Metabolismo Energético Celular: Catabolismo, Glucólisis, Ciclo de Krebs y Fermentación

Metabolismo Energético Celular

Catabolismo y Anabolismo

• Catabolismo: Transformación de moléculas complejas en moléculas más sencillas, liberando ATP (degradación oxidativa). Muchos sustratos generan los mismos productos.
• Anabolismo: Síntesis de moléculas orgánicas complejas a partir de moléculas más sencillas, requiriendo gasto de ATP (síntesis reductiva). Pocos sustratos generan muchos productos diversos.

Catabolismo Aerobio

Glucólisis

Conjunto de reacciones que degradan la glucosa, transformándola en 2 moléculas de ácido pirúvico. Por cada molécula de glucosa se obtienen 2 ATP y 2 NADH + H⁺.

Ocurre en el citosol, es un proceso anaerobio (obtención de energía sin O₂). Es una vía metabólica común para la respiración aerobia y la fermentación. Consta de 10 etapas catalizadas por enzimas.

Ciclo de Krebs (Ciclo del Ácido Cítrico)

Descarboxilación del ácido pirúvico (obtenido en la glucólisis). El ácido pirúvico atraviesa la membrana mitocondrial y, en la matriz mitocondrial, sufre un proceso químico con dos vertientes:

• Descarboxilación: Pérdida de CO₂ del carbono con función ácido.
• Oxidación: Intervención de NAD⁺, reducido a NADH + H⁺. Interviene la coenzima A (CoA) para dar acetil-CoA.

Por cada glucosa se obtienen: 2 NADH + H⁺, 2 CO₂ y 2 acetil-CoA.

El ciclo de Krebs es una ruta metabólica a través de la cual el ácido acético, unido a CoA, se oxida completamente en la matriz mitocondrial.

Por cada acetil-CoA se obtienen: 2 NADH + H⁺, 1 FADH₂, 2 CO₂ y 1 GTP.

Cadena Respiratoria y Fosforilación Oxidativa

Transferencia de electrones desde coenzimas reducidas (NADH + H⁺ y FADH₂) hasta el O₂, en la membrana de las crestas mitocondriales. El objetivo es obtener la mayor parte de la energía contenida en la glucosa, que será almacenada en ATP, y recuperar las coenzimas transportadoras de electrones en su forma oxidada para oxidar nuevas moléculas. El desecho es agua.

• Membrana de las crestas mitocondriales: Transporte de electrones desde NADH o FADH₂ hasta O₂. El último aceptor es el O₂, que junto con dos H⁺ forma agua.
• Hipótesis Quimiosmótica: La energía liberada por los electrones genera un bombeo de protones por parte de los complejos I, II y III desde la matriz hacia el espacio intermembrana. Como consecuencia, la concentración de H⁺ en el espacio intermembrana aumenta con respecto a la matriz, ya que la membrana es impermeable.

Los H⁺ solo pueden volver a la matriz a través de la ATP sintetasa, dando lugar a la síntesis de ATP (fosforilación oxidativa): síntesis de ATP a partir de la energía obtenida en la oxidación de moléculas orgánicas.

• NADH reduce el complejo I: 3 ATP por 1 NADH.
• FADH₂ no puede reducir el complejo I, cede dos electrones a la coenzima Q (CoQ), generando solo 2 ATP.
• NADH citosólico no puede atravesar la membrana mitocondrial. Lanzaderas trasladan equivalentes de reducción al interior de la mitocondria:
  • Malato (corazón, riñón e hígado): 3 ATP por 1 NADH.
  • Glicerol fosfato (músculo esquelético y cerebro): 2 ATP por 1 NADH.

Fermentaciones

Ocurren en el citosol, son anaerobias. La glucosa no se degrada totalmente, y el producto final es una molécula orgánica. Poco rentable (2 ATP). Son las primeras formas de obtención de energía. Constan de 2 etapas: glucólisis y una fase característica de cada tipo.

Fermentación Alcohólica

El ácido pirúvico se transforma en alcohol etílico (etanol) y CO₂.

Llevada a cabo por levaduras Saccharomyces.

Proceso de gran importancia industrial. Dependiendo del tipo de levadura, se obtienen variedad de bebidas alcohólicas (cerveza, vino, sidra...).

Ejemplo: Fabricación de pan. Cierta cantidad de levadura fermenta el almidón de la harina, haciendo que el pan sea más esponjoso por las burbujas de CO₂. El alcohol producido desaparece durante el proceso de cocción.

β-Oxidación

Catabolismo de ácidos grasos en la matriz mitocondrial, donde se descomponen en moléculas de acetil-CoA que entran en el ciclo de Krebs para rendir energía (ATP).