Metabolismo Energético y Rutas Metabólicas: Conceptos Clave en Bioquímica

Bioenergética y Metabolismo

La bioenergética es el estudio de los cambios energéticos en los sistemas biológicos. Los hidratos de carbono son la fuente de energía inmediata, mientras que los lípidos proporcionan energía a largo plazo. La inanición se produce por la falta de energía, y el marasmo por una nutrición inadecuada y desequilibrio energético. La obesidad es el resultado de un exceso de energía.

Leyes de la Termodinámica

• Primera ley: Conservación de la energía.
• Segunda ley: Entropía (tendencia al desorden).

El cambio de energía libre puede ser exergónico (liberación de energía, negativo) o endergónico (requiere energía, positivo).

Fosfatos de Alta Energía y ATP

Los fosfatos de alta energía son cruciales en la captura y transformación de energía. El ATP (adenosín trifosfato) transforma la energía libre en procesos endergónicos.

Ciclo de Krebs

El ciclo de Krebs es una ruta metabólica central que participa en la gluconeogénesis, transaminación, desaminación y lipogénesis. La reacción inicial es: acetil-CoA + oxaloacetato = citrato. Se forman 12 moléculas de ATP por cada molécula de acetil-CoA.

Reacciones del Ciclo de Krebs

1. Liberación de equivalentes reductores y CO2.
2. Formación de citrato.
3. Formación de equivalentes reductores.

Pasos del Ciclo de Krebs

1. Conjugación.
2. Hidratación.
3. Deshidratación.
4. Descarboxilación.
5. Deshidrogenación.

Enzimas del Ciclo de Krebs

• Citrato sintasa.
• Aconitasa.
• Isocitrato deshidrogenasa.
• Complejo alfa-cetoglutarato deshidrogenasa.
• Succinato tiocinasa.
• Succinato deshidrogenasa.
• Fumarasa.
• Malato deshidrogenasa.

Vitaminas y Regulación

Vitaminas esenciales en el ciclo: B2, B3 (NAD), B1, B5 (constituyente de la CoA). Las vitaminas actúan como equivalentes reductores. La regulación del ciclo depende de: NAD, ADP, ATP y calcio. La oxidación de 2 piruvatos produce 24 ATP, y la oxidación completa de 1 molécula de glucosa genera 36 ATP. El ciclo de Krebs ocurre en la mitocondria.

Complejos de la Cadena Respiratoria

• Complejo I: NADH deshidrogenasa.
• Complejo II: Succinato deshidrogenasa.
• Complejo III: Citocromo bc1.
• Complejo IV: Citocromo oxidasa.

Metabolismo Intermedio

El metabolismo intermedio describe las vías metabólicas. Sus funciones principales son obtener energía y degradar compuestos. Los mecanismos que regulan el metabolismo intermedio incluyen vías catabólicas (degradación), anabólicas (síntesis) y anfibólicas (mixtas). Comprender el metabolismo normal y anormal es de vital importancia biomédica.

Productos de la Digestión

• Glucosa.
• Ácidos grasos.
• Aminoácidos.

Enfermedades Relacionadas con el Metabolismo de Carbohidratos

• Diabetes mellitus.
• Galactosemia.
• Enfermedades del almacenamiento de glucógeno.
• Intolerancia a la lactosa.

Carbohidratos

Los carbohidratos son fundamentales como combustible en mamíferos y en el feto. La ribosa y la galactosa son carbohidratos esenciales. Están compuestos por carbono, hidrógeno y oxígeno.

Clasificación de los Carbohidratos

• Monosacáridos: Glucosa, fructosa y galactosa.
• Disacáridos: Maltosa, sacarosa y lactosa.
• Polisacáridos: Almidones, glucógeno, dextrinas, celulosa, quitina e inulina.
• Polisacáridos complejos: Glucosaminoglucanos, glucoproteínas y proteoglucanos.

Glucólisis

La glucólisis es la vía principal del metabolismo de la glucosa, proveyendo energía inmediata (36 ATP). Ocurre en el citosol y puede ser aeróbica o anaeróbica. También metaboliza fructosa y galactosa. La anemia hemolítica y la acidosis láctica (por deficiencia de vitamina B) son condiciones relacionadas con la glucólisis. La acidosis láctica puede ser causada por la administración de suero glucosado.

• Glucólisis aeróbica: Oxidación de glucosa que genera 38 ATP, CO2 y H2O.
• Glucólisis anaeróbica: Produce 2 ATP y ácido láctico.

Enzimas Reguladoras de la Glucólisis

• Hexocinasa.
• Fosfofructocinasa.
• Piruvato cinasa.

Gluconeogénesis

La gluconeogénesis es la formación de glucosa a partir de precursores no carbohidratos. Ocurre cuando hay deficiencia de glucagón. Los sustratos principales son aminoácidos glucogénicos, lactato y glicerol. Se lleva a cabo en el hígado y el riñón, especialmente cuando no hay suficientes carbohidratos. La gluconeogénesis es una fuente de energía crucial y su disfunción puede afectar al cerebro. Es precursora del azúcar de la leche.

Ciclo de Cori

El ciclo de Cori describe la producción de lactato a partir de glucosa en el músculo y su reconversión a glucosa en el hígado.

Regulación de la Glucosa Sanguínea

La glucosuria es la presencia de glucosa en la orina. La glucosa sanguínea proviene de la gluconeogénesis y la glucogenólisis. La glucocinasa y la insulina regulan la glucosa en sangre. Los estimulantes de la gluconeogénesis incluyen glucagón, ACTH, adrenalina y tiroxina (su deficiencia se relaciona con la falta de yodo).

Valores de Referencia en Análisis Clínicos

• Amilasa: 60 - 120 (indicador de pancreatitis).
• GOT/GPT: 12 - 40 (indicadores de hepatitis).
• Fosfatasa alcalina: 68 - 240 (indicador de litiasis biliar).
• CBK/CKMB/TROP: 20 - 200 (indicadores de infarto agudo de miocardio - IAM).
• HDL: 30 - 85; LDL: 60 - 160; VLDL: 10 - 40.
• Colesterol: 200 - 239 (relacionado con arterioesclerosis).
• Triglicéridos: 150 - 200.
• Urea: 10 - 40 (indicador de daño renal).
• Creatinina: 0.7 - 1.4 (indicador de daño renal).

Examen de Glucosa

• Normal: Menor a 140 mg/dL.
• Pre-diabetes: 141 - 199 mg/dL.
• Diabetes mellitus: Mayor a 200 mg/dL.

Otro examen para confirmar el diagnóstico de diabetes es la hemoglobina glucosilada.