Catabolismo: Procesos, Finalidades y Rutas Metabólicas Clave

Catabolismo: Desglose de Moléculas y Obtención de Energía

El catabolismo es una reacción destructiva que rompe moléculas grandes en pequeñas.

Finalidad del Catabolismo

• Conseguir energía que se emplea para formar ATP y GTP.
• Obtener poder reductor para su utilización en procesos anabólicos.
• Producir precursores metabólicos para la biosíntesis de diversos compuestos biológicos.

Respiración vs. Fermentación

• Respiración: Oxidación completa de una molécula orgánica. El aceptor final de electrones es una molécula inorgánica. Se realiza en las mitocondrias y tiene un mayor rendimiento energético.
• Fermentación: Oxidación incompleta de la molécula orgánica catabolizada. El aceptor final de electrones es una molécula orgánica. Tiene un menor rendimiento energético.

Obtención de ATP

La energía liberada en los procesos de oxidorreducción se utiliza para sintetizar ATP. Existen dos formas principales:

• Fosforilación oxidativa: Los electrones liberados van a un sistema transportador de energía que el ATP utiliza para unir un grupo fosfato a ADP.
• Fosforilación a nivel de sustrato: Una molécula cede un grupo fosfato a ADP.

Catabolismo de Glúcidos: Glucólisis y Respiración Aerobia

La glucosa genera dos piruvatos que pueden seguir dos caminos: degradación completa (respiración) o incompleta (fermentación).

Glucólisis: Ruta Universal Anaerobia

La glucólisis es una ruta universal y anaerobia que ocurre en el citoplasma de casi todas las células. El ATP se sintetiza por fosforilación a nivel de sustrato.

Una molécula de glucosa se transforma en dos de piruvato en tres etapas:

1. Fosforilación: Requiere ATP. La glucosa entra por proteínas transportadoras que requieren ATP. La glucosa se transforma en dos gliceraldehído 3-fosfato. Implica hidrólisis de ATP, isomerización a fructosa 6-fosfato y reacción con ATP para añadir un grupo fosfato, formando fructosa 1-6 difosfato.
2. Oxidación: Rinde energía y poder reductor. Oxidación del grupo aldehído en grupo carboxilo, transformando gliceraldehído en 3-fosfoglicerato. Incorporación de fosfato inorgánico al gliceraldehído por una enzima con NAD, obteniéndose NADH.
3. Restitución del ATP consumido: El 3-fosfoglicerato se transforma en piruvato + grupo fosfato. Este grupo fosfato se añade a ADP por fosforilación a nivel de sustrato, generando ATP.

La eficiencia de la glucólisis es muy baja (2 ATP por glucosa). Los puntos clave ocurren en el citoplasma, con ATP generado por fosforilación a nivel de sustrato. La eficiencia energética es baja, pero genera poder reductor.

Respiración Aerobia: Degradación Completa del Piruvato

El piruvato se degrada completamente hasta CO2, con la participación de reacciones en cadena por parte de electrones.

Fases de la Respiración Aerobia

1. Formación de Acetil CoA: El piruvato entra en las mitocondrias a través de proteínas transportadoras. Ocurre una descarboxilación oxidativa catalizada por un complejo multienzimático en dos etapas: pérdida de un grupo CO2 y oxidación del grupo ceto a grupo carboxilo. La energía liberada permite la unión de la coenzima A al acetilo.
2. Ciclo de Krebs: Conjunto cíclico de reacciones que producen la oxidación completa del acetil CoA. Los electrones cedidos son captados por NAD y FAD, generando NADH y FADH2. El acetil CoA se une al oxalacetato para obtener citrato. Se obtienen 3 NADH, 1 FADH2, precursores metabólicos y energía en forma de GTP y ATP.
3. Fosforilación Oxidativa: Mecanismo de síntesis de ATP en la respiración, en la membrana interna de la mitocondria. Se produce la unión de un grupo fosfato a ADP. Necesita mucha energía, que se consigue mediante la formación de un gradiente de protones en la membrana mitocondrial interna.