Catabolismo de glúcidos y lípidos: glucólisis, ciclo de Krebs y beta-oxidación

2) Catabolismo de glúcidos

Glucólisis

La glucólisis es la ruta metabólica que convierte la glucosa en piruvato con la producción neta de dos moléculas de ATP. Consiste en una secuencia de diez reacciones catalizadas enzimáticamente que se realizan en el citosol de la célula. La glucólisis comprende dos etapas diferentes:

• Etapa preparatoria: la glucosa es fosforilada y fragmentada dando lugar a dos moléculas de gliceraldehído-3-fosfato; en este proceso se consumen dos moléculas de ATP, activando la molécula de glucosa para su posterior catabolismo. (reacción)
• Etapa de recuperación de energía: las dos moléculas de gliceraldehído-3-fosfato son oxidadas por NAD+ y, a continuación, convertidas en piruvato con la producción de cuatro moléculas de ATP. (reacción)

Así pues, por cada molécula de glucosa que se transforma en dos moléculas de piruvato, se obtiene una producción neta de dos moléculas de ATP y dos moléculas de NAD+ son reducidas a NADH. La glucólisis es una ruta fundamental que puede ser utilizada por casi todas las células para extraer energía de la molécula de glucosa; además, prepara a la glucosa para su oxidación completa en la mitocondria, donde se libera mucha más energía. La reacción global de la glucólisis es: (reacción).

Ciclo de Krebs

El ciclo de Krebs (también llamado ciclo del ácido cítrico o ciclo del ácido tricarboxílico) es la ruta oxidativa final de la glucosa y de la mayoría de los combustibles metabólicos. El ciclo de Krebs consta de una serie de ocho reacciones catalizadas enzimáticamente que se realizan en la matriz mitocondrial.

En cada vuelta del ciclo entra un grupo acetilo que es oxidado completamente. Durante una vuelta del ciclo se producen, de forma típica, tres moléculas de NAD+ reducidas a NADH, una molécula de FAD reducida a FADH2 y se forma una molécula de GTP (equivalente a ATP). A continuación, el NADH y el FADH2 se oxidan mediante la cadena de transporte de electrones mitocondrial, generando ATP.

3) Catabolismo de lípidos

Activación de los ácidos grasos

Los ácidos grasos se activan por unión con la coenzima A para dar acil-CoA, al mismo tiempo que el ATP se hidroliza a AMP y pirofosfato. Por tanto, en esta etapa la activación consume el equivalente de dos moléculas de ATP. Los acil-CoA son transportados a través de la membrana mitocondrial interna para su posterior oxidación.

Beta-oxidación de los ácidos grasos

La β-oxidación es la vía por la cual se oxidan los ácidos grasos saturados con número par de átomos de carbono. Consiste en la liberación sucesiva de fragmentos de dos átomos de carbono a partir del extremo carboxílico del acil-CoA. Se denomina beta-oxidación porque la oxidación tiene lugar en el átomo de carbono beta.

Cada ciclo de oxidación consta de cuatro reacciones enzimáticas principales:

• Oxidación (se forma FADH2).
• Hidratación.
• Oxidación (se forma NADH).
• Tiolisis o ruptura por interacción con la coenzima A, liberando una molécula de acetil-CoA y acortando la cadena en dos átomos de carbono).

Como resultado de estas reacciones, la cadena de los ácidos grasos se acorta progresivamente y se generan FADH2, NADH y acetil-CoA. Este proceso se repite varias veces hasta la degradación completa del acil-CoA a acetil-CoA. A continuación, el FADH2 y el NADH se oxidan en la cadena respiratoria mitocondrial, generando ATP, y el acetil-CoA se oxida en el ciclo de Krebs.