Los 3 tipos de rutas metabólicas (y ejemplos)

Somos pura química. Cualquier ser vivo debe ser capaz de albergar en su interior “fábricas” e “industrias” que, por un lado, generen la energía necesaria para mantener funcionales todos los procesos vitales y, por otro lado, consuman energía para fabricar moléculas que, de nuevo, nos mantengan vivos.

En este sentido, las personas (y cualquier otro ser vivo) somos un “horno” de reacciones químicas. En el interior de nuestras células tienen lugar una serie de procesos bioquímicos en los que las moléculas (que vienen de los alimentos que consumimos) se rompen, liberando así energía.

Posteriormente, esta energía que se ha obtenido es consumida también por parte de la célula para mantenerse activa y sintetizar moléculas que necesita para garantizar nuestra salud. Esta energía se necesita para, entre muchas otras cosas, permitir la comunicación entre neuronas, renovar y regenerar células, permitir los movimientos musculares, activar el sistema inmune, etc.

Este delicado equilibrio entre obtener y consumir energía se denomina metabolismo. Y en nuestro cuerpo tiene lugar distintas rutas metabólicas, las cuales tienen importancia individual pero se relacionan las unas con las otras. En el artículo de hoy entenderemos qué son las rutas metabólicas, qué características tienen cada uno de los distintos tipos y veremos ejemplos de cada.

¿Qué son las rutas metabólicas?

A grandes rasgos, una ruta metabólica es una reacción química en la que una molécula A se convierte en una molécula B. Si la molécula B es más compleja que la A, para generarla será necesario gastar energía, pero si es más sencilla, este proceso generará energía.

Esto es solo un resumen. Pero la realidad es que la bioquímica y todo lo que tiene que ver con el metabolismo se encuentra entre lo más complicado de la biología, pues estas reacciones químicas, además de que en ellas están involucradas muchas moléculas distintas, están ligadas entre ellas, por lo que no pueden estudiarse de forma compartimentada.

Pero como el objetivo de hoy no es hacer una clase de bioquímica pura, intentaremos simplificarlo al máximo para que algo tan complejo como el metabolismo resulte, al menos, un poco más comprensible.

Y para entender lo que es el metabolismo, introduciremos algunos protagonistas: células, metabolitos, enzimas, energía y materia. Ahora los veremos uno por uno y analizaremos su papel.

Todas las reacciones químicas tienen lugar en el interior de nuestras células. Esto significa que todos y cada uno de los procesos para obtener (y consumir) energía suceden dentro de nuestras células, ya sean del sistema nervioso o de los músculos. Dependiendo de la ruta, esta tendrá lugar en el citoplasma, en el núcleo, en las mitocondrias, etc.

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Y es que el medio interno de las células reúne todas las condiciones necesarias para permitir que las reacciones químicas de obtención (y consumo) de energía sean eficientes. Pero, ¿por qué? Muy sencillo: porque en el interior de las células es donde tenemos unas moléculas imprescindibles para acelerar las reacciones químicas. Estas moléculas reciben el nombre de enzimas.

Estas enzimas son moléculas que aceleran la conversión de un metabolito a otro. Sin ellas, las reacciones químicas serían demasiado lentas y algunas incluso no podrían realizarse. Intentar desarrollar las reacciones químicas fuera de las células sería como intentar encender un petardo dentro del agua. Y hacerlo sin enzimas, intentar que la mecha prendiera sin fuego.

En este sentido, las enzimas son nuestro “mechero”, pues son las moléculas que hacen posible esta conversión de metabolitos. Y llevamos rato hablando de metabolitos, pero, ¿qué son exactamente? Los metabolitos son cada una de las moléculas que se generan en una reacción química.

Cualquier sustancia producida durante el metabolismo recibe el nombre de metabolito. Hay veces en las que solo hay dos, una sustancia de origen (metabolito A) y un producto final (metabolito B), pero la inmensa mayoría de veces, entre el origen y el final, hay decenas de metabolitos intermedios.

Cada paso de un metabolito a otro es posible gracias a la acción de las enzimas. Y es imprescindible que en el interior de nuestras células haya un correcto equilibrio entre metabolitos, pues esto hace posible que nuestro cuerpo mantenga su homeostasis, es decir, que nuestras funciones vitales permanezcan estables.

Y faltan dos conceptos: energía y materia. Y estos deben analizarse juntos, pues el metabolismo y las reacciones metabólicas en sí son una especie de “baile” entre energía y materia. Estas están relacionadas y deben encontrar su equilibrio.

La materia es la sustancia orgánica que da lugar a nuestros órganos y tejidos. Y la energía, la “fuerza” que da combustible a nuestras células para que desarrollen sus funciones. Y decimos que están relacionadas estrechamente porque para conseguir energía hay que consumir materia (que viene de los alimentos), pero para generar materia también hay que consumir energía.

Y en esto se basa el metabolismo. Dependiendo de lo que necesite el cuerpo, quemará materia para conseguir energía o consumirá energía para generar materia orgánica. Y aquí está la clave para entender en qué se diferencian los distintos tipos de rutas metabólicas.

¿Cuáles son las principales rutas metabólicas?

Como hemos dicho, las rutas metabólicas están diseñadas para obtener energía (mediante la degradación de materia orgánica) o bien para generar materia (consumiendo energía). Esto es la idea básica, peo hay cientos de matices y aclaraciones que podríamos hacer, pero con este resumen nos sirve.

Las tres rutas metabólicas principales nacen de este criterio, es decir, de la finalidad de las reacciones químicas que realizan. A continuación las veremos una por una y presentaremos ejemplos de rutas metabólicas específicas.

1. Rutas catabólicas

Las rutas catabólicas son las reacciones químicas aceleradas por enzimas que permiten la degradación oxidativa de la materia orgánica. En otras palabras, una ruta catabólica es aquella en la que la materia orgánica se consume con el objetivo de conseguir energía que utilice la célula para mantenerse viva y desarrollar su función.

Para encontrar una metáfora, una ruta catabólica es lo que sucede en una chimenea. Mediante el fuego (lo que sería la enzima), quemamos la materia orgánica (la degradamos) con el objetivo de generar energía, en este caso en forma de calor.

Dependiendo de la célula, esta energía irá destinada a una función u otra. La musculares, por ejemplo, degradan materia orgánica con el objetivo de conseguir combustible que haga posible la contracción de las fibras musculares y así permitir que agarremos objetos, corramos, saltemos, etc.

Pero como no podemos consumir nuestra propia materia orgánica (el cuerpo solo lo hace en situaciones de emergencia) esta materia tiene que proceder del exterior. Y esta es la razón de que comamos.

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La alimentación tiene el único propósito de darle a nuestro cuerpo unos metabolitos que pueda romper en otros de más sencillos y, fruto de esta rotura de moléculas, liberar energía en forma de ATP, que es la molécula “combustible” de nuestro cuerpo. Igual que los coches consumen gasolina para funcionar, nuestras células consumen ATP. Todas las reacciones catabólicas culminan con la obtención de este ATP, aunque por el camino hay diferencias sustanciales entre ellas.

Los ejemplos más importantes de catabolismo con la glucólisis y la beta oxidación. La glucólisis es una ruta metabólica en la que, partiendo de la glucosa (es decir, azúcar), esta empieza a degradarse en moléculas cada vez más sencillas hasta dar lugar a dos moléculas de piruvato (por cada molécula de glucosa, se obtienen dos), obteniéndose una ganancia de dos moléculas de ATP. Es la vía más rápida de obtención de energía y la más eficiente.

La beta oxidación, por su parte, es una ruta metabólica similar pero que no parte de la glucosa, sino de los ácidos grasos. La ruta metabólica es más compleja y tiene el objetivo de degradar las cadenas de ácidos grasos hasta dar lugar a una molécula conocida como acetil-CoA (coenzima A), la cual ingresa en otra ruta metabólica conocida como ciclo de Krebs y que veremos más adelante.

2. Rutas anabólicas

Las rutas anabólicas son las reacciones químicas aceleradas por enzimas que permiten la síntesis de materia orgánica. En otras palabras, las reacciones anabólicas son aquellas en las que no se obtiene energía, sino todo lo contrario, pues esta debe consumirse para lograr pasar de moléculas sencillas a otras de más complejas. Es el inverso a las catabólicas.

Las reacciones catabólicas culminaban con la obtención de ATP. Estas moléculas “combustible” son utilizadas por las rutas anabólicas (de ahí que digamos que todas las rutas están interconectadas) para sintetizar moléculas complejas a partir de sencillas con el objetivo principal de regenerar células y de mantener saludables los órganos y tejidos del organismo.

Ejemplos de rutas anabólicas importantes son la gluconeogénesis, la biosíntesis de ácidos grasos y el ciclo de Calvin. La gluconeogénesis es el inverso de la glicólisis, pues en este caso, partiendo de aminoácidos u otras moléculas estructuralmente sencillas, se consume ATP con el objetivo de sintetizar moléculas cada vez más complejas hasta dar lugar a la glucosa, la cual es imprescindible para alimentar al cerebro y a los músculos. Esta ruta anabólica es muy importante cuando no ingerimos glucosa a través de los alimentos y hay que “echar mano” de las reservas que tenemos en forma de glucógeno.

La biosíntesis de ácidos grasos, por su parte, es el inverso de la beta oxidación. Esta ruta anabólica, gracias al consumo de ATP y al aporte de moléculas precursoras, permite la síntesis de cadenas de ácidos grasos, algo muy importante para conformar las membranas de las células.

Y el ciclo de Calvin es un ruta anabólica exclusiva de los organismos fotosintéticos (como las plantas), una fase imprescindible de la fotosíntesis en la que se obtiene ATP gracias a la energía lumínica y átomos de carbono a través del CO2, permitiendo así la síntesis de glucosa.

3. Rutas anfibólicas

Las rutas anfibólicas, como se puede deducir por su nombre, son reacciones químicas metabólicamente mixtas, es decir, rutas en las que algunas fases son propias del catabolismo y otras, del anabolismo. Esto permite que den precursores (metabolitos) a otras rutas y también que recojan los metabolitos de otras, convirtiéndose así en piezas centrales del metabolismo.

La ruta anfibólica por excelencia es el ciclo de Krebs. El ciclo de Krebs es una de las rutas metabólicas más importantes en los seres vivos, pues unifica el metabolismo de las moléculas orgánicas más importantes: hidratos de carbono, ácidos grasos y proteínas.

También es una de las más complejas, pero puede resumirse en que consiste en las reacciones químicas de “respiración” de las células. Sucediendo en el interior de las mitocondrias y partiendo de una molécula conocida como acetil coenzima A, empieza un proceso bioquímico con distintos pasos que culminan con la liberación de energía en forma de ATP (parte catabólica) pero también se sintetizan precursores para otras rutas metabólicas que van destinadas a la síntesis de moléculas orgánicas (parte anabólica), especialmente aminoácidos.