Metabolismo Celular

Glucólisis (Ruta de Embden-Meyerhof)

La glucólisis es una ruta catabólica en la que una molécula de glucosa (C₆H₁₂O₆) se transforma en dos moléculas de ácido pirúvico (CH₃-CO-COOH). La energía liberada se utiliza para la síntesis de 2 ATP por fosforilación a nivel de sustrato. Esta ruta, que ocurre en el citosol, consta de 9 reacciones agrupadas en dos fases:

• Fase de consumo de energía: Consta de 4 reacciones. Al finalizar se obtienen dos moléculas de gliceraldehído 3-fosfato y se consumen 2 ATP.
• Fase de producción de energía: Consta de 5 reacciones. A partir de cada gliceraldehído 3-fosfato, se obtiene una molécula de ácido pirúvico y 2 ATP.

Balance de la glucólisis: A partir de cada molécula de glucosa se obtienen dos moléculas de ácido pirúvico, dos moléculas de NADH+H⁺ y dos moléculas de ATP (4 de la segunda fase – 2 de la primera). El consumo de ATP en la primera fase es necesario para que el sustrato fosforilado quede atrapado en la célula y sea reconocido más fácilmente por las enzimas.

Ciclo de Krebs

Cada molécula de ácido pirúvico de la glucólisis entra en la mitocondria, donde sufre una oxidación (se reduce una molécula de NAD⁺ a NADH+H⁺) y una descarboxilación (se desprende una molécula de CO₂) gracias al sistema piruvato deshidrogenasa. Se obtienen dos moléculas de Acetil CoA, dos moléculas de NADH+H⁺ y dos moléculas de CO₂.

El ciclo de Krebs es la vía fundamental para la degradación de compuestos orgánicos y la obtención de coenzimas reductoras. Consta de ocho reacciones. El grupo acetilo se une al oxalacetato (4C) para formar ácido cítrico. A partir de cada Acetil CoA se obtienen dos moléculas de CO₂, tres NADH+H⁺, un FADH₂ y un GTP (que se convierte en ATP). Las enzimas del ciclo se encuentran en la matriz mitocondrial, excepto una que está unida a la membrana interna.

Fermentación Alcohólica

La glucosa se transforma en dos moléculas de ácido pirúvico (liberando 2 ATP y 2 NADH+H⁺). El ácido pirúvico sufre una descarboxilación y se transforma en acetaldehído (catalizado por la piruvato descarboxilasa). El acetaldehído se reduce por el NADH+H⁺ y se transforma en etanol (catalizado por la alcohol deshidrogenasa).

Fermentación Láctica

La lactosa se hidroliza en glucosa y galactosa (por la lactasa). La galactosa se isomeriza a glucosa. La glucosa se transforma en dos moléculas de ácido pirúvico (liberando 2 ATP y 2 NADH+H⁺). El ácido pirúvico se reduce por el NADH+H⁺ y se transforma en ácido láctico (catalizado por la lactato deshidrogenasa).

Fotosíntesis

Fase Luminosa Acíclica

Se inicia con la llegada de fotones al fotosistema II, excitando al pigmento P680, que pierde electrones. La fotolisis del agua repone los electrones perdidos, liberando oxígeno. El flujo de electrones crea un gradiente de protones que impulsa la síntesis de ATP (fosforilación del ADP). Los fotones también inciden en el fotosistema I, excitando al pigmento P700. Los electrones perdidos son repuestos por la plastocianina y finalmente se utiliza para formar NADPH (fotorreducción del NADP).

Fase Luminosa Cíclica

Solo interviene el fotosistema I. Se crea un flujo cíclico de electrones que genera ATP. No hay fotolisis del agua, ni generación de NADPH, ni liberación de oxígeno. Su finalidad es generar ATP adicional para la fase oscura.

Fase Oscura (Ciclo de Calvin)

Se utiliza la energía (ATP y NADPH) de la fase luminosa para sintetizar materia orgánica a partir de inorgánica.

• Fijación del CO₂: El CO₂ se fija a la ribulosa-1,5-difosfato (5C), produciendo dos moléculas de ácido fosfoglicérico (3C).
• Reducción: El ácido fosfoglicérico se reduce a gliceraldehído-3-fosfato utilizando ATP y NADPH.

Cada vuelta del ciclo fija un CO₂, por lo que se necesitan seis vueltas para generar una molécula de glucosa (6C).

Ribosomas

Estructuras globulares sin membrana, compuestas por ARN. Escasos en glóbulos rojos y ausentes en espermatozoides maduros. Se encuentran dispersos en el citosol o unidos al retículo endoplasmático rugoso.

Estructura y Función

• Células eucariotas: Dos subunidades: pequeña (40S) y grande (65S). Responsables de la síntesis de proteínas. Las subunidades se unen para la traducción del ARNm y se separan al finalizar.

Membrana Plasmática

Estructura y Composición (Modelo de Mosaico Fluido)

Doble capa de lípidos, proteínas y otras moléculas en movimiento. La bicapa lipídica está formada por moléculas anfipáticas.

• Fosfolípidos y glucolípidos: Giran y se mueven, proporcionando fluidez.
• Colesterol: Estabiliza la bicapa.
• Proteínas: Integrales (intrínsecas) o periféricas (extrínsecas).

Propiedades

• Dinámica: Autoreparación y fusión.
• Asimétrica: Glucolípidos, glucoproteínas y glucocálix en la cara externa (células animales).

Funciones

• Bicapa lipídica: Separa el medio acuoso y participa en endocitosis y exocitosis.
• Proteínas: Regulan el transporte, reconocimiento celular y actividad enzimática.

Retículo Endoplasmático

Sistema membranoso de cisternas, vacuolas y túbulos. Se comunica con la membrana nuclear externa.

Retículo Endoplasmático Liso (REL)

Red de túbulos conectados al RER. Su membrana contiene enzimas para la síntesis de lípidos. Abundante en células musculares estriadas, células intersticiales de ovarios y testículos, y hepatocitos.

Funciones

• Síntesis, almacenamiento y transporte de lípidos.
• Desintoxicación.
• Contracción muscular.

Retículo Endoplasmático Rugoso (RER)

Con ribosomas en su cara externa. Formado por cisternas y vesículas de transporte. Se comunica con el REL y el núcleo. Contiene riboforinas para fijar ribosomas.

Funciones

• Síntesis de proteínas de membrana, fosfolípidos y proteínas de secreción (glucoproteínas).

Aparato de Golgi

Cerca del núcleo. En células animales, rodea los centriolos.

Estructura

Conjunto de sáculos (cisternas) y vesículas. Dictiosoma polarizado con dos caras: cis (formación) y trans (maduración).

Funciones

• Transporte, maduración, acumulación y secreción de proteínas.
• Glucosilación de lípidos y proteínas.
• Síntesis de polisacáridos.

Vacuolas

Vesículas con membrana y contenido acuoso. Pequeñas en células animales (vesículas) y grandes en células vegetales (tonoplasto).

Funciones

• Turgencia celular (acumulación de agua).
• Almacenamiento de reservas, productos de desecho y otras sustancias.
• Transporte de sustancias.
• Regulación osmótica (vacuolas pulsátiles).

Lisosomas

Vesículas del aparato de Golgi con enzimas digestivas (hidrolasas ácidas).

Estructura y Funciones

Membrana con glucoproteínas protectoras. Mantienen un pH ácido (3-6).

Tipos

• Primarios: Solo enzimas.
• Secundarios: Con sustratos en digestión (vacuolas digestivas y autofágicas).
• Específicos: Acrosomas de espermatozoides y granos de aleurona.