Procesos Metabólicos Celulares: Glucólisis, Fermentación y Respiración para la Obtención de Energía

Procesos Metabólicos Fundamentales: De la Glucosa a la Energía Celular

Glucólisis: El Primer Paso en la Degradación de la Glucosa

La glucólisis es la degradación anaeróbica de la glucosa hasta la obtención de ácido pirúvico.

Vías de Fermentación: Obtención de Energía en Ausencia de Oxígeno

Fermentación Alcohólica

Se realiza en organismos como las levaduras y en los tejidos de plantas superiores. En este tipo de fermentación, el azúcar es degradado a ácido pirúvico, que enseguida es transformado en alcohol etílico (etanol) y CO₂.

Fermentación Láctica

Este tipo de fermentación ocurre en los tejidos de los animales, en ciertos protozoarios, hongos y bacterias. El producto final es el ácido láctico. En ausencia de oxígeno, las células convierten el ácido pirúvico en ácido láctico. El ácido láctico puede ser un veneno celular. Cuando se acumula en las células musculares, produce síntomas asociados con la fatiga muscular. Este tipo de fermentación se usa para la acidificación de la leche.

Fermentación Acética

En esta fermentación intervienen las bacterias del género Acetobacter y consiste en la transformación del etanol en ácido acético. Así se obtiene el vinagre de vino.

Respiración Celular: Extracción Máxima de Energía

Concepto General de Respiración

Se considera a la respiración como un proceso de óxido-reducción. Este último es el flujo de electrones de hidrógeno o de electrones desde un alto nivel de energía (como la glucosa) a un bajo nivel de energía (como el CO₂ o el H₂O), donde participan coenzimas y citocromos. Estos últimos son sustancias proteicas que aseguran el paso de los electrones a través de la cadena respiratoria.

Ciclo de Krebs: El Eje Central del Metabolismo Aeróbico

Es la etapa que consiste en una serie de reacciones enzimáticas en la cual los carbonos de la glucosa, prótidos o lípidos son utilizados para formar CO₂. Aunque no produce grandes cantidades de ATP directamente, genera moléculas reducidas (NADH y FADH₂) cruciales para la producción posterior de energía.

Cada vez que culmina el ciclo de Krebs (por cada molécula de acetil-CoA que ingresa), se producen 2 moléculas de CO₂. Considerando la transformación previa del ácido pirúvico a acetil-CoA (que también libera CO₂), por cada molécula de glucosa original se generan múltiples moléculas de CO₂ a través de estas etapas. Además, se producen equivalentes a 8 átomos de hidrógeno (transportados por NADH y FADH₂ por ciclo, más los de la descarboxilación del piruvato) que son canalizados hacia la cadena respiratoria para producir una cantidad significativa de ATP (aproximadamente 10-12 ATP por cada acetil-CoA oxidado completamente, dependiendo de las estimaciones).

Nota importante: En el ciclo de Krebs no solo participan glúcidos (a través del desdoblamiento de la glucosa en ácido pirúvico y luego acetil-CoA), sino que también pueden ser utilizados los lípidos y proteínas. Los lípidos se desdoblan hasta producir acetil-CoA, y las proteínas se desdoblan primero en aminoácidos, los cuales pueden convertirse en ácido pirúvico, acetil-CoA u otros intermediarios del ciclo.

Cadena de Respiración: Transporte de Electrones y Fosforilación Oxidativa

Es el transporte electrónico de los átomos de hidrógeno (o sus electrones) provenientes de los carbohidratos, lípidos y proteínas (transportados por NADH y FADH₂). Estos electrones, a través de una serie de intermediarios (complejos proteicos y transportadores móviles), reaccionan finalmente con el oxígeno molecular (O₂) para formar agua (H₂O) y liberar energía que se utiliza para sintetizar ATP.

La cadena respiratoria es el paso final a través del cual los electrones se mueven desde las moléculas combustibles (glúcidos, lípidos y proteínas) hacia el oxígeno. Se forman múltiples moléculas de ATP por cada par de electrones que pasan a través de la cadena respiratoria (por ejemplo, aproximadamente 2.5 ATP por NADH y 1.5 ATP por FADH₂, aunque estas cifras son teóricas y pueden variar). Una serie de transportadores de electrones, como los citocromos (por ejemplo, citocromo a, b, c), son componentes esenciales de esta cadena y facilitan el transporte electrónico.