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I D E A S Catabolismo
CLARAS
El catabolismo
Es la fase de degradación de las moléculas orgánicas (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos) hasta su conversión
en moléculas más simples y CO2. Su finalidad es obtener energía química en forma de ATP y conseguir precursores
metabólicos para su uso en el anabolismo. El catabolismo es una actividad celular muy coordinada.
Oxidación
de los compuestos
biológicos
Cada oxidación debe ocurrir simultáneamente con una reducción. Las reacciones de oxidación
suelen liberar energía. Las células heterótrofas obtienen la energía necesaria mediante
la oxidación de productos orgánicos.
Las rutas catabólicas son secuencias de reacciones oxidativas en las que los electrones
procedentes de los compuestos oxidados son transportados hasta el oxígeno.
Catabolismo de los glúcidos
La glucólisis
Es una ruta metabólica, casi universal, en la que una molécula de glucosa se oxida a dos
moléculas de piruvato, lo que produce ATP y NADH. En las células eucariotas tiene lugar
en el citoplasma.
La respiración
aerobia
En la respiración aerobia el piruvato es oxidado a tres moléculas de CO2 y el oxígeno es el
aceptor final de electrones. En este proceso metabólico se obtienen moléculas de NADH, FADH2
y una elevada cantidad de ATP. Las fases de la respiración aerobia son las siguientes:
쐌 Formación de acetil-CoA. El piruvato experimenta una descarboxilación oxidativa,
catalizada por la enzima piruvato deshidrogenasa. Se producen una molécula de CO2
y otra de acetil-CoA.
쐌 Ciclo de Krebs. El ciclo de Krebs es una ruta catabólica central en la que compuestos
procedentes de glúcidos, lípidos y proteínas se oxidan hasta CO2. La oxidación de acetil-CoA
hasta dos moléculas de CO2 se produce en este ciclo, llamado también ciclo de los ácidos
tricarboxílicos. Es un conjunto cíclico de reacciones en el que el oxalacetato que se une
al acetil-CoA se regenera de nuevo. En este ciclo se producen tres moléculas de NADH,
una de FADH2 y una de GTP por cada molécula de acetil-CoA. En las células eucariotas tiene
lugar en la mitocondria.
쐌 Fosforilación oxidativa. Los electrones del NADH y del FADH2 son cedidos a una cadena
transportadora de electrones. El paso de electrones por esta cadena hasta el aceptor final
(el oxígeno molecular en el caso de organismos aerobios) provoca la formación
de un gradiente protónico transmembrana. La energía contenida en este gradiente de
protones es empleada por la ATP-asa para la fosforilación de ADP, y se sintetiza así ATP.
En los eucariotas la fosforilación oxidativa tiene lugar en la membrana mitocondrial interna,
mientras que en los procariotas ocurre en la membrana celular.
Rendimiento
energético
de la respiración
aerobia
Entendiendo por respiración aerobia la oxidación del piruvato hasta CO2, se forman
30 moléculas de ATP por cada molécula de glucosa. Si se incluye la producción de ATP en la fase
de la glucólisis se suman otras seis moléculas de ATP.
Por tanto, la respiración aerobia de la glucosa produce 36 moléculas de ATP.
Otros tipos
de respiración
En algunas bacterias se produce la respiración anaerobia, en la que los aceptores finales
de electrones son compuestos diferentes al oxígeno, como nitrato, sulfato o carbonato.
La producción de energía es menor que en la respiración aerobia.
La fermentación
La fermentación es una oxidación incompleta de la glucosa. El rendimiento energético es
mucho menor que en la respiración. No necesita O2, pues el ATP se obtiene por fosforilación
a nivel de sustrato. Los electrones provenientes de la oxidación de la glucosa hasta piruvato
se utilizan para reducir NADH hasta NAD⫹.
쐌 Fermentación láctica. En la fermentación láctica el producto final es el ácido láctico, formado
por la reducción del piruvato. Se produce en el músculo cuando no hay suficiente oxígeno
disponible, y también es un tipo de metabolismo que tienen las bacterias lácticas, como
Lactobacillus o Lactococcus. Por este motivo, estos microorganismos tienen aplicaciones
industriales.
쐌 Fermentación alcohólica. En la fermentación alcohólica el piruvato es convertido en alcohol
etílico y CO2. El proceso de reducción sirve para regenerar el NAD⫹. Es llevada cabo por
microorganismos como la levadura Saccharomyces cerevisiae, y tiene aplicaciones industriales
en la fabricación del pan, el vino y la cerveza.
쐌 Rendimiento de las fermentaciones. En las fermentaciones se producen dos moléculas
de ATP netas por cada molécula de glucosa empleada.
Catabolismo de los lípidos
La enzima triacilglicerol lipasa, dependiente de una hormona, hidroliza los triacilglicéridos, acumulados en los adipocitos,
lo que da lugar a la formación de ácidos grasos y glicerol. El glicerol es convertido en gliceraldehído-3-fosfato, que se
incorpora a la glucólisis. Los ácidos grasos son convertidos en varias moléculas de acetil-CoA mediante la ␤-oxidación.
La ␤-oxidación
de los ácidos
grasos
Los acilgrasos-CoA penetran en la mitocondria mediante el transportador carnitina. En la matriz
mitocondrial, el acil-CoA se incorpora a la ruta de la β-oxidación, proceso que consta de cuatro
fases: deshidrogenación, hidratación, oxidación y tiolisis, y que genera finalmente acetil-CoA.
Este compuesto se incorpora al ciclo de Krebs para completar su oxidación.
Catabolismo de las proteínas
El catabolismo de las proteínas se produce en la degradación de las proteínas ingeridas como nutrientes, en el reciclado
de las proteínas celulares y en la degradación de las proteínas corporales en circunstancias de inanición o en la diabetes
mellitus no controlada.
Catabolismo de
los aminoácidos
El catabolismo de los aminoácidos suministra una parte pequeña de la energía catabólica
en ciertos animales, pero en algunos, como los carnívoros, puede producir el 90 % de la energía
necesaria.
Las plantas no degradan aminoácidos para producir energía sino para obtener ciertos precursores
metabólicos.
La degradación de los aminoácidos consta de dos fases: la eliminación del grupo amino
y la degradación del esqueleto carbonado.
쐌 Eliminación del grupo amino. La etapa inicial es el proceso de desaminación, en el que el grupo
amino se transfiere al ␣-cetoglutarato y se forma glutamato. Este compuesto es transportado a
la matriz mitocondrial, donde pierde el grupo amino y se forma ión amonio, urea o ácido úrico,
quedando la cadena carbonada en forma de ␣-cetoácido.
쐌 Oxidación de la cadena carbonada. La cadena carbonada de los aminoácidos, el ␣-cetoácido,
puede originar uno de los siguientes compuestos, en función del tipo de aminoácido que se
degrade: piruvato, algunos compuestos del ciclo de Krebs o acetil-CoA.
Catabolismo de los ácidos nucleicos
Los ácidos nucleicos no son fuentes energéticas. Su degradación se produce simplemente para renovar las moléculas
y está catalizada por unas enzimas llamadas nucleasas.
La degradación de los nucleótidos trifosfato suministra precursores metabólicos, y en algunos casos se puede formar urea
o ácido úrico.