Metabolismo Celular: Glucólisis, Ciclo de Krebs, Fosforilación Oxidativa y Metabolismo de Lípidos, Proteínas y Ácidos Nucleicos

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Ecuaciones Químicas Fundamentales del Metabolismo

Ecuación: nucleósido + H2O → base + ribosa
Enzima: nucleosidasa

Ecuación de lípidos: ácido graso + HS-CoA + ATP → acil-graso-CoA + AMP + PPi
Enzima: acil-CoA sintetasa

Ecuación: (glucosa)n + Pi → (glucosa)n-1 + glucosa-1-fosfato
Enzima: glucógeno fosforilasa

Ecuación: glucosa-1-P → glucosa-6-P
Enzima: fosfoglucomutasa

Ecuación neta de la glucólisis: glucosa + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi → 2 piruvatos + 2 NADH + 2 H+ + 2 ATP + 2 H2O

Fermentación alcohólica: piruvato → acetaldehído + CO2
Enzima: piruvato descarboxilasa

Producto final de la fermentación alcohólica
Ecuación: glucosa + 2 Pi + 2 ADP → 2 etanol + 2 CO2 + 2 ATP − 2 H2O

Fermentación láctica: piruvato + NADH + H+ → lactato + NAD+
Enzima: lactato deshidrogenasa

Ecuación global: glucosa + 2 Pi + 2 ADP → 2 ácidos lácticos + 2 ATP + 2 H2O

Ecuación: isocitrato + NAD+ → α-cetoglutarato + NADH + CO2
Enzima: isocitrato deshidrogenasa

Ecuación: NADH → Complejo I → Q → Complejo III → Citocromos → Complejo IV → O2

Ecuación: UDP-glucosa + (glucógeno)n → (glucógeno)n+1 + UDP
Enzima: glucógeno sintasa

Reacción anaplerótica: piruvato + CO2 + ATP → oxalacetato + ADP + Pi
Enzima: piruvato carboxilasa

Ciclo de Krebs

Enzima inicial: citrato sintasa

Acetil-CoA → oxalacetato → citrato → isocitrato → α-cetoglutarato → succinil-CoA → succinato → fumarato → malato → oxalacetato

Metabolismo Celular

Anabólica: síntesis de compuestos; requiere energía; es endergónica.

Catabólica: degradación de macromoléculas; libera energía; es exergónica.

Respiración celular

Oxidación de la glucosa: reacciones químicas donde la energía es liberada de manera controlada con el objetivo de generar energía.

Glucólisis (2 ATP)

Vía anaeróbica: degradación de la glucosa que produce piruvato. Es exergónica.

Fases de la glucólisis: 10 reacciones, divididas en fase preparatoria y fase productiva.

  • Hexoquinasa: transfiere el fosfato del ATP para que el producto quede fosforilado.
  • Glucoquinasa: fosforila la glucosa.

Regulación de la glucólisis

En condiciones aeróbicas se inhibe la glucólisis y la producción de lactato.

Fermentación

Proceso en el que el carbohidrato es degradado a ácido láctico o etanol en condiciones anaeróbicas.

  • Fermentación alcohólica: fermenta la glucosa a etanol y CO2 (productos finales).
  • Fermentación láctica: el piruvato se reduce a lactato.

Ciclo de Krebs (aeróbico)

El piruvato ingresa a la matriz mitocondrial. Se oxida totalmente a acetil-CoA o CO2, produce ATP y genera intermediarios.

Posee un carácter anfibólico, ya que participa tanto en procesos de anabolismo como de catabolismo.

Posee 4 intermediarios: α-cetoglutarato, oxalacetato, succinil-CoA y citrato. Si estos se gastan, disminuye su concentración, el ciclo se enlentece y se gasta (−) acetil-CoA.

Fosforilación oxidativa

Ocurre en la membrana interna de la mitocondria. Consiste en la síntesis de ATP a partir de la oxidación de compuestos como NADH y FADH2.

Cadena respiratoria

Transferencia de electrones que favorece la generación de un gradiente de protones y libera energía.

  • Reducción: ganancia de electrones o hidrógenos.
  • Oxidación: pérdida de electrones o hidrógenos.
  • Complejo I: el NADH entrega electrones al FMN; los electrones se transfieren a un centro Fe-S y luego a la Q. Se bombean protones de la matriz al espacio intermembrana.
  • Complejo II: los electrones se transfieren del succinato al FAD, luego a un centro Fe-S y a la Q. No aporta al gradiente de protones.
  • Complejo ATP sintasa: segundo componente, también llamado complejo V.

Control del metabolismo del glucógeno

Ocurre de acuerdo a las necesidades metabólicas mediante:

  1. Control alostérico
  2. Modificación covalente
  3. Control hormonal
  • Insulina: promueve el almacenamiento de glucosa en las células blanco.
  • Glucagón: se libera en baja concentración de glucosa sanguínea.
  • Epinefrina: liberada por las glándulas suprarrenales en respuestas de lucha o huida.

Metabolismo de Proteínas y Aminoácidos

Desaminación

Las proteínas son degradadas de forma dependiente de ATP en el proteasoma.

Desaminación o transaminación

Mediante aminotransferasas (transaminasas), se transfiere el grupo amino a un α-cetoácido, originando un nuevo α-cetoácido.

Desaminación oxidativa

El glutamato formado por la reacción de transaminación regenera el α-cetoglutarato.

El amoníaco es convertido en urea mediante el ciclo de la urea.

La alanina

Sirve para transportar amoníaco al hígado mediante el ciclo glucosa-alanina.

Descarboxilaciones de aminoácidos

  • Descarboxilación de histidina: síntesis de histamina.
  • Descarboxilación de triptófano: síntesis de serotonina.
  • Descarboxilación de tirosina: síntesis de norepinefrina y epinefrina.
  • Descarboxilación del glutamato: síntesis de GABA.

Ciclo de la urea

Ocurre en el hígado y elimina el exceso de nitrógeno que se produce tras el metabolismo de aminoácidos; se secreta en forma de urea. Posee 5 reacciones: 2 mitocondriales y 3 citosólicas.

Metabolismo de Ácidos Nucleicos

Los nucleótidos son absorbidos por la mucosa intestinal y degradados a bases nitrogenadas libres y ribosa.

Bases púricas

Conducen a la formación de ácido úrico. Su mala eliminación provoca la enfermedad de la gota, en la que este se acumula en las articulaciones.

Tratamiento: el alopurinol inhibe la xantina oxidasa.

Bases pirimidínicas

Ocurren a través de fosforilación, desaminación y ruptura de enlaces glucosídicos, resultando en uracilo y timina.

Los productos finales, β-aminoisobutirato y β-alanina, son aminoácidos que se convierten mediante reacciones de transaminación y activación en metilmalonil-CoA (precursor en la síntesis de ácidos grasos) y succinil-CoA.

Metabolismo de Lípidos

Los lípidos son usados como combustibles de acuerdo a las demandas metabólicas. Los triglicéridos o grasas son la principal forma de almacenamiento energético.

  1. Boca: lipasa lingual.
  2. Estómago: lipasa gástrica.
  3. Intestino delgado: lipasa pancreática (cataliza la hidrólisis de triglicéridos); fosforila a1 y a2, colesterol esterasa, carboxil éster hidrolasa.

La carnitina

Transporta el ácido graso a la mitocondria:

  1. El acil graso se une a la carnitina en el espacio intermembrana, ayudado por la aciltransferasa I.
  2. Con ayuda de la aciltransferasa, la acilcarnitina atraviesa la membrana e ingresa a la mitocondria.

En la mitocondria, el ácido graso sufre el proceso de β-oxidación.

Son 4 etapas de la β-oxidación

  1. Oxidación (acil-CoA deshidrogenasa)
  2. Hidratación (enoil-CoA hidratasa)
  3. Oxidación con participación del NAD+ (hidroxiacil-CoA deshidrogenasa)
  4. Tiólisis