Construir y destruir moléculas es la dinámica de la vida. Los sistemas vivos constantemente toman y transforman materia y energía del entorno, con lo que generan nuevas estructuras o reponen las gastadas y compensan el desorden y la destrucción que es a lo que tiende todo en el universo.

El conjunto de todas las transformaciones de energía, y por tanto de materia, que hay en el organismo constituye el metabolismo (del griego Metaballo=transformar), el cual se integra en dos procesos antagónicos pero complementarios e inseparables: anabolismo y catabolismo, construcción y destrucción.

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El diagrama anterior representa el motor de las transformaciones energéticas, en el que dos coenzimas, el ATP y el NAD, actúan de lanzaderas energéticas tomando y cediendo cantidades discretas de energía en reacciones exergónicas y endergónicas (también conocidas como exotérmicas y endotérmicas) que se llevan a cabo en el interior de las células. En el terreno biológico se prefiere esos términos, en lugar de endotérmico y exotérmico, porque hacen referencia a otros tipos de energía cinética.

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Si bien los procesos que llevan a la destrucción de las moléculas y a la liberación de su energía potencial son comunes a todos los organismos eucariotas, su capacidad de síntesis es diferente. La primera distinción reside en la capacidad de aprovechar el CO₂ como fuente de carbono, que sólo se encuentra entre algas, plantas y ciertos procariotas. A estos organismos autótrofos, se contraponen los heterótrofos, incapaces de sintetizar azúcar usando CO₂.

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Una vez que el organismo cuenta con azúcar, la capacidad de síntesis varía de una especie a otra. Esto es muy notable entre los heterótrofos; hay hongos que pueden sintetizar cualquier sustancia orgánica a partir del azúcar, en cambio los mamíferos necesitan una gran variedad de sustancias orgánicas. Entre los autótrofos, las diferencias se presentan en la producción de ciertas sustancias especializadas con que estos organismos han solucionado ciertos retos de su entorno, como la digitalina con la que la dedalera (Digitalis purpurea) se defiende de ataques de animales.

Hay que tener en cuenta que en cada reacción química hay una enzima que la controla y que cada enzima es producto de la acción de uno o más genes. Por tanto, la capacidad de sintetizar o de poder utilizar o no unas u otras sustancias, es heredada y varía de unos organismos a otros. Un ejemplo es la capacidad de síntesis de la vitamina C que tienen la gran mayoría de organismos incluyendo a los mamíferos, pero de la que carecen los humanos y los cuyos. Por esta razón, en los largos viajes de circunnavegación, los marineros morían de escorbuto, en tanto las ratas proliferaban.

Las capacidades metabólicas de las especies reflejan la evolución y con ello los cambios sufridos a partir del ancestro común. Las transformaciones, que culminan con la construcción de nuevas moléculas –igual que las que llevan a la destrucción y liberación de su energía– siguen un orden preestablecido hasta obtener un producto específico, de ahí que se conozcan como rutas o caminos o vías metabólicas (conjunto de reacciones que sigue una secuencia y culmina con un producto necesario para la supervivencia del organismo).

Cuando se ha iniciado un camino metabólico no hay marcha atrás, no importa si son reacciones endo o exergónicas, la gran velocidad con que ocurren las reacciones controladas por las enzimas, determina que el producto de una reacción química sea de inmediato captado por la enzima que controla la siguiente reacción, evitando toda posibilidad de regreso.

La gran variedad de vías metabólicas que llevan a construir compuestos, destruirlos o reciclarlos se interconectan no sólo por las lanzaderas energéticas (NAD y ATP), el producto de una reacción es el sustrato de otra. El goloso regordete es el ejemplo vivo de cómo las sustancias se transforman, de cómo el azúcar se desvía hacia las grasas. Si no reparamos demasiado en que si en una dieta existen ciertos aminoácidos, es porque éstos se sintetiza a partir de otras sustancias.

El metabolismo es una intrincada red de caminos con un gran número de encrucijadas, que integran los procesos anabólicos y catabólicos, encrucijadas en donde el seguir un camino u otro tendrá consecuencias totalmente distintas. Esta posibilidad de opción, conlleva que las transformaciones sean acordes a las condiciones internas y externas del individuo, garantizando con ello la supervivencia.

En este mapa de las vías metabólicas (series de puntos conectados con rayas) observa que la enorme mayoría son secuencias lineales, que cada secuencia se conecta con otras en uno o más puntos, que hay puntos donde coinciden varias vías metabólicas y, que en varios puntos de la secuencia central, que termina en un círculo, coinciden muchas líneas.

Estas encrucijadas están controladas por las mismas enzimas que catalizan la reacción. Al inicio de las vías metabólicas y en sus interjecciones, hay enzimas alostéricas cuyo funcionamiento cambia de acuerdo a las condiciones del entorno, enzimas que son inhibidas o activadas según las necesidades de las células.

Las enzimas alostéricas tienen cuando menos dos dominios; uno en donde se recibe el sustrato y cataliza la reacción y otro donde encaja el producto final de la vía metabólica cuya función es la regulación de la actividad de la enzima.

La interacción del producto final de la vía metabólica con la enzima del inicio modifica su forma tridimensional, de manera que el sustrato no puede acomodarse en el sitio activo (no hay reacción química) y por lo tanto se inhibe esa enzima, y al no haberse producido la reacción queda bloqueada toda la secuencia y la vía metabólica se inactiva. Esta interacción enzima—producto final (inhibidor) es resultado de la concentración de este último.

El avance de un sustrato a lo largo de una vía metabólica está en función tanto de la concentración del sustrato como de la concentración de las enzimas y del aprovechamiento del producto final. Si el producto final de esa vía no puede aprovecharse con la celeridad con que el sustrato inicial llega a la ruta, se acumula y acaba por ser acogido en el sitio activo del dominio de control de la enzima alostérica del inicio de la ruta y ésta se inhabilita.

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