(Ciencias de Joseleg)(Biología)(Introducción y biología celular)(El metabolismo)(Introducción)(Generalidades del metabolismo)(Los metabolismos y las reacciones químicas)(Portadores de energía)(Algunos catabolismos)(Algunos anabolismos)(El metabolismo secundario)(La diabetes)(Referencias bibliográficas)(Versión documento word)
El
catabolismo es el conjunto de procesos metabólicos que oxidan moléculas de alto
peso molecular, esto se hace principalmente mediante el rompimiento de sus
estructuras para obtener electrones de alta energía. El propósito de las
reacciones catabólicas es extraer la energía de los enlaces de las
macromoléculas y transferir la porción no absorbida por la entropía “la energía
que se pierde en forma de calor al universo” en enlaces de los portadores de
energía, ya sea en los enlaces pirofosfato del ATP y sus análogos, o en la
forma del enlace entre algunas coenzimas con protones. Posteriormente las
coenzimas portadoras de energía emplearan la energía de sus enlaces para pagar
por la construcción de las moléculas propias de la célula, aunque en este paso
también hay pérdida por entropía. Todos los diferentes mecanismos metabólicos,
ya sea anabólicos o catabólicos, dependen del acoplamiento de reacciones redox
y flujos de energía libre de Gibbs.
La
digestión es la destrucción de moléculas complejas en otras más simples, por la
acción de procesos mecánicos, y químicos, específicos o inespecíficos. En los
animales la digestión inicia como un proceso mecánico de destrucción del
alimento por la acción de dientes y otras estructuras del sistema digestivo que
muelen el alimento. Sin embargo, la mayoría de los seres vivos son capaces de
digerir solo por acción química, la cual puede ser inespecífica, mediante la
liberación de ácidos sobre el alimento, u específica con la liberación de
enzimas que rompen moléculas concretas del alimento. La digestión no solo tiene
funciones nutricionales, también puede ser empleada en procesos del sistema
inmune para devorar invasores externos y para alertar de sus componentes para
que las células inmunes estén más alerta a invasiones futuras.
Como su
nombre indica la glucólisis es el proceso de rompimiento de la glucosa de 6
carbonos para obtener dos moléculas de 3 carbonos llamadas ácido pirúvico /
piruvato y cierto rendimiento energético en forma de ATP y otras coenzimas portadoras de energía. El piruvato entonces puede
tomar varias rutas metabólicas dependiendo del organismo, las cuales pueden ser
fermentaciones o respiraciones. La diferencia es que las fermentaciones
sacrifican energía para excretar el piruvato y las respiraciones degradan el
piruvato para obtener más energía. La glucólisis consta de dos etapas
energéticas, una etapa de inversión en la que la célula sacrifica energía para
hacer que la glucosa se haga inestable:
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y poder
romperla y una etapa de recuperación energética, de este modo se obtienen como
rendimiento bruto de 4 ATP y 2 NADH:H+,
sin embargo debido a que se invirtieron 2 ATP durante las fases de absorción de
energía, el rendimiento neto se reduce a 2 ATP y 2 NADH:H+.
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El fin de
la glucólisis termina con una sustancia problemática, el ácido pirúvico /
piruvato.
Todas las
rutas metabólicas sufren del problema de intermediarios metabólicos, que
experimentan reacciones reversibles o que cuyos sustratos están limitados en
cantidad. En cuanto a la glucólisis, por ejemplo, la acumulación del ácido
pirúvico puede conllevar fácilmente a la parálisis de su misma ruta metabólica,
lo cual priva a la célula de su fuente energética. De hecho, este evento se da
en el envenenamiento por arsénico, el cual causa una acumulación de piruvato
por inhibición de la enzima que lo integra a la respiración aeróbica en los
seres humanos. Dado que el piruvato es tóxico, si se acumula la célula debe
“hacerse cargo” de él, modificándolo a una forma química menos toxica y
expulsándolo de la célula como desecho, proceso que puede ser denominado como
excreción celular. Adicionalmente existe
otro dilema celular que debe ser afrontado por la célula, el glucólisis consume
NAD para formar NADH:H+, si no se encuentra algo útil en que invertir
ese NADH:H+ el NAD que se usa para fabricarlo se acaba, lo cual paralizará otras rutas metabólicas
paralelas. Las fermentaciones son un modo de resolver esos dos problemas con
una serie de reacciones cortas, se sacrifica energía para transformar el
piruvato en sustancias menos tóxicas o más fáciles de exportar fuera de la
célula, y la energía sacrificada proviene precisamente del NADH:H+.
Dependiendo
de si la ruta emplea oxígeno o no, se la denomina aeróbica o anaeróbica, y el
nombre propio de cada fermentación dependerá de su producto final. Por ejemplo,
en la fermentación láctica anaeróbica se produce ácido láctico.
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La
fermentación anaeróbica que produce alcohol etílico
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O la fermentación aeróbica que produce ácido acético
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Al
contrario de lo que sucede en las fermentaciones, el ciclo de Krebs logra
oxidar el piruvato, y en lugar de perder energía la va a obtener. Como su
nombre indica se trata de un grupo de reacciones cíclicas en donde los carbonos
provenientes del piruvato se unen con carbonos de sustancias del ciclo, las
transformaciones sucesivas liberan dióxido de carbono y grandes cantidades de
energía en forma de coenzimas portadoras de energía.
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Como
productos del ciclo tenemos de manera neta dos moléculas de dióxido de carbono
que son liberadas al torrente sanguíneo “el dióxido de carbono puede atravesar
las membranas mitocondriales y celular por transporte pasivo”. En términos
energéticos también son liberados protones libres y coenzimas portadoras de
energía, los cuales serán empleados para sintetizar ATP posteriormente.
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