Rutas Metabólicas Fundamentales: Glucólisis, Ciclo de Krebs y Fosforilación Oxidativa

1. Glucólisis

La glucólisis es la ruta metabólica encargada de oxidar la glucosa para obtener energía para la célula. Consta de 10 reacciones enzimáticas:

1. Glucosa → (enzima: hexoquinasa, gasta ATP) → Glucosa-6-fosfato (G6P).
2. Glucosa-6-fosfato → (enzima: fosfoglucosa isomerasa) → Fructosa-6-fosfato (F6P).
3. Fructosa-6-fosfato → (enzima: fosfofructoquinasa-1 [PFK-1], gasta ATP) → Fructosa-1,6-bisfosfato.
4. Fructosa-1,6-bisfosfato → (enzima: aldolasa) → Gliceraldehído-3-fosfato + Dihidroxiacetona fosfato.
5. Dihidroxiacetona fosfato → (enzima: triosa fosfato isomerasa) → Gliceraldehído-3-fosfato.
6. (x2) Gliceraldehído-3-fosfato → (enzima: gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa, Pi + NAD⁺) → 1,3-Bisfosfoglicerato.
7. (x2) 1,3-Bisfosfoglicerato → (enzima: fosfoglicerato quinasa, produce ATP a partir de ADP) → 3-Fosfoglicerato.
8. (x2) 3-Fosfoglicerato → (enzima: fosfoglicerato mutasa) → 2-Fosfoglicerato.
9. (x2) 2-Fosfoglicerato → (enzima: enolasa, libera H₂O) → Fosfoenolpiruvato (PEP).
10. (x2) Fosfoenolpiruvato → (enzima: piruvato quinasa, produce ATP a partir de ADP) → Piruvato.

Enzimas Reguladoras de la Glucólisis

• Hexoquinasa: Inhibida por retroalimentación por G6P (-).
• Fosfofructoquinasa-1 (PFK-1): Activada por fructosa-2,6-bisfosfato (+) y AMP (+); inhibida por ATP (-), citrato (-) y protones H⁺ (-).
• Piruvato quinasa: Activada por fructosa-1,6-bisfosfato (+); inhibida por acetil-CoA (-), ATP (-) y alanina (-).

2. Gluconeogénesis

Ruta anabólica de síntesis de glucosa a partir de precursores no glucídicos. Reacciones clave de rodeo:

• Paso 1: Piruvato → (enzima: piruvato carboxilasa) → Oxalacetato.
• Paso 2: Oxalacetato → (enzima: PEP carboxiquinasa) → Fosfoenolpiruvato (PEP).
• Paso 9: Fructosa-1,6-bisfosfato → (enzima: fructosa-1,6-bisfosfatasa) → Fructosa-6-fosfato.
• Paso 11: Glucosa-6-fosfato → (enzima: glucosa-6-fosfatasa) → Glucosa.

3. Ciclo de Krebs (Ciclo del Ácido Cítrico)

Ocurre en la matriz mitocondrial a partir de acetil-CoA, el cual puede provenir de la β-oxidación de ácidos grasos o de la descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico.

Etapas del Ciclo:

1. Acetil-CoA + Oxalacetato → (enzima: citrato sintasa) → Citrato.
2. Citrato → (enzima: aconitasa) → cis-Aconitato → (enzima: aconitasa) → Isocitrato.
3. Isocitrato → (enzima: isocitrato deshidrogenasa) → α-Cetoglutarato (genera NADH).
4. α-Cetoglutarato → (enzima: α-cetoglutarato deshidrogenasa) → Succinil-CoA (genera NADH).
5. Succinil-CoA → (enzima: succinil-CoA sintetasa) → Succinato (genera GTP/ATP).
6. Succinato → (enzima: succinato deshidrogenasa) → Fumarato (genera FADH₂).
7. Fumarato → (enzima: fumarasa) → Malato.
8. Malato → (enzima: malato deshidrogenasa) → Oxalacetato (genera NADH).

Producción de poder reductor: Reacciones 3 (NAD⁺), 4 (NAD⁺), 6 (FAD) y 8 (NAD⁺).

Ruta anaplerótica: Vía metabólica mediante la cual se reponen los intermediarios que son retirados del ciclo para servir como precursores biosintéticos.

4. Complejo ATP Sintasa

Es una enzima que transforma la energía cinética generada por el gradiente de protones en energía química en forma de ATP. Está compuesta por dos dominios funcionales:

• F₀: Proteína integral y canal transmembrana para protones, constituido por tres subunidades: a, b₂ y c₁₂.
• F₁: Proteína periférica de membrana compuesta por nueve subunidades (α₃, β₃, γ, δ, ε), albergando tres sitios catalíticos.

La ATP sintasa opera mediante el mecanismo de catálisis rotacional: el flujo de protones a través de F₀ produce la rotación del tallo central, induciendo cambios conformacionales en los sitios de unión a nucleótidos de F₁, ciclando sucesivamente entre conformaciones: unión a ADP + Pi, síntesis de ATP y conformación abierta o vacía.

5. Sistemas de Lanzaderas de NADH

Permiten transferir equivalentes reductores del NADH citosólico a la cadena de transporte electrónico mitocondrial:

1. Lanzadera de malato-aspartato.
2. Lanzadera de glicerol-3-fosfato: Empleada principalmente en el músculo esquelético y en el cerebro. En el citosol, la dihidroxiacetona fosfato acepta dos equivalentes de reducción procedentes del NADH mediante la enzima glicerol-3-fosfato deshidrogenasa citosólica. Posteriormente, una isozima ligada a la membrana interna mitocondrial (en su cara externa) transfiere dichos equivalentes reductores desde el glicerol-3-fosfato del espacio intermembrana hacia la ubiquinona.

6. Síntesis de Ácidos Grasos

Ruta anabólica que tiene lugar en el citosol celular para la generación de lípidos a partir de acetil-CoA.

7. Transaminación y Desaminación Oxidativa

Procesos metabólicos cuyo objetivo principal es la degradación de aminoácidos; tienen lugar predominantemente en la mitocondria.