Metabolismo celular: Introducción a la química biológica

Los materiales ingresan a la célula por medio de diversos tipos de transporte de acuerdo con distintos factores. Una vez en el interior de esta son transformados en el citoplasma o en distintas organelas. Algunos de estos materiales, cómo los aminoácidos son unidos entre sí para formar sustancias más complejas, como las proteínas; esta unión requiere la incorporación de energía. Las reacciones de síntesis proveen a la célula los materiales necesarios para el crecimiento, la reparación y la multiplicación, y se llevan a cabo en organelas específicas del citoplasma. La síntesis de proteínas a partir de aminoácidos por ejemplo se lleva a cabo en los ribosomas.

La energía que es requerida para las reacciones de síntesis queda almacenada en los enlaces químicos de las moléculas que se forman. Este reservorio energético es utilizado por la célula en caso de necesitarse.

Otros materiales que penetran en la célula a través de su membrana son utilizados como fuente de energía o de nutrientes, y para ellos son sometidos a reacciones de degradación, es decir, sus moléculas se rompen, y en su ruptura liberan la energía que mantenía unidos a sus componentes. Así, por ejemplo, a partir de la degradación de la glucosa en presencia de oxígeno se obtienen dióxido de carbono y agua en una serie de reacciones que se llevan a cabo en el citoplasma y en las mitocondrias (en el caso de las células eucariotas).

Las reacciones de degradación son las que proveen a la célula la energía necesaria para construir y mantener la estructura celular y también para realizar sus funciones.

El conjunto de reacciones químicas en las que se sintetizan sustancias a partir de otras sustancias relativamente más sencillas con aporte de energía se denominan anabólicas. En estas reacciones, la energía queda almacenada en los enlaces de los átomos que constituyen, por lo que se denominan reacciones endergónicas.

Las reacciones químicas en las que se degradan moléculas de estructura molecular compleja en otras de composición más sencilla se denominan catabólicas. Las reacciones de este tipo se libera energía contenida en los enlaces químicos por lo que reciben el nombre de reacciones exergónicas. Ambos tipos de reacciones, degradación y síntesis, dan como resultado un continuo intercambio y transformación de materia y energía entre el sistema vivo y el medio, que se denomina metabolismo. Esta palabra en griego significa cambio.

Muchos pares de reacciones catabólicas y anabólicas suelen estar acopladas, esto es, se producen en un mismo lugar y al mismo tiempo. Esto sucede porque la energía que se libera en las reacciones de degradación queda disponible para ser utilizada en las reacciones de síntesis. Es notable como la respiración celular y la fotosíntesis están acopladas a nivel planetario. La energía liberada en las reacciones catabólicas, no es utilizada directamente en las reacciones anabólicas, por ello se requiere de compuestos intermediarios que la almacenan en sus enlaces químicos. Más adelante hablaremos de una molécula que se llama ATP que es la encargada de almacenar la energía hasta que es necesaria.