Metabolisme
De Viquipèdia
El metabolisme és el conjunt de reaccions i processos fisicoquímics que tenen lloc a una cèl·lula[1]. Aquests complexos processos interrelacionats són la base de la vida a nivell molecular i permeten les diverses activitats de les cèl·lules: créixer, reproduir-se, mantenir les seves estructures, respondre a estímuls, etc. Entre els objectius bàsics del metabolisme figuren la destrucció o degradació de molècules i la construcció o síntesi d'elles.
El metabolisme es divideix en dos conjunts de processos: catabolisme i anabolisme. Les reaccions catabòliques alliberen energia; un exemple és la glucòlisi, un procés de degradació de compostos com la glucosa en el qual s'allibera part de l'energia retinguda als seus enllaços químics. Les reaccions anabòliques, en canvi, utilitzen aquesta energia alliberada per a recompondre enllaços químics i construir components de les cèl·lules com les proteïnes i els àcids nucleics. L'anabolisme i el catabolisme són processos acoblats que originen el metabolisme en conjunt, ja que cada joc de processos depèn i s'interrelaciona amb l'altre.
Sens dubte, les cèl·lules són els laboratoris més sofisticats que existeixen. Perquè les diferents rutes metabòliques operin coordinadament, és imprescindible un control rigorós mitjançant diferents enzims específics, i que les distintes rutes es portin a terme, en molts casos, en compartiments cel·lulars separats, els (orgànuls cel·lulars). L'economia que l'activitat cel·lular imposa sobre els seus recursos obliga a organitzar d'una manera estricta les reaccions químiques del metabolisme en vies o rutes metabòliques, en les quals un compost químic (substrat) és transformat en un altre (producte), i aquest, alhora, funciona com a substrat per a generar un altre producte, seguint una seqüència de reaccions en les quals intervenen diferents enzims (generalment un per a cada substrat-reacció). Els enzims són crucials en el metabolisme perquè agilitzen les reaccions fisicoquímiques en fer possibles reaccions que termodinàmicament són desfavorables en acoblar-les a unes altres de favorables, de manera que es produeixi la reacció desitjada. Els enzims també es comporten com a factors reguladors de les vies metabòliques tot modificant la seva funcionalitat i, per tant, l'activitat completa de la via metabòlica, en resposta a l'ambient i a necessitats de la cèl·lula o a partir de senyals d'altres cèl·lules.
El metabolisme d'un organisme determina quines substàncies trobarà nutritives i quines li seran tòxiques. Per exemple, algunes cèl·lules procariotes utilitzen sulfur d'hidrogen com a nutrient, però aquest gas és verinós per als animals[2]. La velocitat del metabolisme, el rang metabòlic, també influeix en la quantitat d'aliment que requerirà un organisme.
Una característica del metabolisme és la similitud de les rutes metabòliques bàsiques fins i tot entre espècies biològiques molt diferents. Per exemple, la seqüència de reaccions químiques en una via metabòlica com el cicle de Krebs és universal entre cèl·lules tan diverses com el bacteri unicel·lular Escherichia coli i organismes pluricel·lulars com l'elefant[3]. És molt probable que aquesta estructura metabòlica compartida sigui el resultat de l'elevada eficiència d'aquestes rutes i del fet que hagin aparegut molt aviat en la història evolutiva.[4][5]
Taula de continguts |
[edita] Biomolècules principals
La major part de les estructures que formen els éssers vius pertanyen a algun d'aquests tres tipus de molècules bàsiques: aminoàcids, glúcids i lípids (també anomenats greixos). Aquestes molècules són essencials per a la vida de manera que el metabolisme es centra en sintetitzar aquestes molècules, per a la construcció de cèl·lules i teixits, o bé en degradar-les i utilitzar-les com a recurs energètic. Moltes biomolècules poden interaccionar entre sí per a crear polímers com l'ADN (àcid desoxiribonucleic) i les proteïnes. Aquestes macromolècules són essencials en els éssers vius. La taula següent mostra els biopolímers més comuns:
| Tipus de molècula | Nom dels monòmers | Nom del polímer |
|---|---|---|
| Aminoàcids | Aminoàcids | Proteïnes |
| Glúcids | Monosacàrids | Polisacàrids |
| Àcids nucleics | Nucleótids | Polinucleòtids |
[edita] Catabolisme
El catabolisme és el conjunt de processos metabòlics que alliberen energia. Aquests inclouen degradació i oxidació de molècules d'aliment, així com reaccions que retenen l'energia del Sol. El propòsit d'aquestes reaccions catabòliques és proveir energia, poder reductor i components necessaris per reaccions anabòliques. La naturalesa d'aquestes reaccions catabòliques difereix d'organisme en organisme. No obstant això, aquestes diferents formes de catabolisme depenen de reaccions de reducció-oxidació que involucren transferència de electrons de molècules donants (com les molècules orgàniques, aigua, amoníac, sulfur d'hidrogen i ions ferrosos), a acceptors d'aquests electrons com l'oxigen, el nitrat o el sulfat.[6]
En els animals, aquestes reaccions comporten la degradació de molècules orgàniques complexes a altres més simples, com diòxid de carboni i aigua. En organismes fotosintètics com plantes i cianobacteris, aquestes transferències d'electrons no alliberen energia, però són usades com un mitjà per a emmagatzemar energia solar.[7]
El conjunt de reaccions catabòliques més comuna en animals pot ser separat en tres etapes distintes. En la primera, molècules orgàniques grans com les proteïnes, polisacàrids o lípids són digerits en components més petits fora de les cèl·lules. Després, aquestes molècules petites són portades a les cèl·lules i convertides en molècules encara més petites, generalment coenzim A, que allibera energia. Finalment, el grup acetil en la molècula d'acetil CoA és oxidat a aigua i diòxid de carboni, alliberant energia que es reté al reduir el coenzim nicotinamida adenina dinucleòtid (NAD+) en NADH.
[edita] Anabolisme
L'anabolisme és el conjunt de processos metabòlics constructius on l'energia alliberada pel catabolisme és utilitzada per a sintetitzar molècules complexes. En general, les molècules complexes que donen lloc a estructures cel·lulars són construïdes a partir de precursors simples. L'anabolisme involucra tres facetes. Primer, la producció de precursors com aminoàcids, monosacàrids, isoprenoides i nucleòtids; segon, la seva activació en reactius usant energia de l'ATP; i tercer, el conjunt d'aquests precursors en molècules més complexes com proteïnes, polisacàrids, lípids i àcids nucleics.
Els organismes difereixen en quantes molècules poden sintetitzar per si mateixos en les seves cèl·lules. Els organismes autòtrofs, com les plantes, poden construir molècules orgàniques complexes i proteïnes per si mateixos a partir molècules simples com diòxid de carboni i aigua. Els organismes heteròtrofs, en canvi, requereixen d'una font de substàncies més complexes, com monosacàrids i aminoàcids, per a produir aquestes molècules complexes.
Els organismes poden ser classificats per la seva font d'energia:
- Fotoautòtrofs i fotoheteròtrofs, que obtenen l'energia del Sol.
- Quimioheteròtrofs i quimioautòtrofs, que obtenen l'energia mitjançant reaccions oxidatives.
[edita] Referències
- ↑ MedlinePlus - Metabolismo
- ↑ Friedrich C (1998). «Physiology and genetics of sulfur-oxidizing bacteria». Adv Microb Physiol 39: 235-89.
- ↑ Smith E, Morowitz H (2004). «Universality in intermediary metabolism». Proc Natl Acad Sci U S A 101 (36): 13168-73.
- ↑ Ebenhöh O, Heinrich R (2001). «Evolutionary optimization of metabolic pathways. Theoretical reconstruction of the stoichiometry of ATP and NADH producing systems». Bull Math Biol 63 (1): 21-55.
- ↑ Meléndez-Hevia E, Waddell T, Cascante M (1996). «The puzzle of the Krebs citric acid cycle: assembling the pieces of chemically feasible reactions, and opportunism in the design of metabolic pathways during evolution». J Mol Evol 43 (3): 293-303.
- ↑ Nealson K, Conrad P (1999). «Life: past, present and future». Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 354 (1392): 1923-39.
- ↑ Nelson N, Ben-Shem A (2004). «The complex architecture of oxygenic photosynthesis». Nat Rev Mol Cell Biol 5 (12): 971-82.
