Catabolisme Cel·lular: Vies Metabòliques Essencials i Processos Clau

Tipus de Catabolisme Cel·lular

Segons la intervenció de la cadena transportadora d'electrons, es distingeixen dos tipus principals de catabolisme:

Respiració Cel·lular

La respiració implica la intervenció de la cadena transportadora d'electrons. Aquest procés permet transferir electrons procedents de la matèria orgànica inicial a un acceptor final, que és un compost inorgànic. Per exemple, pot ser l'oxigen molecular, l'ió nitrat o l'ió sulfat. Si l'acceptor final és l'oxigen molecular, s'anomena respiració aeròbica. Si és una substància diferent de l'oxigen, s'anomena respiració anaeròbica.

Fermentació

La fermentació no intervé en la cadena transportadora d'electrons. Això impedeix transferir els electrons de la matèria orgànica inicial a un compost inorgànic, utilitzant un compost orgànic com a acceptor final.

La Glicòlisi: Primera Fase del Catabolisme de la Glucosa

La glicòlisi és la primera fase del catabolisme de la glucosa. En aquesta fase, s'escindeixen dues molècules d'àcid pirúvic. Aquesta síntesi es duu a terme per mitjà d'una fosforilació produïda a nivell de substrat, és a dir, una molècula de substrat que conté un grup fosfat el cedeix a un ADP i forma ATP.

La glicòlisi consta de dues fases:

• En la primera fase, per cada molècula de glucosa, es consumeixen 2 ATP.
• En la segona fase, es produeixen 4 ATP.

Per tant, el balanç global de la glicòlisi és un guany net de 2 ATP.

Cicle de Krebs: La Segona Etapa del Catabolisme

L'àcid pirúvic produït per la glicòlisi ha d'entrar a l'interior dels mitocondris, ja que només allà hi ha els enzims necessaris. L'àcid pirúvic s'ionitza en forma d'ió piruvat i ha de ser introduït per una proteïna de transport. Un cop a dins, s'ha de transformar en acetil-S-coenzim A. Aquest sistema el realitza un conjunt d'enzims anomenat sistema piruvatdeshidrogenasa. En aquest procés es produeixen els següents canvis químics:

• Pèrdua del grup carboxil, que surt en forma de CO2.
• El NAD es redueix a NADH+H.
• Resulta un coenzim A, i així es forma l'acetil-coenzim A, que s'incorpora al cicle de Krebs.

El cicle comença amb un acetil-coenzim A que transfereix el grup acetil a l'àcid oxalacètic i es forma àcid cítric. Després d'una sèrie de transformacions, es regenera l'àcid oxalacètic, permetent que el cicle continuï.

Transport d'Electrons i Fosforilació Oxidativa

Aquesta és l'última etapa del catabolisme aeròbic i té com a finalitat regenerar els coenzims reduïts (NADH i FADH2) perquè puguin tornar a ser utilitzats. Es poden distingir tres processos interrelacionats:

1. Transport d'electrons: Està constituïda per una sèrie de molècules englobades de manera ordenada a la membrana interna mitocondrial. Cada molècula accepta electrons de la molècula anterior i els transfereix a la molècula següent. Els components principals de la cadena respiratòria són quatre complexos proteics (I, II, III, IV). Els complexos III i IV contenen proteïnes anomenades citocroms.
2. Quimiosmosi: L'energia perduda pels electrons durant el seu transport s'utilitza per bombejar protons (H+) des de la matriu mitocondrial cap a l'espai intermembrana. Allà s'acumulen, creant un gradient electroquímic. Quan hi ha una gran concentració, la membrana esdevé incapaç de mantenir aquesta diferència de potencial, i els protons tornen a la matriu mitocondrial per mitjà de les ATP-sintetases.
3. Fosforilació Oxidativa: Aquest procés provoca que en tres llocs específics de la cadena de transport d'electrons es produeixi la unió d'ADP i un grup fosfat inorgànic per generar ATP. El resultat net d'aquest procés, juntament amb la glicòlisi i el cicle de Krebs, és la producció d'aproximadament 38 molècules d'ATP per cada molècula de glucosa.

Catabolisme de Proteïnes i Aminoàcids

Les proteïnes estan formades per aminoàcids (AA). Quan hi ha un excés d'aminoàcids, aquests poden realitzar una funció energètica. En casos de dejuni, les proteïnes també es poden utilitzar com a font d'energia. En el catabolisme dels aminoàcids, es distingeixen tres processos principals:

1. Separació de grups amino: Es realitza per mitjà de dues reaccions:
   • La transaminació: Consisteix en el traspàs d'un grup amino a l'àcid cetoglutàric, que es transforma en àcid glutàmic.
   • La desaminació oxidativa: Separa un grup amino de l'àcid glutàmic.
2. Transformació de la resta resultant: La part de l'aminoàcid que queda després de la separació del grup amino es transforma en àcid pirúvic, acetil-coenzim A o en algun compost intermedi del cicle de Krebs, per ser oxidat i generar energia.
3. Eliminació de grups amino: Els grups amino separats formen amoníac (NH3), que en aigua dóna lloc a ió amoni (NH4+). Aquesta substància ha de ser alliberada del cos perquè és tòxica. En mamífers, l'amoníac es converteix en urea, menys tòxica, que s'excreta per l'orina.

Catabolisme per Fermentació: Característiques Clau

La fermentació és un procés catabòlic que, a diferència de la respiració, no intervé en la cadena respiratòria. Les seves característiques principals són:

• És un procés anaeròbic, ja que no s'utilitza oxigen (O2).
• L'acceptor final d'electrons i protons sempre és un compost orgànic.
• Només hi ha síntesi d'ATP a nivell de substrat, generant una quantitat d'energia molt menor que la respiració cel·lular.