El catabolismo.

El catabolismo.

Es el conjunto de reacciones de degradación de las moléculas orgánicas complejas. Tienen lugar en todos los organismos, autótrofos y heterótrofos y su finalidad es proporcionar:

Energía utilizable por la célula. El catabolismo es un proceso de degradación oxidativa de moléculas orgánicas para la obtención de energía.

Poder reductor para ser empleado en procesos anabólicos (NADH y FADH2).

Los precursores metabólicos son moléculas sencillas a partir de las cuales la célula realiza la biosíntesis de sus componentes.

Oxidación de los compuestos biológicos

Puede producirse a dos niveles:

FOSFORILACIÓN ASOCIADAS A UN GRADIENTE QUIMIOSMÓTICO

la energía liberada por el transporte electrónico, realizado a favor de gradiente de potenciales de oxido-reducción es acoplada a la fosforilación del ADP. La fosforilación oxidativa y la fotofosforilación tienen lugar de esta forma:

FOSFORILACIÓN A NIVEL DE SUSTRATO

Un grupo fosfato de alta energía es transferido al ADP para formar ATP en una única reacción química:

Catabolismo de glúcidos.

La degradación de la glucosa se produce mediante un proceso denominado glucólisis. Este consiste en una ruta metabólica por la cual se forma piruvato y ATP, aunque esta última molécula con bajo rendimiento.

Glucólisis:

Es una ruta metabólica muy antigua, pues no precisa oxígeno y es común a todos los organismo, donde la síntesis de ATP se realiza por fosforilación a nivel de sustrato. Produce dos piruvatos por molécula de glucosa.

RENDIMIENTO ENERGÉTICO DE LA GLUCÓLISIS

la eficacia de la glucólisis como ruta energética es muy baja, puesto que únicamente tiene un rendimiento neto de 2 moléculas de moléculas de NADH. Estas originan más ATP, en el caso de que se siga posteriormente un proceso de respiración.

La respiración aerobia.

Los electrones obtenidos de la glucosa son cedidos al oxígeno. Consideraremos la respiración como el conjunto de procesos catabólicos que tienen lugar después de la glucólisis. La respiración aerobia, (el catabolismo de los glúcidos) es la oxidación total del producto final de la glucólisis (piruvato). Etapas de la respiración aerobia:

1ª FORMACIÓN DEL ACETIL-CoA;

Para que la molécula de piruvato (generada en la glucólisis) pueda continuar su oxidación incorporándose al llamado ciclo de Krebs, debe sufrir previamente una reacción de descarboxilación oxidativa y convertirse en un resto acetilo en forma de acetil-CoA. El piruvato es conducido desde el citoplasma hasta el interior de la mitocondria, uniéndose a transportadores específicos que le permiten atravesar las dos membranas mitocondriales. una vez en el interior de la mitocondria, se produce la descarboxilación oxidativa, reacción catalizada por la piruvato-deshidrogenada, que actúa en dos etapas:

- Pérdida del grupo carboxilo en forma de CO2.

- Oxidación del grupo ceto a grupo carboxilo. La energía liberada en esta reacción queda atrapada en forma de enlace de alta energía entre el resto acetilo y la coenzima A, y se origina acetil-CoA. Esta oxidación proporciona una molécula de NADH.

2ª CICLO DE KREBS

Es un conjunto cíclico de reacciones que produce la oxidación completa del acetil-CoA hasta CO2. Los electrones cedidos en esta oxidación son captados por las coenzimas NAD+ y FAD, liberándose las correspondientes moléculas reducidas, NADH y FADH2. El ciclo de Krebs se lleva a cabo en la matriz mitocondrial y desempeña las siguientes funciones:

- Obtención de poder reductor: NADH y FADH2

- Obtención de precursores metabólicos.

- Obtención de energía en forma de GTP por fosforilación a nivel de sustrato.

El ciclo de Krebs consta de 8 partes:

1. Formación de citrato.

2. Formación del isocitrato.

3. Oxidación del isocitrato a α-cetoglutarato y CO2.

4. Oxidación del α-cetoglutarato a succinil-CoA y CO2.

5. Conversión del succinil-CoA en succinato.

6. Oxidación del succinato a fumarato.

7. Hidratación del fumarato a malato.

8. Oxidación del malato a oxalacetato.

El acetil-CoA se une al oxalacetato que se regenera al completarse el ciclo. La energía necesaria para llevar a cabo esta unión la suministra la hidrólisis de la molécula de coenzima-A, que estaba unida al resto acetilo. Se obtiene como producto el citrato de 6 carbonos. Después de la conversión del citrato en su isómero, el isocitrato, este compuesto experimenta una descarboxilación oxidativa, en la que se libera un carbono carbonílico en forma de CO2 y se produce el α-cetoglutarato. En esta oxidación se genera también poder reductor en forma de NADH. El α-cetoglutarato sufre una descarboxilación oxidativa semejante a la del piruvato, que da lugar a CO2, NADH y un resto acilo de 4 carbonos que se unen a la CoA para formar succinil-CoA. La hidrólisis del succinil-CoA libera la energía de enlace, que se transfiere a un nucleótido, el GDP, obteniéndose GTP. (equivale energéticamente al ATP). Como productos de esa hidrólisis se obtiene succinato y CoA. La transformación del succinato en fumarato está catalizada por una enzima del tipo deshidrogenasa, que utiliza FAD como coenzima. Los átomos de hidrógeno son captados por la coenzima, que se convierte en FADH2. A continuación, el fumarato se hidrata y se obtiene malato. Finalmente, la oxidación del malato por la transformación de un grupo alcohol en un grupo carbonilo rinde más NADH y regenera el oxalacetato, con lo que el ciclo llega a su fin. En una vuelta del ciclo se obtiene:

1 molécula de GTP (convertible en ATP).

3 moléculas de NADH y una de FADH2, que permite, posteriormente, la formación de moléculas de ATP en la fosforilación oxidativa.

2 moléculas de CO2, que corresponden a los carbonos de una molécula de acetil-CoA completamente oxidado.

3ª FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

es el mismo mecanismo de síntesis del ATP en la respiración. Tiene lugar en la mitocondria. La síntesis del ATP se realiza por la unión de un grupo fosfato del ADP. Esta reacción es endergónica (requiere un aporte energético).

• Transporte electrónico; los electrones presentes en las moléculas de NADH y FADH2 son cedidos a unas moléculas transportadoras y pasan de unas a otras a favor de un gradiente de potenciales de oxidorreducción

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