Metabolismo celular: anabolismo, catabolismo, enzimas y ATP
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En cada célula ocurren miles de reacciones químicas por segundo: unas fabrican moléculas, otras las rompen para obtener energía. El conjunto de todas ellas es el metabolismo. Para que estas reacciones ocurran a la velocidad necesaria y a la temperatura del cuerpo, las células usan enzimas, y para mover la energía de un lugar a otro usan ATP.
Anabolismo y catabolismo
| Anabolismo | Catabolismo | |
|---|---|---|
| Qué hace | Construye moléculas complejas a partir de otras sencillas | Degrada moléculas complejas en otras más sencillas |
| Energía | Consume energía (endergónico) | Libera energía (exergónico) |
| Ejemplos | Fotosíntesis, síntesis de proteínas, formación de glucógeno, unión de glucosa y galactosa para formar lactosa | Respiración celular, digestión, hidrólisis de la lactosa, fermentación |
Ambos procesos están acoplados: la energía que libera el catabolismo se guarda en ATP y se usa en el anabolismo.
Enzimas
Las enzimas son proteínas que funcionan como catalizadores biológicos: aceleran las reacciones químicas de la célula sin consumirse ni alterarse. Lo logran disminuyendo la energía de activación de la reacción. Sin enzimas, muchas reacciones del cuerpo tardarían años.
Cómo funcionan
La sustancia sobre la que actúa la enzima se llama sustrato. El sustrato se une a una región de la enzima llamada sitio activo, se forma el complejo enzima-sustrato, ocurre la reacción y se liberan los productos. La enzima queda libre para actuar de nuevo.
Las enzimas son específicas: cada una actúa sobre un sustrato o tipo de reacción, como una llave en su cerradura (modelo de llave-cerradura de Fischer; el modelo actual de ajuste inducido dice que el sitio activo se acomoda un poco al sustrato).
Nombres de las enzimas
Casi todas se nombran con el sustrato (o la reacción) y la terminación -asa:
| Enzima | Sustrato | Dónde actúa |
|---|---|---|
| Amilasa | Almidón | Saliva e intestino |
| Sacarasa | Sacarosa | Intestino |
| Lactasa | Lactosa | Intestino (su falta causa intolerancia a la lactosa) |
| Lipasa | Lípidos | Páncreas e intestino |
| Ureasa | Urea | Bacterias y plantas |
| ADN polimerasa | Nucleótidos (copia el ADN) | Núcleo |
Algunas tienen nombres antiguos, como la pepsina del estómago o la tripsina del páncreas. Muchas enzimas necesitan una coenzima (frecuentemente derivada de una vitamina) o un cofactor mineral para funcionar.
Factores que afectan la actividad enzimática
- Temperatura: la actividad aumenta con la temperatura hasta un óptimo (unos 37 °C en el cuerpo humano). Por encima, la enzima se desnaturaliza y deja de funcionar.
- pH: cada enzima tiene un pH óptimo. La pepsina del estómago trabaja mejor en medio muy ácido (pH cercano a 2) y la tripsina del intestino, en medio ligeramente básico (pH cercano a 8).
- Concentración de sustrato: a más sustrato, más velocidad, hasta que todas las enzimas están ocupadas (saturación).
- Inhibidores: sustancias que bloquean la enzima. Muchos medicamentos y venenos son inhibidores.
- actividad de una enzima humana
- pepsina (estómago)
- tripsina (intestino)
El ATP: la moneda energética de la célula
El ATP (adenosín trifosfato) es un nucleótido formado por:
- la base nitrogenada adenina,
- el azúcar ribosa,
- y tres grupos fosfato.
Los enlaces entre los fosfatos guardan mucha energía. Cuando la célula necesita energía, rompe el último enlace y el ATP se convierte en ADP (adenosín difosfato) más un fosfato inorgánico (Pi):
Cuando la célula obtiene energía de los alimentos (en la respiración) o de la luz (en la fotosíntesis), hace la reacción inversa, llamada fosforilación:
Así, el ATP funciona como una batería recargable. La energía del ATP se usa para la contracción muscular, el transporte activo, la síntesis de moléculas y el impulso nervioso. Una persona recicla diariamente una cantidad de ATP parecida a su propio peso corporal.
Otras moléculas transportan electrones y energía en el metabolismo: NAD⁺/NADH, NADP⁺/NADPH y FAD/FADH₂. Las verás en la fotosíntesis y la respiración celular.
Comprueba lo aprendido
1. La digestión, ¿es anabolismo o catabolismo?
Catabolismo: rompe moléculas grandes en otras más sencillas.
2. ¿Por qué una fiebre muy alta es peligrosa para las enzimas?
Porque el exceso de temperatura las desnaturaliza y dejan de funcionar.
3. ¿Qué base nitrogenada forma parte del ATP?
La adenina.
Practica con los ejercicios resueltos de esta unidad:
Ejercicios de metabolismo, fotosíntesis y respiración
Referencias
- Campbell, N. A. y Reece, J. B. (2007). Biología (7.ª ed.). Editorial Médica Panamericana.
- Curtis, H., Barnes, N. S., Schnek, A. y Massarini, A. (2008). Biología (7.ª ed.). Editorial Médica Panamericana.
- Colegio Nacional de Matemáticas. Guía práctica para el examen de ingreso a la universidad. Pearson Educación (temario de referencia).
