¿Qué es el catabolismo?
El catabolismo es un conjunto de procesos metabólicos en los que las moléculas grandes y complejas (carbohidratos, lípidos…) se descomponen en moléculas más pequeñas y simples (glucosa, ácidos grasos…), liberando energía en el proceso. Dentro del catabolismo destaca la respiración celular aeróbica ya que genera elevandas cantidades de energía.
Esta energía es liberada en forma de ATP y es utilizada por las células para realizar diversas funciones vitales, como el crecimiento, la reparación de tejidos, la contracción muscular y el mantenimiento de la temperatura corporal.
Al romperse las moléculas de ATP, se libera energía necesaria para la síntesis de proteínas, ADN, ARN y otras macromoléculas esenciales.
¿Qué es la respiración celular?
La respiración celular es un conjunto de procesos metabólicos que las células utilizan para convertir los nutrientes, principalmente glucosa, en energía utilizable en forma de adenosín trifosfato (ATP). Este proceso es fundamental para el funcionamiento de las células y, por ende, de los organismos vivos.
La respiración celular puede ser aeróbica o anaeróbica. En este artículo nos vamos a centrar en respiración aeróbica celular que consta de los siguientes pasos:
- Glucólisis: degrada la glucosa en una molécula más simple (piruvato) que posteriormente pasa a acetil-CoA. Esta molécula es degradada en el ciclo de Krebs obteniendo grandes cantidades de energía.
- Descarboxilación del piruvato: cada molécula de piruvato se convierte en acetil-CoA, produciendo CO₂ y NADH.
- Ciclo de Krebs: el conjunto de reacciones que forman este ciclo es crucial en el metabolismo celular ya que, a partir de moléculas de acetil-CoA, libera moléculas altamente energéticas.
- Cadena de transporte de electrones: los electrones de las moléculas generadas en el paso anterior se liberan produciendo altas cantidades de energía en forma de ATP.
Glucólisis. Inicio de la respiración celular
La glucólisis ocurre en el citoplasma de la célula y consiste en la degradación de la glucosa obteniendo como productos finales dos moléculas de piruvato, dos moléculas de ATP y dos moléculas de NADH.
La glucólisis es una vía central en el metabolismo energético, ya que proporciona energía rápida en forma de ATP y genera intermediarios que pueden ser utilizados en otras rutas metabólicas, como el ciclo de Krebs, gracias a la descarboxilación del piruvato que pasa a acetil-CoA.
Este proceso cuenta de dos fases:
- La fase de inversión de energía: en esta fase se consumen dos moléculas de ATP para fosforilar la glucosa y convertirla en intermediarios más reactivos.
- La fase de generación de energía: En esta fase, las moléculas generadas anteriormente se convierten en piruvato generado dos moléculas de ATP y dos de NADH.
La ecuación general es:
Glucosa + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi → 2Piruvato + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2H2O
Descarboxilación del piruvato
La descarboxilación del piruvato es un proceso metabólico crucial en el cual el piruvato, el producto final de la glucólisis, se convierte en acetil-CoA. Este proceso es una etapa de transición que conecta la glucólisis con el ciclo de Krebs.
Este proceso ocurre en la matriz mitocondrial en las células eucariotas donde el piruvato (molécula de 3 carbonos) pierde un grupo carboxilo en forma de dióxido de carbono, resultando en la formación de una molécula de dos carbonos.
La molécula de dos carbonos resultante es oxidada, y los electrones liberados en esta reacción son transferidos a NAD+ para formar NADH. La molécula de dos carbonos, ahora en forma de un grupo acetilo, se une a la coenzima A (CoA) para formar acetil-CoA.
Ecuación general:
Piruvato + NAD + CoA → Acetil-CoA + CO2 + NADH + H+
Ciclo de Krebs. Proceso crucial de la respiración celular
El ciclo de Krebs, también conocido como ciclo del ácido cítrico o ciclo del ácido tricarboxílico (TCA), se trata de una serie de reacciones químicas que ocurren en la matriz mitocondrial de las células eucariotas y en el citoplasma de las procariotas.
Es una parte crucial del metabolismo celular y juega un papel central en la producción de energía mediante la oxidación completa de moléculas de acetil-CoA. Este conjunto de reacciones libera energía en forma de moléculas de ATP, NADH y FADH2.
Su función principal es producir energía en forma de ATP y electrones de alta energía transportados por las moléculas NADH y FADH2 para, posteriormente generar más moléculas de ATP en la cadena de electrones.
Ecuación general:
Acetil-CoA + 3NAD + FAD + GDP + Pi + 2H2O → 2CO2 + 1GTP + 3NADH + FADH2+ 3H+
Cadena de transporte de electrones
La cadena de transporte de electrones (CTE), también conocida como cadena respiratoria, es la última etapa de la respiración celular aeróbica y tiene lugar en la membrana interna de las mitocondrias en células eucariotas. Su principal función es producir ATP a través de la fosforilación oxidativa, utilizando los electrones donados por NADH y FADH₂, generados en la glucólisis, la descarboxilación del piruvato y el ciclo de Krebs.
Los electrones de alta energía de NADH y FADH₂ se transfieren a través de una serie de complejos proteicos en la membrana mitocondrial interna. La energía liberada en estos pasos se utiliza para bombear protones (H⁺) al espacio intermembrana, creando un gradiente de protones. Los protones fluyen de regreso a la matriz mitocondrial a través de la ATP sintasa, lo que impulsa la síntesis de ATP.
La ecuación general es:
NADH + H+ + O2 → NAD + H2O + 3ATP
FADH2 + O2 → FAD + H2O + 2ATP
Teniendo en cuenta los procesos anteriores, la ecuación global de la respiración aeróbica celular es:
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + ATP (36−38 moléculas)
