Energia y metabolismo celular

Energia y metabolismo celular

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En la última década se han producido importantes avances en la comprensión de la interacción entre el metabolismo y las respuestas inmunitarias. Ahora es evidente que la función efectora de las células inmunitarias depende en gran medida de la vía metabólica en la que las células están involucradas en un momento determinado, de las condiciones de activación y del microambiente celular. También está claro que algunos intermediarios metabólicos tienen propiedades de señalización además de efectoras y, por tanto, han surgido temas como el inmunometabolismo, la reprogramación metabólica y la simbiosis metabólica (entre otros). Los virus dependen completamente de la energía celular y la maquinaria molecular de su huésped para entrar, multiplicarse y salir para una nueva ronda de infección. Esta revisión explora cómo los virus imitan, explotan o interfieren con las vías metabólicas de la célula huésped y cómo, al hacerlo, pueden evadir las respuestas inmunes. Ofrece un breve resumen de las principales vías metabólicas, la función mitocondrial y las vías de señalización relacionadas con el metabolismo, seguido de ejemplos de los mecanismos por los que varias proteínas víricas regulan la actividad metabólica de la célula huésped.

glucólisis

Las reacciones metabólicas pueden clasificarse como catabólicas, es decir, la descomposición de compuestos (por ejemplo, de glucosa a piruvato mediante la respiración celular), o anabólicas, es decir, la construcción (síntesis) de compuestos (como proteínas, hidratos de carbono, lípidos y ácidos nucleicos). Por lo general, el catabolismo libera energía y el anabolismo la consume.

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Las reacciones químicas del metabolismo se organizan en vías metabólicas, en las que una sustancia química se transforma en otra a través de una serie de pasos, cada uno de los cuales es facilitado por una enzima específica. Las enzimas son cruciales para el metabolismo porque permiten a los organismos impulsar reacciones deseables que requieren energía y no se producen por sí mismas, acoplándolas a reacciones espontáneas que liberan energía. Las enzimas actúan como catalizadores -permiten que una reacción proceda más rápidamente- y también permiten regular la velocidad de una reacción metabólica, por ejemplo, en respuesta a cambios en el entorno de la célula o a señales de otras células.

El sistema metabólico de un organismo concreto determina qué sustancias le resultan nutritivas y cuáles venenosas. Por ejemplo, algunos procariotas utilizan el sulfuro de hidrógeno como nutriente, pero este gas es venenoso para los animales[1] La tasa metabólica basal de un organismo es la medida de la cantidad de energía consumida por todas estas reacciones químicas.

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Las células, al igual que los humanos, no pueden generar energía sin localizar una fuente en su entorno. Sin embargo, mientras que los humanos buscan sustancias como los combustibles fósiles para alimentar sus hogares y negocios, las células buscan su energía en forma de moléculas alimenticias o de luz solar. De hecho, el Sol es la fuente de energía por excelencia para casi todas las células, ya que los procariotas fotosintéticos, las algas y las células vegetales aprovechan la energía solar y la utilizan para fabricar las complejas moléculas alimentarias orgánicas de las que dependen otras células para obtener la energía necesaria para mantener el crecimiento, el metabolismo y la reproducción (Figura 1).

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Los nutrientes celulares se presentan en muchas formas, como los azúcares y las grasas. Para proporcionar energía a una célula, estas moléculas tienen que atravesar la membrana celular, que funciona como una barrera, pero no infranqueable. Como las paredes exteriores de una casa, la membrana plasmática es semipermeable. Del mismo modo que las puertas y ventanas permiten la entrada de las necesidades en la casa, varias proteínas que atraviesan la membrana celular permiten la entrada de moléculas específicas en la célula, aunque pueden requerir un cierto aporte de energía para llevar a cabo esta tarea (Figura 2).

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Todos los organismos vivos necesitan energía para crecer y reproducirse, mantener sus estructuras y responder a su entorno. El metabolismo es el conjunto de procesos químicos que mantienen la vida y que permiten a los organismos transformar la energía química almacenada en las moléculas en energía que puede utilizarse para los procesos celulares. Los animales consumen alimentos para reponer energía; su metabolismo descompone los hidratos de carbono, los lípidos, las proteínas y los ácidos nucleicos para proporcionar energía química a estos procesos. Las plantas convierten la energía luminosa del sol en energía química almacenada en moléculas durante el proceso de fotosíntesis.

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Los científicos utilizan el término bioenergética para hablar del concepto de flujo de energía a través de sistemas vivos como las células. Los procesos celulares, como la construcción y descomposición de moléculas complejas, se producen a través de reacciones químicas paso a paso. Algunas de estas reacciones químicas son espontáneas y liberan energía, mientras que otras requieren energía para llevarse a cabo. Todas las reacciones químicas que tienen lugar en el interior de las células, incluidas las que utilizan energía y las que la liberan, constituyen el metabolismo celular.