Bioquímica del Rendimiento Muscular: Vías de Producción de Energía

El Adenosín Trifosfato (ATP): Fuente Primaria de Energía Muscular

Los músculos son los encargados de generar el movimiento. Para ello, la célula muscular está especializada en la conversión de energía química en energía mecánica, un proceso fundamental en el metabolismo energético. Para lograrlo, debe utilizar con efectividad la energía almacenada en la molécula de ATP (Adenosín Trifosfato) y, sobre todo, tener muy desarrollados los mecanismos destinados a la resíntesis del ATP para volver a utilizarlo. Esto se debe a que solo la descomposición del ATP proporciona la energía necesaria para la contracción muscular.

Glucógeno: Reserva Estratégica de Glucosa

El glucógeno, acumulado en el músculo o en el hígado, puede descomponerse en glucosa en caso de necesitar energía (proceso conocido como Glucogenólisis). Los depósitos de glucógeno en el músculo se guardan exclusivamente para su propia contracción muscular (consumo autolimitado), mientras que el hígado utiliza sus depósitos para liberar glucosa en la sangre, poniéndola a disposición de cualquier célula del organismo.

Ciclo de Cori: Reciclaje de Lactato

Durante el ejercicio, el músculo produce lactato. El lactato se acumula en el músculo (contribuyendo a la fatiga muscular), pero también puede salir de este, llegando hasta el hígado. Una vez en el hígado, puede ser resintetizado en glucosa y volver a ser utilizado por el organismo.

Obtención de Energía a partir de Proteínas

Las proteínas pueden descomponerse en aminoácidos, los cuales están formados por un grupo amino y un grupo ácido. El grupo amino es tóxico para el organismo debido a su contenido de nitrógeno, por lo que debe eliminarse a través del riñón en forma de urea. De este proceso metabólico se puede obtener glucosa.

Bioquímica de la Glucólisis Anaeróbica

La glucólisis anaeróbica es un proceso metabólico que consta de las siguientes fases:

1. Activación e Isomerización: La glucosa se transforma en Fructosa-1,6-bifosfato (DiFosfato-Fructosa).
2. Fraccionamiento: La molécula se divide para formar dos moléculas de Gliceraldehído-3-fosfato (FosfatoGlicerAldehidos o PGAL).
3. Recuperación de Energía: Los PGAL se transforman finalmente en Piruvato.

En las dos primeras fases, se produce una pérdida neta de energía (consumo de 2 moléculas de ATP). En la tercera fase, se obtiene una ganancia de 4 o 5 ATP, dependiendo de la procedencia inicial (glucógeno o glucosa).

Balance Neto: 4 ATP producidos – 2 ATP consumidos = 2 ATP netos al final de la glucólisis anaeróbica.

Los transportadores de electrones, como el NAD y el FAD, son cruciales para equilibrar las reacciones de oxidación y reducción al absorber o aportar electrones. Dado que la demanda de oxígeno para reducir el NADH a NAD es superior al abastecimiento de oxígeno de la respiración celular, el NADH se oxida a NAD, reduciendo el piruvato a ácido láctico. Este ácido láctico se acumula en los tejidos musculares, lo que contribuye a la fatiga.

Bioquímica de la Glucólisis Aeróbica

Al final de la glucólisis anaeróbica, que ocurre en el citoplasma celular, tanto el Piruvato como el Acetoacetato se transforman en Acetil-CoA, un compuesto que ingresa a las mitocondrias para participar en la síntesis de ATP.

El Acetil-CoA es utilizado en un proceso denominado Ciclo de Krebs, del cual resultan principalmente dos tipos de compuestos: NADH y FADH, que actúan como vehículos biológicos de transferencia de electrones. Posteriormente, el NADH y el FADH ingresan a un proceso denominado Cadena Respiratoria, donde finalmente se produce la síntesis de ATP.

Antes de ingresar a la cadena respiratoria, se obtiene un total de 4 ATP, 10 NADH y 2 FADH. Considerando que cada NADH equivale a 3 ATP y cada FADH equivale a 2 ATP, la sumatoria total sería la siguiente:

• 4 ATP (de la glucólisis y formación de Acetil-CoA)
• 30 ATP (provenientes de los 10 NADH)
• 4 ATP (provenientes de los 2 FADH)

Lo que resulta en un total de 38 ATP como producto final del metabolismo energético completo de una molécula de glucosa.

Ciclo de Krebs: La Ruta Central del Metabolismo Aeróbico

Durante la vía aeróbica, el piruvato, que contiene un grupo carboxilo (-COOH), libera carbono y oxígeno para formar CO₂. De esta forma, el piruvato se transforma en acetaldehído, el cual sufre un proceso de oxidación al liberar electrones y se une al grupo HS-CoA (Coenzima A) para formar el Acetil-CoA. Este Acetil-CoA es el que ingresa a las crestas mitocondriales para iniciar el Ciclo de Krebs.

Es importante destacar el papel del oxígeno como aceptor final de electrones, lo que permite la formación de agua y la regeneración del NAD para que los procesos metabólicos puedan continuar.

El Acetil-CoA ingresa entonces a las mitocondrias para participar en una serie de reacciones bioquímicas de oxidación, cuya finalidad principal es producir coenzimas reducidas como NADH y FADH. Esta serie de reacciones es conocida como el Ciclo de Krebs.

El ciclo recibe Acetil-CoA para impulsar una serie de cuatro oxidaciones, cuyo producto final son las coenzimas NADH y FADH, que quedan reducidas al ser cargadas de electrones.