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Fundamentos de Bioquímica: Metabolismo, Nutrientes y Bioenergética Celular

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Macronutrientes

Los macronutrientes son las sustancias que el cuerpo necesita en grandes cantidades para obtener energía y mantener sus estructuras.

  • Carbohidratos: Son la principal fuente de energía. 1 gramo produce 4 kcal. Su componente principal es la glucosa, que sirve como reserva de energía en periodos de ayuno. La oxidación completa de la glucosa produce un total de 38 ATP.
  • Proteínas: Fuente de energía que, al oxidarse, aporta 4 kcal por gramo. Están compuestas por aminoácidos, incluyendo los aminoácidos esenciales: leucina, isoleucina, valina, fenilalanina, arginina, triptófano, histidina, metionina, treonina y lisina.
  • Lípidos: Fuente densa de energía; al oxidarse, cada gramo aporta 9 kcal. Incluyen ácidos grasos esenciales como el linoleico, linolénico y araquidónico.

Micronutrientes

Vitaminas

Son compuestos orgánicos que el organismo requiere en pequeñas cantidades para su funcionamiento óptimo.

  • Hidrosolubles: Destaca el Complejo B, que funciona como coenzima, antioxidante y participa en la síntesis de glucoproteínas.
  • Liposolubles:
    • Vitamina A: Retinol, retinal o ácido retinoico. Es un antioxidante y su precursor es el betacaroteno.
    • Vitamina D: O ergocalciferol; participa activamente en el metabolismo del calcio.
    • Vitamina E: O tocoferol; actúa como un potente antioxidante.
    • Vitamina K: Participa esencialmente en el mecanismo de coagulación sanguínea.

Minerales

Cumplen funciones críticas como cofactores enzimáticos. Entre los principales se encuentran: Na (Sodio), K (Potasio), Mg (Magnesio), Ca (Calcio), Zn (Zinc) y Cu (Cobre).

Metabolismo Intermediario

Se define como el destino de los componentes de la dieta después de los procesos de digestión y absorción.

Finalidades del Metabolismo

  1. Degradar sustancias complejas a otras más sencillas con la finalidad de obtener energía (ATP).
  2. Sintetizar sustancias complejas a partir de otras más simples en procesos que requieren energía.
  3. Sintetizar sustancias especializadas como hormonas, melanina, serotonina, histamina, entre otras.
  4. Convertir sustancias de desecho para su eliminación. Por ejemplo, el amoniaco (NH3) se convierte en urea.

Etapas del Metabolismo

  • Catabolismo: Comprende todas las rutas o vías metabólicas degradativas con la finalidad de obtener energía.
  • Anabolismo: Comprende todas las vías o rutas de síntesis en procesos que absorben o consumen ATP.
  • Anfibolismo: Procesos que sirven de interrelación entre el catabolismo y el anabolismo. Ejemplo: Ciclo de Krebs.

Ruta o Vía Metabólica

Es una serie de reacciones químicas que van desde un sustrato alimentador hasta un producto final, donde las enzimas intervienen catalizando cada paso.

  1. Ruta catabólica (degradativa): Ejemplo: Glucólisis.
  2. Ruta anabólica (biosintética): Ejemplo: Glucogénesis.
  3. Ruta anfibólica (enlace entre catabolismo y anabolismo): Ejemplo: Ciclo de Krebs.

Productos Finales del Metabolismo

  • Producto final de Proteínas: NH3, H2O, ATP, CO2.
  • Producto final del catabolismo de Carbohidratos: ATP, H2O, CO2.
  • Producto final del catabolismo de Lípidos: ATP, H2O, CO2.

Bioenergética

Es la rama de la bioquímica relacionada con los cambios de energía que ocurren durante las reacciones químicas. De acuerdo a estos cambios, se clasifican en:

  • Exergónica: Libera energía (ATP).
  • Endergónica: Gasta o requiere energía (ATP).

Oxidaciones Biológicas

Son procesos que aportan energía mediante una transferencia de electrones. En ellos ocurren simultáneamente:

  • Oxidación: Pérdida de electrones.
  • Reducción: Ganancia de electrones.

Elementos implicados: Sustrato (donde actúa la enzima), Coenzimas (NAD y FAD) y Cofactores. Las enzimas que catalizan estas reacciones se denominan óxido-reductasas y se clasifican en:

  • A: Deshidrogenasa
  • B: Oxidasa
  • C: Peroxidasa
  • D: Oxigenasa

Cadena de Transporte de Electrones

Es el sistema de óxido-reducción más importante del organismo. Consta de una serie de transportadores de electrones o equivalentes reductores para llevarlos al oxígeno (aceptor final) y formar H2O.

Complejos de la Cadena:

  • Complejo 1: Deshidrogenasa dependiente del NAD.
  • Complejo 2: Succinato deshidrogenasa (FeS, FAD).
  • Complejo 3: Citocromo b, FeS, citocromo C1.
  • Complejo 4: Citocromo a + a3.

Fosforilación Oxidativa

Es el proceso acoplado a la cadena de transporte de electrones para la síntesis de energía:

  • Por cada deshidrogenasa dependiente del NAD ocurren 3 fosforilaciones (3 ATP).
  • Por cada deshidrogenasa dependiente del FAD ocurren 2 fosforilaciones (2 ATP).

Metabolismo de Carbohidratos: Catabolismo de la Glucosa

Se divide en tres etapas principales:

  1. Glucólisis aerobia: Es la principal fuente de energía (aporta 8 ATP) y ocurre en el citosol de las células. Consta de 10 reacciones y su sustrato alimentador es la glucosa. En condiciones aerobias, el producto final es el piruvato.
  2. Oxidación de Piruvato a Acetil-CoA: El piruvato es oxidado a través del complejo de la piruvato deshidrogenasa, produciendo 6 ATP.
  3. Ciclo de Krebs: Vía anfibólica que se lleva a cabo en la mitocondria. Consta de 8 reacciones y su sustrato alimentador es el Acetil-CoA. Incluye 4 oxidaciones (3 por deshidrogenasas dependientes del NAD y 1 dependiente del FAD).

Glucólisis Anaerobia

Este proceso metabólico se lleva a cabo específicamente en ausencia de oxígeno (O2).

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