Vías Metabólicas Fundamentales: Catabolismo y Anabolismo Celular
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Catabolismo: Degradación para Obtener Energía
Glicólisis
La **Glicólisis** es el proceso de conversión de **glucosa** en **piruvato**. Genera un rendimiento neto de **2 ATP**. Consta de 10 reacciones que ocurren en el **citosol**.
La **primera etapa** implica la fosforilación de la glucosa y su fragmentación en dos moléculas de **gliceraldehído-3-fosfato**. En esta fase, se consumen **2 ATP**.
La **segunda etapa** consiste en la oxidación de las dos moléculas de gliceraldehído-3-fosfato por **NAD+**, produciendo **piruvato** y generando **4 ATP**.
La ecuación global de la glicólisis es:
Glucosa + 2 ATP + 2 Pi + 2 NAD+ --> 2 piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O
Es crucial que el **NAD+** se regenere para que la glicólisis pueda continuar.
Formación de Acetil-CoA a partir del Piruvato
El **piruvato** se descarboxila para formar **acetil-CoA** y **CO2**. Esta reacción es catalizada por el complejo enzimático **piruvato deshidrogenasa**.
Ciclo de Krebs (Ciclo del Ácido Cítrico)
El **Ciclo de Krebs** es la etapa final de la oxidación completa de la glucosa (a través del acetil-CoA). Su función principal es oxidar el grupo **acetilo** a **CO2** y reducir las coenzimas **NAD** y **FAD**. Consta de 8 reacciones que tienen lugar en la **matriz mitocondrial**.
La ecuación general del ciclo es:
acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + H2O --> 2 CO2 + 3 NADH + 3 H+ + FADH2 + GTP + CoA-SH
Fosforilación Oxidativa y Cadena Respiratoria
La **Fosforilación Oxidativa** es el proceso de regeneración de **ATP** a partir de **ADP** y **Pi**. Está acoplada al transporte de electrones desde **NADH** y **FADH2** hasta el **O2** a través de la **cadena respiratoria**. Este proceso ocurre en la **membrana interna mitocondrial**.
La cadena respiratoria consta de 4 complejos proteicos principales. Estos complejos bombean **protones** desde la matriz al espacio intermembranoso, creando un gradiente electroquímico. La energía de este gradiente se utiliza por la **ATP-sintasa** para sintetizar ATP.
Generalmente, la oxidación de 2 electrones provenientes de NADH resulta en la síntesis de aproximadamente **3 ATP** (la cifra puede variar ligeramente dependiendo de la fuente y las condiciones).
Catabolismo de Lípidos
Los **ácidos grasos** son degradados principalmente a **acetil-CoA**.
Activación de Ácidos Grasos
En la **membrana mitocondrial externa**, los ácidos grasos se activan mediante su unión a la **coenzima A (CoA)** para formar **acil-CoA**. Esta reacción consume **ATP**, que se hidroliza a **AMP** y **pirofosfato**.
β-Oxidación
La **β-Oxidación** es la oxidación de ácidos grasos saturados con número par de átomos de carbono. El proceso comienza a partir del extremo carboxílico del **acil-CoA**. Implica la rotura del enlace en el carbono β, liberando fragmentos en forma de **acetil-CoA**.
Un ejemplo de la oxidación de un ácido graso:
estearil-CoA + 8 CoA + 8 FAD + 8 NAD+ + 8 H2O --> 9 acetil-CoA + 9 FADH2 + 8 NADH + 8 H+
Catabolismo de Proteínas
El catabolismo de proteínas comienza con la **desaminación** del grupo α-amino. El exceso de nitrógeno se excreta, principalmente en forma de **urea**, sintetizada en el **hígado** (en el citosol y la mitocondria).
Los 20 aminoácidos tienen aproximadamente 20 rutas catabólicas diferentes. Sus esqueletos carbonados pueden convertirse en **piruvato** o en otros **intermediarios** del metabolismo central, que pueden ser oxidados para obtener energía o utilizados en procesos de **síntesis** (anabolismo).
Catabolismo Anaerobio: Fermentación
El catabolismo anaerobio ocurre en organismos **anaerobios estrictos** y **anaerobios facultativos**. La **Fermentación** es una oxidación parcial de combustibles orgánicos, donde el **ATP** se obtiene principalmente por **fosforilación a nivel del sustrato**.
Fermentación Alcohólica
Convierte la **glucosa** en **etanol**. Genera **2 ATP**. El piruvato se descarboxila a **acetaldehído** y **CO2**. El acetaldehído se reduce a **etanol** por el **NADH**, regenerando así el **NAD+**.
Glucosa + 2 Pi + 2 ADP --> 2 etanol + 2 CO2 + 2 ATP + 2 H2O
Fermentación Láctica
Convierte la **glucosa** en **lactato**. Genera **2 ATP**. La glucosa se convierte en **piruvato**, y el piruvato se reduce a **lactato**.
Glucosa + 2 Pi + 2 ADP --> 2 lactato + 2 H+ + 2 ATP + 2 H2O
Anabolismo: Biosíntesis que Requiere Energía
Mientras el **Catabolismo** es un proceso degradativo que libera energía, el **Anabolismo** es un proceso de **biosíntesis** que requiere un aporte de energía.
Fotosíntesis
La **Fotosíntesis** es el proceso por el cual se sintetizan **biomoléculas orgánicas** a partir de **CO2** y agua, utilizando la **luz** como fuente de energía.
La ecuación general es:
6 CO2 + 12 H2O + luz --> C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O
En la fotosíntesis, los electrones de los enlaces (por ejemplo, en la clorofila) son excitados por la luz. Su transporte a través de una cadena de transporte electrónico impulsa el **bombeo de protones**, lo que permite la **síntesis de ATP** a partir de **ADP** y **fosfato** (fotofosforilación).