Metabolismo Celular: Rutas de Obtención y Síntesis de Energía

Catabolismo: Descomposición para Obtener Energía

El catabolismo consiste en romper moléculas complejas para convertirlas en otras más sencillas. Ejemplo: El ATP, una molécula compleja, se degrada en ADP para liberar energía.

Reacciones de Óxido-Reducción (Redox)

Las reacciones de óxido-reducción (redox) implican la pérdida o ganancia simultánea de electrones y protones. Ejemplo: El NAD+ capta electrones de un sustrato (con H₂) reduciéndose y convirtiéndose en NADH.

Anabolismo: Síntesis de Moléculas Complejas

El anabolismo consiste en formar moléculas complejas a partir de moléculas sencillas. Ejemplo: La síntesis de proteínas a partir de aminoácidos.

Tipos de Organismos según su Metabolismo Energético

• Organismos Autótrofos: Utilizan energía para transformar moléculas inorgánicas sencillas en moléculas orgánicas más complejas.
• Organismos Heterótrofos: La energía suele ser aportada por reacciones catabólicas.

Catabolismo de Glúcidos: Degradación de la Glucosa

Degradación de la Glucosa: Fermentación y Respiración

La degradación de la glucosa comienza con el proceso de la glucólisis, en el que la glucosa es oxidada para formar dos moléculas de ácido pirúvico. La célula aprovecha la energía liberada para sintetizar ATP y obtener NADH. Existen dos posibilidades principales para la continuación de este proceso:

• Fermentación: Ocurre en ausencia de oxígeno (anaeróbica).
• Respiración: Requiere la presencia de oxígeno (aeróbica).

Glucólisis: La Ruptura Inicial de la Glucosa

La glucólisis consiste en la ruptura de la glucosa. Esta molécula es degradada en el citosol para formar dos moléculas de ácido pirúvico. Durante este proceso:

• Se forman dos moléculas de ATP mediante un proceso de fosforilación a nivel de sustrato. Esto ocurre cuando el ADP capta grupos fosfato directamente de un sustrato para convertirse en ATP.
• Se reducen dos moléculas de NAD+ para formar dos moléculas de NADH.

Fermentación de la Glucosa: Vía Anaeróbica

La fermentación es un proceso metabólico de oxidación parcial que no requiere oxígeno (anaeróbico).

Tipos de Fermentación:

• Fermentación Láctica: El ácido pirúvico actúa como último aceptor de electrones y se reduce a ácido láctico. Esta fermentación es llevada a cabo por microorganismos de la leche y por las células musculares en condiciones anaeróbicas.
• Fermentación Alcohólica: Es realizada por algunas especies de levaduras, como las del género Saccharomyces. Consta de dos etapas principales:
  • Descarboxilación del Ácido Pirúvico: Cada molécula de ácido pirúvico libera una molécula de CO₂, resultando en la formación de dos moléculas de acetaldehído.
  • Reducción del Acetaldehído: Cada molécula de acetaldehído actúa como aceptor final de electrones y se reduce a etanol.

Respiración Aeróbica de la Glucosa: Vía Eficiente con Oxígeno

Etapas de la Respiración Aeróbica:

• Descarboxilación Oxidativa del Ácido Pirúvico: El ácido pirúvico (molécula de 3 carbonos) pierde un carbono en forma de CO₂ y se convierte en ácido acético, que a su vez se transforma en Acetil-CoA.
• Ciclo de Krebs (Ciclo del Ácido Cítrico): El ácido acético (en forma de Acetil-CoA) es oxidado completamente para formar CO₂. Por cada molécula de ácido acético que se oxida, se forman tres moléculas de NADH, una de FADH₂ y una de GTP (que se convierte rápidamente en ATP).
• Cadena Transportadora de Electrones (Cadena Respiratoria): Para que los procesos oxidativos no se detengan, el NADH y el FADH₂ deben ser reoxidados. La cadena respiratoria está formada por complejos proteicos ubicados en la membrana interna de la mitocondria, que realizan el transporte de electrones desde el NADH y el FADH₂ hasta el O₂. El oxígeno, junto con los H+ (protones), forma H₂O. Los complejos principales son:
  • Complejo I: Acepta un par de electrones procedentes del NADH, que luego son transferidos a la coenzima Q (CoQ).
  • Complejo II: Desde el ciclo de Krebs, los electrones recogidos por el FADH₂ llegan hasta la CoQ.
  • Complejo III: Cataliza el paso de electrones desde la CoQ al citocromo b y de este al citocromo c₁.
  • Complejo IV: Recoge los electrones procedentes del citocromo c y, junto con protones y oxígeno, forma H₂O.
• Fosforilación Oxidativa: Es el proceso de síntesis de ATP que se produce como consecuencia de la entrada de protones (H+) en la matriz mitocondrial a favor de su gradiente electroquímico. Este proceso se lleva a cabo a través de la cadena respiratoria hasta llegar a la ATP sintasa. La entrada de H+ a favor del gradiente a través del complejo ATP-sintasa induce la síntesis de ATP.
• Balance Energético: En total, la respiración aeróbica completa de una molécula de glucosa genera aproximadamente 30-32 moléculas de ATP.

Catabolismo de Lípidos: Degradación de Ácidos Grasos

Respiración Aeróbica de los Ácidos Grasos

Los ácidos grasos se convierten en Acetil-CoA mediante la β-oxidación (beta-oxidación). A partir de este punto, el proceso oxidativo continúa a través de las mismas vías que la glucosa:

• Ciclo de Krebs
• Cadena Transportadora de Electrones
• Fosforilación Oxidativa

El ácido graso se va rompiendo en fragmentos de dos carbonos, formando continuamente moléculas de Acetil-CoA.

La Hélice de Lynen: Representación de la β-Oxidación

La β-oxidación se suele representar por medio de una estructura conocida como la Hélice de Lynen. En esta representación, cada 'vuelta' o ciclo de la hélice representa una etapa de oxidación en la que se libera una molécula de Acetil-CoA y se generan una molécula de FADH₂ y una de NADH.