Cada célula, ya sea una bacteria unicelular o un organismo eucariota complejo, depende de procesos metabólicos para producir la energía necesaria para el movimiento, la división, el crecimiento y muchas otras funciones. El metabolismo (la serie coordinada de reacciones bioquímicas que convierten los nutrientes en energía utilizable) es el elemento vital de la vida celular.

¿Qué es el metabolismo celular?

En biología celular, el metabolismo se refiere a las reacciones impulsadas enzimáticamente que sustentan a los organismos vivos. Si bien el término se usa a menudo en nutrición para describir cómo nuestro cuerpo procesa los alimentos, en biología molecular denota específicamente las vías bioquímicas que generan ATP, la moneda energética universal.

Vías metabólicas clave

El metabolismo celular abarca varias vías distintas. Los más estudiados son la respiración celular y fotosíntesis :

• Respiración celular – la descomposición de la glucosa para producir ATP, que ocurre principalmente en las mitocondrias de las células eucariotas.
• Fotosíntesis – la conversión de la energía luminosa en energía química, realizada por los cloroplastos de las plantas, las algas y las cianobacterias.

Respiración celular en eucariotas

En las células eucariotas, la respiración se produce a través de cuatro etapas:

• Glucólisis – conversión citoplasmática de una molécula de glucosa en dos moléculas de piruvato, generando 2 ATP y 2 NADH.
• Oxidación del piruvato – entrada mitocondrial de piruvato, que produce acetil‑CoA, 2 CO₂ y 2 NADH por glucosa.
• Ciclo del ácido cítrico (Krebs) – El acetil‑CoA se combina con oxalacetato, produciendo 2 CO₂, 3 NADH, 1 FADH₂ y 1 ATP por glucosa.
• Fosforilación oxidativa – la cadena de transporte de electrones aprovecha los electrones del NADH y FADH₂ para bombear protones, lo que hace que la ATP sintasa produzca ~30-32 ATP por glucosa, con agua como producto final.

El oxígeno actúa como aceptor final de electrones, lo que hace que este proceso sea aeróbico. En ausencia de oxígeno, las células pueden depender de vías anaeróbicas como la fermentación del ácido láctico.

Fotosíntesis en Plantas y Cianobacterias

Los organismos fotosintéticos capturan la energía luminosa en los cloroplastos, mediante dos etapas principales:

• Reacciones dependientes de la luz – ocurren en las membranas tilacoides; la clorofila absorbe la luz, produce ATP, NADPH y descompone el agua en O₂.
• Ciclo de Calvin (reacciones independientes de la luz) – en el estroma, el ATP y el NADPH fijan el CO₂ en gliceraldehído-3-fosfato (G3P), formando finalmente glucosa.

La clorofila a, el pigmento más abundante, absorbe longitudes de onda azules y rojas; la clorofila b extiende la absorción al espectro verde, mientras que la clorofila c se encuentra en los dinoflagelados.

Metabolismo en procariotas

Los organismos procariotas exhiben una notable diversidad metabólica, categorizada como:

• Heterótrofo – obtener carbono de compuestos orgánicos.
• Autótrofo – fijar CO₂ como fuente de carbono; muchos son fotosintéticos.
• Fototrófico – utilizar energía luminosa directamente.
• Quimiotrófico – obtener energía oxidando sustancias químicas inorgánicas.

La tolerancia al oxígeno varía:los aerobios obligados requieren O₂, los anaerobios obligados no pueden tolerarlo y los anaerobios facultativos cambian entre el metabolismo aeróbico y anaeróbico según las condiciones. Por ejemplo, Clostridium botulinum prospera en ambientes anaeróbicos y puede producir la toxina del botulismo.

Fermentación con ácido láctico

Cuando el oxígeno escasea, muchos organismos, incluidas las células musculares humanas, utilizan la fermentación del ácido láctico para generar ATP. La glucólisis produce piruvato, que se reduce a ácido láctico por la lactato deshidrogenasa, regenerando NAD⁺ para la glucólisis continua. Esta vía se explota industrialmente en la producción de yogur, donde Lactobacillus bulgaricus fermenta la lactosa en ácido láctico y cuaja la leche para convertirla en yogur.

Vías anabólicas versus catabólicas

Las vías metabólicas se dividen en dos categorías:

• Anabólico – síntesis que consume mucha energía de moléculas complejas a partir de precursores más simples (p. ej., fotosíntesis).
• Catabólico – descomposición que libera energía de moléculas complejas en otras más simples (p. ej., respiración celular).

Tanto los eucariotas como los procariotas dependen de un equilibrio de estas vías para mantener la función y el crecimiento celular.

Contenido relacionado

• Aminoácidos
• Ácidos grasos
• Expresión genética
• Ácidos nucleicos
• Células madre

Artículo relacionado:Cinco avances recientes que muestran por qué la investigación del cáncer es tan importante