Importancia biomédica.
En el siglo xix el fisiólogo Claude Bernard enunció la base conceptual para la regulación
metabólica.
Observó que los organismos vivos mostraban respuestas apropiadas desde el punto de
vista cuantitativo y temporal, permitiéndoles sobrevivir a los múltiples desafíos planteados
por cambios en sus ambientes de forma interno o externa.
Después, Walter Cannon acuñó el término “homeostasis” para describir la habilidad de los
animales para mantener un ambiente intracelular constante a pesar de cambios de su
entorno externo.
Hoy se sabe que los organismos responden a cambios en sus ambientes externo e interno
mediante ajustes equilibrados y coordinados de las tasas de reacciones metabólicas
específicas.
Intermediarios metabólicos como el 5’2AMP y el NAD1, así como subproductos como las
especies reactivas de oxígeno sirven como indicadores internos del estado celular.
Cascadas de transducción de señal conectan los receptores que detectan factores
externos con proteínas intracelulares apropiadas para iniciar respuestas adaptativas.
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Las perturbaciones de la maquinaria de respuesta a detector de la cual depende el
mantenimiento del equilibrio homeostático, pueden ser nocivas para la salud de los
humanos.
Enfermedades o condiciones como el cáncer, la diabetes, la fibrosis quística, Alzheimer, se
caracterizan por disfunciones de la regulación desencadenadas por la interacción de
agentes patógenos, mutaciones genéticas, aportaciones nutricionales y prácticas
relacionadas con el estilo de vida.
La regulación del flujo de metabolitos puede ser activa o pasiva.
Las enzimas que operan a su tasa máxima no pueden aumentar su rendimiento para
adaptarse a aumentos repentinos de la disponibilidad de sustrato y sólo pueden responder
a decrementos precipitados de la concentración de sustrato. Como consecuencia, los
valores de Km para casi todas las enzimas tienden a ser cercanos a la concentración
intracelular promedio de sus sustratos, de modo que los cambios de la concentración de
sustrato generan cambios correspondientes del flujo de metabolitos.
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Las respuestas a cambios de la concentración de sustrato representan un medio
importante pero pasivo para coordinar el flujo de metabolitos. Sin embargo, su capacidad
para mostrar respuesta a cambios en variables ambientales es limitada.
El flujo de metabolitos tiende a ser unidireccional
Pese a la existencia de oscilaciones a corto plazo de las concentraciones de metabolitos y
de enzimas, las células vivas existen en un estado estable dinámico en el cual las
concentraciones medias de intermediarios metabólicos permanecen relativamente
constantes con el tiempo.
Aun cuando todas las reacciones químicas son hasta cierto grado reversibles, en las
células vivas los productos de reacción sirven como sustratos y son eliminados por otras
reacciones catalizadas por enzima.
La compartimentación asegura la eficiencia metabólica y simplifica la regulación.
De este modo, muchas reacciones
nominalmente reversibles ocurren de
manera unidireccional. Tal sucesión de
reacciones metabólicas acopladas se
acompaña de un cambio general de la
energía libre que favorece el flujo
unidireccional de metabolitos.
