Respiración Celular, Reacciones Catabólicas y Anabólicas, Glucólisis.

Qué es la Respiración Celular?

Se entiende que son reacciones bioquímicas* por las cuales determinan compuestos orgánicos, que son degradadas completamente gracias a la oxidación*, hasta convertirse en sustancias inorgánicas*, también puede decirse que es un proceso qué proporciona la energía aprovechable para la célula.

Sin embargo según la Universidad Nacional de Lomas de Zamora, define a la respiración celular como; un proceso por el cual las células degradan las moléculas orgánicas para producir ATP* Por ende esto se conoce como un proceso exérgonico* donde se aprovecha parte de la energía contenida en las moléculas de alimento, decimos parte de la energía porque no toda es utilizada, sino que una parte se pierde en forma de calor.

También menciona que, la respiración celular como la combustión son reacciones exergónicas donde existen significativas diferencias entre ambos procesos; la combustión es el fenómeno incontrolado en el que todos los enlaces químicos se rompen al mismo tiempo liberándose la energía de forma súbita; por el contrario la respiración es la degradación del alimento con la liberación paulatina de la energía. Este control se realiza específicamente por encima que ejercen su trabajo.

La respiración celular ocurren en distintos comportamientos celulares; 

La primera de ellas es la Glucólisis ocurre en el citoplasma. La segunda etapa dependerá de la presencia o ausencia de oxígeno (O2) en el medio, determinando en el primer caso la respiración aeróbica (ocurre en las mitocondrias), y en el segundo caso la respiración anaeróbica o fermentación (ocurre en el citoplasma).

Mientras tanto, Escobar, I., En su presentación "Biología Plataforma Virtual", describe a la respiración celular como la finalidad la obtención  energía en forma de ATP (moneda energética de las células) . Durante este proceso, la glucosa se degrada a dióxido de carbono y agua. Dicho proceso se lleva a cabo en diferentes etapas: 1) Glucólisis (citoplasma), 2) Ciclo del ácido cítrico o ciclo de Krebs (matriz mitocondrial), 3) Fosforilación oxidativa (membrana interna de la mitocondria). 

 

REACCIONES CATABÓLICAS Y ANABÓLICAS 

Catabolismo; conjunto de reacciones metabólicas que tiene por objetivo la obtención de la energía a través de compuestos orgánicos complejos, que se transforman en otros más sencillos. Un claro ejemplo de reacciones en el catabolismo, es la respiración celular aerobus y las fermentaciones, son las vías más corrientes para la obtención de la energía  contenida en sustancias orgánicas. Ambas vías, tienen como primera fase, la Glucólisis. Se conoce otras vías catabólicas como la Beta-oxidacion de los ácidos grasos, el ciclo de Krebs, la fermentación láctica, la fermentación acética, entre otros.

Existen además tres fases indispensables para el Catabolismo

• Fase I - fase inicial o preparatoria; es donde las grandes moléculas de los elementos nutritivos se degradan hasta liberar sus principales componentes (los polisacáridos* se degradan en monosacáridos*, los lípidos a ácidos grasos* y glicerina* y las proteínas liberan sus aminoácidos).

• Fase II - fase intermedia;  en esta fase los diversos productos formados en la fase I, son convertidos en una misma molécula, más sencilla Acetil - Coenzima A (Acetil CoA).

• Fase III - fase final; es en la que el Acetil - CoA (se incorpora al ciclo de Krebs) dando lugar a moléculas elementales CO2 y H2O.

Se dice que de estas tres fases, la intermedia y la final son comunes para todos los principios inmediatos orgánicos glúcidos, lípidos y proteínas. 

El Catabolismo de cada uno de ellos difiere en la fase inicial, los glúcidos (Glucólisis) y las proteínas (desaminación y transaminación), ocurre en el Hialoplasma, mientras que para los lípidos (B- Oxidación), ocurre en la matriz mitocondrial. 

Así mismo, existen dos tipos de catabolismos: 

• Fermentación; sé si degrada a un compuesto todavía orgánico pero más sencillo. En ella, tanto el aceptor final de electrones es un compuesto orgánico.

• Respiración Celular; si la degradación del compuesto orgánico es hasta CO2 y H2O. El aceptor final de electrones es una sustancia inorgánica; 

✓ Respiración Aeróbica; necesita oxígeno.

✓Respiración Anaeróbica; no necesita oxígeno.

Anabolismo; representa una parte constructiva del metabolismo, está consiste en la síntesis de moléculas complejas a partir de otras más sencillas, con el siguiente gasto de energía, tomada de los ATP productos durante las fases Catabólicas.

Estás moléculas sintetizadas pueden:

• Formar parte de la propia estructura de la célula. 

• Ser almacenadas para su posterior utilización como fuente de energía.

• Ser exportadas al exterior de la célula. 

El metabolismo anabólico representa la parte constructiva del metabolismo, donde el organismo se encarga de fabricar si biomoléculas* propias. Pueden distinguirse dos tipos:

✓ Anabolismo Heterótrofo; consiste en la fabricación de M.O. propio a partir de M.O. capturada de otros seres vivos. Lo llevan a cabo muchos organismos : la mayoría de las bacterias, hongos, muchos protestas y animales. 

✓Anabolismo Autótrofo; consiste en la fabricación de M.O. propio a partir de materia inorgánica y una fuente de energía. A su vez representa dos tipos: 

• Quimiosíntesis; utiliza como fuente de energía ciertas reacciones de óxido-reduc ión de materia inorgánica. La realizan algunos grupos de bacterias (bacterias del Fe, del H). 

• Fotosíntesis; usa luz solar como fuente de energía. También presenta distintos tipos, la anoxigénica, que no desprende O2, (la que realizan las bacterias Púrpuras) fotosintéticas (el H2S cede los e- y se desprende S elemental), y la oxigénica (que realizan las cianobacterias y los vegetales, en que el H2O cede los e- y se desprende O2).

Entonces, en que consiste la Glucólisis?

Antes de hablar de Glucólisis, debemos definir lo que conocemos como Glucosa; si bien es conocida como el azúcar en la sangre, que funciona para mantener los mecanismos del organismo con una funcionabilidad óptima, cuando los niveles de Glucosa son benefactores para el cuerpo (generalmente cuando los niveles de Glucosa están estables no nos damos cuenta, mientras que cuando presentan variaciones en el mismo, se comienzan a mitad efectos no saludables para nuestro estado de salud).

Se define que la Glucosa es un monosacárido simple del grupo de carbohidratos; pero no lo convierte en el único monosacárido del organismo en presentarlo; otros monosacáridos contienen fructosa, galactosa y ribosa.

Por ende, la Glucosa en conjunto con la grasa (lípidos), se convierte en una fuente de combustible preferida por el organismo en forma de carbohidrato. 

Ya entendiendo mejor que es la Glucosa, podemos hablar de la Glucólisis; 

La ruta metabólica glucólisis también es conocida como Ruta de Embden  - Meyerhof (descubierta por ellos para el año 1940); pero universalmente es conocida bajo el nombre de Glucolisis.

También es conocida como la Ruptura de la Glucosa, la glucólisis es la conversión de 2 moléculas de ácido pirúvico constituido de 3 carbonos son usadas dos moléculas de ATP pero se producen 4 el hidrógeno en conjunto con electrones se unen a una coenzima llamada nicotin adenin dinucleotido informa el n a d h, esta reacción metabólica ocurre en el citoplasma celular y es anaeróbica

Esta es la primera ruta metabólica para la extracción de carbono ocurre en 10 reacciones catalizadoras por enzimas específicas inicia con la ingesta de 4 biomoléculas esenciales para mantenernos vivos como lo son los carbohidratos las proteínas los lípidos y ácidos nucleicos todos estos en porciones distintas obtenidos por los alimentos que consumimos a diario la finalidad es la obtención de la energía por medio de los alimentos consumidos

Cuando se ingiere la glucosa esta pasa por el torrente sanguíneo buscando la manera de entrar a la célula mediante unos poros que están distribuidos a lo largo de la membrana celular;

Esta pasa al interior de la célula, con la ayuda de la molécula de Insulina, quién toma a la glucosa y le ayuda a facilitar el acceso a la célula, (como se muestra en la segunda imagen).

De inmediato, actúa la primera enzima la Hexoquinasa, que detecta el ingreso de la Glucosa en el interior de la célula; aportándole energía a la molécula de Glucosa;

En este proceso es donde la Hexoquinasa atrapa una molécula de ATP gracias a un ion de magnesio donde esta molécula es atrapada por unas pinzas y cada fosfato presente en la molécula es una carga de energía.

A su vez la Hexoquinasa toma una carga de fosfato a la molécula de ATP y se le anexa a la molécula de glucosa una vez dada la energía ATP y la molécula de glucosa le otorga un hidrógeno a la enzima dando por resultado el enlace de la carga energética a la molécula de glucosa convirtiendo al ATP en ADN en lugar de tener tres fosfatos ahora tiene dos fosfatos esto se les conoce con el nombre de Adenosín Difosfato.

La glucosa al tener una carga de fosfato pasa a ser glucosa 6 - fosfato, el 6 es debido a que en el enlace de carbono doble número 6 se le agrega la carga de energía es decir un grupo fosfato;

Por ende la molécula de la glucosa aumenta el tamaño, impidiendo salir de la célula a partir de este punto comienza la glucólisis.

Luego tenemos la enzima Fosfohexosa Isomerasa; rompe el enlace de carbono, enzalando a otro carbono, dejando este fuera de la molécula;

Esto hace que ambos carbonos queden inestables, la molécula de glucosa otorga su hidrógeno al carbono que se encuentra fuera de sí misma estabilizando la molécula en general;

Después de tener la molécula con un "enlace extra", para aceptar otra carga de energía esta recibe el nombre de la Fructosa- 6 -fosfato.

Llega la tercera encima de Fosfofructo Quinasa 1, esta es quién proporciona otro enlace de energía cargado existente en el medio celular, quedando la molécula con una carga de energía en el carbono 1 y en el carbono 6, por ende su nombre cambia a Fructosa -1, 6 - bifosfato.

Suena contradictorio evidenciar que en vez de sacarle energía a la molécula de glucosa se le proporciona más energía. Esto se debe a que la estructuración molecular de las enzimas actúan sobre la glucosa preparándola para la degradación parcial de si misma.

En este punto, llega la reacción o enzima 4, también conocida como la enzima Aldosa que se encarga de dividir a la molécula Fructosa - 1, 6 - bifosfato;

La Aldosa actúa justo dividiendo a la mitad a la molécula, quedando inestables los dos carbonos; cada uno con tres enlaces necesitando 4 enlaces químicos para su estabilidad. Rápidamente y evitando la degradación total, la molécula inferior le regala un hidrógeno a la molécula superior; sin embargo aún la molécula inferior se encuentra desestabilizada por lo que se doble enlaza con el oxígeno pudiendo recuperar su estabilidad y restaurar sus 4 enlaces. Así es entonces cómo quedan formadas dos moléculas de glucosa más pequeñas y con alteraciones en su orden.

La ventaja deriva en que cada molécula conserva una carga de energía que le proporcionaron las enzimas anteriores.

Pasamos a la enzima número 5 llamada Triosa Fosfato Isomerasa, ésta se acerca de las dos partículas/moléculas y realiza un intercambio en el hidrógeno;

Una vez cambiadas el primer carbono queda inestable con sólo tres enlaces químicos. Se le duplica el doble enlace al oxígeno, y se le sustrae uno de los dos enlaces al OH del carbono 2 así;

Quedando estabilizada la partícula/molécula y dando como resultado dos partículas iguales;

Pasamos entonces a la enzima número 6 el resultado de la enzima anterior fue la duplicación de las partículas moléculas iguales de Gliceraldehído - 3 - fosfato, cada una con una carga de energía en esta reacción encontramos la enzima Deshidrogenasa, la cual contiene 8 pares de brazos,

(el grupo hs funciona para capturar a las moléculas mientras que el grupo n a d le sustrae la energía).

En esta reacción a la partícula de Gliceraldehído se le anexa un Fosfato inorgánico (Pi) a la partícula, dónde se encuentra el hidrógeno; sin embargo para no quedar la partícula sin la carga de hidrógeno está se "conservará" en el NAD al igual que la carga de hidrógeno de la misma enzima,

Mientras esta carga de energía nueva se une a la partícula/molécula, los hidrógenos resguardados en el grupo NAD, se unen a una nueva carga energética del grupo NAD quedando NAD H + H, una vez causada esta reacción la enzima corta todo tipo de enlace con la partícula/molécula, es decir a la partícula se le suma una carga energética nueva pero se le quita otra carga de energía que es 3 veces más potente que la que se le otorgó este proceso ocurre con las dos partículas de moléculas,

(Cada partícula/molécula, se ve igual que la fórmula química en la imagen)

En esta etapa llega la enzima 7, Fosfoglicerato Quinasa, esta llega con un paquete de energía vacío ADP, está encima le sustrae a cada partícula molécula un paquete completo de fosfato para llenar su ATP;

Llega la enzima número 8, llamada Fosfoglicerato Mutasa, qué se encarga de intercambiar la posición donde está ubicado el paquete energético de la partícula; molécula ayudando a que no sea sustraído, este paquete de energía en vez de ser localizado en el carbono 3 se localizará en el carbono 2

Procedemos con la enzima 9, la Enolasa, ésta se encarga de deshidratar a las moléculas, quitándoles las cargas de hidrógeno H2O,

Quedando las moléculas inestables, con tres enlaces químicos, aquí es donde se lanzan al tercer carbono para recuperar la estabilidad;

Llega la última encima, la Piruvato Quinasa, esta llega con un paquete vacío ADP, finalmente le quita a las moléculas sus últimos paquetes energéticos para llenar su ATP, quedando las moléculas sin carga energética pero aún así están estables debido a que todos sus carbonos conservan los 4 enlaces químicos;

Sin embargo la enzima Piruvato Quinasa le proporciona a las moléculas una carga de hidrógeno adicional quedando las moléculas,

Esto con el fin de que puedan entrar al ciclo de krebs y que se pueda seguir sustrayendo la energía de ambas moléculas.

Se conoce que en el proceso de la glucólisis por una molécula de glucosa que entra a nuestro organismo se da como resultado 8 ATP.

Conceptos: 

✓ Ácidos Grasos; biomólecula de naturaleza lipídica formada por una larga cadena hidrocarbonada lineal de diferente longitud o número de átomos de carbono en cuyo extremo hay un grupo carboxilo.

✓ ATP; adenosín trifosfato es un nucleótido fundamental en la obtención de la energía celular, está formada por una base nitrogenada unida al carbono 1 de un azúcar de tipo pentosa.

✓ Biomólecula; compuesto químico que se encuentra en los organismos vivos, formado por sustancias químicas compuestas principalmente por; carbono, hidrógeno oxígeno, nitrógeno, sulfuro y fósforo.

✓ Bioquímico;  rama de la ciencia que estudia la composición química de los seres vivos. Especialmente proteínas, carbohidratos, lípidos, ácidos nucleicos y otras pequeñas moléculas presentes en las células.

✓ Exergónico; que describe una reacción química que libera energía en forma de calor, luz, entre otros. Son procesos espontáneos y son lo contrario de las reacciones endergónicas.

✓ Glicerina; es un alcohol líquido que se utiliza para elaborar diversos productos cosméticos, como jabón y otros productos.

✓ Inorgánicos; son compuestos que están formados por distintos elementos pero no es que su componente principal no siempre es el carbono, siendo éste el agua el más abundante.

✓ Monosacáridos; glúcidos más sencillos que no se hidrolizan, es decir, no se descomponen en otros compuestos más simples.

✓ Oxidación; fenómeno químico en virtud del cual se transforma un cuerpo o un compuesto por la acción de un oxidante, que hace que en dicho cuerpo compuesto aumenta la cantidad de oxígeno y disminuye el número de electrones de alguno de los átomos.

✓ Polisacáridos; son polímeros cuyos constituyentes son monosacáridos, los cuales se unen repetitivamente mediante enlaces glucosídicos.

 

Gracias por leer 📚, próximamente Ciclo de Krebs y Fermentación 🔬📖.

Consulta:

- Universidad Nacional de Lomas de Zamora. Facultad de Ciencias Agrarias, Cátedra de Biología - Módulo Respiración Celular, [Artículo en Línea], pág 2 - 4. (s/a).

- Biologia - Ingeniería y Ciencias Físico Matemáticas, por M. en C. Ilia Mariana Escobar Avila [Presentación en Línea], (s/a).

- Tema 12. Catabolismo y Anabolismo [S/A]. [Artículo en Línea], pág, 2 - 3 - 14. (2012, 10).

- Glucólisis Fácil. Por Camacho Learn [ Video en Línea: https://youtu.be/iUroKREmOKo ], (2020, 09).