Vías que aportan energía ATP-PC o aláctica (anaeróbico)

El sistema ATP-PC se caracteriza porque la obtención de la energía se realiza sin utilizar oxígeno, y sin generar sustancias residuales. Para ello, este sistema emplea las reservas musculares de ATP y de fosfocreatina. Las reservas de fosfocreatina suelen ser unas tres veces superiores a las de ATP. La fosfocreatina (PC) es un compuesto formado por dos sustancias: un compuesto que forma creatina y fosfato. El enlace entre estas sustancias almacena una gran cantidad de energía química.

PC + ADP – ATP + C (enzima creatina fosfoquinasa)

Cuando existe una gran demanda de energía, que no se puede cubrir por vía aeróbica debido al tiempo que tarda este sistema en comenzar a producirla, en primer lugar se utilizan las reservas de ATP, y a continuación, se degrada la PC, separándose su grupo fosfato y liberando una gran cantidad de energía. La energía liberada se acopla con los requerimientos energéticos necesarios para resintetizar el ATP a partir del ADP y del fosfato inorgánico, de forma que el ATP es degradado y resintetizado a gran velocidad. Este sistema es empleado hasta que se agotan las reservas de ATP y PC que el músculo tiene en forma de reservas. Si los requerimientos energéticos son altos, el sistema decae pasados unos 3 o 4 segundos, momento en que se agotan las reservas de PC. Pero las reservas de fosfocreatina se pueden regenerar de forma muy rápida, con uno o dos minutos de recuperación, vuelve hasta alrededor del 90% de su nivel normal. La importancia de este sistema radica en la rápida disponibilidad de energía, más que en la cantidad, y también en la rápida recuperación de los niveles iniciales de PC. (la cabeza de la miosina hidroliza el ATP la mioquinasa agarra 2 ADP y los transforma en ATP y AMP, se forma y se gasta en la cabeza de la miosina constantemente la PC (fosfocreatina) actúa sobre el ADP y la fosfocreatin quinasa transfiere los fosfatos del PC al ADP y queda ATP)

Glucólisis rápida

La primera reacción de la glucólisis es la fosforilación de la glucosa, para activarla (aumentar su energía) y así poder utilizarla en otros procesos cuando sea necesario. Esta activación ocurre por la transferencia de un grupo fosfato del ATP, una reacción catalizada por la enzima hexoquinasa. La glucosa-6-fosfato se isomeriza a fructosa-6-fosfato, mediante la enzima fosfoglucosa isomerasa. En esta reacción, la glucosa-6-fosfato se isomeriza a fructosa-6-fosfato, mediante la enzima fosfoglucosa isomerasa. Se mueve el carbono oxígeno desde el carbono 1 al carbono 2 formando una cetosa a partir de un azúcar aldosa. El nuevo grupo hidroxilo que está en el carbono 1 es fosforilado por el ATP para esperar la formación de 2 azúcares de 3 carbonos, el ingreso de los azúcares es controlado por la fosfofructoquinasa. Se divide el azúcar de seis carbonos mediante la aldolasa produce 2 moléculas de 3 carbonos solo el gliceraldehído 3 fosfato avanza. El otro producto (dihidroxiacetona fosfato) se isomeriza para formar gliceraldehído 3 fosfato gracias a la triosa fosfato isomerasa. Esta reacción consiste en oxidar el gliceraldehído-3-fosfato utilizando NAD+ para añadir un ion fosfato a la molécula, la cual es realizada por la enzima gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa. Mientras el grupo aldehído se oxida, el NAD+ se reduce, lo que hace de esta reacción una reacción redox. El NAD+ se reduce por la incorporación de algún [H+] dando como resultado una molécula de NADH de carga neutra que actúa gliceraldehído 3 fosfato deshidrogenasa. La enzima fosfoglicerato quinasa transfiere el grupo fosfato de 1,3-bisfosfoglicerato a una molécula de ADP, generando así la primera molécula de ATP de la vía. Como la glucosa se transformó en 2 moléculas de gliceraldehído, en total se recuperan 2 ATP en esta etapa por la fosfoglicerato cinasa. Se isomeriza el 3-fosfoglicerato procedente de la reacción anterior dando 2-fosfoglicerato, la enzima que cataliza esta reacción es la fosfoglicerato mutasa. La enzima enolasa propicia la formación de un doble enlace en el 2-fosfoglicerato, eliminando una molécula de agua formada por el hidrógeno del C2 y el OH del C3. El resultado es el fosfoenolpiruvato. Desfosforilación del fosfoenolpiruvato, obteniéndose piruvato y ATP. Reacción irreversible mediada por la piruvato quinasa. Este proceso es igual para la glucólisis aeróbica como anaeróbica, sin embargo, en la anaeróbica el piruvato se transforma en lactato. Si la actividad mitocondrial no es capaz de aceptar los complejos reductores, el NADH se vuelve a oxidar mediante la lactato deshidrogenasa y queda lactato, y en la aeróbica el piruvato entra en el ciclo de Krebs.

Ciclo de Krebs

El ciclo de Krebs ocurre en condiciones aeróbicas. El ácido pirúvico se prepara para ingresar en el ciclo, la enzima piruvato deshidrogenasa transforma el ácido pirúvico en un fragmento de 2 carbonos llamado grupo acetilo. Esta es la primera reacción en la respiración y se libera CO2. Cada molécula de ácido pirúvico libera 2 átomos de hidrógeno en forma de iones hidruro, además de un hidrógeno. La coenzima NAD+ se reduce cuando capta el H-, el H+ se libera en la matriz mitocondrial, la reducción del NAD+ en NADH+H+ entra y luego sale de la reacción. Por cada molécula de glucosa, pierde 2 moléculas de CO2 y produce 2 NADH. El grupo acetilo unido a la coenzima A forma acetil CoA. En la matriz mitocondrial se producen reacciones de oxidoreducción y descarboxilación que liberan CO2. Las reacciones de oxidoreducción transfieren energía química en forma de electrones en 2 coenzimas NAD y FAD. El ácido pirúvico se oxida y las coenzimas se reducen. El NADH y FADH por cada acetil CoA se forman 3 NADH, 3H y 1 FADH2. Las 8 reacciones que ocurren son: 1) Entra grupo acetilo, la coenzima A se rompe y los 2 carbonos del grupo acetilo se unen a una molécula de 4 carbonos de ácido oxalacético formando ácido cítrico. 2) El ácido cítrico se isomeriza a ácido isocítrico. 3) El ácido isocítrico es oxidado, pierde CO2 y forma ácido alfa-cetoglutárico. 4) El ácido alfa-cetoglutárico se oxida, pierde CO2 y toma un CoA y queda succinil CoA. 5) La CoA se desplaza por un grupo fosfato que va a un GDP. 6) El ácido succínico queda como ácido fumárico y dos H van a un FAD. 7) El ácido fumárico queda como ácido málico por un H2O y en el final este se oxida y queda ácido oxalacético, 2 átomos de hidrógeno van uno a un NAD.

Cadena de transporte de electrones

La cadena de transporte de electrones es una serie de transportadores de electrones que se encuentran en la membrana interna mitocondrial. Las fuentes de energía como la glucosa son inicialmente metabolizadas en el citoplasma y los productos obtenidos son llevados al interior de la mitocondria donde se continúa el catabolismo usando rutas metabólicas que incluyen el ciclo de los ácidos tricarboxílicos, la beta oxidación de los ácidos grasos y la oxidación de los aminoácidos. El resultado final de estas rutas es la producción de dos donadores de electrones: NADH y FADH2. Al ingresar en la cadena, van a pasar por 3 transportadores, que son bombas de H+ que crean un gradiente electroquímico de H+. La acumulación de H+ hace que un lado de la membrana quede cargada positivamente en comparación con el otro lado. El gradiente electroquímico tiene energía potencial, y los canales de protones permiten a los H+ fluir de nuevo a través de la membrana. A medida que los H+ vuelven, generan ATP porque los canales H+ contienen ATP sintetasa que utiliza la fuerza motriz para sintetizar ATP a partir de ADP y P. A medida que el H+ va pasando por las 3 bombas, la última cede sus electrones a la mitad de una molécula de oxígeno, que adquiere una carga negativa y luego toma dos H del medio para formar H2O.

Glucogenogénesis y glucogenólisis

La glucogenogénesis es la única forma de almacenamiento de los hidratos de carbono. La hormona insulina estimula a los hepatocitos y a las fibras musculares a realizarla. Primero, la glucosa es fosforilada al glucosa 6 fosfato, que se convierte en glucosa 1 fosfato, luego en uridina glucosa difosfato y por último en glucógeno. El lactato se puede convertir en glucógeno en la recuperación inmediata. La fracción de lactato que se convierte en glucógeno depende de la concentración de este alcanzada en la célula muscular. Mientras más sea, más favorecido se va a ver. Lo que favorece esto es un pH bajo. El glucógeno mantiene los niveles de glucemia en el músculo, carece de fosfatasas por lo tanto no puede desfosforilarse y ya no lo puede abandonar. Otro lugar de almacenamiento es el hígado, que suministra al resto del organismo.

La glucogenólisis desprende moléculas de glucosa de glucógeno. Se activa cuando la glucosa tiene que salir al torrente sanguíneo para mantener la glucemia. El músculo entrará en glucólisis dependiente de la fosforilasa, que está regulada por adrenalina y AMPc y mediada por la liberación de calcio del retículo sarcoplasmático. La fosforilación se inactiva en presencia elevada de ATP. Esta comienza con la separación de las moléculas de glucosa de glucógeno y su fosforilación para formar glucosa 1 fosfato. La fosforilasa se activa por el glucagón del páncreas y adrenalina. La glucosa 1 fosfato se convierte en glucosa 6 fosfato, y allí en glucosa que abandona los hepatocitos por los GLUT. En las moléculas fosforiladas de glucosa no pueden utilizar los transportadores de glucosa y la fosfatasa no está presente en el músculo esquelético, los hepatocitos sí lo poseen. En las fibras musculares, la glucosa del glucógeno se transforma en glucosa 1-fosfato, que luego es catabolizada para producir ATP.

Ciclo de Cori

El Ciclo de Cori es el ciclo de reacciones metabólicas que envuelve dos rutas de transporte de productos entre los músculos y el hígado. A lo largo del ciclo, el glucógeno muscular es desglosado en glucosa y ésta es transformada a piruvato mediante la glucólisis. Este piruvato se transformará en lactato (o ácido láctico) por la vía del metabolismo anaeróbico (por falta de oxígeno en la célula) gracias a la enzima lactato deshidrogenasa. El ácido láctico es transportado hasta el hígado por vía sanguínea y allí es reconvertido a piruvato, y, después, a glucosa a través de la vía anaplerótica. La glucosa puede volver al músculo para servir como fuente de energía inmediata o ser almacenado en forma de glucógeno en el hígado. Este reciclaje del ácido láctico es la base del Ciclo de Cori. Teniendo en cuenta que es un consumidor neto de energía; gasta 4 ATP más que los producidos en la glucólisis, no puede mantenerse de forma indefinida. Glucosa + 2ADP -> 2 Lactato + 2H+ + 2ATP + 2H20 (músculo)2 Lactato + 6 ATP + 4 H20 -> Glucosa + 6ADP (hígado) CONSUMO NETO DE ATP: 4 ATP

Lanzadero de lactato

El transporte de lactato a través del sarcolema se produce a través de un transportador de monocarboxilatos que moviliza lactato mediante un transporte facilitado y siempre junto a un H+. Un intercambiador aniónico intercambia lactato con Cl- o HCO3-. En el músculo se expresan 2 isoformas MCT, MCT1 y MCT4, que participan en eliminar lactato de la célula. Se propuso una idea de que se introduce el lactato en la mitocondria sin convertirse en piruvato, esto supone LDH mitocondrial.

Piruvato en fosfoenolpiruvato

El oxaloacetato es intermediario en la producción del fosfoenolpiruvato en la gluconeogénesis. La conversión de piruvato a fosfoenolpiruvato en la gluconeogénesis se lleva a cabo en dos pasos. El primero de ellos es la reacción de piruvato y dióxido de carbono para dar oxaloacetato. Este paso requiere energía, la cual queda disponible por hidrólisis de ATP. La enzima que cataliza esta reacción es la piruvato carboxilasa, una enzima alostérica que se encuentra en la mitocondria. El acetil-CoA es un efector alostérico que activa la piruvato carboxilasa. Cuando hay más acetil-CoA del necesario para mantener el ciclo del ácido cítrico, el piruvato se dirige a la gluconeogénesis. El ion magnesio y la biotina son necesarios para una catálisis eficaz. La biotina, enlazada covalentemente con la enzima, reacciona con el CO2, que se une de manera covalente. Después el CO2 se incorpora al piruvato, formando así oxaloacetato. La conversión de oxaloacetato a fosfoenolpiruvato la cataliza la enzima fosfoenolpiruvato carboxiquinasa, que se encuentra en la mitocondria y en el citosol. Esta reacción también incluye la hidrólisis de un nucleósido-trifosfato, en este caso el GTP en vez del ATP.

Beta oxidación

La beta oxidación (β-oxidación) es un proceso catabólico de los ácidos grasos en el cual sufren remoción, mediante la oxidación, de un par de átomos de carbono sucesivamente en cada ciclo del proceso, hasta que el ácido graso se descompone por completo en forma de moléculas acetil-CoA, que serán posteriormente oxidados en la mitocondria para generar energía química en forma de ATP. La β-oxidación de ácidos grasos consta de cuatro reacciones recurrentes. El resultado de dichas reacciones son unidades de dos carbonos en forma de acetil-CoA, molécula que pueden ingresar en el ciclo de Krebs, y coenzimas reducidos (NADH y FADH2) que pueden ingresar en la cadena respiratoria. No obstante, antes de que produzca la oxidación, los ácidos grasos deben activarse con coenzima A y atravesar la membrana mitocondrial interna, que es impermeable a ellos.

Ciclo de Cori

El Ciclo de Cori es el ciclo de reacciones metabólicas que envuelve dos rutas de transporte de productos entre los músculos y el hígado. A lo largo del ciclo, el glucógeno muscular es desglosado en glucosa y ésta es transformada a piruvato mediante la glucólisis. Este piruvato se transformará en lactato (o ácido láctico) por la vía del metabolismo anaeróbico (por falta de oxígeno en la célula) gracias a la enzima lactato deshidrogenasa. El ácido láctico es transportado hasta el hígado por vía sanguínea y allí es reconvertido a piruvato, y, después, a glucosa a través de la vía anaplerótica. La glucosa puede volver al músculo para servir como fuente de energía inmediata o ser almacenado en forma de glucógeno en el hígado. Este reciclaje del ácido láctico es la base del Ciclo de Cori. Teniendo en cuenta que es un consumidor neto de energía; gasta 4 ATP más que los producidos en la glucólisis, no puede mantenerse de forma indefinida.