Metabolismo Celular: Procesos de Catabolismo y Anabolismo Explicados

Catabolismo de Lípidos

La degradación oxidativa de los ácidos grasos se inicia con su activación y continúa con la β-oxidación.

Si partimos de un acilglicérido:

• 1º Hidrólisis: Se separa la glicerina de los ácidos grasos.
• La glicerina se transforma en G3P (gliceraldehído-3-fosfato) o dihidroxiacetonafosfato, incorporándose a la glucólisis.

Activación de los Ácidos Grasos

Ocurre en el citosol. El Acil-CoA atraviesa la membrana mitocondrial gracias a un transportador que utiliza la carnitina como mediador.

Ecuación: Ácido palmítico + ATP + SH-CoA → Palmitil-CoA + AMP + 2Pi + H₂O

Beta-oxidación (Degradación)

Su objetivo es formar acetil-CoA. En plantas y hongos, este proceso ocurre en los peroxisomas.

La Hélice de Lynen consta de 4 reacciones:

1. Redox: El Acil-CoA se oxida y forma FADH₂.
2. Hidratación.
3. Redox: Se forma NADH + H⁺.
4. Tiólisis: Al final se desprende 1 acetil-CoA.

Por cada vuelta, el ácido graso pierde 2 carbonos.

Ecuación: Ácido palmítico + 7 NAD⁺ + 7 FAD + 7 H₂O + 8 HS-CoA → 8 Acetil-CoA + 7 NADH + H⁺ + 7 FADH₂

Los ácidos grasos están muy reducidos, no hidratados y su oxidación libera una gran cantidad de energía (409 ATP).

Anabolismo

Conjunto de reacciones de síntesis que forman moléculas orgánicas complejas a partir de moléculas sencillas. Son reacciones endergónicas, por lo que requieren energía (ATP) y poder reductor (NADPH).

Objetivos:

• Síntesis de componentes celulares.
• Almacenamiento de energía química.

Rutas Anabólicas

Rutas exclusivas de autótrofos

• Fotosíntesis
• Quimiosíntesis

Rutas comunes a autótrofos y heterótrofos

• Síntesis de glúcidos
• Síntesis de lípidos
• Síntesis de proteínas
• Síntesis de ácidos nucleicos

Anabolismo de los Glúcidos

Gluconeogénesis

Proceso anabólico que sintetiza glucosa a partir de compuestos no glucídicos como aminoácidos, lactato o glicerol.

• Localización: Principalmente en el hígado (mamíferos).
• Función: Mantener la glucemia durante el ayuno.
• Resultado: Glucosa.

Glucogenogénesis

Proceso anabólico de síntesis de glucógeno para almacenar glucosa.

• Localización: Hígado y músculo.
• Gasto energético: 1 UTP por cada glucosa incorporada.
• Resultado: Glucógeno.

Anabolismo de los Lípidos

Síntesis de ácidos grasos

Proceso anabólico que forma ácidos grasos a partir de acetil-CoA.

• Localización: Citosol.
• Características:
  • Proceso cíclico inverso a la β-oxidación.
  • Cada ciclo añade 2 carbonos.
  • Consume ATP y NADPH.
  • Se libera CO₂.
• Resultado: Ácidos grasos.

Síntesis de triglicéridos

Unión de glicerol y ácidos grasos mediante enlaces éster.

• Localización: Citosol.
• Proceso: Deshidratación (se libera H₂O).
• Resultado: Triglicéridos.

Anabolismo de las Proteínas

Síntesis de aminoácidos

Proceso anabólico que forma aminoácidos a partir de metabolitos de la glucólisis y del ciclo de Krebs.

• Localización: Citosol.
• Plantas: Sintetizan todos los aminoácidos.
• Animales: Solo sintetizan algunos; los aminoácidos esenciales deben obtenerse de la dieta.
• Resultado: Aminoácidos.

Síntesis de proteínas

Proceso de traducción de la información genética.

• Localización: Ribosomas (citoplasma y Retículo Endoplasmático Rugoso - RER).
• Resultado: Proteínas.

Anabolismo de los Ácidos Nucleicos

• Síntesis de ADN: Proceso de replicación. Resultado: ADN.
• Síntesis de ARN: Proceso de transcripción. Resultado: ARN.

Fotosíntesis

Proceso anabólico que sintetiza materia orgánica a partir de CO₂ y H₂O utilizando energía luminosa. Se produce ATP y NADPH y se libera O₂.

Ecuación global: 6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

Localización:

• Eucariotas: Cloroplastos.
• Procariotas fotosintéticos: Membranas internas.

Fase Luminosa

Proceso dependiente de la luz que transforma energía luminosa en energía química.

• Localización: Membrana de los tilacoides.
• Procesos:
  • Captación de luz por pigmentos.
  • Transporte no cíclico de electrones.
  • Fotólisis del agua → Se libera O₂.
  • Fotofosforilación → Se produce ATP.
  • Reducción de NADP⁺ → Se forma NADPH.
• Resultado: ATP, NADPH y O₂.

Transporte cíclico de electrones

Proceso alternativo en el que solo actúa el fotosistema I. No hay fotólisis del agua ni producción de NADPH.

• Resultado: Solo ATP.

Fase Oscura (Ciclo de Calvin)

Proceso independiente de la luz que fija y reduce el CO₂.

• Localización: Estroma del cloroplasto.
• Requiere: ATP y NADPH procedentes de la fase luminosa.
• Fases:
  1. Fijación del CO₂.
  2. Reducción → Formación de G3P.
  3. Regeneración de la ribulosa.
• Balance para una glucosa: 6 CO₂, 18 ATP y 12 NADPH.
• Resultado: Glucosa y otros compuestos orgánicos.

Quimiosíntesis

Proceso anabólico de síntesis de materia orgánica sin necesidad de luz. La energía procede de oxidaciones químicas de compuestos inorgánicos.

• Organismos: Bacterias quimioautótrofas.
• Fases:
  1. Oxidación de compuestos inorgánicos → ATP y NADH.
  2. Fijación de CO₂ (proceso similar al ciclo de Calvin).
• Resultado: Materia orgánica.