La Glucólisis

La glucólisis es una ruta metabólica que se divide en tres etapas:

1. Etapa de Fosforilación

Esta etapa requiere aporte energético. Se produce la conversión de la molécula de glucosa en dos moléculas de gliceraldehído-3-fosfato, cada una con tres átomos de carbono. La molécula de glucosa se activa mediante fosforilaciones, para lo que es necesaria la hidrólisis de moléculas de ATP de la reserva celular. La molécula de glucosa se une a un grupo fosfato, procedente de una molécula de ATP. Tras sufrir una isomerización a fructosa-6-fosfato, vuelve a reaccionar con ATP, consiguiendo la activación necesaria al incorporar un segundo grupo fosfato y formando fructosa-1,6-difosfato.

2. Etapa de Oxidación

Esta etapa rinde energía y poder reductor. Tiene lugar la oxidación del grupo aldehído a grupo carboxilo. El gliceraldehído-3-fosfato se oxida hasta 1,3-difosfoglicerato, y la energía liberada se almacena en este compuesto. Se produce la primera síntesis de ATP; el grupo fosfato del 1,3-difosfoglicerato se transfiere al ADP mediante una fosforilación.

3. Etapa de Restitución del ATP

En esta etapa se restituye a la célula el ATP consumido en la primera fase. El 3-fosfoglicerato se transforma en piruvato, liberando un grupo fosfato de cada una de las moléculas. Los dos fosfatos se emplean para producir dos moléculas de ATP mediante fosforilaciones a nivel de sustrato. La energía almacenada en estos enlaces fosfato, y utilizada inicialmente para activar las hexosas, se devuelve a la reserva energética de la célula.

Rendimiento de la glucólisis: Dos moléculas de ATP por molécula de glucosa, además de dos moléculas de NADH.

Respiración Aeróbica

Formación de Acetil-CoA

El piruvato es conducido desde el citoplasma celular hasta el interior de la mitocondria, uniéndose a transportadores específicos que le permiten atravesar las dos membranas mitocondriales. En el interior de la mitocondria se produce la descarboxilación oxidativa, una reacción catalizada por un complejo multienzimático, la piruvato-deshidrogenasa, que actúa en dos etapas:

• Pérdida del grupo carboxilo en forma de CO₂.
• Oxidación del grupo ceto a grupo carboxilo, que origina acetil-CoA. Esta oxidación proporciona una molécula de NADH.

Ciclo de Krebs

El ciclo de Krebs es un conjunto cíclico de reacciones que producen la oxidación completa del acetil-CoA hasta CO₂. Los electrones cedidos en esta oxidación son captados por las coenzimas NAD⁺ y FAD, liberándose las correspondientes moléculas reducidas, NADH y FADH₂.

Se obtiene:

• Poder reductor (NADH y FADH₂).
• Precursores metabólicos.
• Energía en forma de GTP por fosforilación a nivel de sustrato.

Pasos del ciclo de Krebs:

1. Formación de citrato.
2. Formación de isocitrato.
3. Oxidación de isocitrato a alfa-cetoglutarato y CO₂.
4. Oxidación de alfa-cetoglutarato a succinil-CoA y CO₂.
5. Conversión de succinil-CoA en succinato.
6. Oxidación de succinato a fumarato.
7. Hidratación de fumarato a malato.
8. Oxidación de malato a oxalacetato.

Obtención por cada vuelta del ciclo: Una molécula de GTP, tres de NADH, una de FADH₂ y dos moléculas de CO₂.

Fosforilación Oxidativa

La fosforilación oxidativa es el mecanismo de síntesis de ATP en la respiración. Tiene lugar en la membrana interna de la mitocondria. La síntesis de ATP se realiza por la unión de un grupo fosfato al ADP mediante un enlace de alta energía. Esta reacción es endergónica, y la energía necesaria es suministrada por el transporte de electrones liberados en las oxidaciones que han tenido lugar previamente, y la formación de un gradiente de protones en la membrana mitocondrial interna.

Fermentación

Fermentación Láctica

La fermentación láctica rinde dos moléculas de ATP, obtenidas por fosforilación a nivel de sustrato. La reducción del piruvato implica que este acepta electrones del NADH, para originar lactato, regenerando el NAD⁺ en una reacción catalizada por la enzima lactato-deshidrogenasa. Este tipo de fermentación es realizada por bacterias lácticas, que son anaerobias aerotolerantes; pueden vivir en presencia de oxígeno, pero no lo utilizan en su metabolismo.

Fermentación Alcohólica

En la fermentación alcohólica se produce la escisión del esqueleto carbonado del piruvato, originándose CO₂ y acetaldehído. Esta molécula se reduce con el NADH, gracias a la alcohol-deshidrogenasa, y el producto final es el etanol. La fermentación es realizada por levaduras. Hay estirpes de esta levadura seleccionadas para la producción de bebidas alcohólicas y fabricación del pan.

La Beta-oxidación

La beta-oxidación de los ácidos grasos consta de cuatro etapas:

1. Deshidrogenación: Reacción de oxidación que produce un doble enlace entre los carbonos alfa y beta de la cadena de acil-CoA. Interviene el FAD como coenzima, el cual se reduce a FADH₂.
2. Hidratación: Adición de una molécula de agua al doble enlace que se ha generado en la etapa anterior, dando lugar a la formación de un grupo hidroxilo en el carbono en posición beta.
3. Oxidación: El grupo alcohol es oxidado a grupo ceto, formando un beta-ceto-acil-CoA. La coenzima que capta los electrones de esta oxidación es el NAD⁺, que se reduce a NADH.
4. Tiolisis: Ruptura del enlace que une los carbonos alfa y beta, por la incorporación de una molécula de CoA. El resultado es una molécula de acil-CoA con dos carbonos menos, que experimenta un nuevo proceso de beta-oxidación, y una molécula de acetil-CoA, que se incorpora al ciclo de Krebs.

Suministra:

• Energía: Todas las moléculas de ATP generadas por la incorporación al ciclo de Krebs del acetil-CoA, y por la entrada a la cadena respiratoria de los electrones de un FADH₂ y un NADH, por cada ciclo de rotura.
• Un precursor metabólico, el acetil-CoA.
• Poder reductor: Las coenzimas reducidas FADH₂ y NADH.

Catabolismo de Proteínas

El catabolismo de proteínas se divide en dos etapas principales:

1. Eliminación del Grupo Amino

• Transaminación: Transferencia del grupo amino desde el aminoácido hasta una molécula aceptora de grupos amino, el alfa-cetoglutarato, que se convierte en glutamato. Al ceder el grupo amino, la cadena carbonada se oxida quedando convertida en un alfa-cetoácido. Los aminoácidos constituyen una fuente esencial de nitrógeno para las células animales. Las reacciones de transaminación están catalizadas por unas enzimas que se conocen como transaminasas, que llevan vitamina B₆ como coenzima y tienen lugar principalmente en el hígado.
• Desaminación Oxidativa: Eliminación del grupo amino del glutamato en forma de amoníaco. Se lleva a cabo en el hígado y los riñones, y está catalizada por la enzima glutamato-deshidrogenasa.

2. Oxidación de la Cadena Carbonada

La molécula de alfa-cetoácido, formada tras la eliminación del grupo amino, sigue unos procesos de transformación que la incorporan a otras rutas metabólicas. Los aminoácidos pueden ser glucogénicos (su cadena carbonada sufre oxidaciones que originan piruvato) o cetogénicos (formación de acetil-CoA, que puede incorporarse al ciclo de Krebs para producir ATP o desviarse hacia otras rutas metabólicas).