En este apartado os voy a hablar del catabolismo.
Es el conjunto de reacciones metabólicas donde la materia orgánica se transforma en materia sencilla, liberando (obteniendo) energía en forma de ATP.
Las reacciones catabólicas liberan energía porque las sustancias iniciales tienen una energía libre mayor que la de las moléculas resultantes.
En las vías catabólicas se pasa de una sustancia inicial a otras que tienen menor energía libre. La variación de la energía libre de estas moléculas es negativa, y es la que se libera.
Las reacciones catabólicas son reacciones de transferencia de electrones, o reacciones redox.
Si una sustancia se oxida (pierde electrones) otra los acepta (se reduce).
El agente oxidante es la sustancia que provoca que otra pierda electrones, y el agente reductor es la sustancia que provoca que otra los gane.
Ej reacción redox: respiración celular glucosa.
LIBERACIÓN GRADUAL DE ENERGÍA EN EL CATABOLISMO
En la respiración celular de la glucosa (catabolismo) la energía se libera gradualmente y en forma de energía química, energía que es almacenada en los enlaces del ATP.
La producción gradual de energía química es posible gracias a:
Reacciones sucesivas: Ocurren una después de otra y son catalizadas por enzimas diferentes.
Transporte de hidrógenos: Los electrones de la glucosa viajan junto a protones en las primeras etapas del catabolismo, formando átomos de hidrógeno que pasan al NAD+ (coenzima).
Esta reacción está catalizada por la deshidrogenasa. Esta enzima elimina dos electrones y dos protones de la glucosa, y cede dos electrones y un protón al NAD+, que se reduce a NADH.
Cadena transportadora de electrones: La coenzima NADH pasa sus electrones a una cadena transportadora de electrones. Esta está formada por los citocromos (proteínas). Los electrones pasan de un citocromo al siguiente. Finalmente, ls electrones son transferidos a átomos de oxígeno a los que se unen protones y se forma agua. La energía que se libera se utiliza para fosforilar el ADP y formar ATP gracias a la ATP-sintetasa. TIPOS DE CATABOLISMO Respiración. Interviene la cadena transportadora de electrones. Se transfieren electrones de la materia orgánica inicial a un aceptor final inorgánico. Según el agente oxidante: -Respiración aeróbica: El agente es el oxígeno molecular.Se reduce O2, y acepta protones y electrones y forma agua. -Respiración anaeróbica: El agente oxidante es un ión, como el nitrato, que se reduce y forma el ión nitrito.
GLUCÓLISIS
La glucólisis es la primera etapa de la respiración celular. Tiene lugar en el citosol. En la glucólisis la glucosa se transforma en dos moléculas de ácido pirúvico y la energía liberada se utiliza para sintetizar dos ATP.
Esta síntesis se realiza mediante fosforilación a nivel de sustrato (una molécula de sustrato que contiene un grupo fosfato se lo cede a ADP y así forma ATP).
Se distinguen dos etapas: fase de consumo de energía y fase de producción de energía.
Balance: por cada glucosa se forman 4 ATP y 2 ácidos pirúvicos. En la primera fase se consumen 2 ATP y en la segunda se producen 4ATP, por lo que el balance global de la glucólisis es de 2 ATP.
CICLO DE KREBS
Es la segunda etapa de la respiración celular.
En los eucariotas el ácido pirúvico de la glucólisis entra en la mitocondria donde el sistema piruvato deshidrogenasa lo transforma en Acetil-CoA. Se pierde un CO2 y dos hidrógenos, que son aceptados por un NAD+ que pasa a NADH+ + H+. El grupo acetilo se une a una coenzima A formando un acetil-CoA.
El acetil-CoA entra al ciclo de Krebs, transfiriendo su grupo acetilo a un ácido oxalacético, que al aceptarlo forma un ácido cítrico. A partir de él, tienen lugar una serie de reacciones en las que se degrada el grupo acetilo en dos moléculas de CO2 e hirógenos, y al final se regenera un ácido oxalacético de nuevo.
Para aceptar los H+ se precisan coenzimas oxidadas que se reducen.
En cada vuelta del ciclo se genera 1 GTP, 3 NADH y 1 FADH2. Aparentemente el balance energético del ciclo de Krebs es bajo, ya que por vuelta solo se genera un ATP. Pero el resto de la energía se invierte en producir 3 NADH y 1 FADH2, que en la cadena respiratoria liberarán mucho ATP.
CADENA RESPIRATORIO
Es la última etapa de la respiración. Aquí se oxidan el NADH y el FADH2 para sintetizar ATP a partir de la energía que contienen. Se distinguen tres procesos:
Transporte de electrones. La cadena transportadora de electrones está formada por moléculas proteicas que están en la membrana interna de las mitocondrias de las eucariotas. En las procariotas están en la membrana plasmática. Estas moléculas aceptan electrones de la molécula anterior (se reducen), y luego los transfieren a la siguiente (se oxidan).Los electrones que entran en la cadena proceden del NADH y FADH2, que pasan a ser NAD+ y FAD.La cadena respiratoria está formada por grandes complejos proteicos I,II,III y IV, englobados en la membrana; por una molécula lipídica llamada ubiquinona, que transporta electrones del complejo I y II al III, y por la citocromo c, que está en la cara interna de la membrana y comunica el complejo III con el IV.
Quimiósmosis. La energía perdida por los electrones se utiliza para bombear protones al exterior. Allí se acumulan y vuelven a la matriz mitocondrial a través de unos canales internos con las ATP-sintetasas.
Fosforilación oxidativa. Las ATP-sintetasas están formadas por 4 partes que se mueven entre sí cuando los protones fluyen por su canal interior. Esto produce la unión de un ADP y un grupo fosfato formando un ATP.
Fermentación. No interviene la cadena transportadora de electrones. El producto final siempre es un compuesto orgánico.
Es un proceso anaeróbico, el aceptor final es un compuesto orgánico y la síntesis de ATP ocurre a nivel de sustrato.
Se distinguen dos tipos de organismos según el proceso catabólico: anaerobio facultativo y anaerobio estricto.
-La fermentación alcohólica es la transformación de ácido pirúvico en etanol y dióxido de carbono. En una primera etapa se realiza la glucólisis y la glucosa se transforma en ácido pirúvico y este en acetaldehído y dióxido de carbono, y luego el acetaldehído en etanol.
-La fermentación láctica es la fermentación láctica se forma el ácido láctico a partir de la degradación de la glucosa. La realizan las bacterias como Lactobacillus casei. Se obtiene queso, yogur y requesón.
-La fermentación butírica es la descomposición de sustancias glucídicas de origen vegertal en ácido butírico. Bacterias anaerobias como Bacillus y Clostridium.
-En la putrefacción se descomponen proteínas y se obtienen moléculas orgánicas como el escatol. La llevan a cabo bacterias.
OTRAS RUTAS CATABÓLICAS
Catabolismo de los lípidos
La principal vía metabólica de obtención de energía a partir de los lípidos es la oxidación de ácidos grasos, que proceden de la hidrólisis de los triglicéridos.
La hidrólisis de las grasas es catalizada por lipasas específicas, que rompen los enlaces tipo éster y separan los ácidos grasos de la glicerina.
En menor proporción los ácidos grasos también se pueden obtener a partir de la hidrólisis de fosfolípidos, gracias a las fosfolipasas.
Los ácidos grasos precisan la hélice de Lynen.
En las eucariotas los ácidos grasos deben entrar en las mitocondrias para catabolizarse por respiración.
Como no pueden atravesar la membrana mitocondrial primero se unen a coenzimas A, por la activación del ácido graso. La acil-coenzima A va hasta la matriz mitocondrial, donde se inicia la beta-oxidación.
Luego se desprende un grupo acetilo por lo que el acil-CoA tiene dos carbonos menos.
En cada vuelta se produce 1 NADH y 1 FADH2. Estas coenzimas se oxidan en la cadena respiratoria y dan lugar a ATP. Todas las acetil-CoA se incorporan al ciclo de Krebs y se degradan. Por cada vuelta se pierde 2 átomos de carbono.
Catabolismo de las proteínas
Las proteínas se descomponen en aminoácidos gracias a unas enzimas, ya que las proteínas no tienen función energética.
En el catabolismo de los aminoácidos se distinguen tres procesos:
-Separación de los grupos amino. Se realizan mediante dos reacciones sucesivas: transaminación y desaminación oxidativa.
-Transformación del resto resultante en ácido pirúvico, acetil-coenzima A o en algún compuesto del ciclo de Krebs.
-Eliminación de los grupos amino.
Catabolismo de los ácidos nucleicos
Los ácidos nucleicos son degradados hasta nucleótidos en el tubo digestivo gracias a las nucleasas.
Otras enzimas rompen los nucleótidos en moléculas de pentosa, bases nitrogenadas y ácido fosfórico. Las pentosas se degradan como los glúcidos; el ácido fosfórico en parte se elimina como ión fosfato y en parte se usa para la síntesis de ATP. Las bases nitrogenadas se usan para sintetizar nuevos nucleótidos o se degradan como excreciones.
