Metabolismo Celular
El metabolismo se define como el conjunto de reacciones bioquímicas que permiten la vida celular. Se divide en dos grupos:
- Catabolismo: Degradación de moléculas grandes en sus constituyentes.
- Anabolismo: Síntesis de biomoléculas a partir de moléculas monoméricas.
Las reacciones que obtienen energía celular en forma de ATP se consideran catabólicas, ya que degradan glucosa, ácidos grasos o aminoácidos (moléculas grandes) para convertirlas en ATP (una molécula pequeña y simple).
ATP: La Moneda Energética
El ATP (Adenosín Trifosfato) está formado por adenina, ribosa y tres grupos fosfato. El enlace entre el segundo y tercer grupo fosfato almacena gran cantidad de energía. Las enzimas ATPasas rompen este enlace para liberar la energía. El ATP es la moneda energética por su estabilidad, tamaño y transporte controlado. Su hidrólisis produce ADP (adenosín difosfato) y Pi (pirofosfato inorgánico), necesarios para su síntesis.
Metabolismo Eucariota vs. Procariota
La diferencia radica en la abundancia de organelos que participan en la formación de ATP, proporcional a la demanda energética. El metabolismo vegetal y animal son similares. El metabolismo varía según el uso de oxígeno:
- Metabolismo aeróbico: Utiliza oxígeno (la mayoría de los seres vivos).
- Metabolismo anaeróbico: Utiliza otro aceptor de electrones (ej. azufre).
Mitocondrias: La Central Energética
Las mitocondrias son organelos eucariotas que producen ATP eficientemente (con O2). Su estructura incluye:
- Membrana externa: Contiene receptores y transportadores.
- Espacio intermembrana: Contiene la piruvato deshidrogenasa, enzima clave en la producción de ATP.
- Membrana interna: Forma crestas mitocondriales y contiene la cadena respiratoria.
- Matriz mitocondrial: Contiene enzimas del ciclo de Krebs y ADN mitocondrial.
Aunque la mayoría del ADN mitocondrial proviene de la madre, se han descubierto casos de herencia paterna. Su estructura y ADN sugieren un origen endosimbiótico.
Respiración Celular
La respiración celular convierte la glucosa en ATP mediante cuatro etapas:
- Glucólisis
- Acetilación de la CoA
- Ciclo de Krebs
- Fosforilación oxidativa
Glucólisis
La glucólisis (ruptura del azúcar) es el primer paso. Convierte una molécula de glucosa en dos de piruvato. La reacción global es:
Glucosa + 2ATP → 4ATP + 2Piruvato + 2NADH
Rendimiento neto por mol de glucosa:
- 2 ATP netos
- 2 NADH (poder reductor)
- 2 Piruvato
El NADH es un poder reductor, como una «ficha» intercambiable por ATP. La glucólisis no requiere oxígeno.
Acetilación de la Coenzima A
El piruvato entra a la mitocondria y se convierte en Acetil-CoA. No se produce ATP en esta etapa. Se producen 2 NADH y CO2 por cada molécula de glucosa.
Ciclo de Krebs
El Acetil-CoA entra al ciclo de Krebs en la matriz mitocondrial. Su objetivo es generar poder reductor. Rendimiento neto por mol de piruvato:
- 1 ATP (GTP)
- 3 NADH
- 1 FADH2
- CO2
Fosforilación Oxidativa
En esta etapa, el poder reductor se intercambia por ATP en la membrana interna de la mitocondria. Los citocromos de la cadena transportadora de electrones generan un gradiente de protones (H+) en el espacio intermembrana. La ATP sintasa utiliza este gradiente para sintetizar ATP a partir de ADP y Pi. Cada NADH produce aproximadamente 3 ATP (2.5 en realidad).