Cómo se metabolizan sus células – Explicado

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Por Maggie Norris, Donna Rae Siegfried

Las reacciones del cuerpo que convierten el combustible (específicamente la glucosa) en energía utilizable (moléculas ATP) incluyen la glicólisis, el ciclo de Krebs (respiración aeróbica) y la respiración anaeróbica, y la fosforilación oxidativa. En conjunto, estas reacciones se denominan respiración celular.

Estos son caminos complejos, así que espere tomar algún tiempo para entenderlos. Consulte la figura tantas veces como sea necesario para comprender lo que sucede en la respiración celular. (Nota: La fermentación alcohólica se incluye como referencia pero no ocurre en el cuerpo humano.)

Vía glicolítica (glicólisis)

Comenzando en la parte superior de la figura, se puede ver que la glucosa -la molécula más pequeña en la que se puede descomponer un carbohidrato durante la digestión- pasa por el proceso de glicólisis, que inicia la respiración celular y utiliza algo de energía (ATP) en sí misma. La glicólisis ocurre en el citoplasma y no requiere oxígeno. Se necesitan dos moléculas de ATP para que cada molécula de glucosa ruede por la vía glicolítica; aunque durante la glicólisis se generan cuatro moléculas de ATP, la producción neta de ATP es de dos moléculas. Además de los dos ATPs, se generan dos moléculas de ácido pirúvico (también llamado piruvato). Se mueven hacia una mitocondria y entran en el ciclo de Krebs.

Ciclo de Krebs

El ciclo de Krebs es una vía biológica importante en el metabolismo de todo organismo multicelular. Es una vía aeróbica que requiere oxígeno.

A medida que el piruvato entra en la mitocondria, una molécula llamada nicotinamida adenina dinucleótido (NAD+) se une a ella. NAD+ es un portador de electrones (es decir, transporta energía), y hace que el proceso se mueva trayendo algo de energía al camino. El NAD+ proporciona suficiente energía que cuando se une con el piruvato, se libera dióxido de carbono y se forma la molécula de alta energía NADH. El flavín adenina dinucleótido (FAD) funciona de manera muy similar, convirtiéndose en FADH2. El producto de la reacción general es la coenzima A de acetilo (acetilo CoA), que es una molécula de carbohidratos que pone en movimiento el ciclo de Krebs.

Los ciclos son interminables. Los productos de algunas reacciones en el ciclo se utilizan para mantener el ciclo en marcha. Un ejemplo es el acetilo CoA: Es un producto del ciclo de Krebs, pero también ayuda a iniciar el ciclo. Con la adición de agua y acetil CoA, el ácido oxaloacético (OAA) se convierte en ácido cítrico. Luego, una serie de reacciones procede a lo largo del ciclo.

Fosforilación oxidativa

La fosforilación oxidativa, también llamada cadena de transporte de electrones (ETC), tiene lugar en la membrana interna de las mitocondrias. Los portadores de electrones producidos durante el ciclo de Krebs – NADH y FADH2 – se crean cuando NAD+ y FAD, respectivamente, se «reducen». Cuando una sustancia se reduce, gana electrones; cuando se oxida, pierde electrones. Así que NADH y FADH2 son compuestos que han ganado electrones, y por lo tanto, energía. En el ETC, las reacciones de oxidación y reducción ocurren repetidamente como una forma de transportar energía. Al final de la cadena, los átomos de oxígeno aceptan los electrones, produciendo agua. (El agua de las reacciones metabólicas no contribuye significativamente a las necesidades de agua del cuerpo.)

A medida que NADH y FADH2 pasan a través de la cadena respiratoria (o de transporte de electrones), pierden energía al oxidarse y reducirse, oxidarse y reducirse, oxidarse y oxidarse y…… Suena agotador, ¿no? Bueno, sus fuentes de energía se agotan por una buena causa. La energía que pierden estos portadores de electrones se utiliza para añadir una molécula de fosfato al difosfato de adenosina (PAD) y convertirlo en trifosfato de adenosina, el codiciado ATP. Por cada molécula de NADH que se produce en el ciclo de Krebs, se pueden generar tres moléculas de ATP. Por cada molécula de FADH2 que se produce en el ciclo de Krebs, se producen dos moléculas de ATP.

Teóricamente, todo el proceso de respiración celular aeróbica -glicólisis, ciclo de Krebs y fosforilación oxidativa- genera un total de 38 moléculas de ATP a partir de la energía de una molécula de glucosa: 2 a partir de la glicólisis, 2 a partir del ciclo de Krebs y 34 a partir de la fosforilación oxidativa. Sin embargo, este rendimiento teórico nunca se alcanza del todo porque los procesos, especialmente los biológicos, nunca son 100 por ciento eficientes. En el mundo real, normalmente se esperan entre 29 y 30 moléculas de ATP por molécula de glucosa.

Respiración anaeróbica

Algunas veces el oxígeno no está presente, pero su cuerpo todavía necesita energía. Durante estos tiempos, existe un sistema de respaldo, una vía anaeróbica (llamada anaeróbica porque procede en ausencia de oxígeno). La fermentación del ácido láctico genera NAD+ para que la glicólisis, que resulta en la producción neta de dos moléculas de ATP, pueda continuar. Sin embargo, si el suministro de NAD+ se agota, la glicólisis no puede ocurrir y el ATP no puede ser generado.

Esto ocurre con mayor frecuencia en las células musculares durante los períodos de ejercicio intenso. El subproducto de esta reacción, el ácido láctico, se acumula en el músculo, contribuyendo a la fatiga muscular (la incapacidad de una célula muscular para contraerse). Por lo tanto, este proceso no puede mantenerse durante largos períodos de tiempo.

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