Rutas Metabólicas y Bioquímica: Procesos Energéticos y Enzimáticos

Rutas Metabólicas de Carbohidratos y Ácidos Grasos

• Glucógeno: Glucogenólisis en citosol → glucosa-1-fosfato → glucosa-6-fosfato → glucólisis → piruvato → acetil-CoA → ciclo de Krebs → cadena respiratoria/fosforilación oxidativa → CO₂ + H₂O + ATP.
• Glucosa: Glucólisis en citosol → piruvato → acetil-CoA → ciclo de Krebs → cadena respiratoria/fosforilación oxidativa → CO₂ + H₂O + ATP.
• Almidón: Hidrólisis/digestión → glucosa → glucólisis → piruvato → acetil-CoA → ciclo de Krebs → cadena respiratoria → CO₂ + H₂O + ATP.
• Sacarosa: Hidrólisis → glucosa + fructosa → glucólisis → piruvato → acetil-CoA → Krebs → fosforilación oxidativa → CO₂ + H₂O + ATP.
• Lactosa: Hidrólisis → glucosa + galactosa → glucólisis → piruvato → acetil-CoA → Krebs → cadena respiratoria → CO₂ + H₂O + ATP.
• Ácidos grasos: β-oxidación en matriz mitocondrial → acetil-CoA → ciclo de Krebs → cadena respiratoria/fosforilación oxidativa → CO₂ + H₂O + mucho ATP.
• Fermentación láctica: Glucosa → glucólisis en citosol → piruvato → lactato + regeneración de NAD⁺ → poco ATP.
• Fermentación alcohólica: Glucosa → glucólisis → piruvato → etanol + CO₂ + regeneración de NAD⁺ → poco ATP.

Resumen de Procesos, Localización y Productos

• Glucógeno: I) Glucogenólisis, glucólisis, descarboxilación oxidativa, ciclo de Krebs y fosforilación oxidativa. II) Citosol y mitocondria. III) CO₂, H₂O y ATP.
• Glucosa: I) Glucólisis, descarboxilación oxidativa, ciclo de Krebs y fosforilación oxidativa. II) Citosol y mitocondria. III) CO₂, H₂O y ATP.
• Almidón: I) Hidrólisis, glucólisis, ciclo de Krebs y fosforilación oxidativa. II) Tubo digestivo, citosol y mitocondria. III) CO₂, H₂O y ATP.
• Sacarosa: I) Hidrólisis, glucólisis, ciclo de Krebs y fosforilación oxidativa. II) Tubo digestivo, citosol y mitocondria. III) CO₂, H₂O y ATP.
• Lactosa: I) Hidrólisis, glucólisis, ciclo de Krebs y fosforilación oxidativa. II) Tubo digestivo, citosol y mitocondria. III) CO₂, H₂O y ATP.
• Ácidos grasos: I) β-oxidación, ciclo de Krebs y fosforilación oxidativa. II) Mitocondria. III) CO₂, H₂O y ATP.
• Fermentación láctica: I) Glucólisis y fermentación láctica. II) Citosol. III) Lactato y poco ATP.
• Fermentación alcohólica: I) Glucólisis y fermentación alcohólica. II) Citosol. III) Etanol, CO₂ y poco ATP.

Estructura de Carbohidratos

• Glucógeno: Glucosas unidas por enlaces α(1→4) con ramificaciones α(1→6).
• Almidón: Amilosa + amilopectina.
• Celulosa: Glucosas unidas por enlaces β(1→4).
• Sacarosa: Glucosa + fructosa.
• Lactosa: Glucosa + galactosa.

Enzimología y Bioenergética

Las enzimas son proteínas altamente especializadas que actúan como catalizadores biológicos, acelerando las reacciones químicas del metabolismo sin consumirse en el proceso.

• Cofactor: Componente no proteico necesario para que algunas enzimas ejerzan su actividad catalítica (ion metálico o molécula orgánica).
• Coenzima: Cofactor orgánico que participa en reacciones metabólicas transportando electrones, átomos o grupos químicos. Muchas derivan de vitaminas.
• Sitio activo: Región tridimensional específica de la enzima donde se une el sustrato y ocurre la reacción catalítica.
• Oxidasa: Cataliza reacciones de oxidación usando oxígeno como aceptor final de electrones, formando agua o peróxido de hidrógeno.
• Oxigenasa: Incorpora oxígeno directamente al sustrato.
• Deshidrogenasas: Enzimas que participan en reacciones REDOX transfiriendo hidrógenos o electrones a coenzimas como NAD⁺, NADP⁺ o FAD.
• Transportadores electrónicos: NAD⁺/NADH, NADP⁺/NADPH, FAD/FADH₂, FMN, coenzima Q, citocromos y proteínas hierro-azufre.

Vía de las Pentosas Fosfato y Regulación

La transcetolasa transfiere unidades de 2 carbonos y la transaldolasa de 3 carbonos entre azúcares fosfato, permitiendo la interconversión de azúcares y la conexión de la vía con la glucólisis. En la vía de las pentosas fosfato, los azúcares importantes son:

• 3C: Gliceraldehído-3-fosfato
• 4C: Eritrosa-4-fosfato
• 5C: Ribosa/xilulosa/ribulosa-5-fosfato
• 6C: Fructosa-6-fosfato
• 7C: Sedoheptulosa-7-fosfato

Conceptos Clave de Bioenergética

• Índice P/O: Relación entre ATP producido y oxígeno consumido. El NADH rinde más ATP que el FADH₂ porque ingresa por el complejo I, que bombea protones.
• Lanzaderas: Transportan los equivalentes reductores del NADH citosólico hacia la mitocondria. La malato-aspartato rinde más ATP que la glicerol-fosfato.
• Control respiratorio: Regula la respiración mitocondrial según la cantidad de ADP disponible: a mayor ADP, mayor síntesis de ATP.
• Reacciones anapleróticas: Reacciones que reponen intermediarios del ciclo de Krebs cuando estos se usan en otras vías metabólicas (síntesis de aminoácidos, gluconeogénesis o biosíntesis). Su función es mantener activo el ciclo. Ejemplo: piruvato → oxalacetato, catalizado por la piruvato carboxilasa.