Introducción al metabolismo
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Las rutas metabólicas son un conjunto de reacciones químicas acopladas que convierten una molécula en otra. Dentro del metabolismo celular las rutas metabólicas se entrelazan unas con otras generando todo un Mapa Metabólico. Muchas de estas rutas metabólicas permiten generar energía química en forma de ATP para que la célula pueda llevar a cabo sus funciones vitales, al mismo tiempo permiten la utilización de esta energía para sintetizar moléculas necesarias para regenerar partes dañadas, construir organelos o estructuras celulares nuevas, crecer y dividirse. Por supuesto, en los seres eucariotas pluricelulares, las funciones metabólicas que se llevan a cabo dentro de las células permiten que los tejidos funcionen adecuadamente, y con ello los órganos, aparatos, sistemas y el organismo completo, ya sea animal, hongo o planta.
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En las siguientes páginas revisaremos los aspectos más relevantes del metabolismo central de los seres vivos por medio de los cuales obtienen energía de los alimentos que consumen y también veremos algunas de las rutas biosintéticas más importantes con las que se elaboran las macromoléculas más abundantes en los seres vivos.
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Glucólisis
Como su nombre lo indica, esta ruta metabólica implica la ruptura de la glucosa (Gluco:Glucosa y lisis:romper), para generar dos moléculas de piruvato. La glucosa es una azúcar de 6 átomos de carbono mientras que el piruvato tiene 3 átomos de carbono, de tal manera que durante la glucólisis dividimos a una molécula de 6 carbonos en dos moléculas de 3 carbonos y con ello extraemos un poco de energía en forma de ATP y conservamos otro tanto en forma de NADH que se usará más tarde para generar ATP. Estas dos moléculas de piruvato continuarán por otras rutas metabólicas hacia diversos destinos dependiendo de las necesidades de la célula, alrededor de 200 destinos diferentes catalizados por unas 150 enzimas. (ver enlace externo de KEGG para el piruvato en inglés)Conversión de Piruvato a Acetil Coenzima A
Uno de los destinos principales del piruvato dentro de la célula es la de convertirse en un Acetil que quedará unido a la Coenzima A (formando Acetil-CoA) para poder continuar con su camino hacia la obtención de energía en forma de ATP. El piruvato tiene, como hemos mencionado, 3 átomos de carbono mientras que el Acetil tiene 2, por tanto, se ha de retirar un átomo de Carbono de la molécula; este paso se realiza por la liberación de dióxido de Carbono (CO2). La ruptura del piruvato y la liberación de CO2 va acompañada de la formación de NADH.Ciclo de Krebs
El ciclo de Krebs es una ruta metabólica importante como productora de NADH y FADH que transportarán los electrones con alta energía que han sido extraídos de diversas moléculas, sobre todo del piruvato obtenido durante la glucólisis. Estos electrones serán llevados a la Cadena de transporte de electrones donde se les "extraerá" toda su energía para usarla en la síntesis de ATP. El ciclo de Krebs también genera una molécula de ATP y libera como residuos metabólicos 2 moléculas de CO2, es decir, libera dos moléculas de 1 átomo de carbono que ya no tienen energía. Dicho en otras palabras, en el ciclo de Krebs se le extrae la energía al acetil-CoA y se transfiere a las moléculas de NADH, dejando como residuo los átomos de carbono que son liberados como CO2.Cadena de transporte de electrones
Los electrones con alta energía que han sido extraídos de diversos compuestos químicos son almacenados temporalmente en las moléculas NADH y FADH2, para ser llevados a la Cadena de Transporte de Electrones. Esta cadena es una serie de complejos protéicos ubicados en la membrana interna de la mitocondria y se encarga de usar la energía de los electrones para bombear protones (H+) al espacio intermembranal. La alta concentración de protones en el espacio intermembranal genera una fuerza llamada protón-motríz que es usada para convertir al ADP + fosfato inorgánico (Pi) en ATP.Ruta de las Pentosas Fosfato
La ruta de las Pentosas fosfato nos genera carbohidratos (azúcares) de 3, 4, 5, 6, y 7 átomos de carbono, aunque de ellas la más relevante es la Ribosa de 5 carbonos. Los carbohidratos de 3 y 6 átomos de carbono son intermediarios que se comparten con la Glucólisis. La ruta de las pentosas se divide en dos bloques, uno que llamamos "fase oxidativa" en donde se produce NADPH, se libera CO2 y se obtiene ribosa, y la "fase no oxidativa" donde se llevan a cabo interconversiones entre las azúcares para tener intermediarios de diverso número de átomos de carbonos que serán usados para cubrir las necesidades de la célula.Oxidación Beta
La Oxidación Beta se encarga de la degradación de ácidos grasos para convertirlos en Acetil-CoA que entrará al Ciclo de Krebs y eventualmente producirá energía en forma de ATP. Esta ruta metabólica se lleva a cabo en la mitocondria y consiste en 4 pasos que se repiten de manera cíclica hasta degradar por completo el ácido graso. Estos pasos son una deshidrogenación (que genera FADH2), una hidratación, una segunda deshidrogenación (que genera esta vez NADH), y finalmente una tiolisis (ruptura de una molécula por ataque de un grupo tiol). Esta última reacción libera un Acetil-CoA, que se irá a ciclo de Krebs, y un Acil-CoA (un ácido graso unido a Coenzima A) con dos átomos de carbono menos, que entrará nuevamente al ciclo de degradación de la Oxidación Beta.Ciclo de la Urea
El Ciclo de la Urea tiene como objetivo eliminar el exceso de nitrógeno de las células. Consta de cinco reacciones, dos de las cuales se lleva a cabo dentro de la mitocondria y tres en el citoplasma. La forma de eliminar el nitrógeno del organismo es como Urea (los peces lo excretan en forma de amoniaco, mientras que las aves y los reptiles excretan ácido úrico). El Ciclo de la Urea tiene conexión con el Ciclo de Krebs.Metabolismo anaerobio de la glucosa
Las células obtienen la mayor parte de su energía oxidando totalmente los compuestos como la Glucosa. Para esta oxidación completa se necesita de Oxígeno molecular (O2) para aceptar los electrones sin energía al final de la Cadena de transporte de electrones. Si no hay Oxígeno, la célula debe llevar a cabo un metabolismo anaerobio de la glucosa, también llamada fermentación, y puede ser alcohólica, acética o láctica.Ir al tema siguiente: La Glucólisis.
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