Principais rutas catabólicas: glicólise, fermentación e ciclo de Krebs

Principais rutas catabólicas

Glicólise

A glicólise é un conxunto de reaccións anaeróbicas (non necesitan O₂) que degradan a glicosa (de 6 átomos de C) en 2 moléculas de ácido pirúvico (de 3 átomos de C).

Etapas da glicólise

Desenvólvese en dúas etapas e ambas ocorren no citoplasma celular:

• Fase preparativa: a glicosa descomponse en 2 moléculas de gliceraldehido-3-P. Esta etapa é enerxeticamente negativa, xa que consume 2 moléculas de ATP.
• Fase oxidativa: o gliceraldehido-3-P oxídase a través dunha serie de reaccións ata dar o ácido pirúvico. Para a oxidación do gliceraldehido precísase o coencima NAD⁺ e obtéñense 4 moléculas de ATP.

Balance enerxético global da glicólise

O resultado final da glicólise é: pirúvico + ATP + coencimas reducidas.

• Fase preparativa: Glicosa + 2 ATP → 2 gliceraldehido-3-fosfato
• Fase oxidativa: 2 gliceraldehido-3-fosfato → 2 ácido pirúvico + 4 ATP + 2 NADH
• Balance enerxético global: 2 ácido pirúvico + 2 ATP + 2 (NADH + H⁺) + 2 H₂O

Destino dos produtos da glicólise

• O ATP: pode utilizarse directamente para as funcións vitais ou quedar como reserva enerxética (en forma de ATP).
• O ácido pirúvico: está destinado a seguir outra ruta catabólica. Pode seguir dous camiños de oxidación, dependendo de se as condicións son aeróbicas ou anaeróbicas:
  • Condicións aeróbicas: ingresa no ciclo de Krebs (tendo como intermediario o acetil-CoA).
  • Condicións anaeróbicas (ausencia de O₂): fermentación.
• As coencimas reducidas (NADH): poden seguir dous camiños de oxidación, dependendo de se as condicións son aeróbicas ou anaeróbicas:
  • En condicións aeróbicas: ingresan na cadea respiratoria (onde ceden os e^- ao O₂).
  • En condicións anaeróbicas: seguirán un proceso denominado fermentación.

Fermentación

As fermentacións son procesos anaeróbicos nos que as células obteñen enerxía oxidando parcialmente os derivados da glicólise, que se transforman noutras moléculas orgánicas máis oxidadas (ácido láctico, etanol, etc.).

O aceptor final dos electróns é unha molécula orgánica que se reduce no produto final, característico de cada fermentación (polo que xeralmente as fermentacións levan agregado ao final o nome do produto final da reacción).

A degradación da glicosa nestes procesos non é completa, de maneira que o produto final aínda contén moita enerxía. O rendemento enerxético limítase a 2 moléculas de ATP. Este sistema non é tan eficiente como a respiración.

Lugar de desenvolvemento: citoplasma.

Tipos de fermentacións

• Fermentación etílica ou alcohólica: prodúcese en organismos como os lévedos do xénero Saccharomyces, ou nalgúns fungos e bacterias. Neste tipo de fermentación, o ácido pirúvico transfórmase en alcohol etílico e CO₂. Estas fermentacións son a base da produción de cervexa, viño e outras bebidas alcohólicas.
• Fermentación láctica: é propia dalgunhas bacterias anaeróbicas. Nela orixínase ácido láctico a partir do ácido pirúvico procedente da glicólise. O proceso utilízase para a produción de derivados lácteos, como o iogur ou o queixo. Tamén se produce en células eucariotas, como as do músculo esquelético, cando a achega de O₂ é insuficiente para a vía aerobia.

Respiración celular: ciclo de Krebs

Etapa previa: oxidación do ácido pirúvico

Antes do inicio do ciclo, o ácido pirúvico obtido na glicólise (no citoplasma) debe transformarse en acetil-coencima A. Para isto:

• O ácido pirúvico procedente da glicólise atravesa as membranas mitocondriais e penetra na matriz.
• Na matriz transfórmase en acetil-CoA. A aparición deste composto marca a conexión entre a glicólise e o ciclo de Krebs.

Reacción: 1 ácido pirúvico + CoA-SH + NAD⁺ → 1 acetil-CoA + NADH + H⁺ + CO₂

Desenvolvemento do ciclo de Krebs

Localización: é unha ruta metabólica cíclica que ten lugar na matriz mitocondrial.

No transcurso do ciclo libéranse e^- e H⁺, que se utilizan para reducir moléculas de NAD⁺ e FAD, e tamén se libera enerxía para a síntese de ATP ou GTP.

Obxectivo do ciclo: a oxidación do acetil-CoA e a obtención de coencimas reducidas (FADH₂ e NADH + H⁺) para a cadea respiratoria.

Balance enerxético do ciclo de Krebs

Por cada molécula de acetil-CoA que entra no ciclo, obténse:

• 1 molécula de GTP
• 3 moléculas de NADH
• 1 molécula de FADH₂

Como na glicólise, por cada molécula de glicosa se obtiñan 2 de ácido pirúvico (e 2 de acetil-CoA), necesítanse 2 voltas do ciclo para oxidar ao máximo unha molécula de glicosa. Polo tanto, o rendemento global para 1 molécula de glicosa tras o ciclo de Krebs será o dobre.

Preguntas habituais de PAU

• De onde pode proceder o acetil-CoA que ingresa no ciclo de Krebs? Procede do ácido pirúvico (a través da glicólise ou da degradación de certos aminoácidos) e tamén directamente da β-oxidación dos ácidos graxos e do metabolismo de aminoácidos.
• Que destino teñen as coencimas reducidas obtidas no ciclo de Krebs? Ingresan na cadea respiratoria mitocondrial para a fosforilación oxidativa.