Un Mapa de Metro del Metabolismo en Madrid

Llega un momento en la vida, en el que por algún motivo, tenemos que aprender sobre bioquímica. O nos toca estudiarla, o queremos entender los análisis del médico, o no tenemos la cabeza muy amueblada y nos ponemos a aprender por aprender (con la de canales que hay en la tele).

Yo tuve una asignatura (una vez, hace mucho tiempo) en la que quisieron explicarme la integración de las rutas metabólicas. Con un temario terrible. Con un profesor, no tan horrible. Al menos lo intentaba.

Esa etapa ya pasó. Pero se ve que, de todo lo que uno lee, algo quedará. Mirando el mapa del metro de Madrid me vino un deja vu, y dije, “¡esto lo conozco!”. Y no, nunca antes había estado en la capital. Soy un pobre muchacho de provincias.

Mapa del Metro de Madrid
Mapa del Metro de Madrid

El Mapa del Metabolismo de Madrid

El metabolismo, academicistamente hablando, es el conjunto de reacciones bioquímicas y procesos energéticos que ocurren en la célula, que incluyen una enorme diversidad de conversiones moleculares. Para ti y para mí, es lo que pasa en el organismo entre que algo entra y sale transformado en otra cosa.

La ruta, depende de en qué estación cojas el metro, en que parada te bajas y los trasbordos que quieras hacer. O los que te obliguen si el barrio está lejos del centro.

Las características principales del metabolismo son:

  1. Las rutas metabólicas, como las del metro, son irreversibles: si te saltas una parada, vuelves andando o en trasbordo en otro medio de transporte. Igual las reacciones. Para convertir el compuesto A en el B se usa una reacción diferente que para convertir B en A.
  2. Cada vía metabólica tiene una etapa obligada: aunque toda reacción en esta vida es un equilibrio (que suena bonito, pero significa que no funciona al 100%), existe una reacción exergónica (irreversible dicho de forma pedante) que obliga a continuar la ruta, que normalmente se da al principio de la vía metabólica. Como el inicio de la línea de metro.
  3. Todas las vías están reguladas: el control de las reacciones metabólicas está a cargo de ciertas encimas, que evitan que se sintetizan demasiados metabolitos o que haya una mayor necesidad de generarlos. Si la enzima encuentra su sustrato (que es su media naranja), se abren las puertas de la vía, igual que si sacas el billete de metro, al pasar por la máquina se abre la puerta para que entres.
  4. Compartimentalización (cuesta decirlo y escribirlo a la primera): las reacciones, en células eucariotas, se dan en lugares (orgánulos o partes) específicos de la célula, igual que cada línea de metro recorre un barrio o zona.

Las Líneas del Metro

Las rutas metabólicas son agrupaciones secuenciales de reacciones químicas, en las que cada reacción es catalizada por una enzima específica, y el producto (A→B) de una es el sustrato de la siguiente (B→C).

Digamos que la secuencia de reacciones es una línea del metro, y cada producto es una parada. Algunas vías pueden estar formadas por sólo dos pasos, mientras que otras podrán tener una longitud de una docena de pasos. Y otras ser ciclos. De la misma manera, las líneas de metro son más largas o más cortas dependiendo del barrio, y está la línea circular y la línea principal.

En estas rutas tenemos revisores que controlan el viaje: los metabolitos. Estos son compuestos que se degradan o participan para dar lugar a la reacción. Tenemos nucleótidos, que producen oxidaciones y reducciones; moléculas energéticas, que almacenan o liberan energía a raíz del número de fosfatos que tomen o desprendan; y moléculas ambientales, como el oxígeno o el agua, que está siempre al principio y final del proceso metabólico.

Las vías metabólicas de una célula están interconectadas en varios puntos, de manera que un compuesto generado en una vía puede hacer trasbordo en varias direcciones, según las necesidades del organismo en cada momento.

Clases de Rutas

Hay rutas de ida y de vuelta. Las reacciones catabólicas liberan energía, desmontando moléculas complejas en productos más sencillos. Las reacciones anabólicas, en cambio, utilizan esta energía liberada para recomponer enlaces químicos y construir componentes de las células. El propósito de estas reacciones catabólicas es proveer energía, poder reductor y componentes necesitados por reacciones anabólicas.

Imaginemos que un vagón de metro es una reacción. Cuando va de un barrio periférico al centro, se va llenando de pequeños grupos de personas diferentes (turistas, obreros, gente que hace la compra, etc.). Estos grupos son las moléculas sencillas. Cuando llegan al centro se convierten en un solo grupo que se agolpa a las puertas del metro para salir a toda prisa (porque, admitámoslo, tenemos mucha prisa en salir de los transportes aunque
no tengamos nada que hacer).

Este grupo nuevo es una molécula compleja. El vagón es una reacción catabólica (al menos en hora punta). Cuando hace el recorrido contrario, del centro donde recoge grandes grupos, a las afueras, es una reacción anabólica, porque los grupos son más sencillos y heterogéneos entre sí.

Todo el mundo se va de Móstoles al Centro
Todo el mundo se va de Móstoles al Centro

En el caso de los organismos que degradan biomoléculas, existen diversas reacciones catabólicas que se llevan a cabo en presencia de oxigeno (aeróbicas) o en ausencia de él (anaeróbicas). También en el metro hay muchas ocasiones en las que nos falta el oxígeno… pero ese es otro tema.

Las vías aeróbicas incluyen la degradación de glucosa (glucólisis) y de ácidos grasos (beta-oxidación) a acetil-coenzima-A (acetil-CoA). Las proteínas se descomponen en aminoácidos. Todos ellos entran en el Ciclo de Krebs (famosísimo en el mundo entero, al menos en el mundo de la bioquímica) y la cadena respiratoria, produciendo CO2, H2O y ATP (energía).

La Línea 10 de Metro

Si recordamos el mapa del metro de Madrid, vamos a subirnos en una línea que atraviese la ciudad, la línea 10. Yo, voy a subirme en Plaza de Castilla. Pasaré por varias paradas, en las que entra y sale gente. Saldré con un grupo de personas en Príncipe Pío. Llego del punto A al punto B, que son las paradas que me interesan. En el trayecto, ocurren una serie de reacciones entre estación y estación.

La glucólisis es un proceso a través del cual metabolizamos los azúcares. Por tanto, una de las rutas metabólicas más importantes e interesantes. Se dirige desde la glucosa (habiendo digerido y/o transformado anteriormente azúcares complejos) hasta el piruvato.

La Línea 10 va desde la Parada Glucosa hasta la de Piruvato
La Línea 10 va desde la Parada Glucosa hasta la de Piruvato

Si yo soy la glucosa, y entro con ATP en el vagón, la reacción hará que me convierta en glucosa-6-fosfato, y me quedo en el vagón, y salga ADP en la siguiente estación. Cada tramo es una reacción química, y la suma de estas reacciones de interés, una ruta.

Hacer Trasbordo

El piruvato, la glucosa-6-fosfato y la acetil coenzima-A hacen las conexiones clave entre las rutas metabólicas, dando lugar a la red de metro del metabolismo. Estas tres sustancias serían las estaciones en las que podemos hacer trasbordo.

La glucosa-6-fosfato interviene en las principales rutas del metabolismo de los glúcidos. Cuando la concentración intracelular de glucosa 6P es reducida, esta molécula es defosforilada en el hígado o el riñón, y la glucosa resultante, se libera al plasma, para mantener los valores glucémicos adecuados (o nos tomamos un azucarillo y terminamos antes). Cuando hay demanda de energía, la glucosa 6P entra en la ruta de la glucólisis.

El Acetil-CoA es producto común del catabolismo de los glúcidos, lípidos y proteínas. Su oxidación completa a través del ciclo de Krebs, libera también energía y se transforma en precursores.

El piruvato está situado en otra encrucijada metabólica importante.

El Trasbordo está incluído en el Billete
El Trasbordo está incluído en el Billete

El piruvato se origina en la glucolisis, la deshidrogenación del lactato y la degradación de ciertos aminoácidos. Su reducción a lactato ocurre en las células que se encuentran en condiciones anaeróbicas. Este destino constituye la principal conexión entre el metabolismo de aminoácidos y el de azúcares. El piruvato que accede al interior de la mitocondria se carboxila generando oxalacetato, o por el contrario, se descarboxila oxidativamente para producir acetil-CoA.

El Circular

Todas las rutas no tienen inicio y final. En Madrid tenemos las líneas 6 y 12; las circulares. Mientras que la 12 tiene sólo un trasbordo y recoge una zona hacia la ruta central, la línea 6 pone en contacto el resto de líneas.

Pues existen rutas metabólicas cíclicas que pueden estar en contacto con el resto de rutas, como el Ciclo de Krebs; y otras, como la de la Urea, que sólo se une con aminoácidos concretos, como la línea 12.

Volvamos al metro de Madrid, me he bajado en Príncipe Pío (que equivale al Piruvato). Pero resulta que yo quiero ir a Legazpi. Con lo torpe que soy, probablemente me haya saltado la parada más óptima. Así que hago trasbordo con la línea circular 6, que me lleva hasta la parada (el producto) deseada.

Y sí, acabo de mirar el mapa y había un atajo cogiendo la 3. No me dejéis solo con un mapa, que la lío. Retomando, algo así hace el Ciclo de Krebs.

El Ciclo de Krebs es la Línea Circular del Metro del Organismo
El Ciclo de Krebs es la Línea Circular del Metro del Organismo

El Ciclo de Krebs es el ciclo metabólico fundamental en todas las células que utilizan oxígeno en la respiración celular. En estos organismos aeróbicos, el ciclo de Krebs es el anillo de conjunción de las rutas metabólicas responsables de la degradación y desasimilación de los carbohidratos, grasas y proteínas en CO2 y agua, con la formación de energía química (ADP, ATP, GTP). La mayoría de los combustibles entran en el ciclo ya convertidos en forma de acetil-CoA.

Esta línea, circular, también tiene una función anabólica, suministrando intermediarios para la biosíntesis. Cuando necesitamos esqueletos de carbono para formar moléculas orgánicas, el glucógeno se transforma en glucosa, se sube en Plaza Castilla y sufre la Glucólisis hasta Príncipe Pío. Convertida ya en Piruvato, entra en la línea 6 y se descompone en piezas muy pequeñas. Y luego estas piezas se montan como legos en otra ruta metabólica.

La Red de Metro y la Integración Metabólica Celular

En el citoplasma de la célula, se encuentran los orgánulos. Aquí es dónde se llevan a cabo las rutas metabólicas.

La Célula de un señor de Cuenca
La Célula de un señor de Cuenca

Las proteínas transmembrana arrastran los metabolitos a través de la célula según las necesidades de esta, e interconectando todas las rutas como las líneas del metro se solapan para llegar al lugar adecuado.

El Metro más Importante
El Metro más Importante

La Red de Transporte y la Integración Metabólica en el Organismo

Las pautas metabólicas de cerebro, músculo, tejido adiposo e hígado son profundamente distintas, considerando que estos órganos se diferencian en la utilización de combustibles para satisfacer sus necesidades energéticas.

La actividad metabólica del hígado es esencial para suministrar combustible al cerebro, músculo y otros órganos periféricos. La mayoría de los compuestos absorbidos por el intestino pasan a través del hígado, lo que permite regular el nivel de la mayoría de metabolitos de la sangre.

El hígado juega también un papel central en la regulación del metabolismo lipídico. Cuando los combustibles son abundantes, el hígado esterifica los ácidos grasos, y luego los secreta a la sangre en forma de lipoproteína.

El hígado prefiere como combustible, para satisfacer sus necesidades energéticas, cetoácidos derivados de la degradación de ácidos grasos antes que glucosa.

El objetivo principal de la glucolisis hepática es formar precursores para la biosíntesis.  Así, el hígado renuncia a los combustibles y los exporta al músculo y al cerebro.

El hígado, al fin y al cabo, es un órgano altruista: recibe desechos y suministra gasolina (así, a grosso modo).

El Mapa de Carreteras
El Mapa de Carreteras

Estos órganos y tejidos se reparten las rutas metabólicas por el uso que hacen de los metabolitos. Es decir, los órganos son las redes de metro de diferentes ciudades. Podemos hacer trasbordo dentro de la misma red de metro, aunque para cambiar de ciudad, tenemos que salir a la carretera.

Pero eso, es otra historia.

metabolismo

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Adán Correa Álvarez

Fan del gato de Schrödinger. Quiero una nariz superlativa. En esta casa se siguen las reglas de la termo. Dinámica. A veces me hacen falta subtítulos. Complejo. Graduado en Ciencias Químicas porque me gustaba la Investigación. Ahora Investigo cómo encontrar trabajo con las Ciencias Químicas. Mientras tanto, divulgo.

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