Catabolismo: Procesos, Fases y Tipos en la Degradación de Biomoléculas

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Catabolismo: Generalidades de los Procesos Catabólicos

El catabolismo es el conjunto de reacciones de degradación de moléculas orgánicas complejas. Su finalidad es la dotación de energía, poder reductor y precursores metabólicos.

  • Dotación de energía (E): Se obtiene mediante la fosforilación a nivel de sustrato y la fosforilación asociada a un gradiente químico. La energía liberada por el transporte electrónico es acoplada a la fosforilación del ADP.
  • Poder reductor: Se sintetizan moléculas transportadoras de protones y electrones, como el NADH y el FADH2.
  • Precursores metabólicos: Se generan moléculas sencillas a partir de las cuales la célula realiza la biosíntesis de sus componentes.

Fases del Catabolismo

  1. Fase 1: Rotura de polímeros: Los polímeros se degradan en sus monómeros constituyentes.
  2. Fase 2: Fase intermedia: Se forma acetil-CoA. En el catabolismo de la glucosa, esta fase consta de la glucólisis, con la que se obtienen 2 moléculas de ácido pirúvico y 2 ATP. Si se trata de respiración, también incluye la descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico, que se transforma en acetil-CoA. Si se trata de fermentación, la glucólisis es el único proceso catabólico, tras el cual el ácido pirúvico se transforma en otras sustancias, como el ácido láctico. En la putrefacción, el proceso catabólico también termina en esta fase.
  3. Fase 3: Ciclo de Krebs: Esta fase es común para todas las respiraciones. Como resultado, se produce la descarboxilación de la materia orgánica, formándose CO2. Durante el proceso, se liberan protones y electrones que se unen al NAD+ y FAD, que se reducen a NADH y FADH2. También se forma GTP, que se convierte en ATP. El ciclo es un proceso cíclico de reacciones enzimáticas en el que el acetil-CoA entra uniéndose al ácido oxalacético, formándose ácido cítrico.
  4. Fase 4: Fosforilación oxidativa: En la respiración aerobia de los eucariotas, existe una cadena respiratoria situada en la membrana mitocondrial interna (MMI), formada por una serie de complejos enzimáticos que oxidan el NADH y el FADH2 formados en las fases anteriores. Los electrones que ceden estos compuestos son transportados a través de la cadena hasta el aceptor final de los mismos, el O2, que, uniéndose a protones, forma H2O. Al tiempo que se produce este transporte, se bombean protones (H+) por medio de los complejos enzimáticos a través de la membrana, desde la matriz mitocondrial hasta el espacio intermembrana. Estos protones son bombeados de nuevo en sentido inverso por las enzimas ATP sintetasas, con la formación de ATP a razón de 3 ATP por cada 9 protones bombeados.

Catabolismo de Glúcidos

Glucólisis

Características

  • Ruta metabólica muy antigua que no requiere O2 y está presente en todos los seres vivos.
  • Obtención de ATP por fosforilación a nivel de sustrato.
  • Tiene lugar en el citoplasma.

Balance

  • Glucosa → 2 moléculas de piruvato
  • 2 moléculas de ATP
  • 2 moléculas de NADH

Fases

  1. 1 molécula de glucosa → 2 moléculas de gliceraldehído-3-fosfato (G3P) (se consumen 2 ATP).
  2. 2 moléculas de G3P → 2 moléculas de piruvato (se producen 4 ATP y 2 NADH).

Respiración Aerobia

Descarboxilación Oxidativa del Piruvato

Ocurre en la matriz mitocondrial.

Balance por cada molécula de piruvato:

  • 1 molécula de acetil-CoA
  • 1 molécula de NADH
  • 1 molécula de CO2

Balance por cada molécula de acetil-CoA en el ciclo de Krebs:

  • 2 moléculas de CO2
  • 1 molécula de FADH2
  • 3 moléculas de NADH
  • 1 molécula de GTP → 1 molécula de ATP

Fosforilación Oxidativa

Por cada NADH que se oxida, se bombean 9 protones a nivel de los 3 complejos, mientras que por cada FADH2 se bombean 6 protones en dos complejos enzimáticos. Por cada NADH se generan 3 ATP y por cada FADH2 se generan 2 ATP. Si los NADH citosólicos entran en la matriz mitocondrial mediante la lanzadera aspartato-malato, pasan directamente al complejo enzimático I y dan lugar a 3 ATP cada uno. Pero si entran en la matriz mitocondrial mediante la lanzadera del glicerofosfato, pasan al complejo enzimático II y se forman 2 ATP por cada NADH, por lo que el balance global sería de 36 ATP.

Respiración Anaerobia

  • El aceptor final de electrones no es el O2, sino NO3-, Fe3+, etc.
  • Se produce ATP por fosforilación oxidativa.
  • Solamente se produce en las bacterias, siendo un proceso muy importante en el reciclado de la materia orgánica.
  • Se produce en los mesosomas de la membrana plasmática.

Fermentación

  • Es una oxidación incompleta de la materia orgánica.
  • Es un proceso anaeróbico, pero los organismos pueden ser anaerobios estrictos o anaerobios facultativos.
  • Se produce ATP por fosforilación a nivel de sustrato, pero esto tiene un rendimiento bajo.
  • La llevan a cabo las bacterias y algunas células eucariotas.

Tipos de Fermentación

  • Láctica
  • Acética

Putrefacción

Son fermentaciones que se producen a partir de sustratos proteicos. Se producen sustancias con muy mal olor. Se utilizan en algunos procesos industriales.

Catabolismo de Lípidos

Las grasas liberan mucha energía.

Fases

  1. Degradación de los triacilglicéridos: Se lleva a cabo en el citosol. Se obtiene glicerina y ácidos grasos.
  2. Glicerina → Gliceraldehído-3-fosfato (G3P): Continúa como intermediario de la glucólisis. Los ácidos grasos se unen a la CoA, se activan y se convierten en acil-CoA.
  3. β-oxidación de los ácidos grasos: Ocurre en la matriz mitocondrial.

Catabolismo de Proteínas

Es menos importante que los demás porque no son una buena fuente de energía.

Etapas

  1. Hidrólisis de los enlaces peptídicos: Las enzimas implicadas son las peptidasas y el resultado son aminoácidos.
  2. Catabolismo de aminoácidos: Tiene dos etapas:
    1. Transaminación: La llevan a cabo las transaminasas.
    2. Desaminación oxidativa.
    3. Oxidación de la cadena carbonada: Se pueden obtener moléculas como piruvato, acetil-CoA o algunos intermediarios del ciclo de Krebs, que pueden servir de ruta catabólica o anabólica.

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