- EL METABOLISMO CELULAR | BIOLOGÍA
- PREGUNTAS FRECUENTES SOBRE EL METABOLISMO CELULAR
- ¿Qué es el metabolismo celular y cuáles son sus etapas?
- ¿Cómo se clasifica el metabolismo celular?
- ¿Quién se encarga del metabolismo celular?
- ¿Cuáles son las 4 funciones del metabolismo?
- ¿Qué función cumple el metabolismo?
- ¿Cuál es la importancia del metabolismo en la célula?
- ¿Cuáles son las tres etapas del metabolismo?
- ¿Cuáles son las hormonas que regulan el metabolismo?
- Metabolismo celular.
- Anabolismo y catabolismo.
- Papel de las enzimas y del ATP en el metabolismo.
- Síntesis del ATP
- Fotosíntesis.
- Aspectos generales de la fase luminosa.
- Aspectos generales de la fase oscura.
- Importancia.
- Respiración anaerobia.
- Aspectos generales de la glicólisis (glucólisis).
- Fermentación láctica.
- Fermentación alcohólica.
- Balance energético.
- Respiración aerobia.
- Aspectos generales del Ciclo de Krebs.
- Aspectos generales de la cadena respiratoria.
- Balance energético.
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EL METABOLISMO CELULAR | BIOLOGÍA
EL METABOLISMO CELULAR | BIOLOGÍA
PREGUNTAS FRECUENTES SOBRE EL METABOLISMO CELULAR
¿Cuáles son las 4 funciones del metabolismo?
¿Qué función cumple el metabolismo?
¿Cuál es la importancia del metabolismo en la célula?
¿Cuáles son las tres etapas del metabolismo?
¿Cuáles son las hormonas que regulan el metabolismo?
Regulan el metabolismo. Afectan el crecimiento, la maduración y la actividad del sistema nervioso.
Metabolismo celular.
La célula, como ser vivo, se considera un sistema energético abierto, en el que su propia estructura está condicionada a la existencia de un flujo de energía y materia con el medio. Existen dos tipos de reacciones químicas que tiene lugar dentro de las células. Por un lado, las que requieren un aporte de energía para producirse, son las reacciones endergónicas y, por otro, las que liberan energía o exergónicas.
El conjunto de reacciones químicas que se producen en la célula constituyen el metabolismo celular. Dentro del metabolismo, el anabolismo engloba las reacciones y procesos celulares en los que necesita energía, y el catabolismo se refiere a aquellos en los que se libera energía.
La energía que se libera en unas reacciones es utilizada posteriormente en otras en las que se necesita. Por ello es indispensable almacenarla en los enlaces que forman la molécula de ATP. Esta molécula es un nucleótido unido a tres grupos fosfato mediante enlaces ricos en energía. Cuando estos enlaces se rompen, la molécula de ATP se degrada y la energía se libera, pasando a formar parte de los enlaces de otras moléculas que se están formando.
Existen dos tipos básicos de catabolismo: la respiración y la fermentación. Ejemplos de reacciones catabólica son la glucólisis, el ciclo de Krebs, la oxidación de los ácidos grasos, etc. Entre las fermentaciones más conocidas están la alcohólica y la láctica, por sus utilidades industriales.
Anabolismo y catabolismo.
Concepto de anabolismo y catabolismo
1. EL ANABOLISMO
El anabolismo, o metabolismo constructivo, consiste fundamentalmente en fabricar y almacenar. Contribuye al crecimiento de células nuevas, el mantenimiento de los tejidos corporales y el almacenamiento de energía para utilizarla más adelante. En el anabolismo, moléculas pequeñas se transforman en moléculas más grandes y complejas de hidratos de carbono, proteínas y grasas.
2. EL CATABOLISMO
El catabolismo, o metabolismo destructivo, es el proceso que produce la energía necesaria para toda la actividad que tiene lugar en las células. Las células descomponen moléculas grandes (hidratos de carbono, proteínas y grasas) para liberar energía. -Esto proporciona combustible para el anabolismo, calienta el cuerpo y permite que los músculos se contraigan y que el cuerpo se mueva.
En el organismo, la división del metabolismo en anabolismo y catabolismo no se da por separado en el espacio o tiempo. -Las células se encuentran siempre en un proceso constante de autodestrucción y autorregeneración que se ve incrementado con la actividad física.
Durante la actividad física, el organismo va a transformar las distintas macromoléculas (grasas, carbohidratos, proteínas) en otras más pequeñas para la obtención de energía. –El objetivo de los entrenamientos es optimizar este proceso y conseguir progresivamente una mejor adaptación al tipo de ejercicio que practicamos. Llegando a este punto, es fácil deducir qué, tras el catabolismo provocado por el esfuerzo, las células trabajan en compensar su efecto iniciando un proceso anabólico.
Para que el proceso anabólico sea eficaz, tras el esfuerzo, es indispensable subministrar al organismo los nutrientes necesarios para que las células realicen su función, poniendo especial atención en los primeros 30-45 minutos tras la finalización del ejercicio, donde se produce una gran actividad enzimática para resintetizar glucógeno durante la llamada “ventana metabólica o de oportunidad”.
En las disciplinas deportivas de corta duración, la nutrición se realiza generalmente una vez finalizada la actividad durante las horas siguientes. -En cambio, en los deportes de larga duración, también hay que contemplar el aporte de carbohidratos durante la actividad para prolongar al máximo las reservas de glucógeno y retrasar o minimizar la degradación muscular para la obtención de energía.
En el proceso anabólico es fundamental aportar en la alimentación una cantidad adecuada de proteínas al tipo de deporte, sobre todo de alto valor biológico por su elevado contenido en aminoácidos esenciales, no sintetizables por el organismo.
Los suplementos altos en proteína, es recomendable utilizarlos en las dos horas siguientes a la finalización del ejercicio de alta intensidad o larga duración.
Por supuesto, no nos olvidemos del descanso, existen multitud de estudios en los que se aconseja dormir en torno a 8 horas. Durante los ciclos de sueño, nuestro organismo segrega una serie de moléculas que nos ayudará a recuperarnos. Se puede pensar que durante estas horas de sueño se puede llegar al catabolismo al estar en ayunas, sin embargo, el metabolismo durante este periodo es más lento y dependerá en gran medida de si estamos aportando los nutrientes necesarios durante la alimentación diaria.
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Papel de las enzimas y del ATP en el metabolismo.
Cada célula desarrolla miles de reacciones químicas que pueden ser exergónicas (con liberación de energía) o endergónicas (con consumo de energía), que en su conjunto constituyen el METABOLISMO CELULAR. Si las reacciones químicas dentro de una célula están regidas por las mismas leyes termodinámicas … entonces cómo se desarrollan las vías metabólicas?
1. -Las células asocian las reacciones: las reacciones endergónicas se llevan a cabo con la energía liberada por las reacciones exergónicas.
2. -Las células sintetizan moléculas portadoras de energía que son capaces de capturar la energía de las reacciones exergónicas y las llevan a las reacciones endergónicas.
3. -Las células regulan las reacciones químicas por medio de catalizadores biológicos: ENZIMAS.
ATP: Reacciones acopladas y transferencia de energía
Las células acostumbran a guardar la energía necesaria para sus reacciones en ciertas moléculas, la principal es el: ATP, trifosfato de adenosina. Las células lo usan para capturar, transferir y almacenar energía libre necesaria para realizar el trabajo químico. Funciona como una MONEDA ENERGÉTICA.
La función del ATP es suministrar energía hidrolizándose a ADP y Pi. Esta energía puede usarse para:
-
obtener energía química: por ejemplo para la síntesis de macromoléculas;
-
transporte a través de las membranas
-
trabajo mecánico: por ejemplo la contracción muscular, movimiento de cilios y flagelos, movimiento de los cromosomas, etc.
Estructura del ATP: es un nucleótido compuesto por la adenina (base nitrogenada), un azúcar (ribosa) y tres grupos fosfato.
Note que las cargas altamente ionizables de los grupos fosfatos hacen que se repelan unos de otros; por lo tanto resulta fácil separar uno o dos Pi (fosfatos inorgánicos, forma corta del HPO42-) del resto de la molécula.
La hidrólisis del ATP da:
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-
ATP + H2O —> ADP + Pi
-
El cambio de Energía libre.
G o‘ = -7,3 Kcal/mol –> muy exergónica (elG de una célula viva está en – 12 Kcal/mol)
2. La hidrólisis del adenosín difosfato da: ADP + H2O —> AMP + Pi
G o‘ = -7,2 Kcal/mol –> muy exergónica
Para sintetizar ATP (adenosín-trifosfato) a partir de ADP (adenosín-difosfato) se debe suministrar por lo menos una energía superior a 7,3 Kcal. Las reacciones que, típicamente suministran dicha energía son la reacciones de oxidación.
ADP + Pi + energía libre –> ATP + H2O
Síntesis del ATP
Las células requieren energía para múltiples trabajos:
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Sintetizar y degradar compuestos
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Transporte a través de las membranas (activo, contra el gradiente de concentración).
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Endocitocis y exocitosis.
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Movimientos celulares.
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División celular
-
Transporte de señales entre el exterior e interior celular
Esta energía se encuentra en las moléculas de ATP, en las uniones químicas de alta energía de los fosfatos. Las moléculas de ATP se ensamblan en las mitocondrias a partir del ADP y los Pi con la energía tomada de la ruptura de moléculas complejas como la glucosa, que a su vez deriva de los alimentos ingeridos.
La Glucosa (C6 H12 O6) es el combustible básico para la obtención de energía, muchos otros compuestos sirven como alimento, pero casi todos son transformados a glucosa mediante una serie de numerosísimas oxidaciones graduales, reguladas enzimáticamente, al cabo de las cuales el oxígeno atmosférico (ingresado por respiración pulmonar) se une a los átomos de hidrógeno de las citadas moléculas para formar H2O.
En cada oxidación se liberan gradualmente pequeñas porciones de energía que son capturadas para formar el ATP.
Si las oxidaciones son fueran graduales, la energía se liberaría de manera violenta y se dispersaría como calor.
En el proceso de obtener energía a partir de la glucosa hay tres procesos metabólicos:
-
GLUCÓLISIS: ocurre en el citosol, donde cada molécula de glucosa, con sus 6 átomos de Carbono, da lugar a dos moléculas de piruvato (de 3 átomos de Carbono). Se invierten dos ATP pero se generan cuatro.
-
RESPIRACIÓN CELULAR: ocurre cuando el ambiente es aerobio (contiene O2) y el piruvato se transforma en dióxido de Carbono (CO2) liberando la energía almacenada en los enlaces piruvato y atrapándola en el ATP.
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FERMENTACIÓN: cuando el O2 está ausente, ambiente anaerobio, en lugar de producir CO2 se producen otras moléculas como el ác. láctico o el etanol.
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Fotosíntesis.
La fotosíntesis es el proceso bioquímico mediante el cual las plantas, las algas y las bacterias fotosintéticas convierten materia inorgánica (dióxido de carbono y agua) en materia orgánica (azúcares), aprovechando la energía proveniente de la luz solar. Este es el principal mecanismo de nutrición de todos los organismos autótrofos que poseen clorofila, que es el pigmento esencial para el proceso fotosintético.
La fotosíntesis constituye uno de los mecanismos bioquímicos más importantes del planeta ya que implica la fabricación de nutrientes orgánicos que almacenan la energía lumínica proveniente del Sol en distintas moléculas útiles (carbohidratos). De hecho, el nombre de este proceso proviene de las voces griegas foto, “luz”, y synthesis, “composición”.
Después de la fotosíntesis, las moléculas orgánicas sintetizadas pueden ser empleadas como fuente de energía química para sostener procesos vitales, como la respiración celular y otras reacciones que forman parte del metabolismo de los seres vivos.
Para llevar a cabo la fotosíntesis, se requiere de la presencia de clorofila, un pigmento sensible a la luz solar, que les confiere a las plantas y las algas su coloración verde característica. Este pigmento se encuentra en los cloroplastos, organelas celulares de diverso tamaño que son propias de las células vegetales, especialmente las células foliares (de las hojas). Los cloroplastos contienen un conjunto de proteínas y enzimas que permiten el desarrollo de las complejas reacciones que forman parte del proceso fotosintético.
El proceso de fotosíntesis es fundamental para el ecosistema y para la vida tal y como los conocemos, dado que permite la creación y circulación de la materia orgánica y la fijación de materia inorgánica. Además, durante la fotosíntesis oxigénica se produce el oxígeno que necesita la mayor parte de los seres vivos para su respiración.
Tipos de fotosíntesis
Se pueden distinguir dos tipos de fotosíntesis, en función de las sustancias utilizadas por el organismo para llevar a cabo la reacción:
Fotosíntesis oxigénica. Se caracteriza por la utilización de agua (H2O) para la reducción del dióxido de carbono (CO2) consumido. En este tipo de fotosíntesis, no solo se producen azúcares útiles para el organismo, sino que también se obtiene oxígeno (O2) como producto de la reacción. Las plantas, las algas y las cianobacterias llevan a cabo la fotosíntesis oxigénica.
Fotosíntesis anoxigénica. El organismo no utiliza agua para la reducción del dióxido de carbono (CO2), sino que aprovecha la luz solar para romper moléculas de sulfuro de hidrógeno (H2S) o hidrógeno gaseoso (H2). Este tipo de fotosíntesis no produce oxígeno (O2) y, en cambio, libera azufre como producto de la reacción. La fotosíntesis anoxigénica es llevada a cabo por las llamadas bacterias verdes y púrpuras del azufre, que contienen pigmentos fotosintéticos agrupados con el nombre de bacterioclorofilas, que son diferentes a la clorofila de las plantas.
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Aspectos generales de la fase luminosa.
Etapa luminosa o fotoquímica. Durante esta fase se dan las reacciones dependientes de la luz en el interior de la planta, es decir, la planta capta la energía solar por medio de la clorofila y la utiliza para producir ATP y NADPH.
Todo empieza cuando la molécula de clorofila entra en contacto con la radiación solar y los electrones de sus capas exteriores son excitados, lo que genera una cadena de transporte de electrones (semejante a la electricidad), que es aprovechada para la síntesis de ATP (adenosín trifosfato) y NADPH (nicotín adenín dinucleótido fosfato).
La ruptura de una molécula de agua en un proceso llamado “fotólisis” permite que una molécula de clorofila recupere el electrón que perdió al ser excitada (se requiere la excitación de varias moléculas de clorofila para llevar a cabo la fase luminosa). Como resultado de la fotólisis de dos moléculas de agua, se produce una molécula de oxígeno que es liberada a la atmósfera como subproducto de esta fase de la fotosíntesis.
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Aspectos generales de la fase oscura.
Etapa oscura o sintética. Durante esta fase, que tiene lugar en la matriz o estroma de los cloroplastos, la planta utiliza dióxido de carbono y aprovecha las moléculas generadas durante la etapa previa (energía química) para sintetizar sustancias orgánicas a través de un circuito de reacciones químicas muy complejas conocido como el Ciclo de Calvin-Benson.
Durante este ciclo, y mediante la intervención de diferentes enzimas, el ATP y el NADPH previamente formados, se sintetiza glucosa a partir del dióxido de carbono que la planta toma de la atmósfera. La incorporación del dióxido de carbono en compuestos orgánicos se conoce como fijación del carbono.
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Importancia.
A grandes rasgos, la fotosíntesis se caracteriza por lo siguiente:
-Es un proceso bioquímico de aprovechamiento de la luz solar para la obtención de compuestos orgánicos, o sea, de síntesis de nutrientes a partir de elementos inorgánicos como el agua (H2O) y el dióxido de carbono (CO2).
Puede ser realizada por diversos organismos autótrofos, siempre y cuando tengan pigmentos fotosintéticos (el más importante es la clorofila). Es el proceso de nutrición de las plantas (tanto terrestres como acuáticas), las algas, el fitoplancton, las bacterias fotosintéticas. Algunos pocos animales son capaces de realizar fotosíntesis, entre ellos la babosa marina Elysia chlorotica y la salamandra moteada Ambystoma maculatum (esta última lo hace gracias a la simbiosis con un alga).
En las plantas y las algas, la fotosíntesis se lleva a cabo en organelas especializadas llamadas cloroplastos, en los que se encuentra la clorofila. Las bacterias fotosintéticas también poseen clorofila (u otros pigmentos análogos), pero no tienen cloroplastos.
Existen dos tipos de fotosíntesis, según la sustancia utilizada para fijar el carbono proveniente del dióxido de carbono (CO2). La fotosíntesis oxigénica utiliza agua (H2O) y produce oxígeno (O2), que es liberado al medio circundante. La fotosíntesis anoxigénica utiliza sulfuro de hidrógeno (H2S) o hidrógeno gaseoso (H2), y no produce oxígeno sino que libera azufre.
Desde la Antigua Grecia ya se postulaba la relación existente entre la luz solar y las plantas. Sin embargo, los avances en el estudio y la comprensión de la fotosíntesis comenzaron a cobrar importancia gracias a los aportes de un conjunto sucesivo de científicos del siglo XVIII, XIX y XX. Por ejemplo, el primero en demostrar la generación de oxígeno en los vegetales fue el clérigo inglés Joseph Priestley (1732-1804) y el primero en formular la ecuación básica de la fotosíntesis fue el botánico alemán Ferdinand Sachs (1832-1897). Más adelante, el bioquímico norteamericano Melvin Calvin (1911-1997), realizó otro enorme aporte, esclareciendo el ciclo de Calvin (una de las fases de la fotosíntesis), lo que le valió el Premio Nobel de Química en 1961.
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Respiración anaerobia.
La respiración celular aerobia es el proceso que transforma la energía química de los alimentos en ATP en presencia de oxígeno. El oxígeno recibe electrones al final de una cadena de reacciones químicas, generando agua, dióxido de carbono y energía.
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Aspectos generales de la glicólisis (glucólisis).
Primera fase de la respiración aerobia: glicólisis
El primer paso en la respiración aerobia es la ruptura de la glucosa o glicólisis. Esta se produce en el citoplasma de las células. Como resultado de la glicólisis se obtiene dos ATP y dos electrones en forma de NADH y dos moléculas de piruvato:
Segunda fase de la respiración aerobia: ciclo del ácido cítrico
El segundo paso de la respiración aerobia es el ciclo del ácido cítrico o ciclo de Krebs. Este es una serie de ocho reacciones químicas que se llevan a cabo en la mitocondria de las células eucariotas.
Un piruvato proveniente de la glicólisis, entra en el ciclo y da como resultado tres NADH, tres dióxidos de carbono, un GTP y un FADH2:
Tercera fase de la respiración aeróbica: fosforilación oxidativa
El tercer y último paso de la respiración aeróbica es el proceso de fosforilación oxidativa. Este proceso se lleva a cabo en la cadena de transporte de electrones, un conjunto de proteínas en la membrana de la mitocondria que transfieren los electrones del NADH provenientes del ciclo de Krebs.
El resultado final de la respiración aeróbica es 32 ATP por molécula de glucosa:
Fermentación láctica.
Es un tipo de fermentación en la cual el ácido láctico es el producto principal de la fermentación de la glucosa. En ella las 2 moléculas de ácido pirúvico formadas en la glucólisis son reducidas por 2 moléculas de NADH para formar 2 moléculas de ácido láctico como producto final de la reacción, teniendo un rendimiento energético de 2 – ATP por molécula de glucosa.
Las bacterias que producen ácido láctico se denominan bacterias lácticas, si la producción de ácido láctico la realizan realizan por esta vía se denominan homolácticas. La fermentación láctica puede causar el deterioro de alimentos, pero el proceso puede utilizarse también para producir yogurt a partir de la leche, repollo ácido a partir de repollo fresco y encurtidos.
Dos géneros importantes de las bacterias lácticas son Streptococcus y Lactobacillus. Otras bacterias lácticas producen ácido láctico metalizando la glucosa por vías diferentes a la glucólisis, a las cuales nos referiremos más adelante.
Fermentación alcohólica.
Es un tipo de fermentación que es realizada por un amplio rango de hongos filamentosos (mohos) como Aspergillus, Mucor y Fusarium y hongos unicelulares (levaduras) como Saccharomyces.
En esta fermentación el ácido pirúvico proveniente de la glucólisis es decarboxilado por el acetaldehido en una reacción catalizada por la enzima piruvato decarboxilasa y TPP (Tiamina pirofosfato); el acetaldehido es reducido a etanol por una alcohol deshidrogenasa dependiente de NAD, resultando en la reoxidación del NADH2 formado durante la glucólisis.
La fermentación alcohólica por especies de Saccharomyces se ha usado para la producción de cerveza, vino y otras bebidas alcohólicas. El CO2 producido por las levaduras es utilizado para el levantamiento de la masa del pan.
Balance energético.
Casi todos organismos realizan la glucólisis, desde los procariotas a los seres pluricelulares. Se necesita utilizar dos moléculas de ATP para empezar, pero después se obtendrán dos moléculas de NADH y cuatro moléculas de ATP. Por lo que el balance energético final es de dos moléculas de NADH (que originarán más ATP en el caso de que se siga posteriormente un proceso de respiración) y dos moléculas de ATP por cada molécula de glucosa.
Recuerda: La ecuación global de la glucólisis es:
Glucosa + 2NAD+ + 2ADP + 2 Pi → 2 ácido pirúvico + 2NADH + 2ATP + 2H+ + 2H2O
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Por cada molécula de glucosa se ha obtenido:
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Si la glucosa proviene del glucógeno, viene en forma de glucosa-6-fosfato, y se produce un ATP más, ya que la glucosa no se tiene que fosforilar.
Glucolisis:
Glucosa + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ → 2 piruvato + 2 – Adenosin trifosfato + 2 NADH
Respiración aerobia.
Respiración anaerobia
La respiración celular anaerobia es la forma que tienen las células procariotas y algunas células eucariotas de obtener energía a partir de la glucosa, sin necesidad de oxígeno. Se realiza en el citoplasma de la célula.
La respiración anaeróbica sirve para la producción de energía en las células que no poseen mitocondria, como las bacterias, las arqueas y los glóbulos rojos. En la contracción muscular rápida, las células musculares pueden recurrir a la respiración anaeróbica, produciendo ácido láctico.
Primera fase de la respiración anaeróbica: glicólisis
La respiración anaeróbica se inicia con la glicólisis, el proceso de degradación de la glucosa, como sucede en la respiración aeróbica. En este paso se producen dos moléculas energéticas o ATP.
Segunda fase de la respiración anaeróbica: fermentación
El siguiente paso puede ser la fermentación, de la que hay dos tipos:
-
La fermentación láctica: donde el piruvato se transforma en lactato, como sucede en las bacterias del yogur.
-
La fermentación etanólica: en este caso el piruvato da origen al etanol y el dióxido de carbono, proceso que llevan a cabo las levaduras del vino y cerveza.
Algunos animales pueden cambiar a la respiración anaeróbica, como la carpa o el pez dorado. Cuando la superficie de los lagos se congela en el invierno, el oxígeno en el agua disminuye. Estos peces, que normalmente presentan respiración aeróbica, pueden sobrevivir gracias a su capacidad para mantener la respiración anaeróbica.
Aspectos generales del Ciclo de Krebs.
El ciclo de Krebs (conocido también como ciclo de los ácidos tricarboxílicos o ciclo del ácido cítrico) es un ciclo metabólico de importancia fundamental en todas las células que utilizan oxígeno durante el proceso de respiración celular.
En estos organismos aeróbicos, el ciclo de Krebs es el anillo de conjunción de las rutas metabólicas responsables de la degradación y desasimilación de los carbohidratos, las grasas y las proteínas en anhídrido carbónico y agua, con la formación de energía química.
El ciclo de Krebs es una ruta metabólica anfibólica, ya que participa tanto en procesos catabólicos como anabólicos.
Este ciclo proporciona muchos precursores para la producción de algunos aminoácidos, como por ejemplo el cetoglutarato y el oxalacetato, así como otras moléculas fundamentales para la célula.
El ciclo toma su nombre en honor del científico anglo-alemán Hans Adolf Krebs, que propuso en 1937 los elementos clave de la ruta metabólica. Por este descubrimiento recibió en 1953 el Premio Nobel de Medicina.
Aspectos generales de la cadena respiratoria.
La cadena respiratoria mitocondrial o cadena de transporte de electrones está embebida en la membrana interna mitocondrial, y la constituyen cinco complejos multienzimáticos (I, II, III, IV y V o ATP sintasa) y dos transportadores de electrones móviles (coenzima Q o ubiquinona y citocromo c).
Su principal función es el trasporte coordinado de protones y electrones, para producir energía en forma de ATP a partir de ADP y fosfato inorgánico. El transporte de electrones genera energía que es utilizada para transportar protones de la matriz mitocondrial al espacio intermembrana situado entre las membranas mitocondriales externa e interna. Este proceso genera un gradiente electroquímico de protones, que es utilizado por el complejo V (ATP sintasa) para generar ATP a medida que los protones fluyen de nuevo desde el espacio intermembrana a la matriz mitocondrial. El ATP generado es exportado al citoplasma a través del transportador de nuecleótidos de adenina (ANT).
De las aproximadamente 85 proteínas que constituyen la cadena, únicamente 13 están codificadas por el ADNmt, estando el resto codificadas por el ADNn. Siete de estas trece proteínas, las denominadas ND 1,2,3, 4L,5 y 6, son componentes del complejo I o NADH: ubiquinona óxido-reductasa; una de ellas (citocromo b) es un componente del complejo III o ubiquinol: citocromo c óxido-reductasa; tres (CO I, II, III) forman parte del complejo IV o citocromo c oxidasa, y dos de la ATP sintetasa del complejo V.
Sinembargo , el resto de las proteínas de estos complejos, así como todo el complejo II, están codificados por el ADNn, se deben sintetizar en ribosomas del citoplasma y posteriormente importarse a la mitocondria, ensamblándose con las proteínas codificadas en el ADNmt.Por tanto, para la biosíntesis del sistema OXPHOS se requiere la expresión coordinada de los dos sistemas genéticos de la célula.
Balance energético.
La glucólisis produce, en el citosol, dos moléculas de ATP directamente y dos moléculas de NADH. Si hay oxígeno disponible, los electrones del NADH entran en la cadena transportadora de electrones de la membrana mitocondrial interna, produciendo tres moléculas de ATP por cada NADH. Por tanto, el rendimiento de la glucólisis es de (6+2) 8 ATP.
En algunas células, el llevar los electrones desde el NADH de la glucólisis, en el citosol, hasta la membrana mitocondrial interna rebaja el rendimiento neto de estos 2 NADH a sólo 4 ATP en lugar de 6 ATP, por lo que el rendimiento de la glucólisis será de 6 ATP (añadiendo las dos moléculas de ATP obtenidas directamente).
Después, el paso de ácido pirúvico a acetil-CoA, en la matriz mitocondrial, produce dos moléculas de NADH por cada molécula de glucosa, cuyos electrones producirán en la cadena respiratoria 6 ATP.
En el ciclo de Krebs se introducen dos moléculas de acetil-CoA y se obtienen dos de GTP (igual a DOS (Adenosin Trifosfato )), seis moléculas de NADH y dos de FADH2.
En la cadena transportadora de electrones, las seis moléculas de NADH y las dos de FADH2, producen veintidos (Adesnosin Trifosfato), por lo que en el ciclo de Krebs, por cada molécula de glucosa, se obtienen 24 ATP.
El rendimiento total que produce la oxidación completa de glucosa es de 36 ó 38 moléculas de ATP, de las que sólo dos se originan en el citosol, fuera de la mitocondria.
Reacción global de la respiración celular:
Glucosa + 6 O2 + 38 ADP + 38 Pi → 6 CO2 + 6 H2O + 38 ATP
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Citoplasma |
Matriz mitocondrial |
Cadena transportadora de electrones |
Rendimiento energético |
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Glucólisis |
2. ATP |
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2.ATP |
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2.NADH |
2 x 3 A.T.P |
6 ATP (o 4 ATP) |
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Respiración celular |
De ácido pirúvico a acetil-CoA |
|
2 x 1 NADH |
2 x 3.ATP |
6 ATP |
|
Ciclo de Krebs |
2 x 1 .ATP |
|
2 .ATP |
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2 x 3 NADH |
6 x 3 ATP |
18 ATP |
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2 x 1 FADH2 |
2 x 2 .ATP |
4 ATP |
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Balance energético global (ATP) obtenido por cada molécula de glucosa |
38 ATP |
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