Proviene de la palabra griega metaballein, que significa «cambiar». Becker, Kleinsmith y Hardin (2007) describen el metabolismo como todas las reacciones químicas que ocurren dentro de la célula. No obstante, Karp (2008) dice que:
Es el cúmulo de reacciones bioquímicas que ocurren dentro de una célula y que incluyen una tremenda diversidad de conversiones moleculares. La mayoría de estas reacciones puede agruparse en vías metabólicas que contienen una secuencia de reacciones químicas en las que una enzima específica cataliza cada reacción y el producto de una reacción es el sustrato de la siguiente.
En relación a lo mencionado, el metabolismo es el conjunto de reacciones bioquímicas y procesos físicoquímicos que ocurren en una célula y en el organismo. Asimismo, estos complejos procesos interrelacionados son la base de la vida a escala molecular, y permiten las diversas actividades de las células: crecer, reproducirse, mantener sus estructuras, responder a estímulos, etc. Las vías metabólicas de una célula están interconectadas en varios puntos, por lo que el compuesto que se genera en una vía puede enviarse en varias direcciones, según sean los requerimientos de la célula en ese momento.
El metabolismo global de una célula consiste, en definitiva, en muchas rutas metabólicas específicas, cada una de ellas para una operación concreta. Desde la perspectiva de los bioquímicos, la vida a nivel celular se puede definir como una red integrada de reacciones metabólicas cuidadosamente acopladas en la que cada una de ellas contribuye a la suma de las actividades que la célula debe llevar a cabo.
Las rutas metabólicas son de dos tipos generales. Las rutas en las que se sintetizan componentes celulares se denominan «rutas anabólicas» (utilizando el prefijo griego ana- que significa «hacia arriba»), mientras que aquéllas implicadas en la degradación de constituyentes celulares se denominan «rutas catabólicas» (usando el prefijo griego kata- que significa «hacia abajo»).
Las rutas anabólicas: Conducen a la síntesis de compuestos más complejos a partir de materiales iniciales más simples. Asimismo, implican un incremento sustancial del orden molecular y por lo tanto una disminución local de la entropía, y son endergónicas (requieren energía). Las vías anabólicas requieren energía y usan la energía química liberada por las vías catabólicas exergónicas.
Las rutas catabólicas: Se encargan de degradar moléculas complejas para formar productos más sencillos. Son exergónicas (liberan energía), en parte debido a que implican una disminución en el orden molecular (incremento de entropía). Las rutas catabólicas tienen dos papeles en la célula: Liberar la energía libre necesaria para las funciones celulares y generar las pequeñas moléculas orgánicas o metabolitos, que son los ladrillos de construcción para la biosíntesis. Estos dos papeles son complementarios, debido a que parte de la energía libre liberada por las reacciones catabólicas se utiliza para en rutas anabólicas en las que se sintetizan macromolecúlas y otros componentes celulares a partir de metabolitos como los azúcares, aminoácidos y nucleótidos.
La energía liberada en las vías catabólicas se almacena por un tiempo en dos formas: como fosfatos de alta energía (sobre todo ATP) y como electrones de alta energía (sobre todo NADPH). Las reacciones catabólicas pueden tener lugar tanto en presencia como en ausencia de oxígeno (es decir, tanto en condiciones aerobias como anaerobias). La producción energética es mucho mayor en presencia de oxígeno, lo que explica la preponderancia de organismos aeróbicos en el mundo. Sin embargo, el catabolismo anaerobio también es importante, no sólo para organismos que se encuentran en entornos pobres en oxígeno sino también para organismos y células que están temporalmente privados de oxígeno.
La molécula más comúnmente utilizada como intermediario energético es el compuesto fosforilado adenosina trifosfato (ATP). El ATP es, en otras palabras, la «divisa» energética del mundo biológico. El ATP está implicado en la mayoría de las transacciones energéticas celulares. Y es una molécula compleja que contiene la base aromática adenina, el azúcar de 5 carbonos ribosa y una cadena de 3 grupos fosfato. Los grupos fosfato están conectados entre sí por puentes fosfoanhídrido y la ribosa por medio de un enlace fosfoéster. El compuesto formado por la unión de adenina y ribosa se denomina adenosina. La adenosina puede encontrarse en la célula de forma no fosforilada o con uno, dos o tres fosfatos unidos al carbono 5 de la ribosa, formando adenosina monofosfato (AMP), difosfato (ADP) y trifosfato (ATP), respectivamente.
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