Metabolismo Energético Celular: Glucólisis, Respiración y Fermentación

Glucólisis: Secuencia de reacciones en la que una molécula de glucosa se transforma en 2 de ácido pirúvico. Balance energético: se necesita la energía de dos moléculas de ATP para iniciar, se producen dos moléculas de NADH y 4 de ATP. Por tanto, se obtienen dos moléculas de NADH y dos de ATP por cada molécula de glucosa.

Etapas clave:

• En condiciones aerobias, las moléculas de NADH extramitocondrial ceden sus electrones a la cadena de transporte electrónico mediante un intermediario: la dihidroxiacetona fosfato, que se reduce a glicerol fosfato.
• En condiciones anaerobias, el NADH extramitocondrial se oxida a NAD+ mediante la reducción del ácido pirúvico.

Respiración Celular

El ácido pirúvico obtenido en la glucólisis se oxida a CO2 y H2O en presencia de oxígeno. Consta de dos etapas:

1. Oxidación del ácido pirúvico: El ácido pirúvico pasa a la matriz mitocondrial atravesando las membranas mitocondriales. Sufre una oxidación, el primer carbono y los dos oxígenos correspondientes se separan, liberándose una molécula de CO2 y formándose un grupo acetilo. Se forma una molécula de NADH. Cada grupo acetilo se une a un compuesto llamado coenzima A.

2. Ciclo de Krebs: Cadena cíclica de reacciones en las que interviene una enzima específica.

   1. Formación del ácido cítrico.
   2. Isomerización del ácido cítrico en ácido isocítrico.
   3. Oxidación del ácido isocítrico, pérdida de un átomo de carbono.
   4. Oxidación del ácido α-cetoglutárico para formar succinil-CoA.
   5. Rotura del enlace entre ácido succínico y coenzima A, sintetizando GTP.
   6. Oxidación del ácido succínico a ácido fumárico.
   7. Hidratación del ácido fumárico para formar ácido málico.
   8. Oxidación del ácido málico para formar ácido oxalacético.

   Balance energético: En cada vuelta se produce una molécula de GTP, tres de NADH y una de FADH2, se consume un grupo acetilo y se regenera un ácido oxalacético. Se necesitan dos vueltas para oxidar al máximo una molécula de glucosa.

Cadena Respiratoria y Fosforilación Oxidativa

Cadena respiratoria: Los electrones procedentes del ciclo de Krebs se encuentran en un nivel energético alto. Son conducidos a través de una cadena formada por aceptores de distinto potencial de reducción que está en un nivel energético inferior. Cada par redox solo puede recibir electrones de otro que tenga un potencial de reducción más negativo.

Fosforilación oxidativa: Proceso quimiosmótico: los electrones se mueven a través de la cadena transportadora, saltan a niveles energéticos inferiores y se libera energía, que se emplea para fabricar ADP y fosfato inorgánico (fosforilación oxidativa). Por cada dos electrones que pasan del NADH al oxígeno, se forman tres moléculas de ATP. Por cada dos que pasan del FADH2 y entran en un nivel energético menor, se forman dos de ATP.

Balance Energético de la Respiración Celular

• La glucólisis rinde dos moléculas de ATP y dos moléculas de NADH fuera de la mitocondria. Los electrones del NADH entran en la cadena transportadora, en conclusión, se producen 6 moléculas de ATP.
• La conversión de ácido pirúvico en acetil-CoA rinde dos moléculas de NADH por cada molécula de glucosa. Cuando se transfieren, se producen 6 de ATP.
• En el ciclo de Krebs, se forman dos de GTP, 6 de NADH, y dos de FADH2. La transferencia de electrones del NADH y FADH2 producen 22 ATP.

El rendimiento medio total que produce la oxidación de una molécula de glucosa es de 36 de ATP.

Catabolismo Anaeróbico: Fermentaciones

• Fermentación etílica: Cataliza la reducción del acetaldehído a etanol, reoxidando el NADH (levaduras).
• Fermentación láctica: Se origina ácido láctico a partir del ácido pirúvico procedente de la glucólisis. Se regenera el NAD+ para proseguir la glucólisis.

β-Oxidación

Cuatro reacciones:

1. Oxidación del acetil-CoA, ligada a la formación de FADH2.
2. Hidratación del doble enlace en una reacción catalizada por la enoil-CoA hidratasa.
3. Oxidación catalizada, convierte el grupo hidroxilo del carbono 3 en grupo ceto.
4. Escisión del β-cetoacil-CoA en dos átomos de carbono.

La β-oxidación consigue que de un ácido graso saturado se liberen tantas unidades de acetil-CoA como permita su número par de átomos de carbono.