El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que ocurren en las células. Se organiza en rutas metabólicas, secuencias de reacciones en las que el producto de una es el sustrato de la siguiente, y cada paso está catalizado por una enzima. En esta lección estudiarás las dos fases del metabolismo y cómo actúan las enzimas.
Catabolismo y anabolismo.
Ambas fases están conectadas: el ATP actúa como moneda energética y coenzimas como NAD⁺, FAD y NADP⁺ transportan electrones entre ellas.
Las enzimas. Son biocatalizadores, casi siempre proteínas (existen ARN con actividad catalítica, las ribozimas). Aceleran las reacciones porque disminuyen la energía de activación; no se consumen ni cambian el equilibrio de la reacción, y actúan en cantidades muy pequeñas. Son muy específicas: el sustrato se une al centro activo, según el modelo de encaje inducido (el centro activo se ajusta al sustrato al unirse). Muchas necesitan un cofactor: un ion metálico o una molécula orgánica llamada coenzima, a menudo derivada de vitaminas del grupo B.
Cinética enzimática. Al aumentar la concentración de sustrato [S], la velocidad (v) crece hasta un máximo, la velocidad máxima (Vmax), cuando todas las enzimas están ocupadas. La ecuación de Michaelis-Menten es v = Vmax · [S] / (Km + [S]). La Km es la concentración de sustrato a la que v = Vmax/2; una Km baja indica gran afinidad de la enzima por su sustrato.
Factores que afectan a la actividad enzimática.
Las enzimas alostéricas tienen centros reguladores donde se unen activadores o inhibidores; así se regulan las rutas, por ejemplo mediante la retroinhibición, en la que el producto final inhibe la primera enzima de la ruta.
Ejemplo 1 (Michaelis-Menten). Una enzima tiene Vmax = 100 µmol/min y Km = 2 mM. Calcula la velocidad con [S] = 2 mM y con [S] = 6 mM.
Ejemplo 2 (catabolismo frente a anabolismo). En la glucólisis una glucosa (6 C) se degrada a dos piruvatos (3 C) y se obtienen 2 ATP netos y 2 NADH: es una ruta catabólica y oxidativa. En la gluconeogénesis del hígado se sintetiza glucosa a partir de piruvato gastando ATP y GTP: es una ruta anabólica.
Una enzima tiene Km = 4 mM y Vmax = 80 µmol/min. ¿Cuál será la velocidad de la reacción cuando [S] = 12 mM?
¿Qué efecto tiene un inhibidor competitivo sobre una enzima?
La microbiología es la ciencia que estudia los microorganismos: seres vivos de tamaño microscópico (bacterias, arqueas, hongos microscópicos, algas unicelulares y protozoos) y también los virus, aunque estos no se consideran seres vivos. Los microorganismos desempeñan papeles fundamentales en los ecosistemas y tienen numerosas aplicaciones biotecnológicas.
Las bacterias son organismos procariotas unicelulares. Son los seres vivos más abundantes del planeta.
Estructura:
• Pared celular: Estructura rígida que rodea la membrana. En bacterias Gram positivas tiene una capa gruesa de peptidoglucano (se tiñen de violeta con la tinción de Gram). En bacterias Gram negativas tiene una capa fina de peptidoglucano y una membrana externa con lipopolisacáridos (se tiñen de rosa). Esta distinción es crucial para elegir el antibiótico adecuado.
• Membrana plasmática: Similar a la de eucariotas pero sin colesterol. Contiene las enzimas de la cadena respiratoria (no tienen mitocondrias).
• Citoplasma: Contiene ribosomas 70S, inclusiones de reserva y el nucleoide (ADN circular, sin membrana nuclear).
• Plásmidos: Pequeños ADN circulares extra que confieren ventajas (resistencia a antibióticos, capacidad de degradar sustancias).
• Cápsula: Capa mucosa externa (en algunas bacterias). Protege contra la fagocitosis y la desecación.
• Flagelos: Apéndices para la locomoción.
• Pili/fimbrias: Apéndices cortos para la adhesión (fimbrias) o transferencia de ADN (pili sexuales, conjugación).
Formas bacterianas: Cocos (esféricos), bacilos (alargados), vibrios (coma), espirilos (espiral rígida), espiroquetas (espiral flexible).
Reproducción: Las bacterias se reproducen asexualmente por fisión binaria (bipartición). También tienen mecanismos de transferencia horizontal de genes:
• Transformación: Captación de ADN libre del medio.
• Transducción: Transferencia de ADN mediante bacteriófagos (virus que infectan bacterias).
• Conjugación: Transferencia directa de plásmidos de una bacteria a otra a través de pili sexuales.
Los virus no son células ni se consideran seres vivos, ya que no tienen metabolismo propio. Son parásitos intracelulares obligados: solo se reproducen dentro de una célula hospedadora.
Estructura:
• Ácido nucleico: ADN o ARN (nunca ambos), monocatenario o bicatenario, lineal o circular.
• Cápsida: Cubierta proteica formada por capsómeros. Simetría icosaédrica (adenovirus), helicoidal (virus del tabaco TMV) o compleja (bacteriófago T4).
• Envoltura lipídica (algunos): Derivada de la membrana de la célula hospedadora (virus de la gripe, VIH, SARS-CoV-2). Los virus con envoltura son más sensibles a jabones y detergentes.
Clasificación (Baltimore): Según el tipo de ácido nucleico y la estrategia de replicación:
Ciclos de reproducción viral:
• Ciclo lítico: El virus infecta la célula, toma el control de la maquinaria celular, replica su genoma, sintetiza sus proteínas, ensambla nuevos viriones y lisa (destruye) la célula para liberarlos.
• Ciclo lisogénico: El ADN viral se integra en el cromosoma de la célula hospedadora (se llama profago) y se replica junto con él. Puede permanecer latente durante generaciones y activarse (pasar al ciclo lítico) bajo ciertas condiciones (estrés, radiación UV).
Beneficios:
• Descomponedores: Reciclan nutrientes en los ecosistemas.
• Industria alimentaria: Fermentación: yogur y queso (Lactobacillus, Streptococcus), cerveza y pan (Saccharomyces cerevisiae, levadura), vino, vinagre.
• Industria farmacéutica: Producción de antibióticos (Penicillium → penicilina), vitaminas, enzimas, proteínas recombinantes (insulina).
• Medio ambiente: Biorremediación, tratamiento de aguas residuales, biocombustibles.
• Investigación: E. coli es el organismo modelo más utilizado en biología molecular.
• Microbiota humana: Bacterias simbiontes esenciales (digestión, síntesis de vitaminas K y B, protección contra patógenos).
Perjuicios: Enfermedades infecciosas (ya estudiadas), deterioro de alimentos, corrosión de materiales, producción de toxinas.
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