Metabolismo Energético: De la Glucólisis a la Fosforilación Oxidativa

Metabolismo Energético: Procesos de Oxidación Celular

I. Fermentaciones (Oxidación Incompleta)

La fermentación se define como una oxidación incompleta que ocurre en el citoplasma. Este proceso se lleva a cabo en condiciones de anaerobiosis o suministro insuficiente de oxígeno.

• Es un proceso de oxidación incompleta de los compuestos orgánicos, por lo que no se libera toda la energía química que contienen.
• La producción de ATP se realiza por fosforilación a nivel de sustrato.

Etapas de la Fermentación Láctica (Ejemplo)

1. Oxidación de GLUCOSA a PIRUVATO.
2. Reducción del PIRUVATO para dar ácido láctico.

El balance energético neto es de 2 moléculas de ATP.

II. Respiración Celular (Oxidación Completa)

La respiración celular implica la degradación completa de la GLUCOSA.

1ª Fase: La GLUCÓLISIS

La GLUCÓLISIS es la primera fase del catabolismo de glúcidos y ocurre en el citoplasma. Se distingue por:

• Etapas: Fosforilación (se gasta energía); Oxidación (rinde energía y genera poder reductor).
• Producción de ATP: Se produce ATP por fosforilación a nivel de sustrato.
• Rendimiento energético: Bajo, 2 moléculas de ATP por cada glucosa.
• Poder reductor generado: 2 NADH.
• Requerimiento de oxígeno: No requiere oxígeno.
• Precursores metabólicos: Proporciona varios precursores, como piruvato y gliceraldehído 3P.
• Antigüedad: Parece ser una ruta “muy antigua”.

2ª Fase: La RESPIRACIÓN AEROBIA

Es común a eucariotas y gran parte de procariotas. Los electrones obtenidos de la glucosa son cedidos al oxígeno y ocurre en la mitocondria.

A. Formación de Acetil-CoA

El PIRUVATO formado en la glucólisis sufre una descarboxilación oxidativa:

1. Pierde el grupo carboxilo en forma de CO2.
2. Posteriormente, se oxida el grupo ceto a grupo carboxilo.
3. La energía liberada queda atrapada en el enlace que se forma con la CoA.

El enzima implicado es la Piruvato deshidrogenasa.

B. Ciclo de KREBS (Ciclo del Ácido Cítrico)

Este proceso se lleva a cabo en la matriz mitocondrial y consiste en oxidar el Acetil-CoA hasta CO2.

Resumen del Ciclo de Krebs (Por cada Acetil-CoA, recuerda que son 2 vueltas):

• Se obtiene GTP, convertible en ATP.
• Poder reductor: 3 NADH y 1 FADH2.
• CO2 producido: 2 moléculas de CO2, que se corresponden con los carbonos del Acetil-CoA, el cual se ha oxidado completamente.

El ciclo de Krebs es una ruta anfibólica, lo que significa que algunas moléculas del ciclo sirven como punto de partida para otras rutas biosintéticas.

C. FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

Es la fase final de la respiración celular “aerobia” y se lleva a cabo en la membrana interna de la mitocondria.

Función y Mecanismo:

• Permite a la célula fabricar ATP, uniendo grupos “fosfato” al ADP.
• Este proceso es endergónico y requiere energía, que procederá de los electrones liberados en las oxidaciones y de un gradiente protónico que se formará en la membrana interna.
• Comprende: transporte de electrones y síntesis de ATP.

III. Beta-Oxidación o Hélice de Lynen (Catabolismo de Ácidos Grasos)

Este proceso ocurre en la mitocondria y consiste en la degradación de los ácidos grasos para producir Acetil-CoA.

Etapas de la Beta-Oxidación:

1. Deshidrogenación: Se reduce el FAD, y se produce un doble enlace entre el carbono alfa y el beta.
2. Hidratación: Se añade una molécula de agua donde se formó el doble enlace, generando un grupo hidroxilo en posición “beta”.
3. Oxidación: Se oxida el grupo “alcohol” a grupo “ceto”. Se reduce el NAD a NADH.
4. Tiolisis: Ruptura del enlace entre carbonos “alfa” y “beta”, por la incorporación de la molécula de CoA.

Resultado: Una molécula de “acil Co-A” que sigue la oxidación, y una molécula de acetil-CoA que ingresa al ciclo de Krebs.