacción sirve para iniciar otra, de modo que se libera poco a poco a costa de una fatiga celular mínima

Uso y transferencia de energía

Las reacciones químicas que tienen lugar en los tejidos, sujetos tanto a degradación catabólica como a nueva síntesis anabólica, son exergónicas o endergónicas. Las primeras, propias del catabolismo, liberan energía a partir del sistema de sustancias en reacción; las endergónicas, que ocurren durante el anabolismo, necesitan tomar energía del exterior. Cuando las sustancias que intervienen en una reacción endergónica han absorbido energía, pueden iniciar una reacción exergónica. Las reacciones oxidativas desencadenan reacciones endergónicas dentro de las células. Cuando una reacción química activa otra, se dice que ambas están acopladas. El metabolismo es un conjunto de innumerables reacciones que desprenden o absorben energía, conectadas unas a otras en una compleja red intracelular de interrelaciones.

La energía química se intercambia en todas las células vivas por medio de trifosfato de adenosina o ATP, un compuesto que tiene enlaces fosfato ricos en energía. Las plantas utilizan ATP para transferir energía química desde las fuentes fotosintéticas. Al transferir energía a otras moléculas, el ATP pierde uno o dos de sus grupos fosfato, y se transforma en difosfato de adenosina (ADP) o monofosfato de adenosina (AMP). Las plantas transforman estos dos compuestos de nuevo en ATP a través de la fotosíntesis, y los animales utilizan energía química.

Regulación del metabolismo

El hecho de que células y tejidos mantengan el equilibrio dinámico durante la vida del organismo demuestra con claridad que los procesos metabólicos están sujetos a un control exacto. Células y tejidos mueren continuamente, pero el metabolismo aporta, en un equilibrio casi perfecto, todos los ingredientes químicos necesarios para reponer y crear células y productos celulares nuevos.

Aunque todavía queda mucho por averiguar sobre los procesos metabólicos, los investigadores están de acuerdo en que las enzimas reguladoras o limitadoras de velocidad son elementos primordiales de estas reacciones. Cada una de estas moléculas enzimáticas, que influyen sobre las rutas metabólicas desde sus primeras etapas, tiene un punto específico o activo que encaja en el sustrato o compuesto sobre el cual actúa la enzima y se forma un producto. La precisión con que las enzimas limitadoras de la velocidad y los sustratos se acoplan para iniciar reacciones específicas impide que las reacciones se produzcan de forma indiscriminada dentro de las células, donde hay un continuo fluir de compuestos químicos muy diversos. Cantidades mínimas de una enzima de este tipo pueden inducir cambios profundos en el metabolismo celular.

Otra forma de controlar las rutas metabólicas es la retroalimentación negativa. Así, cuando una célula ha sintetizado una cantidad equilibrada de un compuesto, como ATP, la acumulación de dicho producto inhibe a las enzimas que activan su producción.

El metabolismo, sobre todo en los animales superiores, está también regulado por el sistema nervioso, el páncreas, la glándula pituitaria y las glándulas suprarrenales. Las hormonas, que se vierten en el torrente sanguíneo, alcanzan los tejidos diana y en muchos casos modifican la permeabilidad de las membranas celulares; alteran de ese modo las cantidades de sustancias que entran en las células y salen de ellas. Las hormonas, que también afectan al metabolismo vegetal, cambian las rutas metabólicas, para ello modifican los puntos catalíticos de las enzimas limitantes de la velocidad.

Nutrición

Los animales, como todos los seres vivos, deben tomar del medio exterior las sustancias necesarias para mantener sus estructuras y realizar sus funciones.

Estas sustancias reciben el nombre de nutrientes y el conjunto de procesos que llevan a cabo para obtenerlas y utilizarlas se llama nutrición.

Los animales son seres heterótrofos, lo que quiere decir que necesitan alimentarse de materia orgánica ya elaborada (alimento), producida por los seres autótrofos. Al tener que tomar sustancias orgánicas ya elaboradas, los animales deben "hacerlas suyas", es decir incorporarlas a su organismo para poder utilizarlas. Surge así la necesidad de un aparato digestivo que transforme esta materia vegetal o animal, en pequeñas moléculas asimilables por las células del organismo.
Si el organismo es complejo, para llevar el alimento a las células de su cuerpo precisa de un sistema de transporte: el aparato circulatorio.

La utilización de los nutrientes por las células para obtener energía, implica la necesidad de O2. Por tanto, el O2 procedente del exterior debe incorporarse al organismo problema que se resuelve a través del aparato respiratorio.

Las células del organismo, realizan entonces con los nutrientes y el O2 los procesos metabólicos para obtener la materia y la energía necesarias.
En estos procesos, además del CO2, se producen otras sustancias de desecho, que deben ser eliminadas, lo cual implica la necesidad de un aparato excretor.

Para realizar la nutrición, el organismo necesita, por tanto, cuatro aparatos:

  • Aparato digestivo: se encarga de tomar el alimento del exterior, digerirlo y absorberlo.

  • Aparato circulatorio: transporta, por el interior, todos los productos digeridos y absorbidos, así como los desechos originados en los procesos de nutrición.

  • Aparato respiratorio: toma el oxígeno del aire y expulsa el CO2 sobrante.

  • Aparato excretor: concentra y expulsa al exterior las sustancias tóxicas producidas en las funciones de nutrición.

  • Procesos de la nutrición animal, se pueden considerar las siguientes etapas:

  • Ingestión de los alimentos
    Consiste en la incorporación de los alimentos mediante los órganos situados en la boca o en sus proximidades.
    Los alimentos pueden ser:

    • Alimentos líquidos.
      Muchos animales toman sólo líquidos, como jugo de plantas, sangre o materia animal disuelta. Tienen estos animales, estructuras chupadoras de diversas clases.

    • Alimentos de partículas sólidas microscópicas.
      En este caso la ingestión se realiza por medio de filtros localizados en la boca y en los cuales quedan retenidas las partículas.

    • Alimentos sólidos en grandes fragmentos.
      La ingestión se realiza cortando y masticando. Las estructuras que realizan este proceso son las mandíbulas y los dientes.

  • Digestión
    Consiste en la transformación de las macromoléculas componentes de los alimentos en moléculas sencillas, que pueden ser absorbidas y utilizadas por las células del propio organismo.
    Dependiendo de la complejidad de los animales, la digestión puede ser:

    • Digestión intracelular: Propia de organismos unicelulares (protozoos) y de algunos pluricelulares sencillos, como las esponjas.
      Al carecer de medio interno, la digestión se efectúa dentro de las células y los lisosomas vierten sus enzimas digestivos a las vacuolas digestivas. Después de realizar la digestión, los productos de desecho se expulsan al exterior por una vacuola fecal.

    • Digestión mixta. Algunos metazoos inferiores, como los celentéreos tienen una digestión en parte intracelular y en parte extracelular.
      Estos animales poseen, tapizando la cavidad gástrica, unas células secretoras de enzimas. Los alimentos llegan a dicha cavidad y empiezan a ser digeridos (digestión extracelular). Las partículas parcialmente digeridas son fagocitadas por otras células de la pared de la cavidad gástrica, terminando allí la digestión (digestión intracelular). Los residuos se expulsan a la cavidad gástrica y posteriormente al exterior.

    • Digestión extracelular: Característica de animales superiores, que tienen un tubo digestivo dividido en varias partes, en cada una de las cuales se segregan distintos enzimas digestivos específicos.
      La digestión , por tanto , se va realizando de una forma gradual.
      Es el aparato digestivo que veremos con más detalle.

  • Transporte de los alimentos digeridos a las células
    Una vez transformados los alimentos en sustancias asimilables, la sangre y el aparato circulatorio tienen la misión de transportar estas sustancias a todas las células.
    En este proceso, el aparato respiratorio es el encargado de llevar el oxígeno a las células.

  • Metabolismo celular
    Las moléculas nutritivas digeridas y transportadas por la sangre, son transformadas en el interior de la célula en energía (catabolismo) o bien utilizadas para la síntesis de moléculas más complejas (anabolismo).

  • Excreción Por último, los residuos metabólicos son expulsados al exterior por medio del aparato excretor.

  • NUTRICIÓN EN LOS SERES VIVOS

    Los seres vivos necesitan tomar del medio una serie de nutrientes, estos son los requerimientos del organismo (agua, sales minerales, etc.).

    NUTRIENTES ORGÁNICOS: ALIMENTOS

    NUTRIENTES ORGÁNICOS:

    En todos los organismos, la nutrición requiere pasos:

    1. Ingestión.

    2. Digestión, respiración, circulación.

    3. Metabolismo (utilización de los nutrientes).

    4. Excreción.

    En base a la forma de obtener los nutrientes, distinguimos:

    -- AUTÓTROFOS: organismos fotosintéticos y quimiosintético.

    -- HETERÓTROFOS: tienen que ingerir materia ya fabricada.

    -- HOLOTROFISMO: se alimentan de materia orgánica viva o muerta.

    --SAPROFISMO: los que viven sobre materia orgánica en descomposición.

    -- MIXTA: --PARASITISMO: una parte se beneficia y la otra se perjudica.

    --SIMBIOSIS:

    --COMENSALISMO: uno se beneficia y otro ni se beneficia ni se perjudica.

    --MUTUALISMO: los dos se benefician.

    NUTRICIÓN EN VEGETALES

    Se nutren de materia inorgánica que solo ha de ser transportada hasta las células. Los nutrientes son capturados por medio de una absorción por difusión.

    Las plantas pueden dividirse en:

    -- TALOFITA: no tienen ni raíz, ni tallo, ni hojas. Son los musgos, helechos, etc.

    -- CORMOFITA: poseen raíz, tallo y hojas. Son plantas pluricelulares complejos.

    El H2O y las sales minerales las toman por la raíz.

    El CO2 y la luz solar los toman por las hojas.

    Las sales minerales pasan disueltas en agua al interior de las células.

    El xilema (vasos leñosos [traqueas]) esta formado por células muertas, sus paredes están reforzadas por lignina. En algunas angiospermas, en lugar del xilema tienen traqueidas, que son células alargadas cuyas paredes de separación están perforadas.

    Las gimnospermas solamente tienen traqueidas. Ej: coníferas, pino.

    Hay diversos factores que hacen que la savia bruta ascienda por el xilema:

    -- Mecanismo de presión originado por las sales minerales.

    -- Por parte de la transpiración. La hoja genera una succión a la parte superior del vaso leñoso por medio de la perdida de moléculas de agua. A este mecanismo se le conoce como atracción transpiratoria.

    -- Hipótesis de la tensión cohesión. El H2O produce una presión de 130 atm.

    Savia elaborada: constituida por azucares, aminoácidos y aminas. Esta tiene que entrar dentro del conducto central para distribuirse a las distintas partes del árbol. Quien transporta la savia elaborada es el FLOEMA (vasos cribosos), sus celulosas están vivas y han perdido parte del núcleo y su citoplasma se ha retirado hacia las paredes, los tabiques de separación de las células están separados.

    A diferencia del xilema, la savia elaborada puede fluir hacia arriba o hacia abajo.

    Los mecanismos para el transporte de la savia elaborada.

    Flujo de masas o de presión: cuando las células del parénquima lagunar elaboran los compuestos que van a formar la savia elaborada, esta es bombeada activamente al interior de los vasos cribosos creando una diferencia de concentración, al igualarse entra H2O por difusión. Se crea así una turgencia que hace circular la savia elaborada llegar hasta el extremo inferior de los vasos cribosos.

    EXCRECIÓN EN VEGETALES

    -- No tienen sistema excretor al aprovechar la mayoría de nutriente y desechos.

    -- Algunas sustancias se pueden interpretar como desechos. Ej: resina (para proteger al árbol de insectos), látex, etc.

    NUTRICIÓN EN ANIMALES

    En la nutrición animal hay diversas fases:

    -- INGESTIÓN: se ingieren los alimentos.

    -- DIGESTIÓN: una vez digeridos, transformamos los alimentos en moléculas más sencillas.

    -- ABSORCIÓN: son transportados a las células.

    -- TRANSPORTE

    -- METABOLISMO

    -- RESPIRACIÓN

    -- EXCRECIÓN

    INGESTIÓN

    Hay tres tipos de nutrición:

    -- NUTRICIÓN EXTRACELULAR: la digestión se produce fuera de las células.

    -- NUTRICIÓN INTRACELULAR: la digestión se produce dentro de las células.

    -- NUTRICIÓN MIXTA: la digestión se produce dentro y fuera de las células.

    * Nutrición extracelular: la realizan las bacterias y los hongos vertiendo al exterior unas enzimas que digieran el alimento para luego absorberlo.

    * Nutrición intracelular: la realizan los protozoos al introducir el alimento dentro de sí mismos para luego digerirlos. A este proceso se le denomina ENDOCITOSIS, que puede ser EAGOCITOSIS si el alimento es solido, o PINOCETOSIS, si el alimento es líquido.

    En la endocitosis, la célula se acerca al alimento y lo rodea hasta que se forma una vacuola digestiva. Entonces, la vacuola, es rodeada por lisosomas que vierten sus encimas digestivas y digieren el alimento. Por último la vacuola se desplaza hasta la membrana plasmática y expulsa los desechos por medio de la EXOCITOSIS.

    PSEUDOPODOS: es similar a la endocitosis, pero el alimento es capturado por unos pseudo brazos.

    ESPONGIARIOS:

    Los animales poco evolucionados (esponjas) tienen un tipo de nutrición particular. Por unos poros que tienen entra el H2O y dentro hay unas células denominadas coanocitos que poseen un cilio que vibra, ademas tienen la capacidad de fagocitar partículas por medio de células glandulares, el alimento al pegarse al cilio baja hasta el coanocito. Las células ameboideas son las que transportan los nutrientes a las células que no pueden fagocitar.

    CELENTÉREOS: (PÓLIPOS Y MEDUSAS)

    Poseen una cavidad gastrovascular a la que van a parar los nutrientes que capturan mediante unas células urticantes (fabrican una substancia venenosa), denominadas nidoblastos.

    En la cavidad gastrovascular hay células glandulares que digieren el alimento por medio de una nutrición extracelular con enzimas digestivas. Sin embargo, otras llevan una nutrición intracelular, dando lugar a una nutrición mixta.

    TRIBLÁSTICOS:

    Se forman a partir de tres capas de células. Tienen un tubo digestivo diferenciado, con boca, órganos como la faringe, glándulas anejas (hígado, páncreas, etc.) terminando en el ano. La digestión es extracelular.

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    Fases desde la boca hasta el ano.

    INGESTIÓN: se realiza en la boca y es la introducción de los alimentos en el aparato digestivo. Ej: mosquito: succiona, ballena: filtrar / barbas, león: dientes / mandíbulas.

    Saliva: tialina --> digiere el almidón.

    PROGESTIÓN: llevarlo hasta el estomago. Se produce por medio de movimientos peristálticos (contracciones musculares).

    DIGESTIÓN: en este proceso se descomponen los alimentos en moléculas mas sencillas. Se produce sobre todo en el estomago. De allí pasa al intestino donde se completa la digestión mediante jugo intestinal, ayudado de la bilis y del jugo pancreático.

    ABSORCIÓN: se realiza en el intestino.

    -- Intestino delgado: absorbe ácidos grasos, aminoácidos, etc.

    -- Intestino grueso: absorbe agua y sales minerales.