Lugar de la glucólisis en el metabolismo energético
El catabolismo (disimilación) es el conjunto de reacciones enzimáticas de degradación de sustancias orgánicas que se acompañan de la liberación de energía y la formación de productos finales de descomposición: dióxido de carbono y agua. La energía liberada se almacena en los enlaces ricos en energía de las moléculas de ATP (adenosina trifosfato) mediante fosforilación.
A la glucólisis siempre le precede una etapa preparatoria. En los organismos multicelulares, esta tiene lugar en el tracto gastrointestinal y, a nivel intracelular, en los lisosomas. En esta fase, las enzimas descomponen los polímeros complejos en monómeros simples:
- Las proteínas se degradan hasta aminoácidos;
- Las grasas, hasta glicerol y ácidos grasos;
- Los carbohidratos complejos (almidón), hasta monosacáridos (glucosa);
- Los ácidos nucleicos, hasta nucleótidos.
La principal característica de la primera etapa es que toda la energía liberada se disipa por completo en forma de calor. Aquí no hay síntesis de ATP. Solo después de la formación de glucosa la célula pasa a la segunda etapa, la anaerobia.
Mecanismo de degradación anaerobia
La segunda etapa del metabolismo energético es propiamente la glucólisis. Se lleva a cabo en el medio líquido del citoplasma sin la participación de oxígeno.
Durante la reacción escalonada, una molécula de glucosa se descompone en dos moléculas de ácido pirúvico (piruvato). Paralelamente, se produce la formación de energía celular. La ecuación global de esta etapa es la siguiente:
Glucosa + 2 ADP + 2 fosfatos inorgánicos + 2 NAD+ → 2 Piruvato + 2 ATP + 2 NADH+H+
Como resultado de la degradación de un mol de glucosa, se liberan 200 kJ de energía. De estos, 120 kJ (60%) se pierden irremediablemente en forma de calor y los 80 kJ restantes (40%) se acumulan en los enlaces ricos en energía de dos moléculas de ATP. Además, se forman dos moléculas del transportador reducido de hidrógeno NADH+H+, que desempeñarán su papel en las etapas siguientes.
Fermentación: vías del piruvato en hipoxia
El destino posterior del ácido pirúvico depende de si la célula tiene acceso al oxígeno. Si las condiciones son anaerobias, se ponen en marcha los procesos de fermentación.
- Fermentación láctica. Esta vía es característica de ciertas bacterias, así como de las células musculares animales en condiciones de aguda escasez de oxígeno (hipoxia). El piruvato interactúa con el hidrógeno de los transportadores (NADH+H+) y se reduce a ácido láctico (lactato).
- Fermentación alcohólica. Se encuentra en levaduras y plantas. Primero, se escinde el dióxido de carbono del piruvato, lo que lleva a la formación de acetaldehído. A continuación, este aldehído se reduce hasta el producto final: el alcohol etílico.
Fase aerobia del catabolismo
Si hay presencia de oxígeno, el piruvato no experimenta fermentación, sino que se dirige desde el citoplasma hacia las mitocondrias para su oxidación completa. Esta fase final se lleva a cabo en dos compartimentos:
- En la matriz mitocondrial. El piruvato se convierte en acetil-CoA e ingresa en el ciclo de los ácidos tricarboxílicos (ciclo de Krebs). Aquí se libera dióxido de carbono, se sintetizan 2 moléculas más de ATP y se forman nuevos transportadores reducidos.
- En la membrana interna (crestas). Funciona la cadena transportadora de electrones respiratoria. Con la participación de oxígeno y transportadores de hidrógeno, se sintetiza agua metabólica y se genera una cantidad colosal de energía: 34 moléculas de ATP.
Por lo tanto, el ciclo completo de degradación de una molécula de glucosa proporciona un rendimiento energético total de 38 moléculas de ATP (2 de la glucólisis, 2 del ciclo de Krebs y 34 de la cadena respiratoria).
Para recordar fácilmente los productos clave de la glucólisis por molécula de glucosa, utiliza la regla mnemotécnica correspondiente.
Preguntas de clases y exámenes
¿Se sintetiza ATP en la etapa preparatoria del metabolismo?
No, durante la descomposición de sustancias orgánicas complejas en monómeros (por ejemplo, en los lisosomas o en el tracto digestivo), toda la energía se disipa exclusivamente en forma de calor.
¿Dónde ocurren exactamente las reacciones de la glucólisis?
La glucólisis ocurre en el citoplasma de la célula y es un proceso totalmente anaerobio, no asociado con las membranas de ningún orgánulo.
¿En qué células humanas puede ocurrir la fermentación?
En el cuerpo humano, la fermentación láctica puede iniciarse en las células musculares. Esto ocurre durante la hipoxia, cuando el oxígeno es insuficiente para una oxidación aerobia completa.
Qué más repasar sobre el tema
- Mecanismo de acción de las enzimas del tracto digestivo y de los lisosomas
- El ciclo de los ácidos tricarboxílicos (ciclo de Krebs) en la matriz mitocondrial
- Estructura y funcionamiento de la cadena transportadora de electrones en las crestas
- Estructura de la molécula de ATP y características de los enlaces ricos en energía
- Diferencias bioquímicas entre la fermentación alcohólica y la láctica
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