Metabolismo Celular La energía procedente de la luz solar es transformada en los ecosistemas por medio de la fotosíntesis en los productores (plantas),

Presentación del tema: "Metabolismo Celular La energía procedente de la luz solar es transformada en los ecosistemas por medio de la fotosíntesis en los productores (plantas),"— Transcripción de la presentación:

1 Metabolismo Celular La energía procedente de la luz solar es transformada en los ecosistemas por medio de la fotosíntesis en los productores (plantas), y a través de los tejidos de herbívoros como consumidores primarios, y de los carnívoros como consumidores secundarios; en cada paso sucesivo de nutrición (eslabón en la cadena alimenticia), la energía disminuye notablemente ya que parte de ella se pierde en forma de calor; por tanto, el número de eslabones de la cadena alimenticia debe ser limitado a no más de cuatro o cinco, debido a la gran degradación de la energía en cada uno de ellos.

2 Metabolismo Celular Ciclo de la materia: independientemente de lo que suceda en cada eslabón, la materia cumple un ciclo, este comienza con los productores que transforman la materia inorgánica en orgánica, continua el proceso a través de los otros eslabones de la cadena alimenticia hasta que los descomponedores la degradan y la convierten en inorgánica, cerrando el ciclo. Flujos de energía: el caso de la energía es diferente, durante su transformación, sufre una degradación porque parte de ella se convierte en energía calórica (calor) que se disipa en el ambiente y no puede ser utilizada; otra parte queda almacenada en moléculas complejas en forma de energía química.

3 Metabolismo Celular En otras palabras, la energía que llega del Sol sufre transformaciones, al igual que la materia, pero ya no regresa a su fuente de origen (el Sol), sino que fluye a través de los diferentes seres vivos que forman parte del ecosistema y a medida que pasa de unos a otros en las cadenas de alimentos, parte de ella se pierde porque se disipa en el ambiente en forma de calor. Esto nos permite comprender el hecho de que el flujo de energía va en una sola dirección: Sol-seres vivos-ambiente Por lo que el aporte de energía (en este caso la energía del Sol) debe ser continuo para mantener el orden biológico.

4 Metabolismo Celular A estas transformaciones de la materia y la energía que ocurren en los seres vivos se les denomina “metabolismo”; por lo tanto, el metabolismo se podría definir como: a) “Conjunto de cambios o intercambios de sustancias y transformaciones de energía que tiene lugar en los seres vivos”. b) “Conjunto de reacciones químicas a través de las cuales el organismo intercambia materia y energía con el medio”. c) “Conjunto de reacciones químicas que se producen en el interior de las células de un organismo, mediante las cuales los nutrientes que llegan a ellas desde el exterior se transforman en sustancias que le permiten cumplir sus funciones vitales.

5 Metabolismo Celular El metabolismo tiene principalmente dos finalidades: a) Obtener la energía química que utiliza la célula, 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. b) Fabricar sus propios compuestos a partir de los nutrientes, que serán utilizados para crear sus estructuras o para almacenarlos como reserva.

6 Metabolismo Celular Para que ocurran estos cambios de la materia y la energía en los seres vivos (metabolismo) se deben cumplir tres fases que son las siguientes: 1.- Absorción: es la fase donde penetran en las células, las sustancias químicas y la energía que procede del medio ambiente. La absorción de la materia consiste en la penetración de sustancias químicas a través de la membrana plasmática; esto implica que todo lo que absorbe la célula debe hallarse en solución sean, sólidas, líquidas o gaseosas. La energía puede penetrar en la célula bajo forma de energía radiante (calor, luz, electricidad, etc.)

7 Metabolismo Celular 2. – Transformación: la fase de transformación abarca todos los procesos por medio de los cuales la célula transforma las sustancias químicas y la energía absorbidas. Comprende especialmente: a) La secreción: consiste en que el protoplasma produzca compuestos (enzimas o fermentos) que intervienen en las transformaciones. b) La digestión: consiste en hacer solubles las sustancias absorbidas que las pone en condiciones de entrar en reacción con formación de otras sustancias químicas. c) La asimilación: consiste en que el protoplasma se transforme en algunos de sus componentes propios. d) La desasimilación: consiste en que en el protoplasma se desintegra parte de sus componentes o de sus reservas, de los que resultan los compuestos y la energía que interviene en la asimilación.

8 Metabolismo Celular 3. – Excreción: consiste en la eliminación de las sustancias químicas que no sé incorporan al protoplasma o de energía que se dispersa en forma de calor. La absorción, transformación y excreción que constantemente se produce en los organismos vivos dan un crecimiento de la materia y de la energía (anabolismo) o de un decrecimiento o pérdida de materia y energía (catabolismo)

9 Metabolismo Celular Durante el metabolismo en las células se producen una gran cantidad de reacciones, estás no son independientes sino que están encadenadas formando las denominadas rutas metabólicas. Por consiguiente una ruta o vía metabólica es una secuencia ordenada de reacciones en las que el producto final de una reacción es el sustrato o reactivo inicial de la siguiente. Esquema de reacciones metabólicas encadenadas. B es el producto de la reacción 1 y, al mismo tiempo, es el reactivo de la reacción 2. E1, E2, E3 y E4 son enzimas que catalizan cada reacción.

10 Metabolismo Celular En una ruta un sustrato o reactivo inicial se transforma, mediante las distintas reacciones que constituyen la ruta, en un producto final, los compuestos intermedios de la ruta se denominan metabolitos. Cada una de las reacciones de una ruta metabólica esta catalizada por un enzima específica. Para aumentar la eficacia de las rutas, las enzimas que participan se asocian y forman complejos multienzimáticos.

11 Metabolismo Celular Tipos de rutas metabólicas. Las rutas metabólicas pueden ser: a) Lineales. Cuando el sustrato de la primera reacción (sustrato inicial) es diferente al producto final de la última reacción. En este caso el sustrato de la primera reacción es el sustrato inicial de la ruta y el producto de la última reacción es el producto final de la ruta metabólica. b) Cíclica. Cuando el producto de la última reacción es el sustrato de la reacción inicial, en estos casos el sustrato inicial de la ruta es un compuesto que se incorpora en la primera reacción y el producto final de la ruta es algún compuesto que se forma en alguna etapa intermedia y que sale de la ruta. Frecuentemente los metabolitos o los productos finales de una ruta suelen ser sustratos de reacciones de otras rutas, por lo que las rutas están enlazadas entre sí formando redes metabólicas complejas.

12 Metabolismo Celular En las reacciones metabólicas, como en cualquier reacción química, se cumplen las dos propiedades generales de las reacciones químicas: a) Se forman nuevas sustancias, los productos, a partir de los reactivos o metabolitos, y b) Hay un intercambio de energía entre los compuestos reaccionantes y el medio que los rodea.

13 Metabolismo Celular Pero además de estas dos propiedades generales de toda reacción química, debemos señalar que: a) Las reacciones metabólicas suceden en un medio acuoso (en presencia de agua); en consecuencia, los reactivos y los productos se encuentran en disolución. El agua es, además, un reactivo o un producto de algunas reacciones metabólicas. b) Las reacciones metabólicas están encadenadas y la mayoría están acopladas, de manera que la energía liberada en una reacción, que llamamos exotérmica, es consumida en otra reacción (endotérmica) que requiere energía.

14 Metabolismo Celular Las reacciones metabólicas de los seres vivos son reacciones de oxidación y reducción también llamadas reacciones de oxido-reducción, en las cuales los electrones pasan de un átomo a otro o de una molécula a otra. En general la oxidación consiste en la perdida de electrones y la reducción en la ganancia de electrones. oxidación Fe2+  Fe3+ + e- reducción Cl + e-  Cl- . Las reacciones anteriores son ejemplos de reacciones de óxido-reducción; en la primera el fierro se oxida, ya que tiene dos cargas positivas y pierde un electrón y pasa a ser fierro con tres cargas positivas, o sea, la pérdida de un electrón en un átomo implica la ganancia de una carga positiva; en cambio, en la segunda el cloro se reduce, ya que pasa de cloro sin carga eléctrica, a cloro con una carga eléctrica negativa, o sea ganó un electrón, esto es, la ganancia de un electrón en un átomo implica la ganancia de una carga negativa. Para que un compuesto se oxide es necesario que otro se reduzca, es decir la oxidación de un compuesto siempre va acoplada a la reducción de otro.

15 Metabolismo Celular Frecuentemente la perdida o ganancia de electrones va acompañada de la perdida o ganancia de iones hidrógeno, por consiguiente las oxidaciones son deshidrogenaciones y las reducciones son hidrogenaciones, la mayoría de las oxidaciones y reducciones biológicas son de este tipo. Las oxidaciones, también se denominan combustiones y en ellas se desprende energía mientras que en las reducciones se requiere un aporte energético Los procesos de oxido-reducción tienen gran importancia en el metabolismo, porque muchas de las reacciones son oxidaciones en las que se liberan electrones; mientras que muchas otras reacciones son reducciones en las que se requieren electrones. Los electrones son transportados desde las reacciones de oxidación en las que se libera, hasta las reacciones de reducción en las que se necesitan. Este transporte lo realizan principalmente 3 sustancias (NAD+, NADP y FAD) denominadas coenzimas, las cuales no se gastan, ya que actúan únicamente como intermediarios, cuando captan los electrones se reducen y al cederlos se oxidan regenerándose de nuevo.

16 Metabolismo Celular Para que un ser vivo lleve a cabo su metabolismo, los requerimientos de materia y energía varían en los diferentes tejidos y órganos que lo componen. Algunos órganos tienen un consumo importante y aproximadamente constante; por ejemplo, el sistema nervioso, el sistema digestivo, el sistema excretor, etc., otros tienen un consumo variable; por ejemplo, los músculos, el corazón, etc. Los tejidos pueden obtener materia y energía para su funcionamiento a partir de reservas, algunas de las cuales se acumulan en el propio tejido y otras lo hacen en órganos o tejidos especializados. Las células musculares tienen un alto y discontinuo consumo de energía; almacenan glucógeno y gotas de lípidos.

17 Metabolismo Celular La grasa es la mayor reserva de energía del organismo, se almacena principalmente en grasa subcutánea del tejido adiposo. El azúcar sobrante de la digestión se almacena en forma de glucógeno en el hígado. El oxígeno es imprescindible para el metabolismo pero es difícil de acumular; lo hace en parte el músculo en forma de mioglobina. Determinados órganos exportan sustancias a otros que las acumulan, trasforman o consumen. El órgano más importante del cuerpo en el mantenimiento de los niveles de nutrientes es el hígado. La glucosa obtenida por el sistema digestivo se acumula en forma de glucógeno en hígado o músculo. Los lípidos obtenidos por el sistema digestivo se acumulan en tejido adiposo. El hígado exporta glucosa de sus reservas de glucógeno en caso de bajos niveles sanguíneos y puede trasformar el exceso de glucosa en ácidos grasos. El músculo produce ácido láctico que es trasportado al hígado donde se obtiene glucosa a partir de él.

18 Metabolismo Celular Los niveles de metabolitos en el organismo se mantienen aproximadamente constantes gracias a diversas hormonas como la insulina que intervienen en los niveles de glucosa. Otras hormonas como la adrenalina aumentan los niveles de nutrientes energéticos para prepararnos en situaciones de estrés. El metabolismo normal de los nutrientes se modifica en casos de falta de alimentos: a) Primero se consumen las reservas de glucógeno en hígado. b) Posteriormente se consumen los triglicéridos del tejido adiposo (la mayor reserva energética del organismo). c) Por último se consumen las proteínas

19 Metabolismo Celular Necesidades energéticas del organismo
Metabolismo basal: es la energía empleada en el mantenimiento de las funciones vitales básicas; habitualmente 60-75% del consumo energético: a) Funcionamiento del sistema nervioso. b) Mantenimiento del sistema circulatorio. c) Renovación de tejidos: Epidermis, epitelio digestivo, células sanguíneas. d) Mantenimiento de la temperatura corporal, etc. Efecto termógeno de la dieta: es la energía empleada para la digestión, absorción y metabolismo de los nutrientes; representa entre el % del consumo energético total; se produce desde minutos hasta horas tras la ingestión de alimento. Actividad física: los músculos en actividad consumen gran cantidad de energía y fuerzan a otros órganos a trabajar más y consumir a su vez energía; % del consumo energético total habitual se pueden gastar en actividades muy exigentes energéticamente; por ejemplo, consumo de musculatura esquelética, consumo de músculo cardiaco, incremento de consumo del hígado y otros órganos.

20 Metabolismo Celular Los tejidos y órganos con demanda constante de energía recurren al metabolismo aerobio de glucosa y ácidos grasos. Determinados órganos prefieren la glucosa (cerebro) mientras que otros metabolizan preferentemente ácidos grasos (músculo cardiaco). La mayoría puede variar el tipo de consumo dependiendo de la abundancia de glucosa o ácidos grasos. Los tejidos con demanda fluctuante, especialmente el músculo esquelético y en menor medida cerebro y otros órganos, pueden tener diferentes tipos de metabolismo energético según las necesidades; con un funcionamiento habitual tienen un metabolismo aerobio con consumo de glucosa o ácidos grasos; en fuertes demandas utilizan otros tipos de metabolismo basados en reservas energéticas de rápida movilización aunque el rendimiento sea menor y deban ser posteriormente repuestas

21 Metabolismo Celular En fuertes demandas de energía, el consumo de la misma puede tener la secuencia general que sigue: a) ATP celular: se consume en pocos segundos b) Fosfocreatina: es capaz de trasferir energía al ATP; se consume en unos 2 a 7 segundos en ejercicio intenso y unos 15 segundos en moderado. Se recupera en unos 3 minutos de metabolismo aeróbico (metabolismo en presencia de oxígeno). c) Metabolismo anaeróbico (sin oxígeno) de la glucosa: es una ruta metabólica rápida pero con poca obtención de energía; se consume en 3-5 min en ejercicios moderados. Produce como residuo ácido láctico que ha de ser reconvertido en glucosa en hígado. Es habitual en los ejercicios musculares rápidos Metabolismo aeróbico (con oxígeno): Es el que más energía produce pero es lento y requiere oxígeno además de glucosa, ácidos grasos o aminoácidos. En condiciones normales se metaboliza primero la glucosa del glucógeno de la células y del medio extracelular con los aportes de oxígeno de mioglobina y medio intercelular; posteriormente se consumen ácidos grasos del medio y reservas celulares.