Metabolismo: Diferenzas entre revisións

O metabolismo dun organismo determina que substancias son para el nutritivas e cales son velenosas. Por exemplo, algúns [[procariota]]s utilizan o [[sulfuro de hidróxeno]] como nutriente, pero este gas é velenoso para os animais.<ref name="Physiology1">{{citeCita journalpublicación periódica |author=Friedrich C |title=Physiology and genetics of sulfur-oxidizing bacteria |journal=Adv Microb Physiol |volume=39 |issue= |pages=235–89 |year=1998 |pmid=9328649 |doi=10.1016/S0065-2911(08)60018-1 |series=Advances in Microbial Physiology |isbn=9780120277391}}</ref> A velocidade do metabolismo, chamada [[taxa metabólica basal|taxa metabólica]], inflúe na cantidade de alimento que require un organismo, e tamén afecta a como pode obtelo.

Unha característica notable do metabolismo é a semelanza de todas as vías metabólicas básicas e dos seus compoñentes entre as máis diversas especies.<ref>{{citeCita journalpublicación periódica |author=Pace NR |title=The universal nature of biochemistry |journal=Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. |volume=98 |issue=3 |pages=805–8 |year=2001 |month=January |pmid=11158550 |pmc=33372 |doi=10.1073/pnas.98.3.805 |bibcode=2001PNAS...98..805P}}</ref> Por exemplo, o conxunto de [[ácido carboxílico|ácidos carboxílicos]] que funcionan como intermediarios do [[ciclo do ácido cítrico]] está presente en todos os organismos coñecidos, e encóntrase en especies tan diversas como [[organismo unicelular|organismos unicelulares]] como a bacteria ''[[Escherichia coli]]'' e [[organismo pluricelular|organismos pluricelulares]] enormes como os [[elefante]]s ou as [[balea]]s.<ref name=SmithE>{{citeCita journalpublicación periódica |author=Smith E, Morowitz H |title=Universality in intermediary metabolism |pmc=516543 |journal=Proc Natl Acad Sci USA |volume=101 |issue=36 |pages=13168–73 |year=2004 |pmid=15340153 |doi=10.1073/pnas.0404922101 |url=http://www.pnas.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=15340153|bibcode = 2004PNAS..10113168S }}</ref> Estas rechamantes semellanzas nas vías metabólicas débense probablemente á súa aparición en época moi temperá na [[historia evolutiva da vida]], e a que foron conservadas debido á súa grande eficacia.<ref name=Ebenhoh>{{citeCita journalpublicación periódica |author=Ebenhöh O, Heinrich R |title=Evolutionary optimization of metabolic pathways. Theoretical reconstruction of the stoichiometry of ATP and NADH producing systems |journal=Bull Math Biol |volume=63 |issue=1 |pages=21–55 |year=2001 |pmid=11146883 |doi=10.1006/bulm.2000.0197}}</ref><ref name=Cascante>{{citeCita journalpublicación periódica |author=Meléndez-Hevia E, Waddell T, Cascante M |title=The puzzle of the Krebs citric acid cycle: assembling the pieces of chemically feasible reactions, and opportunism in the design of metabolic pathways during evolution |journal=J Mol Evol |volume=43 |issue=3 |pages=293–303 |year=1996 |pmid=8703096 |doi=10.1007/BF02338838}}</ref>

{{FilomapaA|tamaño=400px||pé=[[Árbore filoxenética]] que mostra as relacións entre as arqueas e outras formas de vida. Os [[Célula eucariótica|eucariotas]] están coloreados de vermello, as [[arquea]]s de verde e as [[bacteria]]s de azul. Adaptado de Ciccarelli ''et al''.<ref>{{citeCita journalpublicación periódica|author=Ciccarelli FD, Doerks T, von Mering C, Creevey CJ, Snel B, Bork P |title=Toward automatic reconstruction of a highly resolved tree of life |journal=Science |volume=311 |issue=5765 |pages=1283&ndash;7 |year=2006 |pmid=16513982 |doi=10.1126/science.1123061}}</ref> Prema en cada filo para ir á súa páxina.}}

As rutas centrais do catabolismo descritas antes, como a [[glicólise]] e o [[ciclo de Krebs]], están presentes nos tres [[dominio (bioloxía)|dominios]] de seres vivos e seguramente estaban xa presentes no [[antepasado universal común]].<ref name=SmithE/><ref>{{citeCita journalpublicación periódica |author=Romano A, Conway T |title=Evolution of carbohydrate metabolic pathways |journal=Res Microbiol |volume=147 |issue=6–7 |pages=448–55 |year=1996 |pmid=9084754 |doi=10.1016/0923-2508(96)83998-2}}</ref> Esta célula antepasada universal dos seres vivos era [[procariota]] e probablemente un organismo [[metanóxeno]] que tiña un amplo metabolismo de aminoácidos, nucleótidos, carbohidratos e lípidos.<ref>{{citeCita journalpublicación periódica |author=Koch A |title=How did bacteria come to be? |journal=Adv Microb Physiol |volume=40 |pages=353–99 |year=1998 |pmid=9889982 |doi=10.1016/S0065-2911(08)60135-6 |series=Advances in Microbial Physiology |isbn=978-0-12-027740-7}}</ref><ref>{{citeCita journalpublicación periódica |author=Ouzounis C, Kyrpides N |title=The emergence of major cellular processes in evolution |journal=FEBS Lett |volume=390 |issue=2 |pages=119–23 |year=1996 |pmid=8706840 |doi=10.1016/0014-5793(96)00631-X}}</ref> A conservación destas vías metabólicas primitivas durante as posteriores fase da [[evoloución]] pode ser o resultado de que estas reaccións son unha óptima solución aos seus problemas metabólicos particulares, e vías como a glicólise e o ciclo do ácido cítrico producen os seus produtos finais con alta eficiencia e nun número mínimo de pasos.<ref name=Ebenhoh/><ref name=Cascante/><ref>C.Michael Hogan. 2010. [http://www.eoearth.org/article/Mutation?topic=49496 ''Mutation''. ed. E.Monosson and C.J.Cleveland. Encyclopedia of Earth. National Council for Science and the Environment. Washington DC]</ref>

As primeiras vías metabólicas puideron ser parte do antigo [[mundo de ARN]], e as primeiras vías do metabolismo baseado en encimas puideron ser parte do metabolismo das [[purina]]s.<ref>{{citeCita journalpublicación periódica |author=Caetano-Anolles G, Kim HS, Mittenthal JE |title=The origin of modern metabolic networks inferred from phylogenomic analysis of protein architecture |journal=Proc Natl Acad Sci USA |volume=104 |issue=22 |pages=9358–63 |year=2007 |pmid=17517598 |doi=10.1073/pnas.0701214104 |pmc=1890499|bibcode = 2007PNAS..104.9358C }}</ref>

Propuxéronse moitos modelos para describir os mecanismos polos cales evolucionaron as novas vías metabólicas. Entre eles está a adición secuencial de novos encimas a unha curta vía ancestral, a duplicación e despois a diverxencia de vías enteiras e o recrutamento de encimas preexistentes e a súa ensamblaxe en vías con novas reaccións.<ref>{{citeCita journalpublicación periódica |author=Schmidt S, Sunyaev S, Bork P, Dandekar T |title=Metabolites: a helping hand for pathway evolution? |journal=Trends Biochem Sci |volume=28 |issue=6 |pages=336–41 |year=2003 |pmid=12826406 |doi=10.1016/S0968-0004(03)00114-2}}</ref> A importancia relativa destes mecanismos non está claro, pero os estudos xenómicos mostran que os encimas dunha vía evolucionaron probablemente a partir dun antepasado compartido, e suxiren que moitas vías evolucionaron paso a paso e fóronse creando novas funcións a a partir de pasos preexistentes na vía.<ref>{{citeCita journalpublicación periódica |author=Light S, Kraulis P |title=Network analysis of metabolic enzyme evolution in Escherichia coli |journal=BMC Bioinformatics |volume=5|pages=15 |year=2004 |pmid=15113413 |doi=10.1186/1471-2105-5-15 |pmc=394313}} {{citeCita journalpublicación periódica |author=Alves R, Chaleil R, Sternberg M |title=Evolution of enzymes in metabolism: a network perspective |journal=J Mol Biol |volume=320 |issue=4 |pages=751–70 |year=2002 |pmid=12095253 |doi=10.1016/S0022-2836(02)00546-6}}</ref> Un modelo alternativo procede dos estudos que tratan de rastrear a evolución das estruturas das proteínas nas redes metabólicas, e propón que os encimas son recrutados de forma xeneralizada, tomando prestados encimas de vías metabólicas diferentes para realizar funcións similares noutras vías (evidente na base de datos [[MANET]])<ref>{{citeCita journalpublicación periódica |author=Kim HS, Mittenthal JE, Caetano-Anolles G|title=MANET: tracing evolution of protein architecture in metabolic networks |journal=BMC Bioinformatics|volume=7 |pages=351 |year=2006 |pmid=16854231|doi=10.1186/1471-2105-7-351 |pmc=1559654}}</ref> Este proceso de recrutamento orixinou un mosaico encimático evolutivo.<ref>{{citeCita journalpublicación periódica |author=Teichmann SA, Rison SC, Thornton JM, Riley M, Gough J, Chothia C|title=Small-molecule metabolsim: an enzyme mosaic |journal=Trends Biotechnol|volume=19 |issue=12 |pages=482–6 |year=2001 |pmid=11711174|doi=10.1016/S0167-7799(01)01813-3}}</ref> Unha terceira posibilidade é que algunhas partes do metabolismo poderían existir como "módulos" que poden reutilizarse en diferentes rutas e realizar similares funcións sobre distintas moléculas.<ref>{{citeCita journalpublicación periódica |author=Spirin V, Gelfand M, Mironov A, Mirny L |title=A metabolic network in the evolutionary context: Multiscale structure and modularity |journal=Proc Natl Acad Sci USA |volume=103 |issue=23 |pages=8774–9 |year=2006 |month=June |pmid=16731630 |pmc=1482654 |doi=10.1073/pnas.0510258103 |url=http://www.pnas.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=16731630|bibcode = 2006PNAS..103.8774S }}</ref>

Igual que a evolución orixina novas rutas metabólicas, esta pode tamén causar a perda de funcións metabólicas. Por exemplo, perdéronse algúns procesos metabólicos de [[parasito]]s que non son esenciais para sobrevivir e como alternativa poden captar do seu [[hóspede]] aminoácidos, nucleótidos e carbohidratos xa formados.<ref>{{citeCita journalpublicación periódica |author=Lawrence J |title=Common themes in the genome strategies of pathogens |journal=Curr Opin Genet Dev |volume=15 |issue=6 |pages=584–8 |year=2005 |pmid=16188434 |doi=10.1016/j.gde.2005.09.007}} {{citeCita journalpublicación periódica |author=Wernegreen J |title=For better or worse: genomic consequences of intracellular mutualism and parasitism |journal=Curr Opin Genet Dev |volume=15 |issue=6 |pages=572–83 |year=2005 |pmid=16230003 |doi=10.1016/j.gde.2005.09.013}}</ref> Poden verse tamén capacidades metabólicas reducidas en organismos [[endosimbiose|endosimbiontes]].<ref>{{citeCita journalpublicación periódica |author=Pál C, Papp B, Lercher M, Csermely P, Oliver S, Hurst L |title=Chance and necessity in the evolution of minimal metabolic networks |journal=Nature |volume=440 |issue=7084 |pages=667–70 |year=2006 |pmid=16572170 |doi=10.1038/nature04568|bibcode = 2006Natur.440..667P }}</ref>

O termo ''metabolismo'' deriva do grego Μεταβολισμός&nbsp;– "Metabolismos", "cambio", ou "derrocamento".<ref>{{cite web | title=Metabolism |publisher=The Online Etymology Dictionary | url=http://www.etymonline.com/index.php?term=metabolism |accessdate=2007-02-20}}</ref> A historia do estudo científico do metabolismo abrangue moitos séculos e empezou examinando animais completos, e seguiu en tempos da moderna bioquímica examinando as reaccións metabólicas por separado. Os primeiros experimentos controlados sobre metabolismo humano publicounos [[Santorio Santorio]] en 1614 no seu libro ''Ars de statica medicina''.<ref>{{citeCita journalpublicación periódica |author=Eknoyan G |title=Santorio Sanctorius (1561–1636)&nbsp;– founding father of metabolic balance studies |journal=Am J Nephrol |volume=19 |issue=2 |pages=226–33 |year=1999 |pmid=10213823 |doi=10.1159/000013455}}</ref> Alí describía como se pesou antes e despois de comer, durmir, traballar, ter relacións sexuais, xaxuar, beber, e excretar. A conclusión foi que a maioría da comida que tomaba se perdía no que el chamaba "transpiración insensible".

Nestes primeiros estudos, non se identificaron os mecanismos destes procesos metabólicos e pensábase que había unha [[vitalismo|forza vital]] que animaba os tecidos vivos.<ref>Williams, H. S. (1904) [http://etext.lib.virginia.edu/toc/modeng/public/Wil4Sci.html A History of Science: in Five Volumes. Volume IV: Modern Development of the Chemical and Biological Sciences] Harper and Brothers (New York) Retrieved on 2007-03-26</ref> No século XIX, cando se estudou a [[fermentación]] do azucre a [[alcohol]] realizado polos [[lévedo]]s, [[Louis Pasteur]] tirou a conclusión de que dita fermentación estaba catalizada por substancias contidas nos lévedos, que el chamou "fermentos". Escribiu: "a fermentación alcohólica é un acto correlacionado coa vida e a organización das células de lévedos, non coa morte e a putrefacción das células."<ref>{{citeCita journalpublicación periódica |author=Dubos J.|year=1951 |title= Louis Pasteur: Free Lance of Science, Gollancz. Quoted in Manchester K. L. (1995) Louis Pasteur (1822–1895)—chance and the prepared mind|journal= Trends Biotechnol| volume=13 |issue=12 |pages=511–515 |pmid= 8595136 |doi=10.1016/S0167-7799(00)89014-9}}</ref> Este descubrimento, xunto coa publicación por [[Friedrich Woehler|Friedrich Wöhler]] en 1828 da síntese química da [[urea]],<ref>{{citeCita journalpublicación periódica |author=Kinne-Saffran E, Kinne R |title=Vitalism and synthesis of urea. From Friedrich Wöhler to Hans A. Krebs |journal=Am J Nephrol |volume=19 |issue=2 |pages=290–4 |year=1999 |pmid=10213830 |doi=10.1159/000013463}}</ref> que foi o primeiro composto orgánico obtido utilizando precursores inorgánicos, probou que os compostos orgánicos e as reaccións químicas que se dan nas células non eran diferentes, en principio, ás de calquera outra rama da química.

O descubrimento dos [[encima]]s por [[Eduard Buchner]] a principios do século XX permitiu separar o estudo das reaccións químicas metabólicas do estudo biolóxico das células, e significou o comezo da [[bioquímica]].<ref>Eduard Buchner's 1907 [http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1907/buchner-lecture.html Nobel lecture] at http://nobelprize.org Accessed 2007-03-20</ref> Os coñecementos bioquímicos medraron rapidamente ao longo do século XX. Un dos máis prolíficos dos modernos bioquímicos foi [[Hans Adolf Krebs|Hans Krebs]] que fixo grandes contribucións ao estudo do metabolismo.<ref>{{citeCita journalpublicación periódica |author=Kornberg H |title=Krebs and his trinity of cycles |journal=Nat Rev Mol Cell Biol |volume=1 |issue=3 |pages=225–8 |year=2000 |pmid=11252898 |doi=10.1038/35043073}}</ref> Krebs descubriu o [[ciclo da urea]] e despois, traballando con [[Hans Kornberg]], o [[ciclo do ácido cítrico]] e o do [[ciclo do glioxilato|glioxilato]].<ref>{{citeCita journalpublicación periódica |author=Krebs HA, Henseleit K |title=Untersuchungen über die Harnstoffbildung im tierkorper |journal=Z. Physiol. Chem. |volume=210 |pages=33–66 |year=1932 |doi=10.1515/bchm2.1932.210.1-2.33}}<br/>

{{citeCita journalpublicación periódica |author=Krebs H, Johnson W |title=Metabolism of ketonic acids in animal tissues |journal=Biochem J |volume=31 |issue=4 |pages=645–60 |year=1937 |month=April |pmid=16746382 |pmc=1266984}}</ref><ref name=Kornberg/> A moderna investigación bioquímica viuse moi pulada polo desenvolvemento de novas técnicas como a [[cromatografía]], [[difracción de raios X]], [[espectroscopía de resonancia magnética nuclear]], [[marcaxe radioisotópica]], [[microscopio electrónico|microscopía electrónica]] e simulacións de [[dinámica molecular]]. Estas técnicas permitiron o descubrimento e análise detallada de moitas moléculas e vías metabólicas das células.