Procesos energéticos

Las reacciones metabólicas y el ATP

En un sentido amplio, metabolismo es el conjunto de todas las reacciones químicas que se producen en el interior de las células de un organismo. Mediante esas reacciones se transforman las moléculas nutritivas que, digeridas y transportadas por la sangre, llegan a ellas. El metabolismo tiene principalmente dos finalidades:

• Obtener energía química utilizable por la célula, que se almacena en forma de ATP (adenosín trifostato). Esta energía se obtiene por degradación de los nutrientes que se toman directamente del exterior o bien por degradación de otros compuestos que se han fabricado con esos nutrientes y que se almacenan como reserva.
• Fabricar sus propios compuestos a partir de los nutrientes, que serán utilizados para crear sus estructuras o para almacenarlos como reserva.

Al producirse en las células de un organismo, se dice que existe un metabolismo celular permanente en todos los seres vivos, y que en ellos se produce una continua reacción química.

Estas reacciones químicas metabólicas (repetimos, ambas reacciones suceden en las células) pueden ser de dos tipos: catabolismo y anabolismo.

El catabolismo (fase destructiva)

Es el conjunto de reacciones metabólicas mediante las cuales las moléculas orgánicas más o menos complejas (glúcidos, lípidos), que proceden del medio externo o de reservas internas, se rompen o degradan total o parcialmente transformándose en otras moléculas más sencillas (CO₂, H₂O, ácido láctico, amoniaco, entre otros) y liberándose energía en mayor o menor cantidad que se almacena en forma de ATP (adenosín trifosfato). Esta energía será utilizada por la célula para realizar sus actividades vitales (transporte activo, contracción muscular, síntesis de moléculas). Su función es reducir, es decir de una sustancia o molécula compleja hacer una más simple.

Las reacciones catabólicas se caracterizan por:

1. Son reacciones degradativas, mediante ellas compuestos complejos se transforman en otros más sencillos.
2. Son reacciones oxidativas, por las que se oxidan los compuestos orgánicos más o menos reducidos, liberándose electrones captados por coenzimas oxidadas que se reducen.
3. Son reacciones exergónicas en las que se libera energía que se almacena en forma de ATP.
4. Son procesos convergentes mediante los cuales a partir de compuestos muy diferentes se obtienen siempre los mismos compuestos (CO₂, ácido pirúvico, etanol, entre otros)

El anabolismo (fase constructiva)

Es el conjunto de reacciones metabólicas mediante las cuales a partir de compuestos sencillos (inorgánicos u orgánicos) se sintetizan moléculas más complejas. Mediante estas reacciones se crean nuevos enlaces por lo que se requiere un aporte de energía que provendrá del ATP. En resumen, es una reacción química para que se forme una sustancia más compleja a partir otras más simples.

Las células usan las moléculas sintetizadas para formar sus componentes celulares y así poder crecer y renovarse o se almacenarán como reserva para su uso como fuente de energía.

Las reacciones anabólicas se caracterizan por:

1. Son reacciones de síntesis, mediante ellas a partir de compuestos sencillos se sintetizan otros más complejos.
2. Son reacciones de reducción, mediante las cuales compuestos más oxidados se reducen, para ello se necesitan los electrones que ceden las coenzimas reducidas (NADH, FADH₂, entre otras) las cuales se oxidan.
3. Son reacciones endergónicas que requieren un aporte de energía que procede de la hidrólisis del ATP.
4. Son procesos divergentes porque, a partir de pocos compuestos, se obtienen muchos productos.

Las enzimas

Las enzimas actúan regulando la velocidad de las reacciones que se producen dentro de las células. Como cada enzima cataliza una reacción biológica a la vez, existen tantas enzimas como reacciones se lleven a cabo. La sustancia sobre la que actúa la enzima se denomina sustrato. Este sustrato sufre una transformación química reversible y se convierte en uno o más productos diferentes. La enzima no sufre modificación alguna. Las enzimas actúan modificando las moléculas del sustrato para que sean más reactivas, para que se unan a otros átomos. En resumen, las enzimas son proteínas que tienen por función activar, controlar y finalizar todas las reacciones metabólicas que suceden en el organismo, regulando su velocidad de acción.

Modo de acción de las enzimas

Las enzimas actúan acelerando la velocidad de reacción o realizando una reacción, Cuando se dice que acelera la velocidad de reacción, quiere decir que, aquellas reacciones orgánicas que por acción enzimática se efectúan en pocos segundos, demorarían hasta 20 años realizarlas en el laboratorio y, cuando se señala que hace posible una determinada reacción, quiere decir que sin la enzima la reacción no se lleva a cabo.

Para realizar su acción, la enzima se une al sustrato por absorción, encajando la superficie de una en la otra de forma tal, que podríamos compararla con la llave de una cerradura. Esta combinación origina un complejo reversible enzima-sustrato intermedio, que luego se descompone para liberar los productos de la reacción, y, la enzima que es capaz de unirse a otra molécula del mismo sustrato para comenzar de nuevo la acción.

Especificidad de las enzimas

Las enzimas son proteínas con un alto grado de especificidad, ya que cada una actúa solo en una determinada reacción y sobre un determinado sustrato. Se conocen varios tipos de especificidad enzimática que son:

1. Especificidad Óptica: Las enzimas suelen presentar una óptica absoluta por lo menos para una parte de la molécula del substrato.
2. Especificidad de Grupo: Cuando una enzima actúa solo sobre grupos químicos y particulares.
3. Especificidad de sustrato: acepta solo un tipo de sustrato.
4. Especificidad de reacción: llevan a cabo una reacción específica, independiente del sustrato

Nomenclatura

El nombre que se les da a las enzimas puede hacerse tomando en cuenta dos factores:

• El Sustrato, sobre el cual actúan y en este caso se le agrega al sustrato el sufijo “asa”. Ejemplo; las enzimas que actúan sobre los lípidos reciben el nombre de lipasas.
• El tipo de reacción que ellas catalizan y en este caso se le agrega el sufijo “asa” al nombre de la reacción catalizada. Las Oxidasas, enzimas que catalizan las reacciones de oxidación. Las deshidrogenasas que transportan el hidrógeno desde un sustrato hasta otra enzima o un aceptor final.

Factores que afectan la actividad enzimática

1. La temperatura: al aumentar la temperatura en una reacción enzimática mayor será la velocidad de la reacción.
2. El pH: a mayor concentración de sustancia ácida o básica, mayor será la reacción de la actividad enzimática
3. La concentración:a mayor concentración, mayor será la reaccion de la actividad enzimática
4. Intermedios covalentes inestables: favorece la reacción para formar los productos
5. cambio de estructura: aumenta la velocidad de la rección debido a que la enzima se adapta al sustrato.

Enzimas reguladoras del metabolismo

• Enzimas reguladoras del metabolismo: en las vías metabólicas encontraremos enzimas que regulan ciertos pasos muy importantes, donde las siguientes reacciones se verán favorecidas o reprimidas, dependiendo de las necesidades del cuerpo.
• Enzimas covalentemente moduladas: se encuentran inactivas y solo se activan con otra enzima, por ejemplo, el tripsinógeno es la forma precursora de la tripsina (enzima pancreática que degrada proteínas), y cuando la segmenta otra enzima se activa.
• Enzimas isoenzimas: son la misma enzima, es decir, tienen la misma función y se hallan en varios puntos del metabolismo. La glucoquinasa y hexoquinasa son enzimas que fosforilan la glucosa; la glucoquinosa se encuentra en las células del hígado, fosforilando la glucosa que entra a él; en el músculo es la hexoquinosa la que está presente y realiza la misma función.
• Enzimas alostéricas: son enzimas que tienen cuatro cadenas peptídicas, entre ellas se encuentran las fosfofructuoquinasa, la cual tiene como función fosforilar la fructuosa 6 fosfato