El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas de la célula. El catabolismo degrada moléculas complejas en otras más sencillas: son reacciones de oxidación que liberan energía, almacenada en forma de ATP, y electrones, recogidos por coenzimas como el NAD⁺ y el FAD. El anabolismo, en cambio, construye moléculas consumiendo esa energía.
Objetivos
- Explicar el papel del ATP y de las coenzimas NAD⁺ y FAD
- Localizar y describir la glucólisis, el ciclo de Krebs y la cadena respiratoria
- Explicar la fosforilación oxidativa (teoría quimiosmótica) y calcular el balance energético
- Comparar la respiración con las fermentaciones láctica y alcohólica
1. Energía y coenzimas
- El ATP (adenosín trifosfato) almacena energía en sus enlaces fosfato: ATP + H₂O → ADP + Pᵢ + energía.
- Se forma por fosforilación a nivel de sustrato (enzimas que transfieren un fosfato al ADP) o por fosforilación oxidativa/fotofosforilación (ATP sintasa movida por un gradiente de protones).
- NAD⁺ y FAD captan electrones e hidrógenos en las oxidaciones (se reducen a NADH y FADH₂) y los llevan a la cadena respiratoria.
2. Glucólisis y paso a acetil-CoA
Glucólisis: Ocurre en el citosol y no necesita oxígeno. Una glucosa (6 C) se transforma en 2 piruvatos (3 C). Se gastan 2 ATP y se producen 4: balance neto de 2 ATP y 2 NADH.
Descarboxilación oxidativa del piruvato: En presencia de O₂, el piruvato entra en la matriz mitocondrial y se transforma en acetil-CoA (2 C), liberando 1 CO₂ y 1 NADH por piruvato (el complejo piruvato deshidrogenasa).
3. Ciclo de Krebs y cadena respiratoria
Ciclo de Krebs (matriz mitocondrial): el acetil-CoA se une al oxalacetato (4 C) para formar citrato (6 C). Tras una serie de oxidaciones se regenera el oxalacetato. Por cada acetil-CoA: 2 CO₂, 3 NADH, 1 FADH₂ y 1 GTP (equivalente a 1 ATP).
Cadena respiratoria (membrana mitocondrial interna): los electrones del NADH y del FADH₂ pasan por una serie de transportadores (complejos I a IV, ubiquinona, citocromo c) hasta el O₂, aceptor final, que se reduce a agua. La energía liberada se usa para bombear protones desde la matriz al espacio intermembrana.
Fosforilación oxidativa (teoría quimiosmótica de Mitchell): Los protones acumulados en el espacio intermembrana vuelven a la matriz a favor de gradiente a través de la ATP sintasa, que aprovecha ese flujo para sintetizar ATP a partir de ADP + Pᵢ.
4. Balance energético
| Etapa | Producción directa | Equivalente en ATP |
|---|---|---|
| Glucólisis | 2 ATP + 2 NADH | 2 + 6 |
| Piruvato → acetil-CoA (×2) | 2 NADH | 6 |
| Ciclo de Krebs (×2) | 2 GTP + 6 NADH + 2 FADH₂ | 2 + 18 + 4 |
| Total | 38 ATP (36 en muchas células eucariotas) |
C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + energía (ATP y calor)
β-oxidación de los ácidos grasos: En la matriz mitocondrial, el ácido graso activado (acil-CoA) pierde 2 carbonos en cada vuelta en forma de acetil-CoA, produciendo 1 FADH₂ y 1 NADH por vuelta. Un ácido graso de n carbonos (par) da n/2 acetil-CoA en n/2 − 1 vueltas.
5. Fermentaciones
Sin oxígeno, algunas células obtienen energía solo de la glucólisis. Para seguir oxidando glucosa necesitan regenerar el NAD⁺: el piruvato acepta los electrones del NADH y se reduce a un producto orgánico. El aceptor final de electrones es, por tanto, una molécula orgánica. Rendimiento: 2 ATP por glucosa.
| Fermentación | Producto final | Organismos y usos |
|---|---|---|
| Láctica | Ácido láctico (lactato) | Bacterias lácticas (yogur, queso); células musculares en ejercicio intenso |
| Alcohólica | Etanol + CO₂ | Levaduras (Saccharomyces): pan, vino, cerveza |
Recuerda
- Catabolismo: oxidaciones que liberan energía (ATP) y electrones (NADH, FADH₂).
- Glucólisis (citosol): glucosa → 2 piruvatos, neto 2 ATP y 2 NADH.
- Krebs (matriz), por acetil-CoA: 2 CO₂, 3 NADH, 1 FADH₂, 1 GTP.
- Cadena respiratoria y ATP sintasa en la membrana interna; O₂ aceptor final; balance clásico 36 – 38 ATP.
- Fermentación: aceptor final orgánico, regenera NAD⁺, solo 2 ATP por glucosa.
¡Ahora te toca a ti!
Comprueba que lo has entendido con los ejercicios y repasa con el resumen.