Descarboxilación Oxidativa

La reacción de descarboxilación oxidativa consiste en la pérdida del grupo carboxilo, que se transforma en CO₂ y la oxidación del grupo ceto (-CO-) a grupo ácido (-COOH). Al mismo tiempo, se aprovecha la energía liberada en la oxidación para formar un enlace rico en energía con el coenzima A. El acetil CoA es un metabolito intermediario de gran importancia, es el punto de confluencia de la degradación de azúcares (piruvato deshidrogenasa), lípidos (oxidación de ácidos grasos) y proteínas (aminoácidos cetogénicos). El ciclo de Krebs es el punto central donde confluyen todas las rutas catabólicas de la respiración aerobia (solo funciona en condiciones aerobias).

El Ciclo de Krebs

El ciclo de Krebs es un proceso de la respiración celular en el que se oxidan totalmente los combustibles: monosacáridos, aminoácidos y ácidos grasos. Es un proceso aerobio (se realiza en las células aerobias) y tiene lugar en la matriz mitocondrial en las células eucariotas y en el citosol en las células procariotas.

Fosforilación a Nivel de Sustrato

Se realiza en dos etapas. En la primera se forma un compuesto intermedio fosforilado y en la segunda, se utiliza la energía liberada en la hidrólisis de ese compuesto para la fosforilación del ADP a ATP. Este mecanismo se utiliza en las rutas metabólicas como la glucólisis y el ciclo de Krebs.

Fosforilación Oxidativa y Fotofosforilación

Son dos procesos en los que se sintetiza ATP. Para hacerlo, utilizan la energía liberada en el transporte de e^–. Según la hipótesis quimiosmótica, la enzima ATP sintasa cataliza la fosforilación del ADP a ATP utilizando la energía cedida por el transporte de protones que se produce a favor de gradiente a través de las membranas. Este paso de protones tiene lugar gracias al gradiente de concentración creado por el transporte de e^– que efectúan moléculas transportadoras situadas en esas membranas.

Fermentación Alcohólica

• Levaduras: Saccharomyces cerevisiae
• Sin oxígeno
• En citosol
• Transformación: ácido pirúvico en etanol y CO₂

Respiración Celular

• En mitocondrias
• Se oxida la mayor parte de la materia orgánica
• Participa la glucólisis, el ciclo de Krebs y la cadena respiratoria
• Aceptor final de electrones inorgánico
• Se obtienen 38 ATP
• Aerobia

Fermentación

• En citosol
• Oxidación parcial de la materia orgánica
• Solo glucólisis sin ciclo de Krebs y cadena respiratoria
• En general anaerobia
• Se obtienen 2 ATP

Catabolismo de Lípidos

β-oxidación de los ácidos grasos: proceso catabólico que ocurre en la matriz mitocondrial en el que se obtiene energía, 130 ATP oxidando el carbono β de los ácidos grasos. Una vez obtenidos los ácidos grasos libres, se produce la β-oxidación, que consiste en la oxidación del carbono β del ácido graso.

Desaminación

• Consiste en la eliminación del grupo amino del ácido glutámico en forma de ión NH₄⁺, reciclando así el ácido cetoglutárico necesario para la transaminación.
• Localización: En el citosol y matriz mitocondrial
• Enzima glutamato deshidrogenasa o desaminasa, con NAD como coenzima y ATP como inhibidor (si hay energía no se usan los aminoácidos)

Descarboxilación

Algunos aminoácidos pueden perder el grupo carboxilo en forma de CO₂ por acción de descarboxilasa, originando aminas biógenas. Pueden producir intoxicaciones alimentarias e hipersensibilidad.

Metabolismo

Conjunto de reacciones químicas que se producen en el interior de la célula mediante las cuales, se obtiene materia y energía para llevar a cabo las funciones vitales.

Catabolismo

Proceso metabólico en el que se degrada la materia orgánica y se obtiene energía que se utilizará para la síntesis de ATP. Son reacciones exotérmicas y de oxidación. Son vías convergentes.

Moléculas orgánicas complejas → moléculas sencillas + energía

Ejemplo: respiración y fermentación. Oxidación glucosa, hidrólisis almidón, digestión celular.

Anabolismo

Proceso metabólico en el que se sintetizan moléculas complejas a partir de moléculas simples, se precisa energía, son reacciones endotérmicas, son procesos reductivos. Son vías metabólicas divergentes.

Moléculas sencillas + energía → moléculas complejas

Ejemplo: fotosíntesis y quimiosíntesis, síntesis de proteínas.

Catabolismo vs. Anabolismo

• Catabolismo: reacciones de degradación, son exotérmicas: liberan energía, son vías convergentes.
• Anabolismo: reacciones de síntesis, son endotérmicas: requieren energía, son vías divergentes.

ATP (Adenosín Trifosfato)

Es un nucleótido que almacena y cede energía gracias a los enlaces éster fosfóricos. Es la moneda energética celular. Formado por adenina, ribosa y ácido fosfórico. La hidrólisis del ATP es un proceso exotérmico y la síntesis de ATP, es un proceso endotérmico (fosforilación a nivel de sustrato y fosforilación oxidativa).

Catabolismo de Glúcidos

Glucólisis y respiración celular (ciclo de Krebs y cadena de transporte de e^–)

Glucólisis

Proceso del catabolismo de los glúcidos en el que se degrada la glucosa a dos moléculas de ácido pirúvico. Es un proceso anaerobio que se produce en el hialoplasma.

Ciclo de Krebs

Proceso de la respiración celular (catabólico) en el que se oxidan totalmente los combustibles (monosacáridos, aminoácidos y ácidos grasos). Es un proceso aerobio y se realiza en la matriz mitocondrial en las células eucariotas y en el citosol en procariotas. Es el punto central donde confluyen todas las rutas catabólicas de la respiración aerobia.

Cadena de Transporte de Electrones (o Cadena Respiratoria)

Proceso de la respiración celular en el que se oxidan los coenzimas obtenidos en la glucólisis y ciclo de Krebs. Las coenzimas reducidas ceden los e^– a unos transportadores que hay en las crestas mitocondriales. El transporte de e^– se realiza desde las coenzimas reducidas hasta el aceptor final de e^–, que es el O₂. En este transporte se libera energía que se utilizará para bombear H⁺, que cuando entren a través de la enzima ATP sintetasa, producirán ATP.

Fermentación

Proceso catabólico anaerobio en el que se produce la oxidación parcial de la materia orgánica. Se producen 2 ATP por fosforilación a nivel de sustrato, el proceso tiene lugar en el citoplasma y es anaerobio. El aceptor final de e^– es una molécula orgánica. La llevan a cabo los microorganismos como las bacterias y levaduras. También las células musculares cuando no hay suficiente O₂.

β-Oxidación de los Ácidos Grasos

Proceso catabólico de oxidación del carbono β de los ácidos grasos, eliminándose moléculas de acetil-CoA. Ocurre en la matriz mitocondrial, se desprende mucha energía que se utiliza para la síntesis de ATP (130).

Fosforilación a Nivel de Sustrato

Es un proceso de síntesis de ATP. Se forma un compuesto fosforilado rico en energía. Se hidroliza ese compuesto y la energía liberada se utiliza para la síntesis de ATP. Ej: glucólisis y ciclo de Krebs.

Fosforilación Oxidativa

Proceso de síntesis de ATP que ocurre en la mitocondria, en las crestas mitocondriales. Está asociada a la cadena respiratoria. La energía liberada en el transporte de e^–, que tiene lugar desde los coenzimas reducidos hasta el O₂, se utiliza para bombear H⁺ contra gradiente desde el estroma hasta el espacio intermembrana. La entrada de H⁺ de nuevo a la matriz mitocondrial a través de la ATP sintetasa, es un proceso exotérmico y se sintetiza ATP.

NAD⁺/NADH

Son la forma oxidada y reducida de las coenzimas de las enzimas deshidrogenasas, transportan hidrógenos.

Procedencia y Destino del Ácido Pirúvico

Procede de la degradación de la glucosa (glucólisis), degradación de la glicerina y degradación de aminoácidos glucogénicos. El destino es la respiración, en condiciones aerobias o la fermentación, si las condiciones son anaerobias.

Procedencia y Destino del Acetil CoA

Procede de la degradación de la glucosa (descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico), degradación de los aminoácidos cetogénicos y degradación de los ácidos grasos. Su destino principal es el ciclo de Krebs, donde se oxidará totalmente.

Destino de las Coenzimas Reducidas

El destino de las coenzimas reducidas procedentes de la glucólisis y ciclo de Krebs es la cadena respiratoria donde se oxidarán. En ese transporte de e^–, se liberará energía que servirá para bombear H⁺ y la entrada de los mismos a la matriz mitocondrial por la ATP sintetasa, producirá energía que servirá para sintetizar ATP.

Función del Ciclo de Krebs

Oxidar totalmente los combustibles metabólicos. La glucólisis la realizan tanto las células aerobias como anaerobias. El ciclo de Krebs, sólo lo realizan las células aerobias, tanto procariotas como eucariotas.

Cadena de Transporte de Electrones y Fosforilación Oxidativa

La cadena de transporte de e^– y la fosforilación oxidativa, son dos procesos asociados, ya que en el transporte se libera energía que servirá para bombear H⁺ que cuando entren por la ATP sintetasa, se sintetizará ATP.

ATP Sintasa

Enzima que cataliza la fosforilación del ADP a ATP utilizando la energía cedida por los H⁺ en el paso de estos a través de las membranas, tanto en la fotofosforilación (cloroplasto) como en la fosforilación oxidativa (mitocondria). Se encuentra en la membrana tilacoide y crestas mitocondriales.

Fotosíntesis

Proceso anabólico autótrofo en el que se obtiene materia orgánica a partir de materia inorgánica con la participación de la energía de la luz, que se transforma en energía química que se acumula en las moléculas orgánicas. En la fotosíntesis, el principal dador de e^– es el H₂O y el principal aceptor de e^– es el CO₂. Otros dadores, son el SH₂ en bacterias.

Fotofosforilación

Proceso en el que se sintetiza ATP en la fotosíntesis (fase luminosa). Según la hipótesis quimiosmótica, la energía liberada en el transporte de e^– se utiliza para bombear H⁺ desde el estroma hasta el espacio intratilacoidal, cuando los H⁺ vuelven a entrar a favor de gradiente, lo hacen a través de la enzima ATP sintetasa, liberando energía que se utiliza para la síntesis de ATP. Ocurre en la membrana tilacoide.

Fotofosforilación Acíclica

Proceso de la fase luminosa de la fotosíntesis donde intervienen los dos fotosistemas y se produce la fotorreducción del NADP⁺, la fotólisis del H₂O y liberación de O₂ y la fotofosforilación (síntesis de ATP).

Fotofosforilación Cíclica

Proceso de la fase luminosa de la fotosíntesis donde se sintetiza ATP. Sólo interviene el fotosistema I, no hay fotólisis del agua, ni liberación de O₂, ni fotorreducción del NADP⁺.

Ciclo de Calvin

Es un proceso anabólico autótrofo ligado a la fotofosforilación, por el cual se sintetizan monosacáridos (materia orgánica) a partir de CO₂ (compuesto inorgánico). Corresponde a la fase oscura de la fotosíntesis y se realiza en el estroma del cloroplasto.

Fase Oscura de la Fotosíntesis

Se utiliza la energía del ATP y el NADPH, obtenidos en la fase luminosa, para sintetizar materia orgánica a partir de sustancias inorgánicas.

Quimiosíntesis

Proceso anabólico autótrofo en el que se sintetiza materia orgánica a partir de la energía desprendida en las reacciones químicas. La realizan las bacterias que participan en los ciclos biogeoquímicos.