GLUCOLISIS Y RESPIRACION CELULAR: En los sistemas vivos, la oxidación de la glucosa

se desarrolla en dos etapas principales: la glucólisis y la respiración celular. La glucólisis ocurre

en el citoplasma. La respiración, que incluye el ciclo de Krebs y el transporte de electrones, tiene

lugar en la membrana celular de las células procariontes y en las mitocondrias de las células

eucariontes.

En la glucólisis y en el ciclo de Krebs, las coenzimas NAD+ y FAD aceptan átomos de hidrógeno provenientes de la glucosa y se reducen a NADH y FADH2, respectivamente. En la etapa final de la respiración, estas coenzimas ceden sus electrones a la cadena respiratoria.

Fig. 1 Esquema global de la oxidación de la glucosa Durante la glucólisis, la glucosa se transforma en ácido pirúvico. Se produce una pequeña cantidad de ATP a partir de ADP y fosfato y son transferidos algunos electrones (e-) y sus protones acompañantes (H+) a las enzimas aceptoras de electrones. En presencia de oxígeno, el ácido pirúvico entra en el ciclo de Krebs donde se sintetiza más ATP y se transfieren más electrones y protones a las coenzimas. Estas coenzimas aceptoras de electrones transfieren su carga a la cadena transportadora de electrones a lo largo de la cual, paso a paso, los electrones caen a niveles inferiores de energía. A medida que esto ocurre, se fabrica más ATP. Al final de la cadena transportadora, los electrones se reúnen con los protones y se combinan con el oxígeno y se forma agua. En ausencia de oxígeno, el ácido pirúvico puede convertirse en ácido láctico o en etanol. Este proceso, llamado fermentación, no produce ATP pero regenera las moléculas de coenzima aceptoras de electrones, necesarias para que la glucólisis continúe. PRIMERA ETAPA, VARIOS PASOS GLUCOLISIS La glucólisis ocurre prácticamente en todas las células vivas. Cada uno de sus pasos es catalizado por una enzima específica.

Fig. 2. Los pasos de la glucólisis 1. El grupo fosfato terminal se transfiere desde el ATP al carbono en la posición 6 de la glucosa y se forma glucosa¬ 6¬-fosfato. 2. La molécula se reorganiza. La glucosa se transforma en fructosa. 3. La fructosa 6-fostato gana un segundo fosfato que proviene de otro ATP y se produce fructosa 1,6 bifosfato. 4. El azúcar de seis carbonos se escinde en dos moléculas de tres carbonos: la dihidroxiacetona fosfato y el gliceraldehído 3 fosfato. 5. Las moléculas de gliceraldehído fosfato se oxidan, o sea, pierden los átomos de hidrógeno con sus electrones, y el NAD+ se reduce a NADH y H+. Un ion fosfato se une a la posición 1 del gliceraldehído fosfato. 6. El fosfato se libera de la molécula de bifosfoglicerato y reacciona con una

molécula de ADP y se forma ATP. 7. El grupo fosfato remanente se transfiere de la posición 3 a la posición 2. 8. Se elimina una molécula de agua del compuesto de tres carbonos. 9. El fosfato se transfiere a una molécula de ADP y se forma otra molécula de ATP.

En el primer paso de la glucólisis, la glucosa se divide en dos moléculas de tres carbonos (ácido pirúvico), que pueden seguir dos vías: aeróbica o anaeróbica. El proceso se inicia con energía proveniente de dos moléculas de ATP. En presencia de O2, la degradación de la glucosa implica la oxidación progresiva del ácido pirúvico a CO2 y agua. Durante el proceso se forman dos NADH y cuatro ATP. La glucólisis anaeróbica ocurre en ausencia de O2. Consiste en la conversión del ácido pirúvico en alcohol etílico (fermentación alcohólica) o en ácido láctico (fermentación láctica). Estas vías generan en total dos moléculas de ATP, que representan el 5% de lo que se genera por la vía aeróbica. UN PASO INTERMEDIO: LA OXIDACIÓN DEL ÁCIDO PIRÚVICO El ácido pirúvico producido por la glucólisis aeróbica es transportado del citoplasma a la matriz mitocondrial. Allí participa en una reacción de oxidación que genera un grupo acetilo y una molécula de CO2, mientras que un NAD+ se reduce a NADH. Cada grupo acetilo se une momentáneamente a la coenzima A, para formar acetil-CoA. Este paso constituye el nexo entre la glucólisis y el ciclo de Krebs. SEGUNDA ETAPA: PASOS POR EL CICLO DE KREBS Cada acetilo que entra en el ciclo de Krebs se combina con una molécula de cuatro carbonos (ácido oxalacético) y forma una de seis (ácido cítrico). En el curso de este ciclo se liberan dos moléculas de CO2, que no pertenecen a la molécula de glucosa original, y se producen una de ATP, tres de NADH y una de FADH2.

En este ciclo, los carbonos donados por el grupo acetilo se oxidan a CO2 y los electrones pasan a los transportadores de electrones. Al igual que en la glucólisis, en cada paso interviene una enzima específica. La coenzima A es el nexo entre la oxidación del ácido pirúvico y el ciclo de Krebs. En el curso de estos pasos, parte de la energía liberada por la oxidación de los enlaces C­H y C­C se usa para convertir ADP en ATP (una molécula por ciclo), y parte se usa para producir NADH y H+ a partir del NAD (tres moléculas por ciclo). Además, una fracción de

la energía se utiliza para reducir un segundo transportador de electrones, el FAD. Por cada giro del ciclo, se forma una molécula de FADH2 a partir de FAD. No se requiere O2 para el ciclo de Krebs: los electrones y los protones eliminados en la oxidación del carbono son aceptados por el NAD+ y el FAD. Se necesitan dos vueltas del ciclo para completar la oxidación de una molécula de glucosa. Así, el rendimiento energético total del ciclo de Krebs para una molécula de glucosa es dos moléculas de ATP, seis moléculas de NADH y dos moléculas de FADH2. LA ETAPA FINAL: EL TRANSPORTE DE ELECTRONES Luego de la oxidación total de la glucosa, la mayor parte de la energía almacenada permanece en los electrones del NADH y el FADH2. Esos electrones son conducidos luego a un nivel energético inferior a través de la secuencia de reacciones de oxidorreducción que constituyen la cadena respiratoria. Los pasos de esta cadena son catalizados por enzimas unidas a citocromos.

Fig.3. Ciclo de Krebs

FOSFORILACION OXIDATIVA

Fig.4. Fosforilacion Oxidativa

Las moléculas que se indican, mononucleótido de flavina (FMN), coenzima Q (CoQ) y los citocromos b, c, a y a3, son los principales transportadores de electrones de la cadena. Al menos otras nueve moléculas transportadoras funcionan como intermediarias además de las que se muestran aquí. Los electrones transportados por el NADH entran en la cadena cuando son transferidos al FMN, que entonces se reduce. Casi instantáneamente, el FMN cede los electrones a la CoQ. El FMN vuelve así a su forma oxidada, lista para recibir otro par de electrones, y la CoQ se reduce. La CoQ entonces pasa los electrones al siguiente aceptor, y vuelve a su forma oxidada. El proceso se repite en sentido descendente. Los electrones, al pasar por la cadena respiratoria, van saltando a niveles energéticos sucesivamente inferiores. Los electrones que son transportados por el FADH2 se encuentran en un nivel energético ligeramente inferior que los del NADH. En consecuencia, entran en la cadena de transporte más abajo, a la altura de la CoQ. Los electrones finalmente son aceptados por el oxígeno, que se combina con protones (iones hidrógeno) en solución, y se forma agua. La fosforilación oxidativa es la síntesis de ATP con el uso de la energía liberada por los electrones a lo largo de la cadena respiratoria. Por cada molécula de NADH se forman tres de ATP; por cada molécula de FADH2, dos de ATP. Ocurre a través del acoplamiento quimiosmótico, un proceso que abarca dos acontecimientos: el establecimiento de un gradiente de protones a través de la membrana mitocondrial interna y la síntesis de ATP con el uso de la energía potencial almacenada en el gradiente.

METABOLISMO: Es el conjunto de todas las reacciones químicas que se producen en el

interior de las células de un organismo. Mediante esas reacciones se transforman las moléculas nutritivas que, digeridas y transportadas por la sangre, llegan a ellas. El metabolismo tiene principalmente dos finalidades: •Obtener energía química utilizable por la célula, que se almacena en forma de ATP. Esta energía se obtiene por degradación de los nutrientes que se toman directamente del exterior o bien por degradación de otros compuestos que se han fabricado con esos nutrientes y que se almacenan como reserva. •Fabricar sus propios compuestos a partir de los nutrientes, que serán utilizados para crear sus estructuras o para almacenarlos como reserva. TIPOS DE PROCESOS METABÓLICOS. Dentro del metabolismo se diferencian dos tipos de procesos: catabolismo y anabolismo. El catabolismo o fase destructiva. Es el conjunto de reacciones metabólicas mediante las cuales las moléculas orgánicas más o menos complejas (glúcidos, lípidos etc), que proceden del medio externo o de reservas internas, se degradan total o parcialmente transformándose en otras moléculas más sencillas (CO2, H2O, ac.láctico, amoniaco etc) y liberándose energía en mayor o menor cantidad que se almacena en forma de ATP. Esta energía será utilizada por la célula para realizar sus actividades vitales (transporte activo, contracción muscular, síntesis de moléculas, etc) . Las reacciones catabólicas se caracterizan por lo siguiente: •Son reacciones degradativas, mediante ellas compuestos complejos se transforman en otros más sencillos. •Son reacciones oxidativas, mediante las cuales se oxidan los compuestos orgánicos más o menos reducidos, liberándose electrones que son captados por coenzimas oxidados que se reducen. •Son reacciones exergónicas en las que se libera energía que se almacena en forma de ATP.

•Son procesos convergentes mediante los cuales a partir de compuestos muy diferentes se obtienen siempre los mismos compuestos (CO2, pirúvico, etanol, etc). El anabolismo o fase constructiva. Es el conjunto de reacciones metabólicas mediante las cuales a partir de compuestos sencillos (inorgánicos u orgánicos) se sintetizan moléculas más complejas. Mediante estas reacciones se crean nuevos enlaces por lo que se requiere un aporte de energía que provendrá del ATP. Las moléculas sintetizadas se utilizaran por las células para formar sus componentes celulares y así poder crecer y renovarse o serán almacenadas como reserva para su posterior utilización como fuente de energía. Las reacciones anabólicas se caracterizan por lo siguiente: •Son reacciones de síntesis, mediante ellas a partir de compuestos sencillos se sintetizan otros más complejos. •Son reacciones de reducción, mediante las cuales compuestos más oxidados se reducen, para ello se necesita electrones que se los ceden los coenzimas reducidos (NADH, FADH2 etc) que al cederlos se oxidan. •Son reacciones endergónicas que requieren un aporte de energía que procede de la hidrólisis del ATP. •Son procesos divergentes debido a que, a partir de unos pocos compuestos se pueden obtener una gran variedad de productos. PROCESOS CELULARES DE SINTESIS GLUCOGÉNESIS: Es la ruta anabólica por la que tiene lugar la síntesis de glucógeno (también llamado glicógeno) a partir de un precursor más simple, la glucosa-6-fosfato. Se lleva a cabo principalmente en el hígado, y en menor medida en el músculo. El glucógeno se forma por la incorporación repetida de unidades de glucosa. El único alimento de la vía glucogénica (glucogénesis) es la glucosa-6-fosfato. La glucogénesis es estimulada por la hormona insulina. El proceso de Glucogénesis, también conocido como combustión de glucosa, se lleva a cabo en la matriz extracelular del tejido epitelial. GLUCONEOGENESIS: La gluconeogénesis es la ruta que utilizan las células de los organismos no autótrofos para sintetizar moléculas de la glucosa. Constituye una ruta muy importante, ya que permite suministrar glucosa a los tejidos cuando el aporte de la dieta o los niveles presentes en sangre no son adecuados. Esta ruta comparte una serie de reacciones con la glucólisis,

Fig.5. Glucogénesis

concretamente los pasos reversibles, pero presenta tres pasos exclusivos: los tres pasos opuestos a los pasos irreversibles de la glucólisis. Estos son los que se van a detallar en este apartado. La gluconeogénesis va a permitir sintetizar glucosa a partir de piruvato, a través de un proceso anabólico que requiere una importante

inversión de energía, en forma de moléculas de ATP y de NADH + H+. La gluconeogénesis también permite la síntesis de glucosa a partir de diversos precursores no glucídicos, entre los que podemos encontrar aminoácidos, lactato, glicerol o intermediarios del ciclo de Krebs, como fuentes de carbono para esta vía metabólica anabólica. La gluconeogénesis es una ruta que se lleva a cabo únicamente en el hígado y en la corteza renal. Ocurre principalmente en el citosol o citoplasma de la célula, si bien el primer paso de esta ruta, la formación de oxalacetato a partir de piruvato, se da en el interior de la mitocondria. SINTESIS DE PROTEINAS: Se conoce como síntesis de proteínas al proceso por el cual se componen nuevas proteínas a partir de los veinte aminoácidos esenciales. En estre proceso, se transcribe el ADN en ARN. La síntesis de proteínas se realiza en los ribosomas situados en el citoplasma celular. En el proceso de síntesis, los aminoácidos son transportados por ARN de transferencia correspondiente para cada aminoácido hasta el ARN mensajero donde se unen en la posición adecuada para formar las nuevas proteínas. Al finalizar la síntesis de una proteína, se libera el ARN mensajero y puede volver a ser leido, incluso antes de que la síntesis de una proteína termine, ya puede comenzar la siguiente, por lo cual, el mismo ARN mensajero puede utilizarse por varios ribosomas al mismo tiempo. A continuación puedes ver más información sobre en qué consiste el proceso de la síntesis de proteínas, cuáles son sus fases y los pasos que se realizan en cada fase de la síntesis de proteínas. FASES DE LAS SÍNTESIS DE PROTEÍNAS La realización de la biosíntesis de las proteínas, se divide en las siguientes fases:

a. Fase de activación de los aminoácidos. b. Fase de traducción que comprende:

Inicio de la síntesis proteica. Elongación de la cadena polipeptídica. Finalización de la síntesis de proteínas.

Fig.6. Gluconeogenesis

GLUCONEOGENESIS

c. Asociación de cadenas polipeptídicas y, en algunos casos, grupos prostésicos para la constitución de las proteínas.

PROCESOS CELULARES DE DEGRADACION GLUCOGENÓLISIS: Es la degradación de glucógeno a glucosa en el citoplasma El hígado y el músculo son los dos principales tejidos de almacenamiento de glucógeno. En el músculo, la demanda de ATP provoca la conversión del glucógeno en glucosa-6-fosfato que entrará a la glucólisis. En el hígado, una concentración baja de glucosa en la sangre pone en funcionamiento la degradación del glucógeno a glucosa-6-

Fig.7. Sintesis de Proteinas

GLUCONEOGENESIS

Fig.8. Glucogenolisis

fosfato que, a su vez, es hidrolizada a glucosa y liberada al torrente sanguíneo para contrarrestar esta situación. RUTA DE LAS PENTOSAS FOSFATO: Ruta de degradación con función de biosíntesis: proporciona NADPH y ribosa-5-fosfato para reacciones de biosíntesis, pero también puede degradar glucosa, o pentosas de los nucleótidos procedentes de la hidrólisis de los ácidos nucleicos de la dieta, hasta CO2 y agua.

BETA OXIDACION: La beta oxidación (β-oxidación) es un proceso catabólico de los ácidos grasos en el cual sufren remoción, mediante la oxidación, de un par de átomos de carbono sucesivamente en cada ciclo del proceso, hasta que el ácido graso se descompone por completo en forma de moléculas acetil-CoA, que serán posteriormente oxidados en la mitocondria para generar energía química en forma de (ATP). La β-oxidación de ácidos grasos consta de cuatro reacciones recurrentes. El resultado de dichas reacciones son unidades de dos carbonos en forma de acetil-CoA, molécula que pueden ingresar en el ciclo de Krebs, y coenzimas reducidos (NADH y FADH2) que pueden ingresar en la cadena respiratoria.

Fig.9. Via de las Pentosas Fosfato

No obstante, antes de que produzca la oxidación, los ácidos grasos deben activarse con coenzima A y atravesar la membrana mitocondrial interna, que es impermeable a ellos. TOMADO DE: https://sites.google.com/site/bq2015ibrenesramirezsamuel/unidad-5 https://bioquibi.webs.ull.es/metabolismo/antonio/viadelaspentosas2007.pdf http://www.profesorenlinea.cl/Ciencias/Metabolismo_celular.html http://www.monografias.com/trabajos-pdf4/metabolismo-celular/metabolismo-celular.pdf http://www3.uah.es/bioquimica/Tejedor/BBM-II_farmacia/T6-glucoNEO.pdf Todas las imágenes fueron tomadas de Google Imágenes

Fig.10. Beta Oxidación de Ácidos Grasos