Catabolismo Celular: Glucólisis, Ciclo de Krebs y Fosforilación Oxidativa

Catabolismo: Glucólisis

Ocurre sin necesidad de oxígeno en el citosol. Es una secuencia de reacciones en la que una molécula de glucosa se transforma en dos moléculas de ácido pirúvico.

Balance energético

• Se necesitan 2 moléculas de ATP para iniciar el proceso.
• Se obtienen 2 moléculas de NADH y 4 de ATP.

Ecuación global:
Glucosa + 2 ADP + 2 P + 2 NAD⁺ → 2 Ácido pirúvico + 2 ATP + 2 NADH + 2 H⁺ + 2 H₂O

Respiración Celular

Mediante la respiración celular, el ácido pirúvico de la glucólisis se oxida a CO₂ y H₂O en presencia de oxígeno. Consta de dos etapas principales:

1. Oxidación del ácido pirúvico

El ácido pirúvico sufre una oxidación. El primer carbono y sus dos oxígenos se separan, liberándose una molécula de CO₂ y formándose un grupo acetilo. En esta reacción se forma una molécula de NADH a partir de la reducción de una molécula de NAD⁺. Cada grupo acetilo se une a un compuesto denominado coenzima A, originándose el acetil-CoA.

2. Ciclo de Krebs

Es una cadena cíclica de reacciones metabólicas:

1. Formación de ácido cítrico.
2. Isomerización del ácido cítrico en ácido isocítrico.
3. Oxidación del ácido isocítrico y formación del ácido α-cetoglutárico.
4. Oxidación del ácido α-cetoglutárico para formar succinil-CoA.
5. Rotura del enlace entre el ácido succínico y la coenzima A, sintetizándose GTP.
6. Oxidación del ácido succínico a ácido fumárico.
7. Hidratación del ácido fumárico para formar ácido málico.
8. Oxidación del ácido málico para originar ácido oxalacético.

Balance energético del Ciclo de Krebs

En cada vuelta se genera 1 GTP, 3 NADH y 1 FADH₂. Se necesitan 2 vueltas para oxidar al máximo una molécula de glucosa.

Cadena Respiratoria y Fosforilación Oxidativa

Cadena respiratoria

Cuando la molécula de glucosa se encuentra totalmente oxidada, la mayor parte de su energía se encuentra en los electrones que fueron aceptados por el NAD⁺ y el FAD. Durante el transporte electrónico, estos se conducen a través de una cadena formada por aceptores de distinto potencial de reducción, donde cada uno es capaz de recibir electrones del aceptor precedente y cederlos al siguiente, ubicado en un nivel energético inferior.

Fosforilación oxidativa

Cuando los electrones se mueven a través de la cadena transportadora, saltan a niveles energéticos inferiores, liberando energía que se emplea para producir ATP a partir de ADP y fosfato inorgánico en un proceso llamado fosforilación oxidativa.

Balance Energético de la Respiración Celular

• Glucólisis: Rinde 2 moléculas de ATP directamente y 2 moléculas de NADH fuera de la mitocondria. No obstante, el rendimiento total de la glucólisis es de 6 ATP.
• Conversión de ácido pirúvico en acetil-CoA: Da 2 moléculas de ATP equivalentes por cada molécula de glucosa. Cuando los electrones de estas dos moléculas se transfieren a la cadena respiratoria, se producen 6 ATP.
• Ciclo de Krebs: Ingresan 2 moléculas de acetil-CoA y se forman 2 de GTP, 6 NADH y 2 FADH₂. La transferencia de electrones de estas moléculas produce 22 ATP. En total, en esta fase se producen 24 ATP.

El rendimiento medio total que produce la oxidación completa de una molécula de glucosa es de 36 ATP.

Fermentación

Fermentación alcohólica

Cataliza la reducción del acetaldehído a etanol, reoxidando el NAD. Es característica de las levaduras.

Fermentación láctica

Se origina ácido láctico a partir del ácido pirúvico procedente de la glucólisis. Se regenera el NAD⁺ necesario para proseguir la glucólisis.

β-Oxidación

Proceso de catabolismo del acil-CoA que se desarrolla en una secuencia repetitiva de 4 reacciones:

1. Oxidación del acil-CoA y formación de FADH₂.
2. Hidratación del doble enlace en una reacción catalizada por la enoil-CoA hidratatasa.
3. Oxidación catalizada por la β-hidroxiacil-CoA deshidrogenasa, que convierte el grupo hidroxilo del carbono 3 en un grupo ceto.
4. Scisión del β-cetoacil-CoA catalizada por la tiolasa, con formación de acetil-CoA.

La β-oxidación consigue que de un ácido graso saturado se liberen tantas unidades de acetil-CoA como permita su número par de carbonos.