Rutas Metabólicas de la Glucosa y Producción de Energía ATP

Procesos del Catabolismo Celular

b) Glucólisis

La glucólisis consiste en la rotura de la glucosa en dos moléculas de piruvato (el anión más frecuente del ácido pirúvico). El proceso es anaerobio (sin oxígeno) y ocurre en el citosol. Es una secuencia de 10 reacciones catalizadas por otras tantas enzimas.

A partir de una molécula de glucosa se forman:

• Dos moléculas de ácido pirúvico.
• 2 NADH + 2 H⁺.
• 2 ATP.

Esquema de la reacción:

(Glucosa) C₆H₁₂O₆ + 2 NAD⁺ + 2 ADP + 2 P_i → 2 NADH + 2 H⁺ + 2 (CH₃ - CO - COOH) (Ácido pirúvico) + 2 ATP

c) Respiración: Sistema piruvato-deshidrogenasa y ciclo de Krebs

En condiciones aerobias, el piruvato atraviesa la doble membrana de las mitocondrias por transporte facilitado y, en la matriz, se convierte en acetil-CoA por oxidación y descarboxilación. Este proceso cuenta con la intervención de un sistema enzimático llamado piruvato-deshidrogenasa, permitiendo que el producto entre a formar parte de la siguiente fase: el ciclo de Krebs.

Reacción de transición:
Ácido pirúvico (3C) + CoA + NAD⁺ → Acetil-CoA + NADH + H⁺

El ciclo de Krebs (o ciclo del ácido cítrico) es una secuencia de 8 reacciones que ocurre en la matriz mitocondrial. En él, el acetil-CoA se une a una molécula de 4 carbonos, el ácido oxalacético, dando lugar a una de 6 carbonos, el ácido cítrico. Este último sufre dos descarboxilaciones en forma de CO₂, dando lugar, mediante sucesivas transformaciones, a la molécula inicial de 4 carbonos, con lo que se cierra el ciclo.

d) Respiración: Cadena respiratoria y fosforilación oxidativa

La cadena respiratoria es una serie de moléculas orgánicas que se reducen y se oxidan a medida que se pasan unas a otras los protones y los electrones procedentes del NADH y del FADH₂. Estas moléculas están situadas en las crestas de la membrana interna de la mitocondria.

Como la energía liberada en la oxidación de estas moléculas es mayor que la consumida en la reducción, en cada paso hay un sobrante de energía que se invierte en la síntesis de ATP; el proceso se llama fosforilación oxidativa (basada en la hipótesis quimiosmótica de Mitchell). Según esta teoría:

• La energía liberada se utiliza para bombear protones a través de la membrana interna mitocondrial hasta el espacio intermembranoso.
• Se crea así un gradiente electroquímico.
• La energía almacenada en ese gradiente se utiliza para sintetizar ATP cuando los protones regresan a la matriz a través de una proteína transmembranosa llamada ATPasa (ATP sintasa).

Finalidad y rendimiento de la cadena respiratoria:

• Su finalidad es la oxidación de las coenzimas reducidas, NADH + H⁺ y FADH₂.
• El aceptor final de los electrones es el oxígeno molecular.
• Se sintetiza ATP: a partir de un NADH + H⁺ que ingresa en la cadena respiratoria se obtienen 3 ATP, y a partir de un FADH₂ se obtienen 2 ATP.
• Como producto final se obtiene agua.

Las fermentaciones: Procesos sin presencia de oxígeno

En las fermentaciones, el aceptor final de electrones es un compuesto orgánico. El resultado es una oxidación incompleta del alimento. No interviene la cadena respiratoria, por lo que es un proceso estrictamente anaerobio.

No hay síntesis de ATP en las ATP sintetasas, sino solo a nivel de sustrato. Por eso tienen un rendimiento energético bajo. Por ejemplo, una molécula de glucosa produce 38 ATP por respiración, frente a solo 2 ATP por fermentación.

Las fermentaciones son propias de microorganismos, aunque algunas pueden producirse en el tejido muscular de animales cuando no hay suficiente oxígeno en las células.