Metabolismo celular: catabolismo, anabolismo y respiración celular

Metabolismo Celular: Reacciones, Rutas y Producción de Energía

Introducción al Metabolismo

El metabolismo se refiere al conjunto de reacciones químicas que ocurren en un organismo. Estas reacciones se organizan en rutas metabólicas.

Tipos de Rutas Metabólicas

• Catabolismo: Las rutas catabólicas liberan energía al descomponer moléculas complejas en compuestos más simples.
• Anabolismo: Las rutas anabólicas consumen energía para construir moléculas complejas a partir de moléculas más simples.

Energía Libre y Reacciones Metabólicas

La energía libre es la porción de energía de un sistema disponible para realizar trabajo a temperatura y presión constantes. Las reacciones químicas se clasifican en:

• Reacciones Exergónicas: Liberan energía neta y son espontáneas.
• Reacciones Endergónicas: Absorben energía libre del entorno y no son espontáneas.

El ATP: La Moneda Energética de la Célula

El ATP (adenosín trifosfato) actúa como la principal molécula de transferencia de energía en la célula. La energía se almacena en los enlaces entre los grupos fosfato y se libera cuando estos enlaces se rompen. La energía liberada por la hidrólisis del ATP impulsa reacciones endergónicas. El ATP es un recurso renovable, regenerándose mediante la adición de un grupo fosfato al ADP (adenosín difosfato). La energía para esta fosforilación proviene de las reacciones catabólicas.

Reacciones Redox (Oxidación-Reducción)

Las reacciones redox son reacciones químicas donde se transfieren electrones entre reactivos.

• Oxidación: Una sustancia pierde electrones (se oxida). El donador de electrones es el agente reductor.
• Reducción: Una sustancia gana electrones (se reduce). El aceptor de electrones es el agente oxidante.

Respiración Celular: Obtención de Energía

La respiración celular es una ruta catabólica que utiliza oxígeno para descomponer moléculas orgánicas, liberando energía. El sustrato (molécula orgánica) se oxida completamente, generando compuestos inorgánicos y ATP.

Fases de la Respiración Celular

1. Glucólisis: Ocurre en el citosol. La glucosa se hidroliza a dos moléculas de piruvato. Se produce NADH (poder reductor) y una pequeña cantidad de ATP.
2. Ciclo de Krebs (Ciclo del Ácido Cítrico): Se lleva a cabo en la matriz mitocondrial (en eucariotas). El piruvato se descarboxila oxidativamente. Se completa la oxidación de la glucosa a CO2, generando más NADH, FADH2 (otro transportador de electrones) y ATP.
3. Fosforilación Oxidativa: También en la mitocondria (membrana interna). Incluye la cadena de transporte de electrones y la quimiósmosis. Los electrones del NADH y FADH2 se transfieren a través de una serie de transportadores, liberando energía que se utiliza para bombear protones (H+) al espacio intermembrana. El gradiente de protones resultante impulsa la síntesis de ATP a través de la ATP sintasa. El oxígeno es el aceptor final de electrones, formando agua (H2O).