Metabolismo Celular: Vías Bioquímicas y Producción de Energía

Conceptos Fundamentales del Metabolismo

Definición de Metabolismo

El Metabolismo se caracteriza por reacciones de oxidación-reducción o redox. Es la suma de transformaciones químicas que ocurren en las células de los organismos.

Funciones del Metabolismo

• Obtener energía.
• Convertir moléculas de nutrientes en precursores de macromoléculas.
• Polimerizar precursores para formar macromoléculas.
• Sintetizar y degradar biomoléculas especializadas.

Fuentes de Energía en Organismos

• Fototrofos: Obtienen energía del sol mediante pigmentos (bacterioclorofilas y clorofilas).
• Quimiorganotrofia: Utilizan compuestos orgánicos reducidos, que se transforman en compuestos orgánicos oxidados.
• Quimiolitrofia: Utilizan compuestos inorgánicos reducidos, que se transforman en compuestos inorgánicos oxidados.

Principales Rutas y Procesos Metabólicos

Vías Metabólicas Esenciales

Vía Anfibólica

Ruta metabólica que funciona tanto en catabolismo como en anabolismo. Ejemplo: Ciclo de Krebs.

Vías Comunes

Serie de reacciones que convergen para producir productos importantes. Ejemplo: Glucólisis.

Glucólisis

Ruta que descompone la glucosa en piruvato, generando ATP y NADH.

Intermediarios:

1. Glucosa
2. Glucosa-6-fosfato
3. Fructosa-6-fosfato
4. Fructosa-1,6-bifosfato
5. 3-fosfoglicerato
6. Fosfoenolpiruvato
7. Piruvato

Lugar:

Ocurre en el citosol.

Fermentación Láctica

Ruta en la que la lactosa se descompone: Lactosa → Glucosa + Galactosa (Glucosa) → 2 Ácido Pirúvico → 2 Ácido Láctico.

Es un proceso anaeróbico. La enzima deshidrogenasa láctica cataliza esta reacción.

Lugar:

Ocurre en el citosol.

Fermentación Alcohólica

Proceso anaeróbico donde los aceptores de electrones pueden ser compuestos inorgánicos como NO3-, Fe3+, CO2.

Vía de las Pentosas Fosfato

Ocurre en el citosol de las células y su función es la producción de pentosas fosfato y la generación de NADPH.

Intermediarios:

1. Glucosa-6-fosfato
2. 6-fosfogliconato
3. Ribulosa-5-fosfato
4. Ribosa-5-fosfato
5. Xilulosa-5-fosfato

Vía de Entner-Doudoroff

Ruta alterna de la glucólisis que se encuentra en ciertas bacterias.

Intermediarios:

1. Glucosa
2. Glucosa-6-fosfato
3. 6-fosfoglucanato
4. 2-ceto-3-desoxi-6-fosfoglucanato (KDPG)
5. Gliceraldehído-3-fosfato (GAP)
6. Piruvato

Ciclos y Procesos de Generación de Energía

Ciclo de Krebs

• Inicio: Acetil-CoA.
• Fin: Oxalacetato.
• Lugar: Matriz mitocondrial.
• Productos: NADH, FADH2, ATP, CO2.
• Finalidad: Conservar la energía de oxidación.

Beta-Oxidación

• Inicio: Ácidos grasos.
• Fin: Acetil-CoA.
• Lugar: Matriz mitocondrial.
• Productos: NADH, FADH2, Acetil-CoA.
• Finalidad: Obtener energía de los ácidos grasos.

Cadena Respiratoria y Fosforilación Oxidativa

• Inicio y Fin: Oxidación de transportadores electrónicos y reducción de O2 a H2O.
• Lugar: Membrana interna de la mitocondria.
• Productos: Bombeo de protones, gradiente de protones.
• Finalidad: Transporte de electrones y conservación de energía.

Fosforilación Oxidativa (Mecanismo)

• Inicio y Fin: ADP + Pi termina en ATP.
• Lugar: Membrana interna de la mitocondria.
• Productos: ATP y calor.
• Finalidad: Producir energía.

Notas Importantes

• Algunos venenos inhiben la cadena respiratoria.
• La grasa parda desacopla la cadena respiratoria para generar calor en los tejidos.

Etapas del Metabolismo Celular

1. Etapa 1: Moléculas grandes se descomponen en partes pequeñas por hidrólisis. No libera mucha energía. Productos: aminoácidos, ácidos grasos y glicerol.
2. Etapa 2: Formación de metabolitos como acetil-CoA y piruvato. Puede ser aeróbica o anaeróbica. Produce ATP, NADH, FADH2.
3. Etapa 3: Incorpora nutrientes carbonados y se integran en el ciclo del ácido tricarboxílico (Ciclo de Krebs). Se oxida a CO2 y genera ATP, NADH y FADH2. Es un ciclo aeróbico y libera mucha energía. El ATP se produce por la oxidación del NADH y FADH2, donde el oxígeno u otra molécula es el aceptor de electrones.

Moléculas Clave y Terminología Bioquímica

NADH y FADH2: Transportadores de Energía

Se forman en la glucólisis, la oxidación de ácidos grasos y el ciclo de Krebs. Son moléculas ricas en energía, con un par de electrones de elevado potencial de transferencia.

Terminología Química

Desprotonado

Cesión de un catión hidrógeno por una molécula, formando una base conjugada.

Protonado

Adición de un protón a un átomo, molécula o ion.