Metabolismo Celular: Rutas Metabólicas Clave
Repaso y comprensión del metabolismo celular:
- Definición de Metabolismo y Función de las Enzimas
Se define el metabolismo como el conjunto integrado de reacciones químicas que tienen lugar en la célula. El metabolismo está constituido por series de reacciones que forman una red muy compleja, ordenada e interconectada de vías o rutas metabólicas. Una ruta metabólica es una secuencia de reacciones sucesivas, cada una de ellas catalizada por una enzima específica.
- Transportadores de Electrones y Energía
La energía obtenida en las rutas catabólicas o de la luz en células autótrofas es captada por intermediarios que la ceden donde se necesita. Estos intermediarios funcionan como transportadores de electrones o de grupos químicos activados.
- Transportadores de energía: ATP (moneda de intercambio energético), GTP, CTP y UTP.
- Transportadores de electrones: Nucleótidos de piridina (NADH, NAD+ y NADP+, NADPH) y nucleótidos de flavina (FADH2, FAD, FMNH2 y FMN).
- Transportadores de otros grupos: CoA (transportador de cadenas hidrocarbonadas).
- Síntesis de ATP
La síntesis de ATP requiere ADP, un grupo fosfato y energía, y puede realizarse mediante dos mecanismos:
- Fosforilación a nivel de sustrato: Utiliza una molécula fosforilada y rica en energía para transferir el fosfato y la energía al ADP.
- Fosforilación acoplada al transporte de electrones: Utiliza el transporte de electrones en la cadena respiratoria (fosforilación oxidativa) o la cadena fotosintética (fotofosforilación) para la síntesis masiva de ATP.
- Catabolismo
El catabolismo es la parte del metabolismo que se encarga de los procesos de degradación. En las reacciones catabólicas se obtiene energía (para sintetizar ATP), moléculas más sencillas, y protones y electrones (almacenados en moléculas como NADH y FADH2).
- Relación entre Ruta Metabólica y Tipo de Catabolismo
- a) β-oxidación: Lípidos
- b) Glucólisis: Glúcidos
- c) Desaminación: Proteínas
- d) Fermentación: Glúcidos
- e) Ciclo de Krebs: Glúcidos, Lípidos y Proteínas
- Rutas del Piruvato (Producto de la Glucólisis)
El piruvato puede seguir la ruta de la respiración celular (ciclo de Krebs) o la ruta de las fermentaciones. La elección depende de la presencia o ausencia de oxígeno.
Diferencias Clave en el Metabolismo
- Respiración Aerobia vs. Anaerobia
- Respiración aerobia: Oxidación total de la glucosa a CO2 y H2O en presencia de O2.
- Respiración anaerobia: Mismo proceso, pero en ausencia de O2.
- Respiración vs. Fermentación
- Respiración: Oxidación total de la glucosa (aerobia con oxígeno, anaerobia sin oxígeno).
- Fermentación: Oxidación parcial en ausencia de oxígeno.
- Fermentación Láctica vs. Alcohólica
- Fermentación alcohólica: Piruvato se transforma en etanol y dióxido de carbono.
- Fermentación láctica: Piruvato se transforma en ácido láctico.
- Glucogénesis vs. Glucogenólisis
- Gluconeogénesis: Síntesis de glucosa a partir de compuestos no glucídicos.
- Glucogenólisis: Obtención de glucosa a partir de la hidrólisis del almidón o glucógeno.
Glucólisis
- Características de la Glucólisis
- Tipo de reacción: Catabólica.
- Localización: Citoplasma de las células.
- Productos iniciales: Glucosa, ADP, P y NAD+.
- Productos finales: Piruvato, ATP, NADH y H+.
β-Oxidación de Ácidos Grasos
- Proceso de β-Oxidación
- Localización en eucariotas: Matriz mitocondrial.
- Producto final: Acetil-CoA y enzimas reducidas (FADH2 y NADH).
- Rutas acopladas: Ciclo de Krebs y cadena respiratoria.
- Productos finales: CO2, H2O y ATP.
Ecuaciones Químicas Globales
- Fermentación Láctica
Glucosa + 2 ADP + 2 Pi → 2 Lactato + 2 ATP
- Ciclo de Krebs
2 acetil-CoA + 4 H2O + 2 FAD + 6 NAD+ + 2 ADP → 4 CO2 + 2 FADH2 + 6 NADH + 6 H+ + 2 ATP + 2 CoA-SH
Fermentación
- Definición y Localización
La fermentación es un proceso catabólico de oxidación parcial que no requiere oxígeno. El aceptor final de electrones es una molécula orgánica. Tiene lugar en el citoplasma de las células.
- Ejemplos de Fermentación
- Fermentación alcohólica: Piruvato se transforma en etanol y CO2 (levaduras como Saccharomyces).
- Fermentación láctica: Piruvato se transforma en ácido láctico (bacterias como Lactobacillus).
- Rentabilidad Energética
La respiración rinde 38 ATP por glucosa, mientras que la fermentación solo 2 ATP.
Glucólisis a partir de Maltosa
- Balance Final
La maltosa (dos glucosas) produce 4 piruvato, 4 ATP y 4 NADH.
Localización Intracelular de la Glucólisis
- Proceso y Rutas Metabólicas
- Localización: Citosol.
- Moléculas de origen: Glucosa, NAD+, ADP, Pi.
- Moléculas obtenidas: Piruvato, NADH+H+ y ATP.
- Rutas metabólicas: Fermentaciones (anaeróbica), ciclo de Krebs (aeróbica).
- Fermentaciones: Piruvato → Lactato o Etanol y NAD+.
- Ciclo de Krebs: Acetil-CoA y oxalacético → CO2 y NADH+H+, FADH2, GTP (ATP).
Ciclo de Krebs
- Definición y Localización
El ciclo de Krebs es una vía metabólica central en organismos aerobios que oxida grupos acetilo hasta CO2 y produce ATP y NADH. Se localiza en la matriz mitocondrial.
- Compuestos Imprescindibles
Oxalacético (se regenera) y acetil CoA (de la descarboxilación oxidativa del piruvato o de la β-oxidación de los ácidos grasos).
- Productos que Ceden Electrones
NADH y FADH2.
- Diferencia con el Ciclo de Calvin
El ciclo de Krebs produce ATP, mientras que el ciclo de Calvin consume ATP.
Metabolismo en Procariotas
- Metabolismo Anaerobio en Procariotas
No todas las células procariotas tienen un metabolismo anaerobio obligado. Pueden poseer la maquinaria enzimática para un catabolismo aeróbico sin necesidad de mitocondrias.
Inhibición de la Citocromo C Oxidasa
- Efectos del Monóxido de Carbono
- El consumo de O2 cesaría.
- La producción de ATP asociada a la cadena de transporte electrónico también cesaría.
- Las células no podrían sobrevivir debido a la falta de ATP.
Fermentación (Repaso)
- Definición y Localización
Degradación anaeróbica de la glucosa donde el aceptor final de electrones es una molécula orgánica. Ocurre en el citosol.
- Ejemplos
Fermentación láctica (bacterias, células musculares), fermentación alcohólica (levaduras, células vegetales), fermentación acética (bacterias).
- Rentabilidad Energética
La respiración completa de la glucosa produce más ATP que la fermentación.
Procesos Metabólicos (Figura Adjunta)
- Análisis de Procesos
- Proceso 1: Descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico.
- Proceso 2: Ciclo de Krebs.
- Origen del CO2: Del acetil-CoA.
- Vueltas del Ciclo de Krebs: Dos vueltas para la degradación total de una molécula de glucosa.
- Catabolismo: Sirve para obtener energía.
- Proceso Aeróbico: El oxígeno es el último aceptor de los electrones liberados en el ciclo de Krebs.
- Origen del Ácido Pirúvico: De la glucólisis.
- En ausencia de Oxígeno: Se produciría una fermentación.
- Orgánulo del Proceso 2: Mitocondria.
- Compartimento: Matriz mitocondrial.
- Origen del Acetil-CoA: Glúcidos, lípidos (ácidos grasos) y proteínas (aminoácidos).