Catabolismo y obtención de ATP
El catabolismo está formado por varias rutas metabólicas que conducen a la obtención de moléculas de ATP, utilizadas en procesos que requieren aporte energético como el anabolismo. La energía que no se almacena se expulsa en forma de calor. La glucosa y los ácidos grasos son degradados por la glucólisis y la beta oxidación, formando acetil-CoA. Las proteínas se descomponen en sus aminoácidos. Finalmente, todo esto entra en el ciclo de Krebs y la cadena respiratoria, produciendo CO2, H2O y ATP.
Glucólisis
Ocurre en el citosol sin necesidad de oxígeno, son las reacciones de una glucosa (6 átomos de carbono) que se transforma en 2 moléculas de ácido pirúvico (3 átomos de carbono). En la glucólisis se produce la oxidación de la glucosa, no es completa ya que se producen moléculas orgánicas que luego en las mitocondrias se degradarán en moléculas inorgánicas. La glucólisis es universal y su finalidad es la obtención de energía en 2 fases:
- Fosforilación de la glucosa en glucosa 6-fosfato, necesario para que la sangre pase la membrana citoplasmática.
- Isomerización de la glucosa 6-fosfato en fructosa 6-fosfato.
- Fosforilación de fructosa 6-fosfato en fructosa 1,6-difosfato.
- Escisión de fructosa 1,6-difosfato mediante una aldolasa, en dihidoxiacetona-fosfato y gliceraldehído-3-fosfato.
- El gliceraldehído-3-fosfato mediante una fosforilación y una deshidrogenación, se convierte en el ácido 1,3-difosfoglicérico.
- Defosforilación del ácido 1,3-difosfoglicérico, formándose el ácido 3-fosfoglicérico y ATP.
- Traspaso del grupo fosfato del ácido 3-fosfoglicérico al carbono-2.
- Formación de un doble enlace entre los carbonos 2 y 3 del ácido 2-fosfoglicérico originando (PEP).
- Transferencia del grupo fosfato del PEP al ADP para formar una molécula de ATP, obteniéndose ácido pirúvico.
El balance energético de la glucólisis es de dos moléculas de NADH y dos moléculas de ATP por cada molécula de glucosa. La ecuación global de la glucólisis es: Glucosa + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ > 2 Ácido pirúvico + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O.
Etapas clave de la glucólisis
Un punto crucial de la glucólisis es la etapa 5. Si el NADH producido no vuelve a oxidarse, la ruta se detendrá. El modo de oxidarse dependerá de la disponibilidad de oxígeno. En condiciones aerobias, las moléculas de NADH ceden sus electrones a la cadena de transporte electrónico, que los conducirá hasta el oxígeno (O2), produciéndose agua y regenerándose NAD+, que se reutilizará en la glucólisis. En estas condiciones, el ácido pirúvico entra en la mitocondria y se transforma en grupos acetilo, que formarán el acetil coenzima A (acetil-CoA), que ingresará en la respiración celular. En condiciones anaerobias, el NADH se oxida a NAD+ mediante la reducción del ácido pirúvico. Estas etapas hacen posible que se produzca energía de forma anaeróbica, denominándose fermentaciones, y ocurre en el citosol.
Respiración celular
El ácido pirúvico formado durante la glucólisis se oxida completamente a CO2 y H2O en presencia de oxígeno. Este proceso de respiración se desarrolla en dos etapas sucesivas: el ciclo de Krebs y la cadena respiratoria que está asociada a la fosforilación oxidativa. En las células eucariotas, tanto vegetales como animales, el ciclo de Krebs tiene lugar en la matriz de la mitocondria con tal que haya suficiente oxígeno. La cadena respiratoria ocurre en las crestas mitocondriales, donde se encuentran las enzimas específicas, que están agrupadas de tal modo que facilitan el acoplamiento energético y la transferencia de electrones. Para este proceso es indispensable la presencia de oxígeno en la célula.