Vías Metabólicas de Producción de Energía: Respiración Celular y Fermentación Láctica

Sistema Anaeróbico Láctico: La Fermentación Láctica

Este sistema utiliza como fuente las reservas de glucógeno, que se convierte en glucosa. Durante el proceso, el glucógeno se degrada, por acción enzimática, en unidades de glucosa, que es la que en realidad produce energía. Si estas reservas de glucógeno se acaban, la fuente de glucosa será el glucógeno hepático o la glucosa presente en la sangre.

Glucogenólisis

El proceso de degradación del glucógeno se denomina glucogenólisis.

Fases de la Fermentación Láctica

Para la fermentación láctica se requieren dos pasos principales:

1. Glucólisis

   La Glucólisis es una ruta metabólica que ocurre en el citoplasma y no requiere la presencia de oxígeno. Es una ruta metabólica lineal que consta de 10 reacciones y se considera una de las rutas más antiguas. Durante la glucólisis, cada molécula de glucosa se convierte en dos moléculas de ácido pirúvico (piruvato). Se producen dos moléculas netas de ATP, además de dos coenzimas reducidos (NADH). Este ácido pirúvico puede tener dos destinos: convertirse en ácido láctico (fermentación láctica) o pasar a la respiración celular.

2. Reducción del Piruvato a Lactato

   El ácido pirúvico o piruvato se reduce a ácido láctico. El balance energético de la fermentación láctica es de solo dos moléculas de ATP, pero es una forma útil de producir energía de forma inmediata. Como producto de desecho, se libera ácido láctico, que se acumula en el músculo y la sangre.

   Importancia y Consecuencias

   Este ATP de origen anaeróbico glucolítico produce energía para realizar ejercicios de máxima intensidad y puede durar entre 30 segundos y tres minutos. La formación de ácido láctico ocasiona una acidosis que puede producir fatiga. Sin embargo, como ventaja, este sistema forma moléculas de ATP con una rapidez 2,5 veces mayor que el mecanismo aeróbico. El exceso de lactato sale de las células, pasa a la sangre y llegará hasta el hígado, que lo vuelve a convertir en glucosa a través del Ciclo de Cori (o ciclo de glucosa-lactato).

Sistema Aeróbico u Oxidativo: La Respiración Celular

Esta vía metabólica transcurre en las mitocondrias. En este orgánulo ocurren todos los procesos, excepto la glucólisis. La respiración celular consta de la descarboxilación oxidativa del piruvato, el Ciclo de Krebs y la fosforilación oxidativa.

Etapas de la Respiración Celular

Descarboxilación Oxidativa y Ciclo de Krebs

El ácido pirúvico (piruvato) entra en la mitocondria y se produce una Descarboxilación Oxidativa, transformándose en Acetil CoA. Este Acetil CoA entra en una ruta cíclica denominada Ciclo de Krebs, haciendo que dicha molécula se degrade totalmente hasta CO₂ y H₂O. En esta ruta, las moléculas se oxidan, mientras que otras se reducen. Estos coenzimas reducidos (NADH y FADH₂) conducen los electrones hasta la Cadena de Transporte de Electrones.

Cadena de Transporte de Electrones y Fosforilación Oxidativa

Los coenzimas reducidos ceden los electrones a una serie de proteínas transportadoras hasta el aceptor final, que es el oxígeno. Esto ocasiona la formación de agua (agua metabólica).

Los electrones, al ir pasando, pierden energía que será utilizada para bombear protones al espacio intermembrana.

Los protones tenderán a volver a la matriz mitocondrial, pero solo pueden regresar a través de una proteína muy especial (ATP sintasa). Cuando lo hacen, liberan la energía almacenada y se produce ATP a partir de ADP y Pi. Este proceso se denomina Fosforilación Oxidativa.

Metabolismo de Lípidos y Proteínas

Otros compuestos orgánicos, como los ácidos grasos y aminoácidos, se metabolizan incorporándose en forma de Acetil CoA al Ciclo de Krebs. Los ácidos grasos acumulan gran cantidad de energía química en sus enlaces. Mediante una ruta catabólica denominada beta-oxidación, se desprenden unidades de dos carbonos y se transforman en Acetil CoA, que pasará al Ciclo de Krebs y se degradará hasta CO₂ y H₂O, generando coenzimas que participarán en la formación de ATP.

Balance Energético Aeróbico

Por cada molécula de glucosa que se degrada por la vía aeróbica, se producen aproximadamente 38 moléculas de ATP. Si se degrada un ácido graso, se obtienen bastantes más. Los aminoácidos también se usan como combustibles metabólicos en casos específicos.

La producción de energía mediante esta vía aeróbica no se completa hasta tres minutos después de iniciado el ejercicio. La mayoría de la energía que utiliza el cuerpo proviene de los carbohidratos, ya que se pueden metabolizar para obtener energía más rápidamente.

Conceptos Clave

Umbral Láctico (Umbral Anaeróbico)

El Umbral Láctico (o umbral anaeróbico) corresponde a la intensidad de la actividad física donde la oferta de oxígeno (O₂) se hace incapaz de mantener por sí sola la demanda energética. Por lo tanto, el aumento en el gasto energético es suplido gracias al aporte del sistema anaeróbico de glucosa, lo que genera fatiga progresiva y acumulación de lactato.