El metabolismo es una función vital que comprende todas las reacciones bioquímicas y los procesos físico-químicos que ocurren en las células y organismos. Estos procesos son cruciales para el crecimiento, la reproducción, el mantenimiento de estructuras celulares y la adaptación a estímulos ambientales.
Metabolismo
El metabolismo engloba el conjunto de reacciones bioquímicas y procesos físico-químicos que suceden en una célula y a lo largo del organismo, facilitando funciones esenciales como el crecimiento, reproducción, y mantenimiento celular, además de permitir la respuesta a estímulos ambientales.
Homeostasis y Metabolismo
La homeostasis se refiere a la capacidad del metabolismo de mantener estables las condiciones internas de los seres vivos, asegurando su óptimo funcionamiento.
Anabolismo vs. Catabolismo
- Anabolismo: Son procesos constructivos que sintetizan moléculas complejas a partir de simples, consumiendo energía. Ejemplos destacados incluyen la síntesis de proteínas a partir de aminoácidos y la fotosíntesis.
- Catabolismo: Engloba procesos destructivos donde moléculas complejas se descomponen en más simples, liberando energía. La respiración celular y la digestión son ejemplos claros.
Importancia del Metabolismo
- Producción de Energía: El metabolismo transforma nutrientes en energía (ATP), esencial para las funciones celulares.
- Regulación y Coordinación: Se regula a través de enzimas y hormonas, jugando un papel clave en la coordinación de funciones celulares y organismicas.
- Adaptación y Evolución: Facilita la adaptación de los seres vivos a su entorno y ha sido un factor determinante en la evolución de las especies.
Procesos metabólicos de obtención de energía
Los procesos metabólicos de obtención de energía son fundamentales para todos los organismos vivos, ya que proporcionan el ATP necesario para llevar a cabo funciones vitales. Estos procesos pueden clasificarse ampliamente en dos categorías: aerobios y anaerobios, dependiendo de si el oxígeno es necesario para el proceso. A continuación, se describen en detalle los principales procesos metabólicos implicados en la obtención de energía.
Respiración Aerobia
La respiración aerobia es fundamental para la mayoría de los organismos porque permite la obtención de una gran cantidad de energía a partir de la glucosa. Este proceso consta de tres fases principales:
Glucólisis
- Ubicación: Citoplasma de la célula.
La glucosa, una molécula de seis carbonos, se divide en dos moléculas de tres carbonos llamadas piruvato. Durante este proceso, se invierten 2 ATP para iniciar la reacción, pero se producen 4 ATP, resultando en un saldo neto de 2 ATP. Además, se generan 2 moléculas de NADH, un transportador de electrones.
La glucólisis es un proceso universal en los seres vivos, permitiendo la obtención rápida de energía y siendo el primer paso para otras vías metabólicas, tanto aerobias como anaerobias.
Ciclo de Krebs
- Ubicación: Mitocondrias.
El ciclo comienza con la conversión del piruvato en Acetil-CoA. Este Acetil-CoA se combina con oxalacetato para formar citrato, iniciando una serie de reacciones que liberan electrones, producen CO2, 3 NADH, 1 FADH2 y regeneran oxalacetato. Además, se produce 1 ATP directamente por cada vuelta del ciclo.
Este ciclo es central en el metabolismo celular, no solo por la energía que produce sino por su papel en la generación de precursores de aminoácidos, lípidos y nucleótidos. Interconecta con otras vías metabólicas, evidenciando su importancia más allá de la producción de energía.
Cadena de Transporte de Electrones
- Ubicación: Membrana interna de la mitocondria.
Los electrones de NADH y FADH2 se pasan a través de una serie de complejos proteicos, liberando energía que es utilizada para bombear protones fuera de la matriz mitocondrial. Este gradiente de protones impulsa la síntesis de ATP por ATP sintasa.
Esta fase es la más eficiente en términos de producción de ATP, generando aproximadamente 34 ATP por molécula de glucosa. Demuestra la importancia del oxígeno como receptor final de electrones, permitiendo la continuación del flujo de electrones y la producción de energía.
Respiración Anaerobia
La respiración anaerobia es crucial para organismos que viven en ambientes donde el oxígeno es limitado o inexistente. Se divide en:
Fermentación Láctica
- Ubicación: Citoplasma de la célula.
El piruvato se convierte en ácido láctico gracias a la lactato deshidrogenasa, regenerando NAD+ necesario para la continuación de la glucólisis.
Este proceso es vital en músculos durante ejercicio intenso y en algunos microorganismos responsables de la producción de productos lácteos fermentados. Permite la producción de ATP en ausencia de oxígeno.
Fermentación Alcohólica
- Ubicación: Citoplasma de levaduras y algunos tipos de bacterias.
El piruvato se decarboxila para producir acetaldehído, que luego se reduce a etanol, regenerando NAD+.
Esta vía es esencial en la producción de alcohol y el leudado del pan, demostrando la importancia de la fermentación en la industria alimentaria y en la ecología de los microorganismos.
Respiración y fotosíntesis
Respiración (Repasemos lo que vimos antes)
La respiración es un proceso metabólico esencial que ocurre en las células de todos los organismos vivos, incluyendo plantas, animales y microorganismos. Este proceso implica la descomposición de moléculas orgánicas, como la glucosa, para producir energía en forma de ATP (adenosín trifosfato), dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O). Aunque a menudo se asocia principalmente con animales, la respiración en plantas juega un papel crucial en su metabolismo, permitiéndoles utilizar la energía almacenada producida durante la fotosíntesis.
Importancia de la Respiración
- Producción de Energía: La principal función de la respiración es convertir los nutrientes en ATP, la moneda energética de la célula, necesaria para realizar funciones vitales.
- Metabolismo Celular: Participa en el metabolismo de carbohidratos, lípidos y proteínas, esenciales para el crecimiento y reparación celular.
- Regulación del pH: La liberación de CO2 durante la respiración ayuda a regular el equilibrio ácido-base en los tejidos.
Tipos de Respiración
Respiración Aerobia
Proceso de producción de energía que requiere oxígeno para descomponer completamente la glucosa en CO2 y H2O, liberando una cantidad significativa de ATP.
- Etapas: Incluye la glucólisis, el ciclo de Krebs (o ciclo del ácido cítrico) y la cadena de transporte de electrones.
- Localización: Ocurre en el citoplasma (glucólisis) y en las mitocondrias (ciclo de Krebs y cadena de transporte de electrones) de las células eucariotas.
Respiración Anaerobia
Producción de energía que ocurre en ausencia de oxígeno. Este proceso es menos eficiente que la respiración aerobia y resulta en la formación de productos finales como el ácido láctico (en animales) o etanol y CO2 (en plantas y microorganismos).
- Etapas: Comienza con la glucólisis, seguida de rutas específicas que no utilizan oxígeno.
- Importancia: Permite a las células obtener energía en condiciones de bajo oxígeno.
Fotosíntesis
La fotosíntesis es un proceso biológico fundamental realizado por plantas verdes, ciertas bacterias y algas, que convierte la energía luminosa del sol en energía química almacenada en moléculas de glucosa. Este proceso no solo es esencial para la supervivencia de los organismos fotosintéticos, sino también para la vida en la Tierra en general, ya que produce el oxígeno que respiramos y sirve como base de la cadena alimenticia. Su importancia radica en:
- Producción de Oxígeno: La fotosíntesis es responsable de la mayoría del oxígeno presente en la atmósfera de la Tierra.
- Fuente de Energía y Alimento: Produce glucosa, que es utilizada por las plantas para obtener energía y crecer, y sirve como alimento primario para otros organismos.
- Base de las Cadenas Alimenticias: Todas las cadenas alimenticias dependen directa o indirectamente de la energía producida por la fotosíntesis.
- Regulación del Ciclo del Carbono: Ayuda a regular los niveles de CO2 en la atmósfera, mitigando el cambio climático.
Componentes Clave de la Fotosíntesis
- Clorofila: Pigmento principal que capta la luz solar, presente en los cloroplastos de las células vegetales.
- Cloroplastos: Orgánulos celulares donde ocurre la fotosíntesis, compuestos por tilacoides (donde ocurre la fase luminosa) y el estroma (donde tiene lugar la fase oscura).
Fases de la Fotosíntesis
Fase Luminosa
- Localización: Tilacoides de los cloroplastos.
- Proceso: La energía solar es capturada por la clorofila y utilizada para dividir moléculas de agua (fotólisis), liberando oxígeno como subproducto. Esta energía también convierte ADP en ATP y NADP+ en NADPH.
- Productos: ATP, NADPH y O2.
Ciclo de Calvin (Fase Oscura)
- Localización: Estroma de los cloroplastos.
- Proceso: Utiliza ATP y NADPH producidos en la fase luminosa para convertir CO2 atmosférico en glucosa a través de una serie de reacciones bioquímicas.
- Productos: Glucosa (C6H12O6), que se utiliza como fuente de energía por la planta o se almacena como almidón.
Factores que Afectan la Fotosíntesis
- Intensidad Luminosa: Hasta cierto punto, cuanto más intensa es la luz, mayor es la tasa de fotosíntesis.
- Concentración de CO2: La tasa de fotosíntesis aumenta con la concentración de CO2 hasta que el proceso se satura.
- Temperatura: La fotosíntesis tiene una temperatura óptima; si es demasiado baja o alta, el proceso se ralentiza.
- Agua: La escasez de agua puede limitar la fotosíntesis al cerrar los estomas para conservar agua, reduciendo el CO2 disponible.
Video Resumen
Preguntas EXANI-II
Pregunta 1 (Ejercicio tomado del Simulador EXANI-II):
Es el proceso vital de las plantas mediante el cual transforman azúcares, en presencia de oxígeno y agua, para producir la energía que requieren para llevar a cabo sus funciones metabólicas.
- Fotosíntesis
- Respiración
- Transpiración
Explicación
Respuesta correcta: b) Respiración. Explicación: La respiración es el proceso por el cual las plantas convierten azúcares, en presencia de oxígeno y agua, en energía necesaria para sus funciones metabólicas. Este proceso implica la descomposición de la glucosa para producir ATP, dióxido de carbono y agua.
Por qué las otras no son correctas:
a) Fotosíntesis: Aunque es vital para las plantas, este proceso convierte la energía solar en energía química en forma de glucosa, no la descompone.
c) Transpiración: Es el proceso de pérdida de agua en forma de vapor a través de los estomas de las plantas, no relacionado directamente con la producción de energía.
Pregunta 2 (Ejercicio tomado del Simulador EXANI-II):
Proceso metabólico por el cual los hongos descomponen el azúcar en ácido láctico y dióxido de carbono.
- Producción de quesos por fermentación
- Producción de saborizantes artificiales por respiración anaerobia
- Producción de quesos por respiración aerobia
Explicación
Respuesta correcta: a) Producción de quesos por fermentación. Explicación: Aquí hay un error conceptual; la producción de quesos involucra fermentación, pero el proceso específico por el cual los hongos descomponen el azúcar en ácido láctico y dióxido de carbono es más precisamente denominado fermentación láctica, típicamente llevada a cabo por bacterias lácticas, no hongos.
Por qué las otras no son correctas:
b) Producción de saborizantes artificiales por respiración anaerobia: La producción de saborizantes artificiales no se describe específicamente por la descomposición de azúcar en ácido láctico y dióxido de carbono.
c) Producción de quesos por respiración aerobia: La respiración aerobia no es el proceso primario en la producción de quesos; la fermentación láctica juega un papel más directo.
Pregunta 3 (Ejercicio tomado del Simulador EXANI-II):
Es la sustancia que inicia el ciclo de Krebs.
- Acetil-CoA
- Acetilcolina
- Ácido pirúvico
Explicación
Respuesta correcta: a) Acetil-CoA. Explicación: El acetil-CoA es el compuesto que inicia el ciclo de Krebs, también conocido como ciclo del ácido cítrico, donde se oxida para producir ATP, NADH, FADH2 y CO2.
Por qué las otras no son correctas:
b) Acetilcolina: Es un neurotransmisor, no un participante en el ciclo de Krebs.
c) Ácido pirúvico: Es un producto de la glucólisis que se convierte en Acetil-CoA antes de entrar al ciclo de Krebs.
Pregunta 4 (Ejercicio tomado del Simulador EXANI-II):
El producto de la respiración celular responsable del dolor muscular que presenta una persona después de realizar ejercicio extenuante es el ácido…
- pirúvico
- acético
- láctico
Explicación
Respuesta correcta: c) láctico. Explicación: El ácido láctico se produce durante la fermentación láctica en los músculos cuando hay una falta de oxígeno, lo que puede causar dolor muscular después de un ejercicio intenso.
Por qué las otras no son correctas:
a) pirúvico: Aunque el ácido pirúvico es un producto intermedio importante, no es el directamente responsable del dolor muscular.
b) acético: No está relacionado con el proceso de generación de energía anaerobia en los músculos.
Pregunta 5 (Ejercicio tomado del Simulador EXANI-II):
Identifique el producto derivado del metabolismo de las plantas.
- Leña
- Lino
- Aceite esencial
Explicación
Respuesta correcta: c) Aceite esencial. Explicación: Los aceites esenciales son compuestos volátiles producidos por las plantas como parte de su metabolismo secundario y tienen diversas funciones, incluyendo defensa contra herbívoros y atracción de polinizadores.
Por qué las otras no son correctas:
a) Leña: Es un producto derivado del tejido leñoso de las plantas, no un producto directo del metabolismo de las plantas.
b) Lino: Se refiere a las fibras obtenidas de la planta de lino utilizadas para hacer tela, no es un producto del metabolismo de las plantas.