Rutas Metabólicas Centrales y Bioenergética: Glucólisis, Ciclo de Krebs y Producción de ATP
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Vías Metabólicas de Obtención de Energía
Glucólisis
La Glucólisis es la vía metabólica encargada de oxidar la glucosa con la finalidad de obtener energía para la célula. Consiste en 10 reacciones enzimáticas consecutivas que ocurren en el citosol (o citoplasma) de las células, que convierten la glucosa en dos moléculas de piruvato. El piruvato es capaz de seguir otras vías metabólicas y así continuar suministrando energía al organismo.
Funciones principales de la Glucólisis:
- La generación de moléculas de alta energía (ATP y NADH) como fuente de energía celular en procesos de respiración aeróbica (presencia de oxígeno) y fermentación (ausencia de oxígeno).
- La generación de piruvato que pasará al Ciclo de Krebs como parte de la respiración aeróbica.
- La producción de intermediarios de 6 y 3 carbonos que pueden ser utilizados en otros procesos celulares.
Fermentación
La Fermentación es una ruta metabólica anaeróbica que ocurre en el citosol de la célula, en la cual la glucosa se oxida parcialmente para obtener energía. El producto de desecho común es el ácido láctico (en la fermentación láctica).
En condiciones de ausencia de oxígeno (anaerobias), la fermentación responde a la necesidad de la célula de regenerar la molécula de NAD+, que ha sido consumida (reducida a NADH) durante la glucólisis. En este proceso, el NADH cede sus electrones, reoxidándose a NAD+.
Oxidación del Piruvato (Formación de Acetil-CoA)
El ácido pirúvico (piruvato) sale del citoplasma, donde se produce mediante glucólisis, y atraviesa las membranas externa e interna de las mitocondrias. Antes de ingresar al Ciclo de Krebs, el piruvato, de 3 carbonos, se oxida.
Los átomos de carbono y oxígeno del grupo carboxilo se eliminan como dióxido de carbono (CO2), un proceso conocido como descarboxilación oxidativa, quedando un grupo acetilo, de dos carbonos.
En esta reacción exergónica, el hidrógeno del carboxilo reduce una molécula de NAD+ a NADH. La molécula original de glucosa se ha oxidado a dos moléculas de CO2 y dos grupos acetilos. Además, se formaron 4 moléculas de NADH (2 en la glucólisis y 2 en la oxidación del ácido pirúvico).
Cada grupo acetilo es aceptado por un compuesto llamado coenzima A, dando lugar al Acetil-Coenzima A (Acetil CoA). Esta reacción es el eslabón entre la glucólisis y el Ciclo de Krebs.
Ciclo de Krebs (Ciclo del Ácido Cítrico)
El Ciclo de Krebs es una sucesión de reacciones químicas que forma parte de la respiración celular en todas las células aeróbicas.
En organismos aeróbicos, el Ciclo de Krebs es parte de la vía catabólica que realiza la oxidación de glúcidos, ácidos grasos y aminoácidos hasta producir CO2, liberando energía en forma utilizable (principalmente como poder reductor y GTP).
Cadena de Transporte de Electrones y Fosforilación Oxidativa
La Cadena Oxidativa es la síntesis de ATP impulsada por la transferencia de electrones hacia el O2 (oxígeno molecular).
Este es el proceso de transferencia de energía más importante, junto con la fotofosforilación, ya que son los procesos que sintetizan la mayor cantidad de ATP en los organismos aeróbicos. Los electrones fluyen desde intermediarios catabólicos (NADH y FADH2) hacia el oxígeno, generando energía que lleva a la formación de ATP. Así, las moléculas reducidas se reoxidan, generando energía para la síntesis de ATP.
Conceptos Fundamentales de Materia y Energía
Materia
La Materia es todo lo que ocupa un lugar en el espacio. La unidad básica de la materia es el átomo (que pueden ser de distintos elementos químicos).
Estos elementos se relacionan a través de enlaces químicos, los cuales almacenan energía. Cuando el enlace se rompe, hay una liberación de energía. No todos los enlaces implican la misma cantidad de energía.
Leyes de la Termodinámica
- Primera Ley de la Termodinámica (Conservación de la Energía): La energía no se crea ni se destruye, sino que se transforma.
- Segunda Ley de la Termodinámica: Cada vez que la energía se transforma, parte de ella se disipa o se pierde en forma de calor.
El Adenosín Trifosfato (ATP) y Fuentes de Energía
El ATP como Moneda Energética
Las transferencias de energía en las células están mediadas por el Adenosín Trifosfato (ATP). El cambio de ATP a ADP y viceversa permite el traspaso energético. Cuanto más ATP, más energía disponible.
La forma a través de la cual nuestras células obtienen ATP se denomina sistemas energéticos. En el sistema anaeróbico, al no haber presencia de oxígeno, la cantidad de energía flaquea y va disminuyendo.
La principal fuente de energía en nuestro cuerpo son las moléculas orgánicas (macromoléculas biológicas). Estas se clasifican en 4 tipos:
- Hidratos de carbono (Glúcidos)
- Lípidos
- Proteínas
- Ácidos nucleicos
Definición de Moléculas Orgánicas
Las moléculas orgánicas se caracterizan por presentar carbono en su estructura. Hay dos excepciones, moléculas que presentan C pero que no son orgánicas: el monóxido de carbono (CO) y el dióxido de carbono (CO2).