Metabolismo Energético Celular: Mitocondrias, Integración Metabólica y Regulación Hormonal

El Poder Reductor del Ciclo de Krebs y la Cadena de Transporte Electrónico

El poder reductor generado por el ciclo de Krebs en forma de NADH y FADH2 pasa a la cadena de transporte electrónico. Allí se produce un gradiente de electrones hacia el exterior que genera ATP.

Mitocondrias: Estructura y Función

Descubiertas por Albert L. Lehninger, las mitocondrias son orgánulos esenciales para la producción de energía celular. Se componen de las siguientes partes:

• Dos membranas que delimitan dos espacios: el espacio intermembrana y la matriz.
  • Membrana externa: permeable a moléculas pequeñas e iones.
  • Membrana interna: impermeable a la mayoría de las moléculas. El transporte a través de esta membrana se realiza mediante transportadores específicos, como:
    • ADP-ATP translocasas
    • ATP sintetasa
    • Otros transportadores de membrana
• Matriz: contiene las enzimas del ciclo de Krebs, la maquinaria para la β-oxidación, ADN propio, ribosomas e intermediarios del metabolismo.

Integración Metabólica: Coordinación entre Órganos

Los órganos trabajan en conjunto para coordinar el metabolismo de todo el cuerpo. La integración metabólica se puede resumir de la siguiente manera:

• La circulación sanguínea aporta nutrientes al cerebro y al corazón.
• Al corazón se le suministra glucosa, ácidos grasos, lactato y cuerpos cetónicos.
• El intestino solo aporta nutrientes.
• El hígado es una fuente de triglicéridos y cuerpos cetónicos que van al corazón, y recibe y libera ácidos grasos y glucosa simultáneamente.
• El músculo esquelético recibe nutrientes, pero solo devuelve lactato.
• La regulación orgánica se lleva a cabo en el hipotálamo.
• La insulina activa el almacenamiento de glucosa en forma de grasa o su utilización en el músculo.
• El tejido adiposo libera la hormona leptina, que actúa a nivel hipotalámico para reducir la ingesta.

Liberación de Insulina: Regulación por ATP

La liberación de insulina está regulada por los niveles de ATP. Todas las células del cuerpo, excepto las del corazón, el cerebro y las células beta pancreáticas, tienen sus transportadores de glucosa cerrados per se. Cuando la glucosa entra en la célula beta pancreática, se oxida hasta ATP. El ATP cierra los canales de K⁺ y Na⁺, lo que despolariza la membrana y permite la entrada masiva de Ca²⁺. El calcio activa las vesículas de insulina, que se liberan a la sangre por exocitosis.

Señales de Saciedad: Leptina y GLP-1

Los niveles altos de glucosa, la liberación de leptina y la hormona GLP-1 son señales importantes de saciedad.

Comunicación Intestino-Cerebro-Páncreas: GLP-1

A nivel intestinal, existe una comunicación con el cerebro y el páncreas incluso antes de que los nutrientes lleguen a la sangre. Esta comunicación se realiza mediante una proteína denominada GLP-1 (péptido similar al glucagón tipo 1). La liberación de GLP-1 depende de la ingesta.

Efectos del GLP-1:

• Intestino (comunicación con cerebro a través de la hormona CCK): aumenta la saciedad, disminuye la ingesta de alimentos y el peso corporal.
• Páncreas: aumenta la secreción y biosíntesis de insulina, y promueve la proliferación y supervivencia de las células beta.

Desacoplantes: Regulación del Metabolismo Energético

Los desacoplantes son un mecanismo de regulación por el cual la energía se utiliza para generar calor o evitar la saturación de la cadena respiratoria. Este proceso no requiere ATP ni ADP.