Rutas Metabólicas y Expresión Génica: Mecanismos Celulares de Energía y Síntesis de ARN

Metabolismo Energético: Producción de ATP

Fosforilación Oxidativa

La Fosforilación Oxidativa es la síntesis de ATP impulsada por la transferencia de electrones al oxígeno. En este proceso se sintetiza la mayor parte del ATP en los organismos aeróbicos y es la culminación del metabolismo productor de energía. Este proceso tiene lugar en la mitocondria en los eucariotas y produce la reducción de O₂ a H₂O utilizando electrones (e⁻) cedidos por el NADH.

Fermentación

La fermentación es una ruta metabólica anaeróbica que permite la regeneración de NAD⁺, esencial para que la glucólisis continúe produciendo ATP en ausencia de oxígeno.

Fermentación Alcohólica

El ácido pirúvico (piruvato) formado durante la glucólisis se convierte anaeróbicamente en etanol. Este proceso consta de dos pasos principales:

1. Se libera dióxido de carbono (CO₂) del piruvato, produciendo acetaldehído.
2. El acetaldehído se reduce a etanol, oxidando simultáneamente el NADH a NAD⁺.

Fermentación Láctica

Es una ruta metabólica anaeróbica que ocurre en el citosol de las células, en la cual se oxida parcialmente la glucosa para obtener energía y donde el producto de desecho es el ácido láctico.

Otras células, como los glóbulos rojos, las células musculares y algunos microorganismos, transforman el ácido pirúvico en ácido láctico. En esta reacción, el NADH se oxida y el ácido pirúvico se reduce, transformándose en ácido láctico.

Contexto en Células Musculares y Eritrocitos

• Células Musculares: La fermentación láctica se produce como resultado de ejercicios extenuantes durante los cuales el aporte de oxígeno no alcanza a cubrir las necesidades del metabolismo celular. La acumulación del ácido láctico en estas células produce la sensación de cansancio muscular que muchas veces acompaña a esos ejercicios.
• Eritrocitos (Glóbulos Rojos): Estas células carecen de mitocondrias, por lo que se ven obligadas a obtener energía exclusivamente por medio de la fermentación láctica.

Nota: Por el contrario, el parénquima (en el contexto de ciertos tejidos) muere rápidamente si se le priva de oxígeno, ya que no fermenta y su única fuente de energía es la respiración aeróbica.

Expresión Génica: El Proceso de Transcripción

Transcripción

La transcripción es el primer paso de la expresión génica. Esta etapa consiste en copiar la secuencia de ADN de un gen para producir una molécula de ARN. Este proceso se divide en tres fases:

Iniciación

La ARN polimerasa se une a una secuencia de ADN llamada promotor, que se encuentra al inicio de un gen. Cada gen (o grupo de genes co-transcritos en bacterias) tiene su propio promotor. Una vez unida, la ARN polimerasa separa las cadenas de ADN para proporcionar el molde de cadena sencilla necesario para la transcripción.

Elongación

Una cadena de ADN, la cadena molde, actúa como plantilla para la ARN polimerasa. Al "leer" este molde, una base a la vez, la polimerasa produce una molécula de ARN a partir de nucleótidos complementarios y forma una cadena que crece en dirección 5' a 3'. El transcrito de ARN tiene la misma información que la cadena de ADN contraria a la molde (denominada cadena codificante) en el gen, pero contiene la base uracilo (U) en lugar de timina (T).

Terminación

Las secuencias llamadas terminadores indican que se ha completado el transcrito de ARN. Una vez transcritas, estas secuencias provocan que el transcrito sea liberado de la ARN polimerasa. A continuación, se ejemplifica un mecanismo de terminación en el que ocurre la formación de una estructura secundaria (tallo-asa) en el ARN, facilitando su liberación.