Catabolismo de la Glucosa

CATABOLISMO DE LA GLUCOSA

La vida es un estado dinámico de equilibrio inestable, que, por lo mismo, requiere un consumo continuo de energía. Esta energía es extraída de los alimentos provistos por el medio: carbohidratos, lípidos y proteínas, pero no puede ser utilizada si no es almacenada previamente en una molécula de ATP. El ATP está compuesto por la Adenosina, un nucleótido (formado por adenina y ribosa) que tiene la propiedad de establecer tres enlaces consecutivos con grupos fosfato. El último enlace, al hidrolizarse, desprende gran cantidad de energía libre, que es utilizada por la célula para sus procesos metabólicos. Como resultado, se producen una molécula de ADP y una de fosfato, las que luego serán utilizadas para regenerar ATP, mediante una serie de procesos. Las células obtienen energía a través de la oxidación de los nutrientes, como la glucosa. Esa energía llamada ATP que el organismo necesita para su funcionamiento se produce en gran parte a partir de la glucosa, ya sea de forma circulante o extrayéndola del glucógeno (su forma de almacenamiento). De este modo,  la glucosa constituye la principal fuente de energía, y por algunos tejidos, como única fuente de energía (como el corazón y el cerebro).

El catabolismo es la fase de degradación del metabolismo mediante la cual las moléculas complejas se convierten en otras más simples. Durante este proceso se produce oxidación, liberación de energía libre y reacciones de convergencia.

Finalidad del catabolismo:

• Obtención de energía (ATP) que se utilizará para las funciones vitales: biosíntesis, transporte activo y movimiento.
• Otras: por un lado encontramos la obtención de coenzimas reducidos (NADH, FADH) que aportarán los electrones necesarios para la reducción de sustratos en el anabolismo; y por otro la obtención de algunos precursores metabólicos necesarios para la síntesis de algunas moléculas orgánicas en el anabolismo.

Dentro del catabolismo de la glucosa encontramos las siguientes etapas:

• Glucólisis:

Hace referencia a una serie de reacciones químicas que se dan en condiciones anaeróbicas (sin necesidad de oxígeno),  que suceden en el citoplasma y  mediante las cuales se transforma una molécula de 6C en 2 moléculas de ácido pirúvico con 3C.

1. La molécula de glucosa está compuesta por 6 Carbonos.
2. Adición: A dicha molécula se le añaden 2 moléculas de fosfato mediante el gasto de 2 moléculas de ATP. El resultado es una molécula de glucosa difosfatada (2 fosfatos) de 6 carbonos y dos moléculas de menor energía conocida como ATP. En este proceso intervienen dos enzimas: la hexoquinasa y la fosfofructoquinasa-1.
3. Esta molécula de glucosa de 6 carbonos y 2 fosfatos se descompone en 2 moléculas de gliceraldeido 3 fosfatos.
4. Estas dos moléculas sufren una serie de reacciones que producen 4 ATPs y 2 NADH+H, y en esa serie de reacciones interviene otra enzima: piruvatoquinasa.
5. El resultado de estos procesos son 2 moléculas de piruvato.

Con todo esto podemos decir que una molécula de glucosa:

• Produce: 2 NADH+H (que van a la cadena de electrones), 4 ATPs
• Consume: 2 ATPs
• Utiliza enzimas: Hexoquinasa, Fosfofructoquinasa-1, Piruvatoquinasa.

De este modo, el resultado final de la glucólisis sería: 2ATPs y 2NADH+H

Cabe mencionar que la glucólisis lenta (la explicada anteriormente) finaliza con el piruvato (condiciones aeróbicas). Cuando no se dan las condiciones necesarias y el NADH+H cede el Hidrógeno al piruvato, se convierte en ácido láctico; a esto se le donomina glucólisis rápida (condiciones anaeróbicas).   Cuando el ácido láctico no entra en la mitocondria ni en el ciclo de Krebs, este se  acumula (produce fatiga) y se usa como energía.

• Ciclo de Krebs:

Se denomina ciclo porque comienza y finaliza en el mismo lugar, es decir, con la misma sustancia. Se trata de un proceso oxidativo que se da en el interior de las mitocondrias y tiene una alta producción de ATP en combinación con la cadena de electrones.

Al finalizar la glucolisis y antes de empezar el ciclo de Krebs, se da una reacción que se denomina de transición. En esta ocurre lo siguiente:

Reacción de transición:

• El ácido pirúvico compuesto por 3 carbonos se transforma en Acetilo, que está formada por 2 carbonos. En esta reacción se desprende 1 molécula de Co2 que es eliminado por la respiración y electrones de alta energía que son transportados por el NADH.
• El Acetil Co A entra en el ciclo de Krebs, que tiene lugar en el interior de la molécula.

Se producen 2 NADH+H+, 2 CO2

En el ciclo de Krebs los carbonos donados por el grupo acetilo se oxidan a dióxido de carbono y los electrones pasan a los transportadores de electrones. Lo mismo que en la glucólisis, en cada paso interviene una enzima específica. La coenzima A es el nexo entre la oxidación del ácido pirúvico y el ciclo de Krebs. A modo de resumen: en el ciclo de Krebs se producen una molécula de ATP, tres moléculas de NADH y una molécula de FADH2 que representan la producción de energía de este ciclo. Se necesitan dos vueltas del ciclo para completar la oxidación de una molécula de glucosa. Así, el rendimiento energético total del ciclo de Krebs para una molécula de glucosa es dos moléculas de ATP, seis moléculas de NADH y dos moléculas de FADH.

-Paso 1: El Acetilo, que es transportado por la Coenzima A , se combina con el ácido oxalacético de 4Carbonos para formar ácido cítrico de 6 Carbonos.

-Paso 2: El ácido cítrico de 6 Carbonos es convertido en otro de 5 Carbonos, liberando CO2 y electrones de alta energía que son transportados por el NADH.

- Paso 3: Un sustrato de 5 Carbonos es convertido en uno de 4 Carbonos, liberando otra molécula de CO2 y electrones d alta energía que son transportados por el NADH. Esta reacción produce 1 ATP.

- Paso 4: El sustrato de 4 Carbonos es oxidada y los Hidrógenos desplazados son utilizados para formar 1 NADH (lo máximo que puede producir son 3 ATPs) y 1 FAD (lo máximo que puede producir son 2 ATPs).

- Paso 5: A continuación sufre una serie de reacciones encadenadas, en las que unos ácidos orgánicos se transforman en otros, regenerándose finalmente el acido compuesto por 4 Carbonos.

A lo largo de todo éste proceso, se han desprendido hidrogeniones, los cuales fueron aceptados por el NAD, y en un caso por el FAD (flavin-adenin-dinucleótido), que van a transportarlos hacia las crestas mitocondriales, donde tiene lugar la: FOSFORILACIÓN OXIDATIVA O RESPIRACIÓN CELULAR.

• Fosforilación oxidativa o respiración celular ( cadena de transporte de electrones):

El proceso final se produce en la membrana interna de la mitocondria y en el espacio intermembrana. Es una serie de complejos enzimáticos que están incluidos en la membrana interna de la mitocondria. Aquí hay unos complejos enzimáticos que son los responsables de este proceso. Los electrones que llevan el FAD  y el NAD que van unidos a los iones, van pasando de unos complejos enzimáticos a otros.

Cada vez que se mueven los electrones se crea una diferencia que hace que los H pasen de la matriz al espacio intermembrana. El FAD al tener menos electrones pasa menos H. En este proceso se separan los cargos más de los menos, quedando los menos dentro de la matriz y los más fuera, es decir, en el espacio intermembrana. Al final tenemos un gradiente eléctrico entre la matriz y el espacio intermembrana. La cadena son 3 complejos enzimáticos a través de los cuales van pasando los electrones. Al final los electrones unen H y O2 formando agua y la diferencia que hay de concentración entre iones de H entre el espacio intermembrana y la matriz, es aprovechada por la bomba ATP sintetasa y se produce la síntesis de ATP.

Por cada molécula de glucosa que completa el proceso, desde el Ácido Pirúvico hasta la formación de agua, se liberan 12 H+, con los cuales se producen 34 moléculas de ATP (porque los 2 que transporta el FAD dan 2 ATP c/1 en vez de 3), que, sumados a los 2 que se produjeron en el Ciclo de Krebs, y los 2 de la Glucólisis,  arrojan un total de 38 ATP para el proceso completo.

En realidad, a lo largo de todos estos procesos ha habido consumo de ATP. Por lo tanto, ésta cifra de 38 ATP refleja el saldo positivo final, y no la cantidad total de ATP producido. 

Balance total del catabolismo de la glucosa: 

6CO2+6H2O+36ATPs (se producen 38 pero se emplearon 2 en la glucolisis)