Explicación del metabolismo

• Proporcionar energía: Convierten los nutrientes (hidratos de carbono, grasas, proteínas) en energía utilizable (principalmente ATP, trifosfato de adenosina).
• Sintetizar moléculas: Construir moléculas complejas (por ejemplo, proteínas, ácidos nucleicos, lípidos) para estructuras y funciones celulares.
• Descomponer moléculas: Degradar moléculas para liberar energía o reciclar componentes.
• Eliminar residuos: Elimine subproductos como el dióxido de carbono, la urea o el amoníaco.

El metabolismo se divide en dos categorías principales:

• Catabolismo: Descomposición de moléculas complejas (p. ej., glucosa, ácidos grasos) en otras más simples, liberando energía (p. ej., glucólisis, beta-oxidación).
• Anabolismo: Síntesis de moléculas complejas a partir de otras más simples, que requieren energía (por ejemplo, síntesis de proteínas, replicación del ADN).

2. Vías metabólicas clave
El metabolismo implica vías interconectadas, cada una con funciones específicas. Las principales vías son:
a. Metabolismo de los carbohidratos

• Glucólisis: Se produce en el citoplasma, descomponiendo la glucosa (un azúcar de 6 carbonos) en dos moléculas de piruvato, produciendo 2 ATP y 2 NADH (portadores de energía). Es anaeróbica (no necesita oxígeno).
• Ciclo del ácido cítrico (Ciclo de Krebs): En la mitocondria, el piruvato se oxida para producir portadores de energía (NADH, FADH2) y 2 ATP por molécula de glucosa. Requiere oxígeno indirectamente.
• Fosforilación oxidativa: En las mitocondrias, el NADH y el FADH2 donan electrones a la cadena de transporte de electrones (ETC), impulsando la síntesis de ATP a través de la ATP sintasa (produce ~30-34 ATP por glucosa). El oxígeno es el aceptor final de electrones, formando agua.
• Gluconeogénesis: Síntesis de glucosa a partir de fuentes no carbohidratadas (por ejemplo, lactato, aminoácidos) en el hígado, crítica durante el ayuno.
• Glucogénesis y glucogenólisis: Almacenamiento de glucosa en forma de glucógeno (anabolismo) y descomposición del glucógeno en glucosa (catabolismo), respectivamente.

b. Metabolismo de los lípidos

• Beta-Oxidación: Descompone los ácidos grasos en las mitocondrias para producir acetil-CoA (que se introduce en el ciclo de Krebs) y energía (NADH, FADH2). Las grasas producen más ATP por gramo que los hidratos de carbono.
• Lipogénesis: Síntesis de ácidos grasos y triglicéridos, principalmente en el hígado y el tejido adiposo, para el almacenamiento de energía o la formación de membranas.
• Colesterol y síntesis de esteroides: El colesterol, derivado del acetil-CoA, es un precursor de las hormonas esteroideas, los ácidos biliares y las membranas celulares.

c. Metabolismo de las proteínas

• Degradación de proteínas: Las proteínas se descomponen en aminoácidos, que pueden utilizarse para obtener energía (a través de la gluconeogénesis o el ciclo de Krebs) o reciclarse para la síntesis de nuevas proteínas.
• Metabolismo de los aminoácidos: Los aminoácidos se desaminan (el nitrógeno se elimina en forma de amoníaco, convertido en urea) y sus esqueletos de carbono se utilizan para obtener energía o para la síntesis de glucosa, ácidos grasos u otras moléculas.
• Síntesis de proteínas: Proceso anabólico que utiliza aminoácidos para construir proteínas, impulsado por instrucciones genéticas (traducción del ARNm).

d. Otros procesos metabólicos

• Vía de la Pentosa Fosfato: Genera NADPH (para las reacciones biosintéticas y la defensa antioxidante) y ribosa-5-fosfato (para la síntesis de ADN/ARN).
• Ciclo de la urea: Desintoxica el amoníaco procedente de la descomposición de las proteínas, produciendo urea para su excreción.
• Metabolismo del hemo y los nucleótidos: Síntesis y degradación del hemo (para la hemoglobina) y de los nucleótidos (para el ADN/ARN).

3. Regulación del metabolismo

• Insulina: Favorece la captación de glucosa (a través de los transportadores GLUT4), la glucogénesis y la lipogénesis; inhibe la gluconeogénesis y la lipólisis. Se segrega cuando la glucemia es elevada (por ejemplo, después de las comidas).
• Glucagón: Estimula la glucogenólisis, la gluconeogénesis y la lipólisis durante un nivel bajo de glucosa en sangre (por ejemplo, en ayunas).
• Cortisol: Hormona del estrés que favorece la gluconeogénesis y la degradación de las proteínas.
• Epinefrina: Desencadena la glucogenólisis y la lipólisis para obtener energía rápida durante el estrés (lucha o huida).
• Hormonas tiroideas (T3/T4): Aumentan la tasa metabólica basal potenciando la actividad mitocondrial.

b. Regulación enzimática

• Las enzimas controlan el ritmo de las reacciones metabólicas. La regulación se produce a través de:
  • Regulación alostérica: Las moléculas (por ejemplo, ATP, AMP) se unen a las enzimas para activarlas o inhibirlas.
  • Modificación covalente: La fosforilación (por ejemplo, por quinasas) altera la actividad enzimática.
  • Expresión génica: Los factores de transcripción aumentan o disminuyen la producción de enzimas en función de las necesidades celulares.

c. Bucles de realimentación

• La retroalimentación negativa mantiene el equilibrio (p. ej., un nivel elevado de ATP inhibe la glucólisis; un nivel elevado de glucosa desencadena la liberación de insulina).
• La retroalimentación positiva amplifica las respuestas en contextos específicos (por ejemplo, durante la activación inmunitaria).

4. Metabolismo y sistema inmunitario
El metabolismo y el sistema inmunitario están profundamente interrelacionados:

• Demanda de energía: La activación inmunitaria (por ejemplo, durante una infección) requiere una gran cantidad de energía. Las células T activadas y los macrófagos recurren a la glucólisis para una rápida producción de ATP, incluso en condiciones ricas en oxígeno (metabolismo Warburg).
• Detección de nutrientes: Las células inmunitarias dependen de nutrientes como la glutamina y los ácidos grasos para la proliferación y la producción de citocinas.
• Inflamación y metabolismo: La inflamación crónica (por ejemplo, en la obesidad) altera la señalización de la insulina, lo que provoca trastornos metabólicos como la diabetes de tipo 2. A la inversa, el estrés metabólico (por ejemplo, la glucosa elevada) puede desencadenar la inflamación, perjudicando la función inmunitaria.
• Metabolitos como señales: Metabolitos como el lactato o el acetil-CoA actúan como moléculas señalizadoras, modulando las respuestas inmunitarias a través de cambios epigenéticos (por ejemplo, la acetilación de histonas).

5. Metabolismo y genética/epigenética

• Influencia genética: Los genes codifican enzimas, transportadores y receptores críticos para el metabolismo. Las variantes en genes como FTO (riesgo de obesidad), PPARG (metabolismo lipídico) o INS (señalización de la insulina) influyen en la eficiencia metabólica y el riesgo de enfermedad.
• Regulación epigenética: Las modificaciones epigenéticas (metilación del ADN, acetilación de las histonas) controlan la expresión de los genes metabólicos. Por ejemplo:
  • Las dietas ricas en grasas pueden metilar genes implicados en la señalización de la insulina, reduciendo la sensibilidad.
  • El ayuno o la restricción calórica pueden activar las sirtuinas (desacetilasas), mejorando la función mitocondrial y la longevidad.
• Herencia y medio ambiente: Los cambios epigenéticos pueden verse influidos por el estilo de vida (dieta, ejercicio, estrés) y, en algunos casos, transmitirse a la descendencia, afectando a los rasgos metabólicos.

6. Metabolismo y salud
El metabolismo sustenta todos los aspectos de la salud, y su desregulación provoca numerosos trastornos:

• Síndrome metabólicorepresentado por un conjunto de afecciones (obesidad, resistencia a la insulina, hipertensión, dislipidemia) provocadas por un metabolismo deficiente de la glucosa y los lípidos, aumenta el riesgo de diabetes y enfermedades cardiovasculares.
• Diabetes: La de tipo 1 (destrucción autoinmune de las células productoras de insulina) y la de tipo 2 (resistencia a la insulina) alteran el metabolismo de la glucosa y provocan complicaciones sistémicas.
• Obesidad: El almacenamiento excesivo de energía en forma de grasa, a menudo debido a predisposiciones genéticas y al estilo de vida, altera el equilibrio metabólico e inmunitario.
• Cáncer: Las células cancerosas presentan un metabolismo alterado (por ejemplo, aumento de la glucólisis) para favorecer su rápida proliferación, una característica conocida como efecto Warburg.
• Envejecimiento: El declive metabólico (por ejemplo, la reducción de la eficiencia mitocondrial) contribuye a las enfermedades relacionadas con la edad, agravadas por la deriva epigenética y la disfunción inmunitaria.

7. Factores que influyen en el metabolismo

• Dieta: La composición de los nutrientes (carbohidratos, grasas, proteínas) dicta el uso del combustible metabólico. Por ejemplo, las dietas cetogénicas desplazan el metabolismo hacia la oxidación de grasas.
• Ejercicio: Aumenta el gasto energético, mejora la sensibilidad a la insulina y favorece la biogénesis mitocondrial.
• Sueño y estrés: El sueño deficiente o el estrés crónico alteran el equilibrio hormonal (por ejemplo, cortisol, insulina), perjudicando el metabolismo.
• Microbioma: Los microbios intestinales producen metabolitos (por ejemplo, ácidos grasos de cadena corta) que influyen en el metabolismo y la inmunidad del huésped.
• Factores medioambientales: Las toxinas, los contaminantes o la temperatura pueden alterar las tasas metabólicas o la expresión génica.

8. Flexibilidad metabólica
Un metabolismo sano se caracteriza por flexibilidad metabólicaLa flexibilidad es la capacidad de cambiar de fuente de energía (por ejemplo, glucosa frente a grasas) en función de la disponibilidad y la demanda. El deterioro de la flexibilidad (por ejemplo, en la obesidad o la diabetes) conduce a un uso ineficiente de la energía y a enfermedades.

9. Intervenciones terapéuticas y de estilo de vida

• Intervenciones dietéticas: Las dietas equilibradas, la restricción calórica o los regímenes específicos (por ejemplo, mediterráneo, cetogénico) pueden optimizar el metabolismo.
• Ejercicio: El entrenamiento aeróbico y de resistencia mejora la tasa metabólica y la sensibilidad a la insulina.
• Farmacología: Fármacos como la metformina (para la diabetes) o las estatinas (para la dislipidemia) actúan sobre las vías metabólicas.
• Terapias epigenéticas: Los tratamientos emergentes (por ejemplo, los inhibidores de HDAC) pretenden modular las marcas epigenéticas que afectan al metabolismo.
• Medicina personalizada: Los perfiles genéticos y metabólicos pueden guiar intervenciones a medida.

Resumen
El metabolismo es una compleja red de reacciones químicas que proporcionan energía, sintetizan moléculas y mantienen la función celular. Incluye vías catabólicas y anabólicas (por ejemplo, glucólisis, ciclo de Krebs, betaoxidación) reguladas por hormonas, enzimas y mecanismos epigenéticos.
El metabolismo interactúa estrechamente con el sistema inmunitario (alimentando las respuestas inmunitarias, moduladas por la inflamación) y la genética/epigenética (influyendo en la función enzimática y la expresión génica).
La desregulación contribuye a enfermedades como la diabetes, la obesidad y el cáncer, mientras que las intervenciones sobre el estilo de vida (dieta, ejercicio) y las terapias emergentes pueden restablecer el equilibrio.
Comprender el papel del metabolismo en el triángulo inmunogenético es clave para optimizar la salud.