Nutrición Celular y Metabolismo
1. Nutrición conceptos y tipos
La nutrición celular es el conjunto de procesos que permiten la introducción de los nutrientes en la
célula y su posterior conversión en energía y en las biomoléculas necesarias para el mantenimiento
de las funciones vitales.
Si clasificamos a los organismos según su fuente de carbono distinguimos entre:
★ Autótrofos: obtienen moléculas orgánicas a partir de inorgánicas (asimilan CO2 ).
★ Heterótrofos: obtienen moléculas orgánicas a partir de otras moléculas orgánicas sencillas
previamente sintetizadas.
Si clasificamos los organismos según la fuente de obtención de energía distinguimos entre:
★ Fotótrofos: usan la energía lumínica para sintetizar ATP.
★ Quimiótrofos: usan energía química contenida en enlaces de las moléculas que oxidan para
sintetizar ATP.
Si clasificamos los organismos según la fuente de electrones, es decir, según qué moléculas
oxidan, distinguimos:
★ Litótrofos: oxidan (quitan electrones) a moléculas inorgánicas.
★ Organótrofos: oxidan (quitan electrones) a moléculas orgánicas.
Si clasificamos los organismos según el último aceptor de electrones, es decir, según qué molécula se
reduce, distinguimos:
★ Aerobios: el último aceptor es el O2.
★ Anaerobios: el último aceptor es una sustancia diferente al O2.
2. Metabolismo
El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en la célula para satisfacer
sus necesidades de materia y energía. Son reacciones de oxidación-reducción, catalizadas por
enzimas, compartimentadas y acopladas energéticamente a través del ATP.
Características ATP (adenosín trifosfato)
★ Composición química: formado por una base nitrogenada (adenina), por
una ribosa y por tres moléculas de ácido fosfórico.
★ Función: el ATP es un nucleótido capaz de almacenar energía en sus enlaces éster fosfórico
que liberan la energía cuando se hidrolizan. Actúa como intermediario energético (o moneda
energética) en los ssvv y como coenzima, regulador enzimático etc. En ocasiones se utilizan
otras monedas energéticas: GTP, UTP, CTP.
★ Funcionamiento en la transferencia de energía: el ATP se forma por fosforilación del ADP
(las reacciones exotérmicas van ligadas a su formación) y la energía acumulada en esas
reacciones puede cederse y utilizarse nuevamente para otras reacciones mediante la hidrólisis
de este ATP en cualquier parte de la célula donde se requiera energía (anabolismo,
contracción muscular, división celular, transporte activo de sustancias a través de las
membranas…). ADP + Pi (energía) ⇔ ATP + H2O ATP + H2O ⇔ ADP + Pi (energía)
, ★ Síntesis de ATP ocurre por dos vías:
A) Fosforilación a nivel de sustrato: formación de ATP a través de la transferencia de
un grupo fosfato de alta energía desde un compuesto determinado hasta el ADP.
➔ Se produce en la glucólisis y en el ciclo de Krebs.
B) Fosforilación acoplada al transporte de electrones: el transporte de electrones se produce en la
cadena de transporte de electrones mitocondrial (o cadena respiratoria) y en la cadena de transporte
de electrones de los cloroplastos (o cadena fotosintética).
A medida que los electrones circulan por la cadena, pierden energía que es utilizada por la enzima
ATP-sintetasa para formar ATP a partir de ADP + Pi.
★ Célula animal: el ATP se sintetiza en las membranas internas de las mitocondrias mediante la
fosforilación oxidativa que ocurre al final de la respiración celular.
★ Célula vegetal: (además de en las mitocondrias) se sintetiza ATP en las membranas
tilacoidales de los cloroplastos mediante la fotofosforilación que ocurre durante la
fotosíntesis.
Procesos Redox
Una reacción de oxidación-reducción es aquella en la que un agente (oxidante) se reduce al ganar los
electrones de otro agente (reductor) que se oxida al perderlos.
● Oxidante: se reduce ganando los electrones “mangante”.
● Reductor: se oxida al perder los electrones “perdedor”.
Agente Proceso Electrones Número de oxidación
Oxidante Reducción Gana electrones Disminuye
Reductor Oxidación Pierde electrones Aumenta
➔ En dichas reacciones se transfieren electrones en forma de átomos de hidrógeno, es decir,
asociados a un protón (H+) (la deshidrogenación = oxidación).
Los nucleótidos NAD, NADP, FAD que actúan como coenzimas en reacciones de oxidación-reducción,
funcionando como transportadores de electrones (hidrógenos) se encuentran en las reacciones
metabólicas tanto en su forma oxidada (NAD+, NADP+, FAD) como en su forma reducida (NADH,
NADPH, FADH2 ). La transferencia de los átomos de hidrógeno libera gran cantidad de energía que
estaba almacenada en los enlaces de los que formaban parte.
Conceptos importantes
★ Un par redox está compuesto por las dos moléculas que intervienen en cada reacción de
oxido-reducción (NAD+ / NADH y FAD / FADH2 ...).
★ El metabolismo implica cientos de reacciones redox. El catabolismo lo constituyen reacciones
en las que los sustratos se oxidan (glucosa) y los coenzimas se reducen. Las reacciones del
anabolismo son reacciones en las que los sustratos se reducen (CO2) y los coenzimas se
oxidan.
★ En la fotosíntesis (anabólico) y en la respiración aerobia (catabólico) existe una cadena
transportadora de electrones formada por una serie de complejos enzimáticos que aceptan
y ceden pares de electrones de una manera secuencial, hasta un aceptor final que se reduce
definitivamente. Durante el viaje, los electrones van liberando energía que se aprovecha para
sintetizar ATP.
, Reacciones metabólica
Las reacciones metabólicas forman una red compleja. Llamamos ruta metabólica a la secuencia de
reacciones sucesivas, catalizadas por enzimas, en las que distinguimos:
● Un producto inicial de la ruta o sustrato → A
● Productos intermedios o metabolitos → B, C, D...
● Un producto final → P
★ Un metabolito es cualquier sustancia producida
en el transcurso de las reacciones metabólicas.
★ Las rutas pueden ser lineales, ramificadas o circulares. En las circulares, las moléculas que
componen la ruta se van regenerando y son otras moléculas que reaccionan con dicha ruta las
que se gastan y originan los productos.
El metabolismo comprende reacciones catabólicas que degradan las moléculas (con las que se
obtiene energía) y anabólicas, destinadas a la obtención de moléculas (con gasto de energía):
3. Catabolismo
➔ Reacciones de degradación: se transforman las moléculas orgánicas complejas en otras más
sencillas.
➔ Reacciones exotérmicas, liberan energía que es utilizada para sintetizar ATP (energía) a
partir de ADP + Pi.
➔ Reacciones de oxidación: las moléculas orgánicas se oxidan perdiendo e- / H+ que se usan
para reducir coenzimas como el NAD+ o FAD y obtener poder reductor (NADH, NADPH,
FADH2 ).
➔ Reacciones convergentes: a partir de una gran cantidad de compuestos iniciales, se originan
unos pocos productos finales.
➔ Suministra precursores metabólicos a la célula (sustancia necesaria para producir otra).
➔ Rutas catabólicas: glucólisis, respiración celular, fermentación y β-oxidación.
3.1. Glucólisis
La glucólisis es una secuencia de diez reacciones catabólicas que producen la degradación oxidativa
de una molécula de glucosa (6 átomos de C) que se transforma en dos moléculas de ácido pirúvico (3
C cada una).
★ Moléculas iniciales: Glucosa + 2 ATP + 2 NAD+ + 4 ADP + 4Pi.
★ Moléculas finales: 2 Ácido pirúvico + 4 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O.
Reacción química
Glucosa + 2 ADP + 2Pi + 2 NAD+ ➔ 2 Ácido pirúvico + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O
* Se necesita la energía de 2 moléculas de ATP para iniciar el proceso, pero una vez iniciado se producen 2 moléculas de NADH y 4
de ATP.
Balance energético (por cada molécula de glucosa)
2 moléculas de ácido pirúvico
2 moléculas de ATP
2 moléculas de NADH
Características
➔ Ocurre en el citosol/hialoplasma de todas las células, desde procariotas a eucariotas
animales y vegetales.
➔ No necesita oxígeno para llevarse a cabo (puede darse en condiciones tanto anaeróbicas
como aeróbicas).
➔ Obtiene ATP por fosforilación a nivel de sustrato.
➔ Obtiene poder reductor en forma de NADH.
➔ Suministra a la célula metabolitos intermediarios (precursores metabólicos).
1. Nutrición conceptos y tipos
La nutrición celular es el conjunto de procesos que permiten la introducción de los nutrientes en la
célula y su posterior conversión en energía y en las biomoléculas necesarias para el mantenimiento
de las funciones vitales.
Si clasificamos a los organismos según su fuente de carbono distinguimos entre:
★ Autótrofos: obtienen moléculas orgánicas a partir de inorgánicas (asimilan CO2 ).
★ Heterótrofos: obtienen moléculas orgánicas a partir de otras moléculas orgánicas sencillas
previamente sintetizadas.
Si clasificamos los organismos según la fuente de obtención de energía distinguimos entre:
★ Fotótrofos: usan la energía lumínica para sintetizar ATP.
★ Quimiótrofos: usan energía química contenida en enlaces de las moléculas que oxidan para
sintetizar ATP.
Si clasificamos los organismos según la fuente de electrones, es decir, según qué moléculas
oxidan, distinguimos:
★ Litótrofos: oxidan (quitan electrones) a moléculas inorgánicas.
★ Organótrofos: oxidan (quitan electrones) a moléculas orgánicas.
Si clasificamos los organismos según el último aceptor de electrones, es decir, según qué molécula se
reduce, distinguimos:
★ Aerobios: el último aceptor es el O2.
★ Anaerobios: el último aceptor es una sustancia diferente al O2.
2. Metabolismo
El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en la célula para satisfacer
sus necesidades de materia y energía. Son reacciones de oxidación-reducción, catalizadas por
enzimas, compartimentadas y acopladas energéticamente a través del ATP.
Características ATP (adenosín trifosfato)
★ Composición química: formado por una base nitrogenada (adenina), por
una ribosa y por tres moléculas de ácido fosfórico.
★ Función: el ATP es un nucleótido capaz de almacenar energía en sus enlaces éster fosfórico
que liberan la energía cuando se hidrolizan. Actúa como intermediario energético (o moneda
energética) en los ssvv y como coenzima, regulador enzimático etc. En ocasiones se utilizan
otras monedas energéticas: GTP, UTP, CTP.
★ Funcionamiento en la transferencia de energía: el ATP se forma por fosforilación del ADP
(las reacciones exotérmicas van ligadas a su formación) y la energía acumulada en esas
reacciones puede cederse y utilizarse nuevamente para otras reacciones mediante la hidrólisis
de este ATP en cualquier parte de la célula donde se requiera energía (anabolismo,
contracción muscular, división celular, transporte activo de sustancias a través de las
membranas…). ADP + Pi (energía) ⇔ ATP + H2O ATP + H2O ⇔ ADP + Pi (energía)
, ★ Síntesis de ATP ocurre por dos vías:
A) Fosforilación a nivel de sustrato: formación de ATP a través de la transferencia de
un grupo fosfato de alta energía desde un compuesto determinado hasta el ADP.
➔ Se produce en la glucólisis y en el ciclo de Krebs.
B) Fosforilación acoplada al transporte de electrones: el transporte de electrones se produce en la
cadena de transporte de electrones mitocondrial (o cadena respiratoria) y en la cadena de transporte
de electrones de los cloroplastos (o cadena fotosintética).
A medida que los electrones circulan por la cadena, pierden energía que es utilizada por la enzima
ATP-sintetasa para formar ATP a partir de ADP + Pi.
★ Célula animal: el ATP se sintetiza en las membranas internas de las mitocondrias mediante la
fosforilación oxidativa que ocurre al final de la respiración celular.
★ Célula vegetal: (además de en las mitocondrias) se sintetiza ATP en las membranas
tilacoidales de los cloroplastos mediante la fotofosforilación que ocurre durante la
fotosíntesis.
Procesos Redox
Una reacción de oxidación-reducción es aquella en la que un agente (oxidante) se reduce al ganar los
electrones de otro agente (reductor) que se oxida al perderlos.
● Oxidante: se reduce ganando los electrones “mangante”.
● Reductor: se oxida al perder los electrones “perdedor”.
Agente Proceso Electrones Número de oxidación
Oxidante Reducción Gana electrones Disminuye
Reductor Oxidación Pierde electrones Aumenta
➔ En dichas reacciones se transfieren electrones en forma de átomos de hidrógeno, es decir,
asociados a un protón (H+) (la deshidrogenación = oxidación).
Los nucleótidos NAD, NADP, FAD que actúan como coenzimas en reacciones de oxidación-reducción,
funcionando como transportadores de electrones (hidrógenos) se encuentran en las reacciones
metabólicas tanto en su forma oxidada (NAD+, NADP+, FAD) como en su forma reducida (NADH,
NADPH, FADH2 ). La transferencia de los átomos de hidrógeno libera gran cantidad de energía que
estaba almacenada en los enlaces de los que formaban parte.
Conceptos importantes
★ Un par redox está compuesto por las dos moléculas que intervienen en cada reacción de
oxido-reducción (NAD+ / NADH y FAD / FADH2 ...).
★ El metabolismo implica cientos de reacciones redox. El catabolismo lo constituyen reacciones
en las que los sustratos se oxidan (glucosa) y los coenzimas se reducen. Las reacciones del
anabolismo son reacciones en las que los sustratos se reducen (CO2) y los coenzimas se
oxidan.
★ En la fotosíntesis (anabólico) y en la respiración aerobia (catabólico) existe una cadena
transportadora de electrones formada por una serie de complejos enzimáticos que aceptan
y ceden pares de electrones de una manera secuencial, hasta un aceptor final que se reduce
definitivamente. Durante el viaje, los electrones van liberando energía que se aprovecha para
sintetizar ATP.
, Reacciones metabólica
Las reacciones metabólicas forman una red compleja. Llamamos ruta metabólica a la secuencia de
reacciones sucesivas, catalizadas por enzimas, en las que distinguimos:
● Un producto inicial de la ruta o sustrato → A
● Productos intermedios o metabolitos → B, C, D...
● Un producto final → P
★ Un metabolito es cualquier sustancia producida
en el transcurso de las reacciones metabólicas.
★ Las rutas pueden ser lineales, ramificadas o circulares. En las circulares, las moléculas que
componen la ruta se van regenerando y son otras moléculas que reaccionan con dicha ruta las
que se gastan y originan los productos.
El metabolismo comprende reacciones catabólicas que degradan las moléculas (con las que se
obtiene energía) y anabólicas, destinadas a la obtención de moléculas (con gasto de energía):
3. Catabolismo
➔ Reacciones de degradación: se transforman las moléculas orgánicas complejas en otras más
sencillas.
➔ Reacciones exotérmicas, liberan energía que es utilizada para sintetizar ATP (energía) a
partir de ADP + Pi.
➔ Reacciones de oxidación: las moléculas orgánicas se oxidan perdiendo e- / H+ que se usan
para reducir coenzimas como el NAD+ o FAD y obtener poder reductor (NADH, NADPH,
FADH2 ).
➔ Reacciones convergentes: a partir de una gran cantidad de compuestos iniciales, se originan
unos pocos productos finales.
➔ Suministra precursores metabólicos a la célula (sustancia necesaria para producir otra).
➔ Rutas catabólicas: glucólisis, respiración celular, fermentación y β-oxidación.
3.1. Glucólisis
La glucólisis es una secuencia de diez reacciones catabólicas que producen la degradación oxidativa
de una molécula de glucosa (6 átomos de C) que se transforma en dos moléculas de ácido pirúvico (3
C cada una).
★ Moléculas iniciales: Glucosa + 2 ATP + 2 NAD+ + 4 ADP + 4Pi.
★ Moléculas finales: 2 Ácido pirúvico + 4 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O.
Reacción química
Glucosa + 2 ADP + 2Pi + 2 NAD+ ➔ 2 Ácido pirúvico + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O
* Se necesita la energía de 2 moléculas de ATP para iniciar el proceso, pero una vez iniciado se producen 2 moléculas de NADH y 4
de ATP.
Balance energético (por cada molécula de glucosa)
2 moléculas de ácido pirúvico
2 moléculas de ATP
2 moléculas de NADH
Características
➔ Ocurre en el citosol/hialoplasma de todas las células, desde procariotas a eucariotas
animales y vegetales.
➔ No necesita oxígeno para llevarse a cabo (puede darse en condiciones tanto anaeróbicas
como aeróbicas).
➔ Obtiene ATP por fosforilación a nivel de sustrato.
➔ Obtiene poder reductor en forma de NADH.
➔ Suministra a la célula metabolitos intermediarios (precursores metabólicos).
