Metabolismo Celular: Procesos Bioquímicos de Catabolismo y Anabolismo

Metabolismo Celular: Conceptos Fundamentales y Rutas Bioquímicas

El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en el interior de las células. Un metabolito es un reactivo que interviene en estas reacciones metabólicas. El conjunto de reacciones desde un metabolito inicial hasta un producto final se denomina vía o ruta metabólica.

Clasificación del Metabolismo

El metabolismo puede dividirse en dos grandes procesos:

• Catabolismo

  Es el conjunto de reacciones de ruptura de moléculas grandes para obtener moléculas sencillas y energía.

  Tipos de Catabolismo

  Según la molécula aceptora final de electrones:

  • Fermentación: El aceptor final de los electrones es una molécula orgánica.
  • Respiración: El aceptor final de los electrones es una molécula inorgánica. Puede ser:
    • Aerobia: El aceptor final es el O2.
    • Anaerobia: El aceptor final es distinto del O2.

• Anabolismo

  Es el conjunto de reacciones de síntesis de moléculas grandes a partir de moléculas pequeñas. Conlleva gasto de energía.

Tipos de Organismos según su Metabolismo

Los organismos pueden clasificarse según sus fuentes de carbono y energía:

• Según la fuente de carbono:
  • Organismos Autótrofos: Utilizan carbono inorgánico (ej. CO2).
  • Organismos Heterótrofos: Utilizan carbono orgánico.
• Según la fuente de energía:
  • Organismos Fotótrofos: Obtienen energía de la luz.
  • Organismos Quimiotrofos: Obtienen energía de reacciones químicas.

Formación de ATP

El ATP (Adenosín Trifosfato) se forma en:

• Fosforilaciones a nivel de sustrato: Reacciones que liberan suficiente energía para fosforilar el ADP a ATP.
• ATP sintasas: En la membrana interna de las mitocondrias y en las lamelas de los cloroplastos.

Catabolismo de los Glúcidos

Las principales rutas metabólicas del catabolismo de los glúcidos son la glucólisis, el ciclo de Krebs y la cadena de transporte de electrones mitocondrial.

• Glucólisis

  Empieza con glucosa (C6H12O6) y termina con 2 moléculas de ácido pirúvico (2 CH3-CO-COOH), 2 ATP y 2 NADH. Ocurre en el citoplasma. Su función es el inicio del catabolismo de los glúcidos.

• Ciclo de Krebs (o Ciclo del Ácido Cítrico)

  Empieza con acetil-CoA (CH3-CO-SCoA) de 2 carbonos y termina con 2 CO2. Se forman 3 NADH + H+, 1 FADH2 y 1 GTP. Tiene lugar en la matriz mitocondrial. Puede tener un carácter anabólico (construcción de moléculas) o catabólico (obtención de energía).

• Cadena Respiratoria (o Cadena de Transporte de Electrones)

  En la membrana interna mitocondrial hay una serie de proteínas. Empieza con NADH + H+ y FADH2, termina con H2O y se forma ATP. Tiene lugar en la membrana mitocondrial interna.

Catabolismo de los Lípidos

Los principales lípidos con función energética son los saponificables, en concreto los triglicéridos. En el citoplasma, reaccionan con SH-CoA, para lo que se necesita un ATP, formando Acil-CoA graso. Este entra con ayuda de un transportador en la mitocondria para sufrir la beta-oxidación, donde se libera un Acetil-CoA y queda un Acil-CoA graso. El primer Acetil-CoA entra en el ciclo de Krebs y el Acil-CoA graso restante sufre otra oxidación, y así sucesivamente. El balance energético es de aproximadamente 129 ATP.

Beta-Oxidación de los Ácidos Grasos

Empieza con Acil-CoA graso y termina con Acetil-CoA. Se forman NADH + H+ y FADH2. Tiene lugar en la matriz mitocondrial.

Catabolismo de las Proteínas

Las proteínas se rompen mediante peptidasas en aminoácidos, que sufren una de las siguientes reacciones:

• Transaminación: Transferencia de un grupo amino a un cetoácido.
• Desaminación oxidativa: Oxidación con pérdida del grupo amino.
• Descarboxilación: Pérdida del grupo carboxilo.

Fermentación

Es una ruta metabólica catabólica en la que el aceptor final de electrones es una molécula orgánica. Ejemplos comunes son la fermentación láctica y la fermentación alcohólica.