Metabolismo
Conjunto de reacciones químicas que se producen en el interior de las células, que transforman unas moléculas en otras, para obtener la materia y la energía que las células necesitan para realizar sus funciones vitales. Los conjuntos de reacciones químicas del metabolismo se llaman vías metabólicas. Las sustancias que reaccionan o se transforman son los sustratos, y las resultantes de la reacción los productos. Todas las reacciones metabólicas están reguladas por unas proteínas llamadas enzimas, y cada enzima es específica para un sustrato concreto y para cada tipo de reacción. Según el tipo de reacciones que tengan lugar, se pueden distinguir dos tipos de vías metabólicas:
Catabolismo
– Reacciones de degradación de materia orgánica compleja para originar materia inorgánica más sencilla. Desprenden energía. Como productos finales suelen producirse CO2, ácido pirúvico y etanol.
Anabolismo
– Reacciones de síntesis en las que se forma materia orgánica compleja a partir de materia inorgánica sencilla. Consumen energía. – A partir de unas pocas moléculas inorgánicas se obtiene una gran variedad de moléculas orgánicas complejas.
Tipos de catabolismo
- Respiración: interviene una cadena transportadora de electrones. El dador de e– es una molécula orgánica y el aceptor es una molécula inorgánica.
- AERÓBICA: la molécula aceptora (oxidante) es el O2, que al reducirse forma agua (H2O).
- ANAERÓBICA: la molécula aceptora no es el oxígeno, sino otros iones.
- Fermentación: no interviene la cadena transportadora de electrones, y el producto final siempre es un compuesto orgánico.
Fases de la Respiración Aeróbica
1) Descarboxilación Oxidativa del Ácido Pirúvico (en la matriz mitocondrial)
- El Pyr obtenido en la fase anterior entra en la mitocondria por transporte activo. Allí pierde una molécula de CO2 (descarboxilación), dos hidrógenos (que son capturados por un NAD+ que se transforma en NADH + H+) y se une a una molécula de Coenzima A, originando como producto final una molécula de Acetil-CoA.
2) El Ciclo de Krebs (en la matriz mitocondrial)
- El Acetil-CoA entra en el Ciclo de Krebs, reaccionando con un ácido oxalacético, que se transforma en ácido cítrico, y éste se va transformando en varios compuestos sucesivamente, hasta volver a convertirse nuevamente en ácido oxalacético; cuando éste reacciona con una nueva molécula de Acetil-CoA se inicia un nuevo ciclo.
- El objetivo del Ciclo de Krebs es la oxidación de la molécula de CoA transformándola en dos moléculas de CO2, mediante una serie de reacciones de oxidorreducción encadenadas en las que se libera energía (en forma de GTP) y las coenzimas NAD y FAD se reducen (aceptan H).
- En cada vuelta del ciclo de Krebs:
- Entra un Acetil-CoA, que se oxida dando dos moléculas de CO2.
- Se generan 3 moléculas de NADH, una de FADH2 y una de GTP.
3) La Cadena Respiratoria (en la membrana mitocondrial interna – crestas mitocondriales)
- Conjunto de proteínas englobadas en la membrana interna de la mitocondria que oxidan el NADH y el FADH2 producidos en las etapas anteriores, liberando energía que se emplea para sintetizar ATP.
- Las proteínas que forman los complejos de la cadena respiratoria son proteínas transmembrana que abren canales con la energía desprendida por el transporte de electrones de unas a otras; esa misma energía se utiliza para transportar H+ en contra de gradiente desde la matriz mitocondrial hacia el espacio intermembranoso.
- Cada par de electrones desprendidos del NADH o del FADH2 y cedido a las proteínas de la cadena respiratoria genera la energía necesaria para que a través de cada canal abierto en dichas proteínas pasen 2 H+ desde la matriz mitocondrial al espacio intermembranoso en contra de gradiente.
- Al final de la cadena respiratoria se encuentra una enzima ATP-sintasa que deja pasar a favor de gradiente los H+ que habían salido a través de los canales de los complejos anteriores; este paso libera energía que es utilizada por la ATP-sintasa para unir ADP + Pi y formar ATP.
- Cada pareja de H+ que han salido al espacio intermembranoso, al entrar nuevamente a través de la ATP-sintasa libera la energía necesaria para generar un ATP. Los electrones liberados por cada NADH abren tres canales, lo que permite el paso de 6 e–, capaces de generar 3 ATP en la ATP-sintasa, mientras que cada FADH2 abre dos canales, por lo que cada FADH2 genera 2 ATP.
- Una vez recorrida la cadena respiratoria, los e– vuelven a la matriz mitocondrial, donde se unen a los H+ que han entrado a través de la ATP-sintasa y a una molécula de O2, para dar lugar a moléculas de H2O (el O2 es el aceptor de los electrones y H+ procedentes del NADH y FADH2).
Balance Energético del Catabolismo de la Glucosa
- Glucólisis: 2 NADH (x 3 = 6 ATP) + 2 ATP = 8 ATP
- Descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico: 2 NADH (x 3) = 6 ATP
- Ciclo de Krebs: 6 NADH (x 3 = 18 ATP) + 2 FADH2 (x 2 = 4 ATP) + 2 GTP (ATP) = 24 ATP