Vías Metabólicas Clave y Procesos Energéticos Celulares

Metabolismo Celular: Vías Energéticas y Procesos Fundamentales

Glucólisis

La Glucólisis es la vía metabólica central del citosol, donde la glucosa es degradada para obtener energía celular en forma de ATP y NADH. Es un proceso fundamental para la mayoría de los organismos.

• Localización (L): Citosol
• Moléculas de Origen (MO): Glucosa, NAD⁺, ADP, Pi
• Moléculas Finales (MF): Piruvato, NADH + H⁺, ATP

Rutas del Producto Final del Piruvato

El piruvato, producto final de la glucólisis, puede seguir diferentes rutas metabólicas dependiendo de la disponibilidad de oxígeno:

• Fermentaciones (condiciones anaeróbicas):
  • MO: Piruvato
  • MF: Lactato o Etanol, NAD⁺
• Ciclo de Krebs (condiciones aeróbicas):
  • MO: Acetil-CoA, Oxalacetato
  • MF: CO₂, NADH + H⁺, FADH₂, GTP (equivalente a ATP)

Fermentación

La Fermentación es la degradación anaeróbica de la glucosa, principalmente realizada por bacterias y levaduras. Es un proceso catabólico que no requiere O₂; por lo tanto, el aceptor final de los electrones del NADH producido por la glucólisis es un compuesto orgánico.

• Localización (L): Citosol

Ciclo de Krebs (Ciclo del Ácido Cítrico)

El Ciclo de Krebs, también conocido como Ciclo del Ácido Cítrico, es una vía metabólica central en todos los organismos aeróbicos. En este ciclo, se libera energía en forma de ATP y se oxidan grupos acetilo hasta convertirlos en CO₂.

• Localización (L): Matriz mitocondrial
• Moléculas de Origen (MO): Acetil-CoA, NAD⁺, FAD, GDP, Pi
• Moléculas Finales (MF): CO₂, NADH, FADH₂, GTP

Fosforilación Oxidativa

La Fosforilación Oxidativa es el proceso de síntesis de ATP que utiliza la energía proveniente de un gradiente de protones (fuerza protón-motriz), generado por la actividad de la cadena de transporte de electrones, la cual se encuentra en la membrana mitocondrial interna.

• Localización (L): Membrana mitocondrial interna
• Moléculas de Origen (MO): ADP, Pi
• Moléculas Finales (MF): ATP

Cadena de Transporte de Electrones

La Cadena de Transporte de Electrones es el componente clave de la fosforilación oxidativa. Del Ciclo de Krebs derivan los electrones, que las coenzimas (NADH y FADH₂) transportan a los complejos proteicos de la cadena en la membrana mitocondrial interna. Posteriormente, los electrones descienden en nivel energético, liberando energía que se utiliza para bombear protones y generar el gradiente.

• Localización (L): Membrana mitocondrial interna
• Moléculas de Origen (MO): NADH, FADH₂, O₂ (aceptor final)
• Moléculas Finales (MF): NAD⁺, FAD, H₂O

Conceptos Fundamentales del Metabolismo

Metabolismo

El Metabolismo representa el conjunto de reacciones químicas que ocurren constantemente en las células y que comprenden dos fases principales: el catabolismo y el anabolismo.

Catabolismo

El Catabolismo es el conjunto de reacciones metabólicas que liberan energía y poder reductor para la célula, a partir de la degradación de moléculas complejas en otras más simples.

Anabolismo

El Anabolismo es la fase compuesta por procesos bioquímicos mediante los cuales las células sintetizan moléculas complejas a partir de precursores más simples. Estos procesos requieren consumo de energía y construyen los componentes celulares.

Fosforilación (Fotofosforilación)

La Fosforilación, en el contexto de la fotosíntesis (fotofosforilación), se refiere al flujo de electrones que proceden de los fotosistemas al excitarse por la acción de la luz. Estos electrones son conducidos a través de diferentes aceptores hasta el NADPH, generando simultáneamente un gradiente de protones cuya energía se utiliza para la síntesis de ATP.

• Localización (L): Cloroplastos (membrana tilacoidal)

Nutrición Celular

La Nutrición es el conjunto de procesos que permiten la incorporación de alimento en la célula y la posterior conversión de los nutrientes que contiene en energía y en las biomoléculas necesarias para el mantenimiento de las funciones vitales.

Tipos de Nutrición y Organismos

• Autótrofa: Organismos que obtienen sus moléculas orgánicas a partir de CO₂.
• Heterótrofa: Organismos que obtienen sus moléculas orgánicas a partir de otras moléculas orgánicas previamente sintetizadas.
• Fotótrofas: Organismos que emplean la energía luminosa para obtener ATP.
• Quimiótrofas: Organismos que sintetizan ATP gracias a la energía química contenida en los enlaces de las moléculas que oxidan.

Fotosíntesis

La Fotosíntesis es el proceso mediante el cual las plantas, algas y algunas bacterias convierten la energía luminosa en energía química, sintetizando compuestos orgánicos a partir de CO₂ y agua.

Fases de la Fotosíntesis

• Fase Luminosa (Dependiente de la Luz):

  En esta fase, se produce la captación de la luz por los fotosistemas, la fotólisis del agua, el transporte de electrones y la síntesis de ATP y NADPH.

  • MO: H₂O, ADP, Pi, NADP⁺
  • MF: O₂, ATP, NADPH
• Fase Oscura (No Dependiente de la Luz - Ciclo de Calvin):

  Esta fase implica la fijación del carbono a partir del CO₂ con gasto de ATP y NADPH, para sintetizar carbohidratos.

  • MO: CO₂, Ribulosa-1,5-bifosfato (Ribulosa), ATP, NADPH
  • MF: Carbohidratos (CnH₂On), ADP, NADP⁺