El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas catalizadas por enzimas que se producen en el interior de las células de los seres vivos.

Las reacciones metabólicas se encuentran en su mayor parte totalmente relacionadas entre sí, constituyendo las rutas o vías metabólicas, de modo que el producto de la primera reacción es el sustrato de la siguiente, así sucesivamente. La mayoría de estas reacciones están catalizadas por diferentes enzimas que funcionan coordinadamente. En el metabolismo se distinguen dos fases: catabolismo y anabolismo.

El ATP se puede sintetizar de tres formas diferentes:

Ambas fases están íntimamente relacionadas, ya que la energía que se produce durante el catabolismo, así como las moléculas precursoras que se obtienen, son necesarias para el desarrollo de las reacciones del anabolismo.

El ATP es una molécula rica en energía que se produce o se consume en estos procesos. También participan el NADH, NADPH y el FADH₂.

En cada ruta metabólica se establece un balance energético, es decir, un recuento global del número de ATP, así como del resto de moléculas.

Las funciones del metabolismo son:

El catabolismo es una fase del metabolismo que comprende el conjunto de reacciones que permiten la degradación de moléculas de glúcidos, lípidos y proteínas, que se transforman en productos finales más simples, al mismo tiempo que desprende energía.

Las rutas catabólicas son fundamentalmente oxidativas, debido a que las sustancias que participan tienden a perder electrones. Las rutas catabólicas más importantes son:

En general las rutas catabólicas convergen hacia la formación de un compuesto de dos átomos de carbono denominado acetilcoenzima A. Este compuesto se incorpora a un ciclo que representa la ruta central de todo el metabolismo: el ciclo de Krebs.

En la degradación completa de una molécula de glucosa se consume oxígeno y se obtienen como productos finales dióxido de carbono, agua y energía en forma de ATP.

Se trata de una reacción de oxidación y permite que las células obtengan:

A partir de la glucosa obtenida en estas reacciones tiene lugar la glucólisis, que produce piruvato. Según el tipo de célula y las circunstancias metabólicas, el piruvato puede degradarse por dos vías distintas, la fermentación o una oxidación. Si se produce la oxidación del piruvato, se obtiene acetil-CoA, el cual se incorpora al ciclo de Krebs.

Es la ruta catabólica constituida por una secuencia lineal de reacciones que llevan a la formación de piruvato, a partir de una molécula de glucosa. En la glucólisis se distinguen dos etapas, una en la que se consume energía y otra en la que se obtiene. Ambas son desarrolladas en el citosol.

A partir de aquí, todo hay que multiplicarlo por dos.

Es la fase siguiente a la glucólisis, en la que se degradan las dos moléculas del piruvato. Esta etapa es distinta según se produzca en ausencia o presencia de oxígeno.

La fermentación del piruvato puede ser de dos tipos: láctica o alcohólica.

Proceso de degradación del piruvato hasta acetil-CoA, en presencia de oxígeno. Este proceso tiene lugar en la matriz mitocondrial.

El balance de energía de la degradación anaeróbica de una molécula de glucosa dan como resultado la formación de dos moléculas de ATP, mientras que como resultado de la degradación aeróbica se obtienen dos moléculas de ATP y cuatro de NADH. El lactato y el etanol no continúan degradándose (fermentación) mientras que el acetil-CoA, si que lo hace al incorporarse al ciclo de Krebs. Por esto podemos establecer que las fermentaciones son rutas metabólicas que generan poca energía en comparación con las aerobias que podemos afirmar que generan más energía.

Es una secuencia cíclica de reacciones en las que el acetil-CoA procedente del catabolismo del piruvato se oxida a CO₂ y H₂O, estas reacciones tienen lugar en la matriz mitocondrial. También se denomina ciclo del ácido cítrico, debido a que el citrato es el producto de la primera reacción, o ciclo de los ácidos tricarboxílicos, debido a que algunos de los compuestos que participan en este ciclo son ácidos constituidos por tres grupos carboxilo. Es una ruta o vía anfibólica, es decir, una ruta que se utiliza tanto en procesos catabólicos como en procesos anabólicos, ya que algunos de los compuestos intermedios del ciclo son precursores en las rutas de síntesis de biomoléculas.

Rendimiento: se ha transformado la materia orgánica en inorgánica. Los electrones han sido recogidos como (H₂) por coenzimas transportadoras de electrones (NAD y FAD). Se ha sintetizado una molécula de GTP, análoga al ATP.

El conjunto de moléculas transportadoras de electrones de la membrana mitocondrial interna constituye la cadena respiratoria. Estas moléculas puede ser complejos enzimáticos que se encuentran fijos en la membrana como, el complejo I o moléculas capaces de desplazarse por ella, como la ubiquinona. La circulación de electrones por la cadena respiratoria se produce mediante reacciones de oxidación-reducción, ordenadas en serie. Cada componente de la cadena acepta los electrones del componente anterior y los transfieren al siguiente y así sucesivamente.

Según esta teoría:

(En el complejo ATP sintetasa se distinguen dos subunidades:

La membrana interna mitocondrial de las células animales es impermeable al NADH citosólico y necesita un sistema de transporte específico. Este hecho hace oscilar el balance energético global del catabolismo de la glucosa entre 38 y 36 ATP.

Para que puedan incorporarse a la cadena respiratoria los electrones procedentes del NADH del citosol existen unos sistemas de transporte especiales denominados lanzaderas. Las lanzaderas son unas rutas indirectas constituidas por diversos compuestos, que mediante su oxidación y reducción permiten el paso de los electrones al complejo I o al complejo III dependiendo de la lanzadera.

Si cada NADH, es introducido por una lanzadera distinta, el balance del catabolismo total de la glucosa son 37 ATP.

La respiración anaerobia es un proceso redox con cadena de transporte electrónico en la que el aceptor final de electrones es una molécula inorgánica distinta del oxígeno (más raramente, una molécula orgánica). No se usa oxígeno, sino otra sustancia oxidante, como el sulfato o el nitrato.

La oxidación de los ácidos grasos proporciona a las células energía y productos intermedios, es decir, productos que participan en otras rutas metabólicas. En el interior de las células, especialmente de ácidos grasos en forma de triacilgliceroles, constituyendo una reserva de energía muy importante. A partir de la hidrólisis de los triacilgliceroles almacenados o de los triacilgliceroles procedentes de la dieta, se obtienen ácidos grasos.

Como resultado de la hidrólisis, obtenemos glicerina y ácidos grasos. La glicerina puede dar lugar a un gliceraldehído-3-fosfato que se incorporará a la segunda fase de la glucólisis, mientras que los ácidos grasos se transportan a la matriz mitocondrial, donde se degradan en el proceso denominado beta-oxidación.

La oxidación de los ácidos grasos saturados es menos compleja que la de los ácidos grasos insaturados porque la presencia de dobles enlaces hace necesaria la presencia de unos enzimas adicionales para completar la oxidación. Sin embargo, aunque alguna de las reacciones sean distintas, los productos finales son siempre las mismas moléculas. Por otro lado, la oxidación de los ácidos grasos formados por un número par de átomos de carbono, también es menos compleja que la de un número impar. En el caso de ser impar se originan diversas moléculas de acetil-CoA y una molécula de propionil-CoA, que a partir de diversas reacciones se transforma en succinil-CoA que se incorpora al ciclo de Krebs.

Los ácidos grasos se van oxidando perdiendo los carbonos de dos en dos. Cada par de carbonos se acaba convirtiendo en acetil-CoA que ingresa al ciclo de Krebs.

ÁCIDO GRASO DE n CARBONOS– n/2 CICLOS DE Krebs.

En cada vuelta para perder dos carbonos se desprende un FADH₂ y un NADH que tendrán su rendimiento en la fosforilación oxidativa (cadena respiratoria o de transporte electrónico).

Glucosa 38 ATP, Ácido caproico 44 ATP ¿Por qué se prefieren los glúcidos?

Las proteínas que ya no se necesitan (orgánulos que se destruyen por autofagia, enzimas inservibles, etc.) son hidrolizadas para obtener aminoácidos, los cuáles serán empleados:

El grupo amino se excretará de diferente manera según los organismos:

La mayoría de animales terrestres son ureotélicos, por lo que lo excretan en forma de urea; En este caso, el amoníaco depositado en las mitocondrias de los hepatocitos se convierte en urea mediante el ciclo de la urea.

El resto de la cadena hidrocarbonada del aminoácido, una vez desaminado, se va a convertir en alguna sustancia (ácido pirúvico, acetil CoA, etc.) del ciclo de Krebs y, por lo tanto, se introducirá en dicho ciclo, siendo totalmente degradada.

No obstante, hay que recordar que las proteínas no tienen como función servir para proporcionar energía.

Su catabolismo solo se lleva a cabo para eliminar de la célula estructuras u otras sustancias que ya no sirven.

Transaminación: el grupo amino se puede transferir: el aminoácido que pierde el grupo amino se transforma en un a-cetoácido. Al transferir el grupo amino a otro a-cetoácido, se obtiene otro aminoácido.

Los nucleótidos procedentes de la hidrólisis de los ácidos nucleicos se separan en la pentosa, grupos fosfato y la base nitrogenada: