Catabolismo de proteínas y vías anaerobias: ciclo de la urea, fermentaciones y glucólisis
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Catabolismo de proteínas
Los aminoácidos son precursores de muchos compuestos biológicos importantes y también son metabolitos energéticos. Los aminoácidos ingeridos en la dieta que no se utilizan se emplean como combustibles. La primera etapa de la degradación de los aminoácidos es la desaminación del grupo α‑amino con el fin de excretar el exceso de nitrógeno y degradar el esqueleto carbonado resultante.
La mayoría de los animales de agua dulce eliminan amoniaco directamente y se denominan amonotélicos. En otros casos el amoniaco debe convertirse en productos de desecho menos tóxicos. Las aves y los reptiles terrestres eliminan el amoniaco en forma de ácido úrico (uricotélicos). La mayoría de los vertebrados terrestres excretan urea y se denominan ureotélicos.
La formación de la urea, que tiene lugar en el hígado, es un proceso cíclico que consume energía y se denomina ciclo de la urea. Se produce en parte en el citosol y en parte en la mitocondria de los hepatocitos.
Las 20 rutas catabólicas diferentes dan lugar tan solo a piruvato, acetil‑CoA o ciertos intermediarios del ciclo de Krebs. El hígado es el principal lugar de degradación de los aminoácidos. Las transaminasas son enzimas abundantes en las mitocondrias y en el citosol de los hepatocitos. Cuanto mayor es la alteración de los hepatocitos, tanto mayor es el aumento de las transaminasas en el suero sanguíneo.
Catabolismo anaerobio
Algunos microorganismos pueden vivir anaeróbicamente, obteniendo la energía que necesitan mediante procesos fermentativos. Se clasifican en dos grupos principales:
- Anaerobios estrictos: que no toleran el oxígeno.
- Anaerobios facultativos: que pueden vivir tanto en ausencia como en presencia de oxígeno; estos últimos obtienen energía mediante procesos de fermentación cuando el oxígeno falta.
La fermentación es un proceso anaerobio que consiste en la oxidación parcial de los combustibles orgánicos, obteniéndose ATP mediante fosforilación a nivel de sustrato.
Fermentación alcohólica
Esta fermentación la realizan levaduras del género Saccharomyces y ciertas bacterias, que transforman la glucosa en etanol y CO2, obteniendo 2 ATP netos. El proceso general es el siguiente:
- La glucosa se convierte en piruvato mediante la glucólisis.
- El piruvato se descarboxila para formar acetaldehído y CO2.
- El acetaldehído se reduce a etanol por acción del NADH, regenerándose el NAD+.
El resultado final de la fermentación alcohólica es la síntesis neta de dos moléculas de ATP, dos moléculas de etanol y dos moléculas de CO2 por molécula de glucosa fermentada.
Fermentación láctica
La fermentación láctica la realizan bacterias del género Lactobacillus y Streptococcus, así como células animales en condiciones anaerobias. En este proceso la glucosa se transforma primero en piruvato mediante la glucólisis y, a continuación, el piruvato se reduce a lactato, regenerándose el NAD+. El proceso produce una ganancia neta de 2 ATP por molécula de glucosa.
Importancia fisiológica de la glucólisis
En ausencia de oxígeno y en las células que no contienen mitocondrias, la glucólisis es la única vía para producir ATP. Por ello, los eritrocitos, los leucocitos, las células de la córnea y del cristalino, las células de la médula renal y algunas fibras musculares obtienen la energía a partir de la glucólisis.