1. Nutrición y metabolismo
CONCEPTO DE NUTRICIÓN
Junto con la reproducción y la relación, la nutrición es una de las funciones que tienen que llevar a cabo todas las células. Consiste en un conjunto de procesos que permiten a la célula obtener la materia y energía que necesitan para crecer, reponer sus estructuras, dividirse o desplazarse.
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Existen dos tipos diferentes de nutrición celular:
- Nutrición heterótrofa: aquella que incorpora como nutrientes sustancias orgánicas, de las que puede obtener energía además de materia. Estas células necesitan pues, que haya otros seres vivos que aporten estas sustancias orgánicas, de ahí que se llamen heterótrofas ("que se alimenta de otros"). Las células de los animales, los hongos y muchos microorganismos tienen este tipo de nutrición.
- Nutrición autótrofa: aquella que permite sintetizar todas las sustancias que necesita la célula incorporando únicamente sustancias inorgánicas. Requiere en este caso una fuente de energía diferente, que bien puede ser la luz o diferentes sustancias químicas. Estas células no necesitan de otros seres vivos para nutrirse, de ahí el término autótrofo, que significa "que se alimenta por sí mismo". Las células fotosintéticas de las plantas, algas y de algunas bacterias se nutren de esta manera.
CONCEPTO DE METABOLISMO
El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que se producen en el interior de la célula, en las que interviene la materia procedente del medio con el fin de incorporarse a la célula o bien producir energía.
- Anabolismo: Conjunto de reacciones por las que una célula es capaz de originar biomoléculas complejas y ricas en energía a partir de moléculas más sencillas y pobres en energía. También se conoce como biosíntesis y conlleva un gasto energético.
- Catabolismo: Conjunto de reacciones químicas por las que una célula utiliza las biomoléculas ricas en energía para formar moléculas más sencillas y pequeñas. En estas reacciones se obtiene energía que se utiliza en las tareas celulares (movimiento, reproducción, crecimiento, etc.)
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Existen una gran cantidad de procesos ligados al anabolismo y al catabolismo. Destacamos tres de ellos:
- La respiración celular, que se lleva a cabo en las mitocondrias de todas las células (catabolismo).
- La fermentación, que se lleva a cabo en el citoplasma de algunas células (catabolismo).
- La fotosíntesis, que se lleva a cabo en los cloroplastos de células vegetales (anabolismo).
Estos procesos presentan una serie de características comunes:
- Están controlados por enzimas que son catalizadores biológicos.
- Consisten en una secuencia de reacciones en las que los productos de una reacción son los sustratos de la siguiente.
- El ATP participa en estos procesos degradándose o formándose.
LA MONEDA ENERGÉTICA: ATP
El ATP es la molécula universal de intercambio de energía y permite conectar los procesos anabólicos que gastan ATP con los procesos catabólicos que lo fabrican.
El proceso de formación del ATP se llama fosforilación y consiste en la adición de un grupo fosfato al ADP para formar ATP:
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La formación del ATP puede realizarse de diferentes maneras:
- Fosforilación a nivel de sustrato: la energía que se necesita para la síntesis de ATP se libera al romperse un sustrato que se forma en el curso de una reacción.
- Fosforilación oxidativa: utiliza para fabricar el ATP la energía liberada por la oxidación de nutrientes. Veremos un poco más de ella en el apartado siguiente.
LOS ELECTRONES VIAJEROS
Decimos que una sustancia se oxida cuando pierde electrones y que se reduce cuando los gana. Evidentemente, cada vez que ocurre una oxidación, hay una reducción, por lo que ambos procesos van unidos.
Cuando los electrones se van, suelen ir acompañados de un protón (H+). La unión de (e-) + (H+) constituye un átomo de hidrógeno (H). Es por ello que la oxidación o pérdida de electrones, suele ser también una deshidrogenación, o pérdida de átomos de hidrógeno. La reducción, por su parte, suele ser una hidrogenación.
El catabolismo, además de energía, libera electrones ya que las moléculas más complejas se oxidan. Algunos dinucleótidos se han especializado en transportar electrones:
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Estos coenzimas, entre los que destaca el NADH, sin participar directamente en la reacción la hacen posible captando y cediendo electrones. Se dice que tienen poder reductor porque, en un momento determinado, ceden electrones a otras moléculas y las reducen. Además, participan en un mecanismo muy peculiar de formación del ATP, la fosforilación oxidativa, en la que los electrones son transferidos desde un donante de electrones a un aceptor de electrones, que suele ser el oxígeno, a través de reacciones redox en las que se libera energía. Esta energía es aprovechada por una importante enzima, la ATP sintasa, para crear ATP.