Catabolismo de Glúcidos: Glucólisis, Respiración Celular y Ciclo de Krebs

Catabolismo de los Glúcidos

Glucólisis

Proceso en el que, a partir de glucosa y sin necesidad de la presencia de oxígeno (O₂), se forman piruvato y ATP, aunque con bajo rendimiento energético. Tiene lugar en el citoplasma celular.

Etapas de la Glucólisis

1. Etapa de fosforilación inicial: Requiere aporte energético (consumo de ATP).
2. Etapa de oxidación: Rinde energía (ATP) y poder reductor (NADH).
3. Etapa de regeneración de ATP: Se restituye el ATP consumido en la primera fase y se genera un balance neto positivo.

Puntos Clave de la Glucólisis

• Ocurre en el citoplasma.
• Produce ATP por fosforilación a nivel de sustrato.
• Rendimiento energético neto bajo (2 ATP por glucosa).
• Genera poder reductor (NADH).
• No requiere O₂ (proceso anaerobio).

Reacción global:

Glucosa + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD⁺ → 2 Ácido pirúvico + 2 ATP + 2 NADH + 2 H⁺ + 2 H₂O

Respiración Celular Aerobia

Ocurre tras la glucólisis si hay presencia de oxígeno. Implica la oxidación completa de los átomos de carbono (provenientes del piruvato) hasta CO₂. Los electrones (e⁻) liberados son transferidos a la cadena de transporte electrónico, ubicada en la membrana mitocondrial interna, donde el aceptor final es el O₂.

Fase Preparatoria: Formación de Acetil-CoA

El piruvato generado en la glucólisis entra en la mitocondria y se transforma en Acetil-CoA mediante un proceso de descarboxilación oxidativa. Este proceso implica dos pasos principales:

1. Pérdida del grupo carboxilo del piruvato en forma de CO₂.
2. Oxidación del grupo ceto restante a un grupo acetilo, que se une a la Coenzima A (CoA), formando Acetil-CoA. En esta oxidación se reduce NAD⁺ a NADH.

Ciclo de Krebs (Ciclo del Ácido Cítrico)

Conjunto cíclico de reacciones que producen la oxidación completa del grupo acetilo del Acetil-CoA hasta CO₂. Tiene lugar en la matriz mitocondrial.

Funciones del Ciclo de Krebs

• Obtención de poder reductor (NADH y FADH₂).
• Obtención de precursores metabólicos para otras rutas biosintéticas.
• Obtención de energía en forma de GTP (equivalente a ATP) por fosforilación a nivel de sustrato.

Proceso Detallado del Ciclo de Krebs (8 pasos principales)

El ciclo se inicia cuando el grupo acetilo (2C) del Acetil-CoA se une a una molécula de 4 carbonos, el oxalacetato, que se regenera al completarse cada vuelta del ciclo.

1. Formación de Citrato: Acetil-CoA (2C) + Oxalacetato (4C) → Citrato (6C) + CoA-SH.
2. Isomerización a Isocitrato: El citrato se convierte en su isómero, el isocitrato.
3. Oxidación y Descarboxilación a α-Cetoglutarato: El isocitrato experimenta una descarboxilación oxidativa. Se libera un átomo de carbono en forma de CO₂ y se produce un cetoácido de 5 carbonos, el α-cetoglutarato. Se genera poder reductor en forma de NADH.
4. Oxidación y Descarboxilación a Succinil-CoA: El α-cetoglutarato sufre otra descarboxilación oxidativa que da lugar a CO₂, NADH y un resto acilo de 4 carbonos que se une a la Coenzima A para formar Succinil-CoA.
5. Formación de Succinato y GTP: La hidrólisis del enlace tioéster del Succinil-CoA libera energía, que se utiliza para fosforilar GDP a GTP (mediante fosforilación a nivel de sustrato). Se obtienen succinato (4C) y CoA-SH.
6. Oxidación a Fumarato: La transformación del succinato en fumarato está catalizada por una deshidrogenasa que utiliza FAD como coenzima. Los átomos de hidrógeno son captados por el FAD, que se convierte en FADH₂.
7. Hidratación a Malato: El fumarato se hidrata (añade una molécula de agua) y se obtiene malato.
8. Oxidación a Oxalacetato: Finalmente, la oxidación del malato por la transformación de un grupo alcohol en un grupo carbonilo rinde más NADH y regenera el oxalacetato, con lo que el ciclo puede comenzar de nuevo.

Fermentación

Proceso metabólico mediante el cual muchos organismos extraen energía química de la oxidación parcial de la glucosa (u otros compuestos orgánicos), en el que el aceptor final de electrones no es el oxígeno, sino otro compuesto orgánico (como el piruvato o un derivado). Permite regenerar NAD⁺ para que la glucólisis pueda continuar en ausencia de oxígeno. Puede ocurrir tanto en presencia como en ausencia de O₂ (en organismos anaerobios facultativos o estrictos).