CATABOLISMO: ESQUEMAS

Como sabrás, de cara al estudio y para garantizar el éxito de tus Pruebas de Acceso a la Universidad, es necesario que sepas interpretar los esquemas generales del metabolismo. Aquí abajo os dejo un pequeño clip en el que se resume el catabolismo general de los carbohidratos:

Comencemos con el catabolismo:

GLUCÓLISIS

Como puedes observar, este esquema pertenece a la glucólisis, proceso que ocurre en el citoplasma con independencia del oxígeno (es decir, que puede estar o no presente el mencionado gas).

Apreciamos en el diagrama lo siguiente:

• Son 10 reacciones agrupadas en 2 etapas, la fase preparativa inicial y la oxidativa final.
• Por molécula de glucosa obtenemos 2 moléculas de piruvato, 2 moléculas de ATP y 2 moléculas de poder reductor NADH.
• FÓRMULA: 1 Glucosa + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD⁺ ⇾ 2 Piruvato + 2 ATP + 2 H₂O + 2 NADH + 2 H⁺

FERMENTACIÓN

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La fermentación, como dijimos en la anterior entrada, es una oxidación incompleta de moléculas orgánicas complejas que produce muy poca energía.  En cuanto a las fermentaciones hay que tener en cuenta lo siguiente:

• Tienen lugar en el citoplasma, en condiciones anaeróbicas, es decir, sin presencia de oxígeno.
• Produce el equivalente a 2 moléculas de ATP (generadas en la glucólisis).
• El poder reductor generado en la glucólisis (esas 2 moléculas de NADH) se usa para reducir el piruvato creado en la glucólisis.
• Tenemos dos principales vías:
  • Fermentación láctica: llevada a cabo por bacterias como Lactobacillus o Streptococcus, muy importantes en la industria láctea: quesos, yogures… Producen lactato por un mecanismo similar a nuestro músculo en condiciones anaerobias.

• • Fermentación alcohólica: se genera alcohol etílico, por lo que es muy importante para la industria del vino o la cerveza. Quizá el organismo más relevante y conocido sea Saccharomyces cerevisae, la levadura más popular. Como curiosidad, es pertinente mencionar que dicha fermentación se produce también en el pan, lo que conlleva esa apreciada esponjosidad de la miga al liberar el CO₂ en la fermentación. Sin embargo, no nos emborrachamos con el pan, puesto que el alcohol generado se evapora al meterse en el horno.

DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA DEL PIRUVATO, CICLO DE KREBS Y FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

En condiciones aeróbicas, es decir, en presencia de oxígeno, nuestro piruvato formado en la glucólisis estará en disposición de introducirse en la mitocondria, donde sufrirá esa oxidación completa resultante de la respiración celular aerobia, la cual consta de las siguientes fases:

• Descarboxilación oxidativa: el piruvato se introduce en la matriz mitocondrial, donde pierde un carbono en forma de CO₂ y genera una molécula de poder reductor (NADH) y una molécula de Acetil Co-A, por cada molécula de piruvato (recordad que se forman 2 en la glucólisis).

FÓRMULA: 2 Piruvato + 2 CoA-SH + 2 NAD⁺ → 2 CO₂ + 2 Acetil – Co-A + 2 NADH + 2 H⁺

• Ciclo de Krebs: ese Acetil Co-A formado va a oxidarse completamente en la matriz mitocondrial, produciendo, por molécula de Acetil-Co-A, 3 NADH, 1FADH₂ y 1 GTP. Pero CUIDADO, sabes que la molécula de glucosa genera dos moléculas de piruvato y, por consiguiente, dos moléculas de Acteil Co-A, por lo que esta reacción se debería de multiplicar por 2, conllevando 6 NADH, 2 FADH₂ y 2 GTP.

FÓRMULA: 2 Acetil-Co-A + 6 NAD⁺ + 2 FAD + 2 ADP + 4 H₂O -> 4 CO₂ + 2 FADH₂ + 6 NADH + 6 H⁺ + 2ATP + 2 Co-A-SH

• Cadena de transporte de electrones: los electrones acumulados en forma de poder reductor (NADH y FADH2) van a cederse a una serie de proteínas ubicadas en las crestas mitocondriales (repliegues de la membrana mitocondrial interna). Dichas proteínas tienen la particularidad de que están ordenadas de menor a mayor potencial de reducción, lo que permite un flujo de electrones que libera energía, lo que es aprovechado para bombear protones en contra de gradiente de concentración, acumulándose en el espacio intermembrana, al ser la membrana mitocondrial interna muy impermeable e impidiendo su paso.

En este caso, no podemos hablar de una fórmula como tal, sino que lo que debemos de saber es que por cada molécula de NADH se producirá el equivalente a 3 ATP y por FADH₂ se generarán 2 ATP.

• Fosforilación oxidativa: como puedes observar en el esquema superior, todos esos protones acumulados en el espacio intermembrana, solo van a poder pasar a través de una proteína especial: la ATP sintasa. Esta misma está constituida de una especie de poro (F₀) por la que pasan los protones y una parte catalítica (F₁) que gira al pasar los electrones (como una turbina) y permite sintetizar ATP.

Como se puede atisbar en el diagrama adjunto, la ATP sintasa se encuentra en la cresta mitocondrial, es decir, en los repliegues de la membrana mitocondrial interna.

Igualmente, si consideramos todo el poder reductor generado en las fases anteriores, así como lo liberado en forma de ATP, encontramos que, por molécula de glucosa, se producirá un máximo de 38 ATP en células como el corazón o el hepatocito (del hígado).

B-OXIDACIÓN DE LOS ÁCIDOS GRASOS

Como sabes, si bien es verdad que la glucosa es una fuente de energía rápida y de fácil acceso, la principal fuente de energía que tenemos a largo plazo es la grasa, concretamente los triglicéridos, los cuales se acumulan en esos michelines que tanto nos cuesta quitar en la operación bikini.

Así, cuando se requiere energía, los triglicéridos se degradan por medio de una lipasa, en el citoplasma, escindiendo dos partes.

• Glicerol: el cual sigue la ruta catabólica de la glucólisis desarrollada anteriormente.
• Los ácidos grasos: son transportados posteriormente a la matriz mitocondrial, donde sufren un proceso de degradación cíclico denominado Hélice de Lynnen o B-oxidación de ácidos grasos. Así, se libera 1 molécula de Acetil-Co-A, 1 de FADH2, 1 de NADH y un ácido graso de dos carbonos menos por cada vuelta al mencionado bucle.
• Ese ácido graso con dos carbonos dará lugar a un nuevo ciclo de B-oxidación, perdiendo otros dos carbonos en forma de Acetil-CoA y así sucesivamente hasta tener solo 4 carbonos (que se transforman directamente en 2 Acetil-Co-A).
• La mayoría de preguntas de la B-oxidación recaen en cuánta energía puede liberar partiendo de un ácido graso de un determinado número de carbonos, lo que está explicado detalladamente en esta entrada.

RESPIRACIÓN ANAEROBIA

No todos los organismos respiramos oxígeno, sino que otros seres vivos usan otras sustancias oxidantes distintas como aceptor final de electrones.

En cuanto a los esquemas, no hay problema, serían idénticos a la respiración aerobia, pero deberíamos de fijarnos que en la cadena de transporte de electrones el aceptor final es una sustancia oxidante diferente al O₂, como el SO₄^2- o el NO₃^2-. Así, el resto de etapas: glucólisis, descarboxilación oxidativa del piruvato y el ciclo de Krebs serían totalmente iguales.

Son mucho menos eficientes que los organismos aerobios, es decir, producen menos energía partiendo de los mismos sustratos.