Las Macromoléculas

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Las Macromoléculas

Presentación

Nombre: Surely

Apellidos: Feliz Ramírez

Institución: Instituto de Formación Docente Salomé Ureña

Profesor: César Batista

Materia: Tecnología de la información Aplicada a la Educación

Tema: Las Macromoléculas y el metabolismo.

Matrícula: 20173-0230

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Las Macromoléculas

Las Macromoléculas Piensa en lo que comiste en el almuerzo. ¿Alguno de los alimentos tenía una etiqueta de "información nutricional"? De ser así, y, si le echaste un vistazo a la etiqueta, tal vez estés ya familiarizado con los diferentes tipos de moléculas biológicas grandes que estudiaremos aquí. Si te preguntas que hace en tu comida algo que suena tan raro como "molécula biológica grande", la respuesta es que proporciona los componentes que necesitas para mantener tu cuerpo, ¡porque tu cuerpo también está hecho con moléculas biológicas grandes!

Del mismo modo en cómo puedes ser considerado una mezcla de átomos o una bolsa de agua que habla y camina, también puedes ser visto como un conjunto de los cuatro tipos principales de moléculas biológicas grandes: carbohidratos (como los azúcares), lípidos (como las grasas), proteínas y ácidos nucleicos (como el ADN y el ARN). Esto no significa que estas son las únicas moléculas en tu cuerpo, sino que las moléculas grandes más importantes pueden dividirse en estos grupos. Juntos, los cuatro grupos de moléculas biológicas grandes componen la mayoría del peso seco de la célula. (El agua, una molécula pequeña, constituye la mayor parte del peso húmedo).

Las moléculas biológicas grandes realizan una amplia variedad de trabajos en un organismo.

Algunos carbohidratos almacenan combustible para las necesidades energéticas futuras y algunos lípidos son componentes estructurales esenciales de las membranas celulares. Los ácidos nucleicos guardan y transfieren información hereditaria, mucha de la cual proporciona instrucciones para construir proteínas. Las proteínas probablemente sean las que tienen la gama de funciones más amplia: algunas proveen soporte estructural, pero muchas son como pequeñas máquinas que llevan a cabo trabajos específicos en una célula, como catalizar reacciones metabólicas o recibir y transmitir señales.

Veremos los carbohidratos, lípidos, ácidos nucleicos y proteínas con más detalle en algunos artículos más adelante. Aquí, profundizaremos un poco más en las reacciones químicas clave que construyen y degradan estas moléculas.

Monómeros y polímeros La mayoría de las moléculas biológicas grandes son polímeros, largas cadenas compuestas de subunidades moleculares repetitivas, o unidades estructurales, llamadas monómeros. Si piensas en un monómero como una cuenta, puedes considerar que un polímero es como un collar: una serie de cuentas enlazadas.

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Los carbohidratos, ácidos nucleicos y proteínas se encuentran en la naturaleza en forma de polímeros largos. Debido a su naturaleza polimérica y a su gran (¡a veces enorme!) tamaño, se clasifican como macromoléculas, grandes (macro-) moléculas formadas por la unión de subunidades más pequeñas. Los lípidos, que normalmente no son polímeros y que son más pequeños que las otras tres, no se consideran formalmente como macromoléculas. start superscript, 1, comma, 2, end superscript. Sin embargo, muchas otras fuentes usan el término “macromolécula” de manera más general, como un nombre común para los cuatro tipos de moléculas biológicas grande. Simplemente, es otra forma de nombrarlas, así que no te fijes tanto en eso. Solo recuerda que los lípidos son uno de los cuatro tipos principales de moléculas biológicas grandes, pero que generalmente no forman polímeros.

Síntesis por deshidratación ¿Cómo se forman polímeros a partir de monómeros? Las moléculas biológicas grandes normalmente se forman mediante reacciones de síntesis por deshidratación, en las que un monómero se une por enlace covalente a otro monómero (o a una cadena creciente de monómeros), liberando una molécula de agua en el proceso. Puedes recordar qué sucede por el nombre de la reacción: síntesis, por la formación de un enlace nuevo y deshidratación, por la pérdida de la molécula de agua.

Reacción de síntesis por deshidratación entre dos moléculas de glucosa, formando una molécula de maltosa con la liberación de una molécula de agua.

En la reacción de síntesis por deshidratación que se muestra arriba, dos moléculas del azúcar glucosa (monómeros) se combinan para formar una sola molécula de maltosa. Una de las moléculas de glucosa pierde un H, la otra pierde un grupo OH y se libera una molécula de agua mientras se forma un nuevo enlace covalente entre las dos moléculas de glucosa. Conforme se añaden más monómeros por el mismo proceso, la cadena se hace cada vez más larga, formando un polímero.

Aunque los polímeros se formen repitiendo unidades monoméricas, hay mucho espacio para formas y composiciones variadas. Los carbohidratos, ácidos nucleicos y proteínas pueden contener varios tipos diferentes de monómeros, cuya composición y secuencia son importantes para su función. Por ejemplo, el ADN tiene cuatro tipos de monómeros de nucleótidos, así como 20 tipos de monómeros de aminoácidos encontrados normalmente en las proteínas del cuerpo. Inclusive, un único tipo de monómero puede formar diferentes polímeros con propiedades distintas. Por ejemplo, el almidón, el glucógeno y la celulosa son carbohidratos compuestos de monómeros de glucosa, pero tienen diferentes patrones de enlace y ramificación.

Hidrólisis

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¿Cómo los polímeros se convierten nuevamente en monómeros (por ejemplo, cuando el cuerpo necesita reciclar una molécula para formar otra diferente)? Los polímeros se descomponen en monómeros mediante reacciones de hidrólisis, en las que un enlace se rompe (lisis) al incorporar una molécula de agua.

Durante una reacción de hidrólisis, una molécula compuesta de varias subunidades se divide en dos: una de las nuevas moléculas gana un átomo de hidrógeno, mientras que la otra gana un grupo hidroxilo (-OH), los cuales son donados por el agua. Esto es simplemente la reacción inversa de la síntesis por deshidratación, que libera un monómero que se puede utilizar en la formación de un nuevo polímero. Por ejemplo, en la reacción de hidrólisis siguiente, una molécula de agua divide a la maltosa para liberar dos monómeros de glucosa, una reacción inversa de la síntesis por deshidratación ya señalada.

Hidrólisis de la maltosa, en el cual una molécula de maltosa se combina con una molécula de agua, produciendo dos monómeros de glucosa.

Las reacciones de síntesis por deshidratación forman moléculas y suelen requerir energía, mientras que las reacciones de hidrólisis degradan las moléculas y suelen liberar energía. Los carbohidratos, las proteínas y los ácidos nucleicos se forman y degradan por este tipo de reacciones, aunque los monómeros implicados son diferentes en cada caso. (En una célula, los ácidos nucleicos en realidad no se polimerizan mediante síntesis por deshidratación; analizaremos cómo se construyen en el artículo sobre ácidos nucleicos). Las reacciones de deshidratación sintéticas también participan en la formación de ciertos tipos de lípidos a pesar de que estos no son polímeros.

En el cuerpo, las enzimas catalizan, o aceleran, las reacciones de síntesis por deshidratación y las reacciones de hidrólisis. Las enzimas involucradas en la ruptura de enlaces a menudo reciben nombres que terminan con -asa. Por ejemplo, la enzima maltasa degrada la maltosa, las lipasas rompen los lípidos y las peptidasas descomponen proteínas (también llamados polipéptidos, como veremos en el artículo sobre las proteínas). Mientras viaja a través de tu sistema digestivo —de hecho, desde el momento que toca tu saliva— el alimento es degradado por enzimas como estas, que rompen las moléculas biológicas grandes para liberar las unidades estructurales más pequeñas que pueden ser fácilmente absorbidas y utilizadas por el cuerpo.

Macromolécula

Estructura química de un polipéptido, un ejemplo de macromolécula.

Una macromolécula es una molécula de gran tamaño creada comúnmente por la polimerización de subunidades más pequeñas (monómeros). Por lo general se componen de miles, o más, de

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átomos. Pueden ser tanto orgánicas como inorgánicas y las más comunes en bioquímica son biopolímeros (ácidos nucleicos, proteínas, carbohidratos y polifenoles) y grandes moléculas no poliméricas (como lípidos y macro ciclos).1 Son macromoléculas sintéticas los plásticos comunes y las fibras sintéticas, así como algunos materiales experimentales, como los nanotubos de carbono.23

El término macromolécula se refería originalmente a las moléculas que pesaban más de 10.000 Dalton de masa atómica.4 aunque pueden alcanzar millones de UMAs. Definición Macromolécula Molécula polimérica Una molécula de elevada masa molecular relativa, cuya estructura esencialmente comprende la repetición múltiple de unidades derivadas, real o conceptualmente, de moléculas de baja masa molecular relativa.5 1. En muchos casos, especialmente en los polímeros sintéticos, una molécula puede considerarse que tiene una masa molecular relativa alta si la adición o eliminación de una unidad, o unas pocas, tiene un efecto insignificante sobre las propiedades moleculares. Esta afirmación falla en el caso de ciertas macromoléculas para las cuales las propiedades pueden ser criticamente dependientes de detalles finos de la estructura molecular.

2. Si una parte o la totalidad de la molécula encaja en esta definición, puede ser descrita tanto como «macromolecular» o «polimérica», o usando polímerica en forma de adjetivo.6 El término «macromolécula» (macro- + molecula) fue acuñado por el premio Nobel Hermann Staudinger en la década de 1920, aunque su primera publicación relevante en este campo sólo mencionaba «compuestos de alto peso molecular» (por encima de 1.000 átomos).7 En ese momento el término «polímero», como había sido introducido por Berzelius en 1833, tenía un significado diferente al de hoy: solamente era otra forma de isomerismo, por ejemplo, con benceno y acetileno y tenía poco que ver con el tamaño.8

El uso del término para describir moléculas de gran tamaño varía según las disciplinas. Por ejemplo, mientras que en biología se refieren a macromoléculas como las cuatro grandes moléculas que comprenden los seres vivos, en química, el término puede referirse a los agregados

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de dos o más moléculas unidas por fuerzas intermoleculares en lugar de enlaces covalentes, pero que no se disocian fácilmente.9

De acuerdo con la definición estándar de la IUPAC, el término «macromolécula» tal como se utiliza en la ciencia de los polímeros se refiere sólo a una única molécula. Por ejemplo, una molécula polimérica sencilla se describe apropiadamente como una "macromolécula" o "molécula de polímero" en lugar de un "polímero", lo que sugiere una sustancia compuesta de macromoléculas.10

A causa de su tamaño, las macromoléculas no se pueden describir convenientemente solo en términos de estequiometría. La estructura de las macromoléculas simples, tales como los homopolímeros, se puede describir en términos de la subunidad monómerica individual y con la masa molecular total. Las biomacromoléculas complicadas, por otro lado, requieren una descripción estructural de múltiples facetas, tal como la jerarquía de estructuras utilizada para describir las proteínas. En inglés británico, el término "macromolécula" tiende a ser llamado "alto polímero" (high polymer).

Descripción Forman largas cadenas que se unen entre sí por fuerzas de Van der Waals, puentes de hidrógeno o interacciones hidrofóbicas y por enlaces covalentes.

Por lo general, se analizan moléculas en el que el número de átomos es muy pequeño, que además constan de una masa molecular relativamente pequeña. Por ejemplo, la molécula del agua (H20) consta solo de tres átomos (molécula triatómica) y la masa molecular relativa es de 18.

En cambio, existen muchas clases de moléculas que poseen una composición mucho más complicada, es decir, una gran cantidad de átomos y un valor grande en su masa molecular; a esta clase de composiciones se le denomina macromoléculas. Específicamente, una macromolécula tiene una cantidad mínima de 1000 y una masa no menos de 10.000. Además los eslabones que unen la molécula no conducen a variación en las propiedades físicas, si estos son adicionados de manera complementaria. Por ejemplo la molécula del polietileno, cuya masa molecular relativa es de 280.000 y consta de 20.000 eslabones de grupos CH2. Otro ejemplo es la molécula del ácido ribonucleico; consta de 124 eslabones que se repiten, conformados por 17 aminoácidos diferentes. Su fórmula química es C575H901O193N171S12, y su masa molecular relativa es de 13.682. Los polímeros son sustancias conformadas por macromoléculas.

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Desde hacía un tiempo se denominaron a cierto grupo de moléculas los coloides, en una época que no se conocía la existencia de la macromolécula. Los coloides tienen una apariencia gelatinosa adhesiva, con una velocidad de difusión pequeña sin poder atravesar las membranas, contrario a lo que ocurre, por ejemplo, con la sal común, que se difunde muy bien y pasa a través de las membranas. Estas sustancias fueron llamadas cristaloides por su buena conformación estructural.

En lo sucesivo fue descubierto que, en condiciones determinadas, los cristaloides podían adquirir un “estado coloidal”, si se lograba unir sus moléculas en grupos y con una masa relativa baja. La agregación de las moléculas de los cristaloides que conducen a la aparición de las propiedades coloidales de sus moléculas, es por lo general una manifestación de las fuerzas de la valencia secundaria y el enlace de los átomos en las macromoléculas es covalente.

Tipos de macromoléculas[editar] Las macromoléculas pueden ser clasificadas de distintos modos.

Atendiendo a su origen, pueden ser: Naturales: Polisacáridos (almidón, glucógeno, celulosa, quitina, etc.)

Proteínas Ácidos nucleicos (ADN y ARN) Carbohidratos Lípidos Artificiales: Polímeros (Poliuretano, Polietileno, Cloruro de polivilino (PVC) o Politetrafluoroetileno) Nanotubo de carbono Según su estructura molecular: lineales: los monómeros se unen por dos sitios (cabeza y cola). ramificadas: si algún monómero se puede unir por tres o más sitios Según su composición: Homopolímeros: un monómero.

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Copolímeros: dos o más monómeros.

Biomolécula Para material biológico o biomaterial, véase material biológico.

Las biomoléculas son las moléculas constituyentes de los seres vivos. Los seis elementos químicos o bioelementos más abundantes en los seres vivos son el carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre (C, H, O, N, P, S) , los cuales constituyen las biomoléculas (glúcidos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos).1 Estos seis elementos son los principales componentes de las biomoléculas debido a que:

Permiten la formación de enlaces covalentes entre ellos, compartiendo electrones, debido a su pequeña diferencia de electronegatividad. Estos enlaces son muy estables, la fuerza de enlace es directamente proporcional a las masas de los átomos unidos.

Permiten a los átomos de carbono la posibilidad de formar esqueletos tridimensionales –C-C-Cpara formar compuestos con número variable de carbonos.

Permiten la formación de enlaces múltiples (dobles y triples) entre C y C; C y O; C y N. Así como estructuras lineales, ramificadas, cíclicas, heterocíclicas, etc.

Permiten la posibilidad de que con pocos elementos se den una enorme variedad de grupos funcionales (alcoholes, aldehídos, cetonas, ácidos, aminas, etc.) con propiedades químicas y físicas diferentes.

Clasificación de las biomoléculas Según la naturaleza química, las biomoléculas son:

Biomoléculas inorgánicas Son moléculas que poseen tanto los seres vivos como los cuerpos inertes, aunque son imprescindibles para la vida, como el agua, la molécula inorgánica más abundante, los gases (oxígeno, etc.) y las sales inorgánicas: aniones como fosfato (HPO4−), bicarbonato (HCO3−) y cationes como el amonio (NH4+).

Biomoléculas orgánicas o principios inmediatos

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Son sintetizadas principalmente por los seres vivos y tienen una estructura con base en carbono.

Están constituidas, principalmente, por los elementos químicos carbono, hidrógeno y oxígeno, y con frecuencia también están presentes nitrógeno, fósforo y azufre; a veces se incorporan otros elementos pero en mucha menor proporción.

Las biomoléculas orgánicas pueden agruparse en cinco grandes tipos:

Glúcidos o carbohidratos Artículo principal: Glúcidos Los glúcidos (impropiamente llamados hidratos de carbono o carbohidratos) son la fuente de energía primaria que utilizan los seres vivos para realizar sus funciones vitales; la glucosa está al principio de una de las rutas metabólicas productoras de energía más antigua, la glucólisis, usada en todos los niveles evolutivos, desde las bacterias a los vertebrados. Muchos organismos, especialmente los vegetales (algas, plantas) almacenan sus reservas en forma de almidón en estructuras denominadas amiloplastos, en cambio los animales forman el glucógeno, entre ellos se diferencia por la cantidad y el número de ramificaciones de la glucosa. Algunos glúcidos forman importantes estructuras esqueléticas, como la celulosa, constituyente de la pared celular vegetal, o la quitina, que forma la cutícula de los artrópodos.

Lípidos Artículo principal: Lípidos Los lípidos saponificables cumplen dos funciones primordiales para las células; por una parte, los fosfolípidos forman el esqueleto de las membranas celulares (bicapa lipídica); por otra, los triglicéridos son el principal almacén de energía de los animales. Los lípidos insaponificables, como los isoprenoides y los esteroides, desempeñan funciones reguladoras (colesterol, hormonas sexuales, prostaglandinas).

Proteínas

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Artículo principal: Proteínas Las proteínas son las biomoléculas que más diversidad de funciones realizan en los seres vivos; prácticamente todos los procesos biológicos dependen de su presencia y/o actividad. Son proteínas casi todas las enzimas, catalizadores de reacciones metabólicas de las células; muchas hormonas, reguladores de actividades celulares; la hemoglobina y otras moléculas con funciones de transporte en la sangre; anticuerpos, encargados de acciones de defensa natural contra infecciones o agentes extraños; los receptores de las células, a los cuales se fijan moléculas capaces de desencadenar una respuesta determinada; la actina y la miosina, responsables finales del acortamiento del músculo durante el estado de la contracción; el colágeno, integrante de fibras altamente resistentes en tejidos de sostén de la planta y el tallo.

Ácidos nucleicos Artículo principal: Ácidos nucleicos Los ácidos nucleicos, ADN y ARN, desempeñan, tal vez, la función más importante para la vida: contener, de manera codificada, las instrucciones necesarias para el desarrollo y funcionamiento de la célula. El ADN tiene la capacidad de replicarse, transmitiendo así dichas instrucciones a las células hijas que heredarán la información.

Algunas, como ciertos metabolitos (ácido pirúvico, ácido láctico, ácido cítrico, etcétera.) no encajan en ninguna de las anteriores categorías citadas.

Las vitaminas Las vitaminas son precursoras de coenzimas, (aunque no son propiamente enzimas) grupos prostéticos de las enzimas. Esto significa, que la molécula de la vitamina, con un pequeño cambio en su estructura, pasa a ser la molécula activa, sea esta coenzima o no.

Los requisitos mínimos diarios de las vitaminas no son muy altos, se necesitan tan solo dosis de miligramos o microgramos contenidas en grandes cantidades (proporcionalmente hablando) de alimentos naturales. Tanto la deficiencia como el exceso de los niveles vitamínicos corporales pueden producir enfermedades que van desde leves a graves e incluso muy graves como la pelagra o la demencia entre otras, e incluso la muerte. Algunas pueden servir como ayuda a las enzimas qu Artículo principal: Metabolismo secundario

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e actúan como cofactor, como es el caso de las vitaminas hidrosolubles.

Metabolitos secundarios Las biomoléculas que son constituyentes fundamentales en procesos vitales de los seres vivos (mencionados anteriormente) son denominados metabolitos primarios. Estos metabolitos tienen distribución taxonómica amplia. Se puede considerar que los metabolitos primarios por excelencia son la glucosa, la ribosa, la fructosa, el ácido pirúvico, el gliceraldehído, el ácido acético (Esterificado como acetil coenzima A), el ácido oxaloacético, el ácido málico, el ácido 2oxoglutárico, el ácido palmítico, el ácido esteárico, el ácido oleico, el porfibilinógeno, el pirofosfato de isopentenilo, los 20 aminoácidos proteínicos, las bases púricas, las bases pirimidínicas y las Vitaminas del grupo B.

Existen compuestos orgánicos provenientes de los metabolitos primarios, que cumplen funciones complementarias a las vitales, tales como comunicación intra e interespecífica, defensa contra radiación, congelación, ataque de patógenos o parásitos. A estos compuestos se les denomina metabolitos secundarios.2

Mapa general de metabolitos secundarios Los principales metabolitos secundarios comprenden:

Policétidos y metabolitos secundarios de ácidos grasos Terpenos Metabolitos secundarios del ácido shikímico Aminoácidos no proteínicos Antibióticos peptídicos Glucósidos cianogénicos y glucosinolatos Metabolitos secundarios de la ruta del ácido cítrico Ciclitoles Alcaloides

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Metabolismo secundario En bioquímica se denomina metabolismo secundario a aquél conjunto de reacciones bioquímicas que se producen de forma paralela al metabolismo primario vertebrador de la biología celular. Los metabolitos secundarios son aquellos compuestos orgánicos sintetizados por el organismo que no tienen un rol directo en el crecimiento o reproducción del mismo sino que cumplen funciones complementarias a las vitales, tales como comunicación intra e interespecífica, defensa contra radiación, congelación, y ataque de depredadores, patógenos o parásitos. A estos compuestos se les denomina metabolitos secundarios.1

Las biomoléculas que son constituyentes fundamentales en procesos vitales de los seres vivos son denominados metabolitos primarios. Estos metabolitos tienen distribución taxonómica amplia. Se

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puede considerar que los metabolitos primarios por excelencia son la glucosa, la ribosa, la fructosa, el ácido pirúvico, el gliceraldehído, el ácido acético (Esterificado como acetil coenzima A), el ácido oxaloacético, el ácido málico, el ácido 2-oxoglutárico, el ácido palmítico, el ácido esteárico, el ácido oleico, el porfibilinógeno, el pirofosfato de isopentenilo, los 20 aminoácidos proteínicos, las bases púricas, las bases pirimidínicas y las Vitaminas del grupo B. A diferencia de lo que sucede con los metabolitos primarios, la ausencia de algún metabolito secundario no le impide la supervivencia, si bien se verá afectado por ella, a veces gravemente. Si bien las rutas metabólicas básicas (el ciclo de Krebs, por ejemplo) están muy conservadas entre especies, el metabolismo secundario, pese a que es también vital para la supervivencia del organismo, muestra una variación mayor.

Los principales metabolitos secundarios comprenden:

Policétidos y metabolitos secundarios de ácidos grasos Terpenos Metabolitos secundarios del ácido shikímico Aminoácidos no proteínicos Antibióticos peptídicos Glucósidos cianogénicos y glucosinolatos Metabolitos secundarios de la ruta del ácido cítrico Ciclitoles Alcaloides.

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Metabolitos secundarios en microorganismos En microbiología se emplea un criterio de cinética de crecimiento para definir el metabolismo secundario: se describe como aquél que sucede en la fase estacionaria, es decir, cuando se ha producido la contención del crecimiento.2 En la trofofase (fase de crecimiento de los microorganismos) no se producen metabolitos secundarios. Es en la idiofase normalmente, cuando se producen (fase en la que el microorganismo no crece, pero sigue metabólicamente activo). Para que se produzca el metabolito secundario, primero hay que asegurar unas condiciones óptimas durante la trofofase. Como mecanismo de defensa, la producción de metabolitos secundarios no se produce inmediatamente después de la conclusión de la trofofase.

Primero, al comienzo de la idiofase, deben hacerse resistentes a sus propios antibióticos. No se conocen bien los factores que disparan la producción de metabolitos secundarios. Se sabe que el paso de trofofase a idiofase se produce cuando algún nutriente del medio es limitante. Suele

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tratarse de C, N o P. Al faltar algunos de estos factores, se altera la producción de metabolitos primarios y se originan inductores de enzimas que darán lugar a metabolitos secundarios.

Existen multitud de metabolitos secundarios de interés industrial: antibióticos, pigmentos, antitumorales, etc.

Metabolómica La metabolómica es el estudio científico de los procesos químicos que involucran metabolitos.

Específicamente, la metabolómica es el "estudio sistemático de las huellas únicas que dejan los procesos celulares específicos en su paso", es decir, el estudio del perfil de los metabolitos (moléculas pequeñas) de una muestra biológica.1 El metaboloma representa la colección de todos los metabolitos en una célula, tejido, órgano u organismo que son producto de los procesos celulares.2 El análisis de los datos de la expresión génica de ARN mensajero y de proteómica revela el conjunto de productos génicos que se están produciendo en la célula y son datos que representan una sola faceta de la función celular. Por el contrario, el perfilado metabólico ayuda a obtener una captura instantánea de la fisiología de la célula. Uno de los retos de la biología de sistemas y la genómica funcional es integrar la información de la proteómica, transcriptómica y metabolómica para proveer un mejor entendimiento de la biología celular.

Metaboloma El metaboloma se refiere al conjunto completo de los metabolitos de una molécula pequeña (como pueden ser intermediarios metabólicos, metabolitos secundarios, hormonas y otras moléculas de señalización) que se pueden encontrar dentro de una muestra biológica, como un organismo.1819 La palabra se acuñó en forma de analogía con la transcriptómica y la proteómica; así como el transcriptoma y el proteoma, el metaboloma es dinámico, cambiando a cada segundo.

Aunque el metaboloma puede ser definido, actualmente no es posible analizar todo el rango de metabolitos a través de un solo método analítico. La primera base de datos llamada METLIN para la búsqueda de valores m/z de la espectrometría de masas fue desarrollada en el 2005 por científicos en el Scripps Research Institute.12 En enero de 2007, investigadores de la Universidad de Alberta y la Universidad de Calgary completaron el primer borrador del metaboloma humano.

Catalogaron aproximadamente 2500 metabolitos, 1200 drogas y 3500 componentes alimenticios que pueden ser encontrados en el cuerpo humano, como lo reporta la literatura.13 Esta información, está disponible en la Base de Datos del Metaboloma Humano, (www.hmdb.ca) y basada en el análisis de información disponible en la literatura científica actual, está lejos de estar completa.20 En contraste, se sabe mucho más de los metabolomas de otros organismos. Por ejemplo, más de 50,000 metabolitos del reino vegetal han sido caracterizados, y se han caracterizado varios miles de metabolitos de plantas únicas.2122

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Cada tipo celular y de tejido tiene una "huella" metabólica única que puede dilucidar información específica de órganos y tejidos, mientras que el estudio de los fluidos biológicos puede dar información más generalizada pero menos especializada. Los fluidos biológicos usados más comúnmente son la orina y el plasma, ya que se pueden obtener de manera no invasiva o poco invasiva, respectivamente.23 La facilidad de recolección de estos fluidos facilita una alta resolución temporal, y como siempre están en un equilibrio dinámico con el cuerpo, pueden ayudar a describir al organismo como un todo.24 Metabolitos Los metabolitos son los intermediarios y los productos del metabolismo. Dentro del contexto de la metabolómica, un metabolito usualmente es definido como cualquier molécula de menos de 1 kDa de tamaño.25 Sin embargo, hay excepciones dependiendo en la muestra y el método de detección. Por ejemplo, macromoléculas como las lipoproteínas y la albúmina pueden detectarse con confianza en estudios metabolómicos de plasma a través de la espectroscopía RMN.26 En la metabolómica de plantas, es común referirse a los metabolitos como metabolitos "primarios" y "secundarios". Un metabolito primario está involucrado directamente en el crecimiento normal, el desarrollo y la reproducción. Un metabolito secundario no está involucrado directamente en ninguno de esos procesos, pero normalmente tiene una función ecológica importante. Algunos ejemplos incluyen los antibióticos y pigmentos.27 En contraste, en la metabolómica humana, es más común describir a los metabolitos ya sea como endógenos (producidos por el organismo) o exógenos.28 A los metabolitos provenientes de sustancias externas como las drogas se les llama xenometabolitos.29

El metaboloma forma una gran red de reacciones metabólicas donde las salidas de una reacción química enzimática son entradas para otras reacciones del mismo tipo.

Metabonómica La metabonómica ha sido definida como "la medición cuantitativa de la respuesta metabólica de naturaleza dinámica y multiparamétrica de los sistemas vivos ante estímulos fisiopatológicos o bien, ante la modificación genética". El origen de la palabra es del griego μεταβολή que significa cambio y nomos que significa conjunto de reglas o leyes.30 Este acercamiento fue iniciado por Jeremy Nicholson en el Imperial College London y ha sido usado en toxicología, diagnóstico de enfermedades y demás campos. Históricamente, el método de la metabonómica fue uno de los primeros en aplicar la visión de la biología de sistemas para los estudios del metabolismo.313233

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Ha existido un desacuerdo sobre las diferencias exactas entre la metabolómica y la metabonómica. La diferencia entre ellas no está relacionada a la elección de plataforma analítica: aunque a la metabonómica se le asocie más con la espectroscopia RMN y a la metabolómica con técnicas basadas en la espectrometría de masas, esto se debe simplemente a su uso entre diferentes grupos que han popularizado los diferentes términos. Mientras que no hay acuerdo absoluto, existe un consenso creciente que la 'metabolómica' tiene un mayor énfasis en el perfilado metabólico en nivel celular o de órganos y su campo de trabajo primario es el metabolismo endógeno normal. La 'metabonómica' extiende el perfilado metabólico para incluir información acerca de las perturbaciones en el metabolismo causadas por factos ambientales (incluyendo dietas y toxinas), procesos de enfermedad y contribuciones por influencias de tipo extragenómico, como los componentes de la flora intestinal. Esto no es una diferencia trivial; los estudios metabolómicos deberían, por definición, excluir las contribuciones de fuentes extragenómicas, ya que esas son externas en relación al sistema estudiado. Sin embargo, en la práctica, particularmente en el campo de investigación de enfermedades humanas, sigue habiendo un empalme en la forma en que ambos términos son utilizados, siendo en ocasiones sinónimos.34