Metabolismo Celular: Procesos Bioquímicos y Producción de Energía
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El Metabolismo Celular: Conceptos Fundamentales y Rutas Energéticas
El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en la célula para satisfacer sus necesidades de materia y energía. Son reacciones de oxidación-reducción, catalizadas por enzimas, compartimentadas y acopladas energéticamente a través del ATP.
Catabolismo
El catabolismo es el conjunto de reacciones metabólicas exergónicas (desprenden energía libre) mediante las cuales las células degradan (oxidan) las moléculas complejas para obtener moléculas sencillas, energía (ATP) y poder reductor (NADH, NADPH, FADH₂). Es, por lo tanto, un proceso convergente: desde reactivos variados (proteínas, glúcidos...) se obtienen pocos productos.
Anabolismo
El anabolismo es el conjunto de reacciones metabólicas endergónicas (requieren absorción de energía libre) mediante las cuales las células sintetizan (reducen), con gasto de energía, la mayoría de las sustancias que necesitan para realizar sus funciones vitales. Se necesita, por lo tanto, ATP y poder reductor. Es un proceso divergente: de reactivos escasos (H₂O, CO₂, glucosa, aminoácidos...) se obtienen muchos productos.
Tipos de Fosforilación
Fosforilación a Nivel de Sustrato
Es un tipo de síntesis de ATP que ocurre cuando un grupo fosfato se transfiere directamente desde una molécula donadora (un sustrato con alta energía) al ADP, formando ATP. Este proceso es característico de etapas como la glucólisis y el ciclo de Krebs.
Fotofosforilación
La fotofosforilación es la síntesis de ATP a partir de ADP gracias al flujo de electrones que proceden de los fotosistemas que al excitarse por la acción de la luz son conducidos a través de los diferentes transportadores hasta el NADP⁺ a la vez que se crea un gradiente de protones.
La caída energética de los electrones a través de los transportadores se utiliza para bombear H⁺ al espacio intratilacoidal, regresando al estroma a través de la ATP sintasa que sintetiza ATP.
Fosforilación Oxidativa
La fosforilación oxidativa consiste en el flujo de electrones conducidos a través de las proteínas que constituyen los complejos de la cadena de transporte electrónico hasta el oxígeno, el aceptor final, con la consecuente generación de un gradiente de protones (H⁺) cuya energía es utilizada para la síntesis final de ATP mediante la ATP sintasa. Tiene lugar en la membrana mitocondrial interna (crestas mitocondriales) de las células eucarióticas aeróbicas y en la membrana celular de las células procarióticas aeróbicas.
Glucólisis
La glucólisis es la vía metabólica en la que una molécula de glucosa (de seis carbonos) se descompone en dos moléculas de piruvato (de tres carbonos) en el citoplasma celular. Durante este proceso, se produce una ganancia neta de 2 ATP y 2 NADH. Es una vía anaerobia, es decir, no requiere oxígeno.
Fermentación
La fermentación es un proceso catabólico anaerobio en el que los organismos oxidan de manera incompleta el piruvato, producto de la glucólisis, para regenerar NAD⁺, permitiendo de este modo que la glucólisis continúe en ausencia de oxígeno. Existen diferentes tipos de fermentación, como la láctica y la etílica, dependiendo del organismo y del aceptor final de electrones, que en ambos casos es una molécula orgánica.
Ciclo de Krebs (o Ciclo del Ácido Cítrico)
El Ciclo de Krebs (o ciclo del ácido cítrico) es una ruta metabólica cíclica que se realiza en la matriz mitocondrial, en la cual el acetil-CoA se oxida completamente, liberando CO₂, generando NADH, FADH₂ y GTP (o ATP). Estas coenzimas transportadoras de electrones alimentan la cadena transportadora de electrones para la síntesis de ATP.
Cadena Transportadora de Electrones o Cadena Respiratoria
La Cadena Transportadora de Electrones o Cadena Respiratoria es una serie de complejos proteicos situados en la membrana interna de la mitocondria, que transfieren electrones procedentes del NADH y FADH₂ hacia el oxígeno, el aceptor final, formando agua. Este transporte genera un gradiente de protones que impulsa la síntesis de ATP mediante la fosforilación oxidativa.