Metabolismo, importancia, procesos

Metabolismo

 Para entrar en el tema del metabolismo debemos manejar muy bien lo que son los conceptos de digestión y absorción.

 Digestión: es el proceso de transformación que sufren los alimentos para convertirse en sustancias más sencillas que puedan ser asimiladas o absorbidas por el organismo de una manera más fácil.

 Absorción: es la incorporación a la sangre del resultado de la digestión es decir las sustancias asimiladas en este los nutrientes atraviesan la ósmosis del sistema digestivo hacia las diferentes zonas del sistema circulatorio y linfático.

 Metabolismo: es una cadena de reacciones de carácter enzimático por los cuales las células intercambian materia y energía con su ambiente.

 Clasificación

 Según la fuente de materia

ü  Autótrofas: son las que usan CO2 atmosférico, por ejemplo las células vegetales.

ü   Heterótrofas: usan moléculas más complejas como fuente de carbono, estas son proteínas lípidos y carbohidratos, un ejemplo de estas son las células animales y los seres humanos.

 Según la fuente de energía

ü  Fototrofas: estas usan la energía solar o luminosa por ejemplo las células vegetales.

ü  Quimotrofas: usan energía química como las células animales, las células del organismo humano son quimo-heterótrofas.

 Procesos metabólicos que consumen y liberan energía

 Endergonicos: son los que consumen energía para realizar una reacción en particular.

 Exergonico: estos liberan energía hacia el medio exterior al realizar una reacción.

 Desde el punto de vista de materia

 Anabolismo: es el metabolismo de construcción de pequeñas a grandes moléculas en este se invierte energía.

 Catabolismo: metabolismo de destrucción, fragmentación de grandes a pequeñas moléculas y en esta se libera energía.

 Rutas metabólicas

 Es una consecución de reacciones químicas que conllevan desde un sustrato inicial a uno o varios productos finales y para esto emplea una serie de metabolitos intermediarios.

 Características de las rutas metabólicas

Ø  Transforma nutrientes en moléculas propias de la célula.

Ø   Sintetiza biomoléculas indispensables para funciones de la célula.

Ø   Polimeriza o transforma moléculas pequeñas en macromoléculas como proteínas ácidos nucleicos y polisacáridos.

Ø   Obtiene energía química a partir de un sustrato inicial.

Metabolismo intermediario

 Serie de reacciones químicas implicadas en la biotransformacion de moléculas de nutrientes para producir materiales utilizados por la célula para construir diversas estructuras.

  

 Importancia del metabolismo 

El metabolismo tiene una gran importancia que radica en la regulación del cuerpo el metabolismo, juega un papel importante en la tarea de diferenciar las sustancias nutritivas y tóxicas mantiene constantes los parámetros fisiológicos como pH, glicemia, temperatura para mantener una homeostasis correcta.

Transporte de membranas

Transporte de membranas

Permeabilidad selectiva de las membranas biológicas

 Son impermeables a moléculas hidrofilicas como aminoácidos, ácidos nucleicos, proteínas o carbohidratos., tienen una permeabilidad muy baja ante la mayoría de las moléculas polares, tienen una gran permeabilidad ante el agua, la difusión de moléculas orgánicas depende del peso molecular, las moléculas pequeñas atraviesan la membrana con mayor facilidad que las moléculas de gran tamaño, las moléculas sin carga atraviesan con mayor rapidez la membrana por ejemplo H2O O2 y CO2.

 Gradiente de concentración

 La sustancia para atravesar debe estar con mayor concentración de un lado de la membrana que del otro.

 Liposolubilidad; a mayor solubilidad en lípidos traspasará con mayor velocidad.

                                       Transporte a través de la membrana.

ü  Por permeabilidad

                         Pasivo                                                          activo  

Difusión: Simple  -  Facilitada                          primario - secundario

                     

ü  En masa

                      Endocitosis                                            Fagocitosis

 Transporte pasivo:

 Características

Ø  Este se realiza a través de proteínas transportadoras.

Ø  Sólo se transportan moléculas relativamente pequeñas.

Ø  No requiere gasto energético de la célula.

Ø   Ocurre en favor del gradiente de concentración.

Difusión simple: es el movimiento de una sustancia gaseosa o líquida de un lugar de mayor concentración a otro lugar de menor concentración y el transporte del soluto se da por su gradiente de concentración, entre las moléculas simples que pueden cruzar la membrana se encuentran gases como lo son el O2 el CO2 y el N2, las moléculas sin carga como el etanol también pueden difundirse.

 Difusión facilitada: es el movimiento de un soluto a través de proteínas canales o transportadores en favor de su gradiente de concentración.

 Características

Ø  Tampoco requiere gasto energético.

Ø   La velocidad está determinada por número de canales disponibles.

Ø   rapidez de interacción entre el soluto y los transportadores.  

Ø  Proteínas de canal: estas forman un túnel que permite el paso de electrolitos y agua a favor de un gradiente de concentración.

Ø   Se selecciona de acuerdo a su tamaño y carga.

Ø   la partícula que va a pasar recibe estímulos específicos para abrir ya que se encuentra cerrada.

Bombas: utilizan ATP  para transportar moléculas en contra de su gradiente de concentración por ejemplo la bomba sodio potasio.

 Proteínas transportadoras: sufren un cambio de conformación luego de fijar las moléculas a transportar, estas son:

1.    Uniporte: Transportan un solo soluto.

2.     Symporte: Transporta el soluto y paralelamente transporta otro diferente al mismo sitio al mismo tiempo.

3.     Antiporte: transportan un soluto hacia el exterior o al interior y paralelamente transportan otro en sentido contrario uno entra y el otro sale

 Transporte activo: es el único que requiere una bomba de proteína impulsada por ATP, capaz de trasladar sustancias en contra de su gradiente de concentración.

 Características

ü  Es el único que puede transportar sustancias o solutos en contra de su gradiente de concentración.

ü   requiere un gasto energético o de ATP.

ü   requiere de un transportador.

ü   el número de proteínas transportadoras presentes lo limitan.

 Categorías

Transporte activo primario: usa energía obtenida de la hidrólisis del ATP a nivel de la misma proteína de membrana por ejemplo la bomba sodio potasio.

 Transporte activo secundario: consiste en el aprovechamiento de la energía producto de un gradiente de concentración y no de la hidrólisis directa del ATP.

Transporte en masa: es un mecanismo qué consiste en la incorporación o expulsión de moléculas de gran tamaño a través de un sistema de vesícula es decir estás moléculas se encierran en una membrana que provee la misma membrana plasmática.

 Endocitosis: las partículas que van a ser transportadas producen que la membrana plasmática forme una invaginación que posteriormente se convierte en una vesícula que se dirige hacia la parte externa de la célula.

 Fagocitosis: Este es un proceso en el que la célula forma unas proyecciones provenientes de la membrana y el citosol que tienen el nombre de pseudópodos y rodean la partícula sólida, cuando la partícula se encuentra rodeada por los pseudópodos, estos se fusionan creando una vesícula alrededor de la partícula esta vesícula recibe el nombre de vesícula fagocítica o fagosoma.

Membrana plasmatica

Membrana plasmática

 La membrana plasmática es la estructura que recubre la célula eucariota y sus organelas, son estructuras cerradas parecidas a una cubierta con una superficie interna y otra externa, son estructuras altamente viscosas debido a la capa de glúcidos que rodea la parte externa además de ser estructuras complejas la membrana que rodea la célula o membrana plasmática y la membrana que recubre las organelas de las células tiene una estructura en común que está formada por una bicapa o capa doble de lípidos que contienen proteínas especializadas y asociadas a azúcares, esta membrana plasmática rodea al citoplasma para separar una célula de otra y conforma compartimientos internos para diferenciar los organelos de la célula.

Funciona como el sitio de traducción de energía o fosforilación oxidativa que ocurre en las mitocondrias y que al final de este proceso se obtiene energía en forma de ATP.

 La estructura lipídica de la bicapa presenta una hilera a lo largo del lado interno y externo de estructuras lipídicas que poseen una cola hidrofóbica que se encuentra hacia la parte interna de cada lado, en toda la extensión de esta hilera se encuentran incrustaciones de proteínas transmembranales, periféricas y proteínas perforadas qué sirven de canales de paso para que se lleven a cabo procesos de endocitosis y exocitosis.

 En la parte externa se encuentran una especie de antenas formadas de oligosacáridos los cuales pueden estar unidos a fosfolípidos y proteínas y estas estructuras actúan como el carnet de identidad de la célula

 El glucocalix está formado por toda la parte de hidratos de carbono que se encuentran en la parte externa de la bicapa y representa la cédula de identidad de la célula y determina las estructuras que entran o salen de la célula, está formado o es una capa de glúcidos.

 Funciones de la membrana

·         Transporte: la función de transporte consiste en que mediante la bicapa lipídica se da el intercambio de sustancias entre el interior y el exterior de la célula.

·         Reconocimiento y comunicación: esta función es llevada a cabo por el glucocalix qué está formado por glúcidos en la parte externa que actúan como receptores químicos o de sustancias.

 Composición química de la membrana

La célula en su membrana lipídica o membrana plasmática Está compuesto por un 40% de lípidos un 50% de proteínas y un 10% de glúcidos aproximadamente.

 Lípidos: los lípidos que forman parte de la membrana plasmática son colesterol glucolipidos y fosfolípidos. Cada tipo de lípido que se encuentra en la membrana plasmática cuenta con una cabeza polar superficial hidrofilica y dos cadenas de ácidos grasos que se encuentran orientadas hacia la parte interna de naturaleza hidrofóbica por lo que se puede decir que la membrana plasmática es una estructura anfipatica.

- Fosfolípidos: Los fosfolípidos representan el 50% de la composición de la parte lipídica de la membrana plasmática yendo entre los encontrados en ésta fosfatidilcolina, esfingomielina, fosfatidilserina, fosfatidiletanolamina.

- Colesterol: el colesterol es el que le da la firmeza necesarias a la membrana plasmática haciéndola un poco menos fluida pero mecánicamente más estable.

 - Glucolipidos: los glucolipidos sólo se encuentra en la parte exterior de la membrana.

 Proteínas: Las proteínas se pueden encontrar en la bicapa lipídica o membrana plasmática en forma de proteínas integrales que son las que atraviesan la membrana plasmática en su totalidad y sirven para el transporte a través de ella también se pueden encontrar en forma de proteínas periféricas que están unidas a la superficie citoplasmática hidratos de carbono esto se encuentra en forma de oligosacáridos y se encuentran en el exterior de la membrana haciendo la función de quimiorreceptores y determinando lo que entra y sale de la célula cómo lo hace el glucocalix

 Glúcidos: entre los glúcidos que se haya en la composición o estructura de la membrana plasmática está glucolipidos glicoproteínas

.

Glucocalix: al glucocáliz se le atribuyen ciertas funciones además de la de servir de receptor de sustancias Como por ejemplo la función de proteger la superficie de la célula de posibles lesiones funciones inmunitarias funciones de aportar viscosidad a la superficie celular permitiendo el libre deslizamiento o movimiento de la célula Como por ejemplo en los eritrocitos.

 Movimientos de la membrana plasmática

 La membrana plasmática no es una estructura estática sus componentes pueden o tienen la posibilidad de movimiento que le proporciona una cierta fluidez los movimientos que pueden realizar son:

1.    De rotación.

2.    Difusión lateral.

3.    Flip-flop.

4.    De flexión.

Enzimas

Enzimas

 Las enzimas son proteínas activas sintetizadas por la célula con la función específica de catalizar reacciones, no todas las enzimas son de composición proteica como por ejemplo el ARN polimerasa.

 Eficacia de las enzimas

 La eficacia de las enzimas viene dada por la especificidad del sustrato la molécula sobre la cual la enzima ejerce su función se llama sustrato, cada enzima tiene un sustrato para catalizar.

 Especificidad de acción

 Cada enzima actúa sobre una reacción específica Por ejemplo si es una reacción de fosforilación será únicamente fosforilación.

 Propiedades

• Condiciones de reacción moderada requiere presión temperatura y pH extremos las enzimas actúan a una temperatura y pH específico.
•  Mayor velocidad de reacción: mucho más alta que la de la correspondiente reacción no catalizada.
•  Mayor especificidad de reacción el reconocimiento de la enzima con el sustrato es altamente específico.
•  Mayor eficiencia: tiene una grandísima eficiencia ya que transforma un gran número de sustrato por unidad de tiempo.
•  Capacidad de regulación: están asociadas a una gran multitud de controles celulares, alostericos y genéticos, un ejemplo de regulación es que si el organismo necesita formar 100 moléculas de glucosa 6 fosfato cuando se alcanza ese número esta no produce más, algunas enzimas son reguladoras Pero todas están reguladas ya que no actúan por sí solas o independientemente.

 Características de las enzimas

Ø  Son sintetizadas tanto por seres autótrofos como heterótrofos.

Ø   Actúan tanto en zonas intracelulares como extracelulares.

Ø   Los procesos de equilibrio de las reacciones químicas que cataliza no son afectados.

Ø  No sufren modificaciones químicas irreversibles.

Ø  Según su composición molecular se distinguen dos tipos de enzimas una estructura no proteica y otra constituida por la unión mediante enlaces covalentes llamadas proteínas conjugadas.

Ø   Son solubles en agua.

 Partes o constituyentes de una enzima

ü  Coenzima: está conformada por vitamina es una parte no proteica y mejora las actividades de la enzima.

ü  Cofactor: esta parte también es de naturaleza no proteica y está compuesta por iones.

ü   Apoenzima: es la parte de la enzima que está compuesta por proteínas o la parte proteica.

ü   Holoenzima: es la unión de la apoenzima con un cofactor.

Reacción catabólica

ü  Elementos

 - Sustrato

 - Superficie ideal: la superficie ideal permite el reconocimiento del sustrato.

 - Centro activo: es el sitio donde ocurre  la reacción.

 - Complejo enzima sustrato

Clasificación de las enzimas

Se conocen más de 2000 tipos de enzimas.

1.    Oxidorreductasas: estas enzimas catalizan reacciones de redox o óxido reducción y estás necesitan obligatoriamente la participación de las coenzimas de oxidorreducción NAD+, NADP+, FAD+ y un claro ejemplo de esta son las deshidrogenasas.

2.     Transferasas: estas tienen la función de transferir desde la ruptura de moléculas los grupos activos por ejemplo las transaminasas.

3.     Hidrolasas: estás actúan por hidrólisis y gracias a esto obtienen monómeros a partir de polímeros ejemplo la lipasa.

4.     Liasas: estas tienen las funciones de romper o degradar los enlaces que mayormente son denominados fuertes por ejemplo las descarboxilasas.

5.     Isomerasas: estas tienen la función de obtener los isómeros de moléculas por ejemplo La fosfo pentosa isomerasa.

6.     Ligasas: como su nombre lo dice tienen la función de ligar o sintetizar enlaces denominados fuertes mediante el acoplamiento a sustancias un ejemplo de esta son las sintetasas.

 Catálisis enzimática

Elementos

Afinidad: es la capacidad de compatibilidad o afinidad hacia un sustrato.

 Actividad molar: es el número de sustratos que son catalizados por unidad de tiempo.

Especificidad absoluta: una enzima actúa en una reacción y sustrato específico.

Especificidad relativa: pueden actuar en sustratos distintos Pero estos deben compartir una estructura igual semejante o cómo por ejemplo la hexoquinasa sintetiza a las hexosas.

 Especificidad enzimática

 Modelo llave cerradura: la forma del centro activo de la enzima  encaja perfectamente en este ya que se complementan.

LIPIDOS

Lípidos

 Para entrar en el tema de los lípidos debemos saber que son una de las de los grupo de biomoléculas más importante que se encuentran en el cuerpo humano cuya composición química contiene hidrógeno carbono y en menor proporción oxígeno y complementariamente contienen un grupo carboxilo un dato importante de estas biomoléculas es que contienen en algunas ocasiones nitrógeno fósforo y azufre lo que hace que esta molécula sea mucho más compleja. Los lípidos tienen en su estructura s cadenas mayormente lineales escasamente se consiguen ramificadas y son sustancias heterogéneas ya que se consiguen diversos tipos de compuestos en su estructura.

Características

Entre las características de los lípidos tenemos que terminan o inician en un grupo carboxilo son, insolubles en agua y son solubles en disolventes orgánicos como el benceno el éter, el cloroformo, alcoholes entre otros.

 Funciones

 Entre la función de los lípidos tenemos una que es quizá la más resaltante o importante y es que los lípidos conforman la estructura de muchas membranas como por ejemplo la membrana plasmática de la célula que está compuesta por una cierta cantidad de lípidos lo que le permite tener una permeabilidad selectiva debido a que los lípidos no son solubles en agua son hidrofóbicos, otra de las funciones importantes de los lípidos es que son grandes fuentes de energía debido a que tienen un rendimiento energético mayor al de las proteínas, actúan también como aislantes como en el caso del tejido adiposo que también permite tener una protección térmica, entre las funciones de los lípidos también está que desempeñan funciones catalíticas, hormonales debido que hay hormonas que son de derivados de los lípidos y actúan también como mensajeros químicos otra de las funciones es como por ejemplo la de la lipoproteínas de la parte lipídica de las lipoproteínas lo que la lleva a cumplir funciones del transporte como en el caso del quilomicrón por ejemplo.

 Clasificación de los lípidos

 los lípidos se clasifican en saponificables e insaponificables la diferencia entre los lípidos saponificables e insaponificables es que los saponificables son los que a partir de ellos producen jabón (sal) mientras que los insaponificables no pueden producir jabón.

 Lípidos saponificables

 Los lípidos saponificables se clasifican en simples, complejos y conjugados:

Lípidos saponificables simples;

 Los saponificables simples se clasifican en esterificas y no esterificables, los ácidos grasos son moléculas lineales y de cadena larga que presentan un grupo carboxilo en su extremo éstos se encuentran saturados e insaturados.

Saturados: son los ácidos grasos que presentan enlaces simples entre sus carbonos y son sólidos cuando se encuentran a temperatura ambiente ejemplo de esto tenemos ácido palmítico.

Ácidos grasos insaturados: son aquellos que presentan doble enlace entre sus carbonos y se encuentran líquidos a temperatura ambiente  ejemplo de esto tenemos el ácido linoleico, el ácido linolénico y araquidónico estos se pueden encontrar saturados y poliinsaturados.

Insaturados cuando tienen un solo doble enlace entre sus carbonos mientras que los poliinsaturados son aquellos que contienen dos o más dobles enlaces entre sus carbonos.

Propiedades de los ácidos grasos

 Entre las propiedades de los ácidos grasos tenemos que cuando son poliinsaturados los dobles enlaces se encuentran cada tres carbonos.

 Tenemos también que los ácidos grasos son moléculas ligeramente antipáticas ya que contienen una parte hidrófila y una parte hidrofóbica o lipolica lo que hace que mientras más larga sea la cadena de ácido graso menos soluble sea ya que contiene más grupos hidrofóbico.

 Saponificación

 La saponificación no es más que una reacción química que se da entre un ácido graso y una base fuerte lo que da como resultado una sal y la liberación de una molécula de agua.

Esterificación

 La esterificación es otra reacción química más en la que se une un ácido graso con un alcohol mediante un enlace covalente formando un éster y liberando una molécula de agua.

 Esteres de ácidos grasos

Los ésteres de ácidos grasos son aquellos que están unidos a un alcohol por un proceso de esterificación.

 Acilglicerido: se da por la unión de un alcohol y un ácido graso en este caso el alcohol que se une es el glicerol y dependiendo de la cantidad de ácidos grasos que contengan se le dará un nombre, un glicerol con un solo ácido graso se llamará acilglicerido, si son dos ácidos grasos con un glicerol se llamará diacilglicérido y si son tres ácidos grasos tendrá el nombre de triacilgliceridos.

Derivados de importancia reguladora

 Los ácidos grasos de importancia reguladora se clasifican en prostaglandinas leucotrienos y tromboxanos.

 Prostaglandinas: son sustancias reguladoras que modifican o dan respuesta ante determinados estímulos está provienen o son derivadas del ácido araquidónico proviene de los ácidos grasos de 20 carbonos y es sintetizada por la enzima ciclooxigenasa tiene función es vasoconstrictora, vasodilatadora y broncodilatadora.

 Tromboxanos: son derivados de las prostaglandinas se producen en las plaquetas, la sintetiza la ciclooxigenasa y su principal función es la formación de coágulo por medio de plaquetas o formación de trombos.

  Leucotrienos: son derivados también del ácido araquidónico y es sintetizado por la lipooxigenasa.

Lípidos complejos

Los lípidos complejos además de contener carbono hidrógeno y oxígeno en su estructura base contienen también nitrógeno fósforo y sodio, algunas biomoléculas como proteínas hidratos de carbono estos pueden ser los glucolipidos lípidos conjugados que son los que están unidos a otras macromoléculas como son las lipoproteínas y los lipopolisacaridos la función de los lípidos complejos es la formación de membranas, la comunicación y relación intercelular.

 Lípidos conjugados

Entre los lípidos conjugados se encuentran las lipoproteínas y los lipopolisacaridos como ya se dijo son los lípidos que están asociado a otras grandes macromoléculas.

 Lipoproteínas: es la unión de lípidos con proteínas por enlaces no covalente y está desempeña funciones de transporte Como por ejemplo el quilomicrón, VDL, HDL.

 Lipopolisacaridos: es la combinación del lípido y más de dos carbohidratos.

 Esteroides son lípidos insaponificables derivados del ciclopentanoperhidrofenantreno se dividen en dos grandes grupos;

a)    esteroles como el colesterol y la vitamina D

b)     hormonas esteroideas como hormonas sexuales y suprarrenales.

Colesterol

El colesterol es un lípido encontrado en todos los tejidos del cuerpo y el plasma de la sangre se encuentra en mayor concentración en el cerebro la médula espinal y el hígado.

 Fuentes de colesterol: las fuentes del colesterol se clasifican en fuentes exógenas y endógenas.

 -Fuente exógena: es la que provee colesterol al cuerpo a través de la dieta alimenticia.

 -Fuente endógena: es el colesterol que sintetiza el mismo organismo de las cuales el hígado sintetiza la mayor parte.

 Transporte de colesterol: debido a que el colesterol es un lípido y es insoluble en agua el transporte de este se realiza a través de las lipoproteínas como el VDL, HDL, IDL y Quilomicrón.

 Funciones del colesterol: entre las funciones del colesterol encontramos que es el precursor de la vitamina D, de hormonas sexuales y corticoides como el cortisol y la aldosterona, también tiene función estructural en la membrana plasmática de la célula.