Metabolismo Celular: Glucólisis, Ciclo de Krebs y Beta-Oxidación
Conceptos Fundamentales del Metabolismo
Rutas y Redes Metabólicas
Una ruta o vía metabólica es un proceso que consiste en una cadena de reacciones en la que el producto de una reacción sirve de sustrato para la siguiente. Estas vías pueden ser lineales o cíclicas.
Las redes metabólicas se forman cuando algunas vías se conectan entre sí. Ciertos compuestos formados en ellas pueden intervenir tanto en procesos catabólicos como anabólicos.
Glucólisis: La Ruptura de la Glucosa
La glucólisis se divide en dos fases principales:
- Fase preparatoria: Comprende la fosforilación inicial de la glucosa y su posterior ruptura en dos moléculas de triosas. En estos procesos se consume ATP.
- Fase de beneficios: Incluye la oxidación de las triosas sin intervención de oxígeno, la formación neta de 2 ATP y 2 NADH, y la obtención de ácido pirúvico.
Balance Global de la Glucólisis
Glucosa + 2 NAD⁺ + 2 ADP + 2 Pᵢ → 2 Ácido pirúvico + 2 NADH + 2 H⁺ + 2 ATP + 2 H₂O
- El producto final, el ácido pirúvico, puede convertirse anaeróbicamente en ácido láctico o alcohol etílico. En condiciones aeróbicas, entra en el ciclo de Krebs.
- La síntesis de ATP en esta vía ocurre a nivel de sustrato mediante un proceso de fosforilación.
El Ciclo de Krebs o Ciclo del Ácido Cítrico
Balance del Ciclo de Krebs
Por cada molécula de glucosa, se requieren dos vueltas completas al ciclo. La contribución fundamental del ciclo de Krebs al metabolismo es la obtención de electrones de alta energía, capturados por las coenzimas NADH y FADH₂.
2 Acetil-CoA + 6 NAD⁺ + 2 FAD + 2 GDP + 2 Pᵢ + 4 H₂O → 4 CO₂ + 6 NADH + 6 H⁺ + 2 FADH₂ + 2 GTP
Cadena Respiratoria y Fosforilación Oxidativa
Las moléculas transportadoras de electrones se agrupan en grandes complejos proteicos. Los electrones descienden en una cascada energética desde el NADH hasta el oxígeno, que es el aceptor final. Este proceso libera energía que se utiliza para sintetizar ATP.
Nota: Existen inhibidores específicos como el cianuro o el monóxido de carbono (CO) que pueden bloquear este transporte de electrones.
Catabolismo de Lípidos
Beta-oxidación de Ácidos Grasos
El acil-CoA (un ácido graso activado) penetra en la matriz mitocondrial y sufre un ciclo de cuatro reacciones sucesivas: oxidación, hidratación, oxidación y tiólisis. En cada ciclo, se cortan fragmentos de dos átomos de carbono, liberándose como acetil-CoA, que ingresa al ciclo de Krebs. El proceso se repite hasta descomponer toda la cadena.
En cada ciclo se producen NADH y FADH₂, que son oxidados en la cadena respiratoria.
Balance por Ciclo de Beta-oxidación
Ácido graso (Cₙ) + CoA-SH + NAD⁺ + FAD + H₂O → Acil-CoA (Cₙ₋₂) + Acetil-CoA + NADH + H⁺ + FADH₂