METABOLISMO

METABOLISMO

El conjunto de las reacciones químicas que tienen lugar en el seno de los tejidos.

•Constituye el llamado metabolismo, más precisamente en la célula, metabolismo intermedio.

Las reacciones del proceso de digestión previo a la absorción son consideradas etapas premetabólicas.

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El metabolismo intermedio abarca procesos muy variados dirigidos a cumplir los siguientes fines:

1) Obtener energía y poder reductor a partir de los alimentos. 2) Degradar los compuestos ingresados en productos para la síntesis de tejidos y órganos y otras sustancias necesarias para su funcionamiento.

Los procesos degradativos corresponden al llamado catabolismo y los procesos de biosíntesis, al anabolismo.

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Las vías metabólicas se distinguen en: a) Catabólicas, b) Anabólicas y c) Anfibólicas.

Vías Catabólicas:

La molécula del sustrato inicial es reducida a compuestos más simples. Comprenden reacciones oxidativas es exergónica.

La energía liberada es atrapada y conservada en forma de ATP.

Los productos de reducción tomados del sustrato son aceptados por coenzimas de oxido-reducción (ej., NAD+). Ejemplos de estas vías son la glucólisis y la oxidación de ácidos grasos.

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Vías anabólicas:

Forman nuevos enlaces químicos y productos finales más complejos que los iníciales.

Comprenden reacciones endergónica, que transcurren gracias a las reacciones exergónicas (comúnmente hidrólisis de ATP).

Tienen en general carácter reductivo; la coenzima NADPH es el principal donante de hidrógenos en procesos anabólicos. Ejemplos: gluconeogénesis y síntesis de ácidos grasos.

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Vías Anfibólicas:

Pueden funcionar como anabólicas o catabólicas según las necesidades.

Degradan sustratos oxidativamente, pero también producen metabolitos utilizables para síntesis.

Ejemplo: el ciclo de los ácidos tricarboxílicos oxida acetato a CO+ y H20 con producción de energía y genera intermediarios que pueden servir como sustratos de diversas síntesis.

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La biosíntesis y degradación de las estructuras moleculares de los seres vivos funcionan continuamente; se encuentran en permanente recambio.

En todo organismo viviente existe un equilibrio dinámico entre

anabolismo y catabolismo.

Como consecuencia de este equilibrio se establece un balance material entre el organismo y su entorno.

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Los alimentos proveen la energía y los elementos necesarios para la reparación y mantenimiento de las estructuras vitales.

Los desechos de las transformaciones metabólicas y los elementos no utilizados se excretan a través de los emunetorios.

En el individuo normal adulto el equilibrio se manifiesta por la igualdad entre los totales de átomos ingresados y excretados.

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El mantenimiento de la salud exige proveer, en cantidad y calidad adecuadas, los requerimientos nutricionales.

En el organismo joven en crecimiento existe predominio del anabolismo, lo cual importa la incorporación neta de materia.

En la edad senil, en cambio, el balance se desvía en favor del catabolismo.

En muchas condiciones patológicas, el equilibrio entre anabolismo y catabolismo suele alterarse en uno u otro sentido.

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VIAS METABOLICAS.

Generalmente las transformaciones metabólicas, tanto de degradación como de síntesis, se realizan a través de series de reacciones catalizadas por enzimas, ordenadas en una secuencia definida.

Cada una de esas series de reacciones, llamadas vías metabólicas, convierte un compuesto precursor o inicial en un determinado producto final.

Comúnmente el sustrato inicial, bajo la acción de una enzima específica, es convertido en un producto que sirve de sustrato a otra enzima en la reacción siguiente y así sucesivamente hasta llegar al producto final, en una secuencia lineal de reacciones:

a b c d A B C D E

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La sustancia A (sustrato inicial) se transforma en B por acción de la enzima a; B es convertida en C por la enzima b, etc., hasta obtener el producto final E.

Esta vía metabólica comprende cuatro etapas o reacciones catalizadas por enzimas. Las sustancias B, C y D son los productos intermedios o metabolitos.

Existen vías más complejas, que incluyen puntos de ramificación:

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Si todas las reacciones que integran la vía metabólica fuesen reversibles, las transformaciones podrían recorrerse por el mismo camino en ambos sentidos.

Partiendo de E como sustrato inicial se llega a A, ahora producto final, por un camino exactamente inverso al que lleva de A a E:

Secuencia de reacciones reversibles:

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Cuando una o más de las reacciones de la vía son prácticamente irreversibles, el camino de vuelta debe realizar desvíos:

Como las reacciones C—>D y D—>E son esencialmente irreversibles, el camino de vuelta, entre E y C, requiere la formación de otro producto intermedio S.

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En algunos casos las transformaciones ocurren en forma cíclica; son los llamados ciclos metabólicos

Un ciclo comprende una serie ordenada de reacciones que termina regenerando el compuesto inicial:

Las sustancias aportadas desde el exterior (S) son llamadas alimentadoras; A, B, C y D, son los metabolitos intermediarios y P es el producto liberado.

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Existen ciclos interconectados por uno o más metabolitos intermediarios comunes:

Los ciclos I y II comparten el intermediario C. Las sustancias S y X son alimentadoras; P e Y, productos liberados.

A nivel del compuesto C se establece una conexión que determina el funcionamiento interdependiente de ambos ciclos.

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En otros procesos metabólicos las reacciones siguen una disposición escalonada o "en cascada“, generalmente se trata de reacciones de activación enzimática.

En este tipo de procesos se obtiene una amplificación progresiva de la respuesta, cuando se requiere producción rápida y abundante del compuesto final. Ej: El proceso de coagulación de la sangre.

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ESTUDIOS DEL METABOLISMO

El conocimiento sobre metabolismo intermedio resulta de las contribuciones de numerosos investigadores.

Una vía metabólica presenta dificultades en la determinación de cada una de sus etapas con los inconvenientes de la concentración de los metabolitos intermediarios.

No obstante, se ha logrado determinar numerosas vías metabólicas, establecer sus interconexiones y elaborar complejos "mapas metabólicos" en los cuales se da una visión integrada de esas vías.

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Los primeros estudios demostraron que ciertas sustancias precursoras eran convertidas por el organismos vivientes en un producto final determinado.

El proceso de fermentación sentaron las bases de ese balance material y destacaron la importancia de la catálisis.

Por Ej: La fermentación de la glucosa por la levadura de cerveza produce dióxido de carbono y etanol.

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El carbono no se forma ni se pierde en el proceso; los átomos de C de la molécula de glucosa original son los mismos de los productos finales.

De estas primeras evidencias surgieron con firmeza los conceptos de transformación de precursores en productos, de balance material y del papel fundamental de catalizadores.

A partir de los cuales fueron sucesivamente demostradas series de reacciones o vías metabólicas.

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Métodos de investigación.

El uso de "marcadores" es uno de los recursos metodológicos más fructíferos en los estudios metabólicos.

Uno de los ejemplos clásicos de este tipo de método es el experimento de von Knoop en 1904 sobre oxidación de ácidos grasos en el organismo.

Posteriormente el uso de elementos isotópicos artificiales incorporados como marcadores de una sustancia precursora.

Utilizando ya sea isótopos estables "pesados" o isótopos radiactivos, la

distribución y destino de una sustancia pueden ser seguidos mediante diferentes métodos de detección.

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El uso de isótopos radiactivos ha permitido realizar una verdadera "disección" de muchas vías metabólicas y ha convertido a esta metodología en un auxiliar insustituible en la investigación bioquímica.

El estudio de enzimas aisladas. El análisis de estos catalizadores biológicos brinda conocimientos para aclarar el funcionamiento de una vía metabólica.

También el uso de inhibidores específicos de una enzima ha posibilitado el estudio de secuencias metabólicas y la identificación de metabolitos intermedios.

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Se producen también bloqueos metabólicos en individuos que carecen de una enzima determinada.

Estos defectos son generalmente de origen genético; corresponden a las enfermedades llamadas errores congénitos de metabolismo.

El estudio de estos casos, considerados verdaderos "experimentos de la naturaleza", ha permitido conocer importantes aspectos de numerosas vías metabólicas.

SISTEMAS EMPLEADOS EN LOS ESTUDIOS METABOLICOS

Son seleccionados dependiendo el objetivo de la investigación. Pueden citarse:

ANIMAL INTACTO (Estudios “in vivo”) ORGANO INTACTO, Para análisis de productos formados. CORTES DE TEJIDOS, Finas secciones de tejidos. CELULAS ENTERAS, Aisladas de tejidos. HOMOGENIZADOS DE TEJIDOS, Es posible obtener organelas

subcelulares por centrifugación. EXTRACTO DE TEJIDOS, Se pueden aislar y purificar enzimas,

metabolitos. Hoy con la ayuda de la cromatografía.

ESPECTROSCOPIA DE RESONANCIA NUCLEAR MAGNETICA

Muy utilizado en los últimos años.

Permite investigar transformaciones químicas, identificar metabolitos y su flujo en distintas vías metabólicas en células.

No altera las interrelaciones y condiciones fisiológicas.

Es un método que puede llegar a revolucionar los conocimientos actuales sobre cambios metabólicos.

REGULACION

Un compuesto inicial de una vía metabólica, las enzimas aseguran un producto final. Esto exige una regulación.

La oferta y demanda de un producto debe ser ajustado de acuerdo a las necesidades en los procesos metabólicos.

Las enzimas regulan casi la totalidad de mecanismos metabólicos.

Hay enzimas especificas en el funcionamiento de una vía metabólica.

REGULACION

Cambios en la concentración de sustratos, coenzimas, productos intermedios y finales, pueden afectar la actividad de la enzima , activando o inhibiéndola.

La retroalimentación es un tipo muy común de regulación negativa.

a b c d a b c d

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