6: Metabolismo II — Reacciones anabólicas

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Como se señaló al inicio de este libro, la mayor parte de la energía para la vida en este planeta se origina en el sol. En el último capítulo, la discusión fue sobre la descomposición de moléculas complejas como azúcares y grasas que tienen grandes, pero de difícil acceso, energía potencial para producir moléculas como el ATP que pueden actuar como fuentes de energía celular más fácilmente accesibles. Esta energía se utiliza entonces para sintetizar las biomoléculas más complejas necesarias para construir células vivas. Esa síntesis, la formación de azúcares, ácidos grasos y aminoácidos, es el foco de este capítulo. Si bien técnicamente la polimerización de ácidos nucleicos y proteínas son procesos anabólicos, no se incluyen en este capítulo y se examinan en detalle por separado.

6.1: Fotosíntesis
De una forma u otra, la energía de las moléculas de combustible de azúcar y grasa se deriva de la fotosíntesis -la conversión de la energía de la luz solar en energía de enlace químico, ya sea directamente en células vegetales fotosintéticas y ciertas bacterias fotosintéticas, o indirectamente por la ingestión de esas plantas y bacterias. La fotosíntesis es una idea simple: las moléculas de dióxido de carbono atmosférico se unen con moléculas de agua para formar azúcares y oxígeno.
6.2: El Ciclo Calvino
Las reacciones oscuras (fijación de carbono) varían según el tipo de planta. El conjunto más común de reacciones de fijación de carbono se encuentra en plantas de tipo C3, las cuales se denominan así porque el principal intermedio estable es la molécula de 3 carbonos, gliceraldehído-3-fosfato. Estas reacciones, más conocidas como el ciclo de Calvin, fijan CO₂ sobre la pentosa, ribulosa 1,5-bis-fosfato (RuBP).
6.3: La Vía de Pentosa Fosfato
El NADP/NADPH se usa en vías metabólicas reductoras, mientras que NAD+/NADH se usa en vías oxidativas. Con un papel tan importante en la biosíntesis, no es de sorprender que su producción forme parte de una vía metabólica importante, la vía de pentosa fosfato, también llamada vía fosfogluconato, y la derivación de hexosa monofosfato.
6.4: Gluconeogénesis
El proceso de gluconeogénesis es en muchos sentidos el simple opuesto de la glucólisis, por lo que no es sorprendente que algunas de las enzimas utilizadas en la glucólisis sean las mismas que las utilizadas para la gluconeogénesis. No obstante, hay algunas excepciones. Estos surgieron (y probablemente han evolucionado) por dos razones principales: (1) la termodinámica de la reacción es prohibitiva, y (2) la necesidad de un control independiente de los procesos catabólicos y anabólicos.
6.5: Síntesis de glucógeno
Aunque la glucosa es el combustible principal para las células, no es una molécula eficiente para el almacenamiento a largo plazo en organismos complejos (es decir, mayores que unicelulares). Por lo tanto, tanto en plantas como en animales, las moléculas de glucosa se unen entre sí para formar polisacáridos conocidos como glucanos. En los animales, el glucano formado es el glucógeno, el cual consiste en moléculas de glucosa unidas por enlaces glicosídicos. El tamaño promedio de una unidad de glucógeno es un gránulo citoplásmico que contiene más de 100000 moléculas de glucosa.
6.6: Síntesis de ácidos grasos
El sistema de ácido graso sintasa está compuesto por siete enzimas unidas entre sí con una proteína portadora de acilo (ACP). Como se mencionó, este complejo se encuentra en el citoplasma, por lo que sus sustratos también deben estarlo. El acetil-CoA en el citoplasma se deriva principalmente del acetil-CoA mitocondrial a través de una lanzadera de citrato-malato que une la desacetilación en la mitocondria con la acetilación en el citosol.
6.7: Síntesis de aminoácidos
En humanos, solo la mitad de los aminoácidos estándar (Glu, Gln, Pro, Asp, Asn, Ala, Gly, Ser, Tyr, Cys) pueden sintetizarse, y así se clasifican los aminoácidos no esenciales. Dentro de este grupo, los tres primeros, glutamato, glutamina y prolina, tienen una vía anabólica compartida. Comienza con glutamato deshidrogenasa, que agrega amoníaco al α-cetoglutarato en presencia de NADPH para formar glutamato. Esta es una reacción clave para toda la síntesis de aminoácidos.

Miniatura: Los procesos bioquímicos que descomponen las cosas de más grandes a más pequeñas se denominan procesos catabólicos. Los procesos catabólicos suelen ser de naturaleza oxidativa y liberadores de energía. Parte, pero no toda esa energía es capturada como ATP. (CC BY-SA-NC; Kevin Ahern e Indira Rajagopal).