Rutas Metabólicas de Obtención de Energía: Glucólisis, Respiración y Fermentación

Glucólisis: La Ruta Metabólica Central

La Glucólisis es una ruta metabólica catalítica de degradación de glucosa que ocurre en el citoplasma celular.

Resultados clave:

• Obtención de Piruvato, sustrato esencial para otras vías metabólicas (respiración y fermentación).
• Generación de energía en forma de ATP.
• Generación de poder reductor (NADH + H⁺).

Es una ruta universal, presente en casi todos los seres vivos, lo que indica su gran antigüedad evolutiva.

Ecuación global:

Glucosa + 2(ADP + Pi) + 2(NAD⁺) → 2 Piruvato + 2 ATP + 2 H₂O + 2(NADH + H⁺)

Fases de la Glucólisis

1ª Fase: Fase de Inversión de Energía (Consumo de ATP)

1. Fosforilación de la glucosa: Mediante el consumo de ATP, catalizada por una quinasa. Se produce glucosa-6-fosfato y ADP.
2. Isomerización: La glucosa-6-fosfato se transforma en fructosa-6-fosfato, catalizada por una isomerasa.
3. Segunda Fosforilación: La fructosa-6-fosfato se convierte en fructosa-1,6-difosfato, consumiendo ATP y catalizada por una quinasa (liberando ADP).
4. Escisión: La fructosa-1,6-difosfato se divide en gliceraldehído-3-fosfato y dihidroxiacetona fosfato, catalizada por una aldolasa.
5. Isomerización: El dihidroxiacetona fosfato se transforma en gliceraldehído-3-fosfato, catalizada por una isomerasa.

2ª Fase: Fase de Obtención de Energía (Producción de ATP y NADH)

6. Oxidación y Fosforilación Acoplada: El gliceraldehído-3-fosfato se oxida y fosforila, generando 1,3-difosfoglicerato. Catalizada por una deshidrogenasa. Requiere de 2 Pi y 2 NAD⁺, y además libera 2(NADH + H⁺).
7. Desfosforilación (1ª Fosforilación a Nivel de Sustrato): El 1,3-difosfoglicerato transforma 2 ADP en 2 ATP (liberando energía) y genera 3-fosfoglicerato. Catalizada por una quinasa.
8. Isomerización: El 3-fosfoglicerato cambia la posición del grupo fosfato (mediante una mutasa) transformándose en 2-fosfoglicerato.
9. Formación de Fosfoenolpiruvato: Se liberan 2 H₂O a partir del 2-fosfoglicerato, catalizada por una enolasa.
10. Desfosforilación (2ª Fosforilación a Nivel de Sustrato): El fosfoenolpiruvato se transforma en piruvato, catalizada por una quinasa. En este proceso, se transforman 2 ADP en 2 ATP.

Destino del Piruvato: Respiración y Fermentación

A partir del piruvato, producto de la glucólisis, se llevan a cabo diversos tipos de reacciones para la obtención de energía.

Respiración Celular

Respiración Aerobia

Tiene lugar en presencia de oxígeno (O₂), común en organismos como plantas, animales y hongos. Consta de tres pasos principales:

1. Formación del Acetil CoA.
2. El Ciclo de Krebs.
3. La Cadena Transportadora de Electrones junto con la Fosforilación Oxidativa.

Respiración Anaerobia

Tiene lugar en ausencia de oxígeno (O₂), típica de ciertas bacterias. Consiste en la oxidorreducción de monosacáridos y otros compuestos, donde el aceptor final de electrones es una molécula inorgánica distinta del oxígeno (como sulfatos o nitratos). Se realiza a través de una cadena transportadora de electrones análoga a la de la mitocondria en la respiración aeróbica.

Fermentación

La fermentación es un proceso que se da en ausencia de oxígeno. Es una ruta metabólica incompleta de compuestos orgánicos, ya que no se libera toda la energía potencial de los mismos. En este proceso, una molécula orgánica es el aceptor final de electrones. Se produce en el citoplasma y es llevada a cabo por bacterias (anaerobias facultativas o estrictas).

Etapas de la Fermentación

1. La glucólisis, en la que se obtiene ATP, NADH y piruvato a partir de la glucosa.
2. Reducción del piruvato a los productos finales de la reacción. Se consume NADH, que pasa a ser NAD⁺.

Tipos principales de Fermentación

Fermentación Láctica

• El piruvato se reduce a lactato.
• Se consumen dos NADH + H⁺.
• Realizada por bacterias lácticas y células musculares en ausencia de O₂.
• Balance: Glucosa + 2(ADP + Pi) → 2 Lactato + 2 ATP + 2 H₂O

Fermentación Alcohólica

• El piruvato se reduce a etanol, expulsando dos moléculas de CO₂.
• Se consumen dos NADH + H⁺, que se degradan a NAD⁺.
• Realizada por levaduras.
• Balance: Glucosa + 2(ADP + Pi) → 2 Etanol + 2 CO₂ + 2 ATP + 2 H₂O

Otras Rutas de Fermentación

• Putrefacción: Degradación de proteínas en compuestos orgánicos.
• Fermentación Butírica: Degradación de glúcidos de origen vegetal (como el almidón y la celulosa) a compuestos malolientes, como el ácido butírico o propiónico. Este proceso contribuye a la descomposición de los restos vegetales del suelo.