Producción de alimentos y energía: glucólisis y respiración celular

Glucólisis: una introducción

Durante el proceso de digestión, los carbohidratos se descomponen en azúcares simples que pueden ser transportados a través de la pared intestinal al torrente sanguíneo, para ser utilizados por varias células del cuerpo. La digestión de los carbohidratos comienza en la boca con la acción de la amilasa salival y termina con la absorción de los monosacáridos a través del intestino delgado. Una vez que los monosacáridos absorbidos se transportan a los tejidos, comienza el proceso de respiración celular . Esta lección se centrará en la glucólisis , un proceso en el que la glucosa monosacárido se oxida, liberando la energía almacenada en sus enlaces para producir ATP.

Glucólisis y metabolismo de la glucosa

La glucosa es la fuente de energía más disponible del cuerpo. Después de que los procesos digestivos descomponen los polisacáridos en monosacáridos, los monosacáridos se transportan a través de la pared del intestino delgado hacia el sistema circulatorio. Desde aquí, viajan al hígado. En el hígado, los hepatocitos pasan la glucosa a través del torrente sanguíneo o almacenan el exceso de glucosa como glucógeno . Las células del cuerpo absorben la glucosa circulante en respuesta a la insulina y a través de la glucólisis, transfiriendo parte de la energía de la glucosa al ADP para formar ATP . El último paso de la glucólisis produce el producto piruvato . La glucólisis comienza con la fosforilación de la glucosa por la hexocinasa para formar glucosa-6-fosfato . Este paso utiliza un ATP, que es el donante del grupo fosfato. Bajo la acción de la fosfofructoquinasa, la glucosa-6-fosfato se convierte en fructosa-6-fosfato . En este punto, un segundo ATP dona su grupo fosfato, formando fructosa-1,6-bisfosfato . Este azúcar de seis carbonos se divide para formar dos moléculas fosforiladas de tres carbonos, gliceraldehído-3-fosfato y dihidroxiacetona fosfato , que se convierten en gliceraldehído-3-fosfato.. El gliceraldehído-3-fosfato se fosforila adicionalmente con grupos donados por dihidrógeno fosfato presente en la célula para formar la molécula de tres carbonos 1,3-bisfosfoglicerato . La energía de esta reacción proviene de la oxidación del gliceraldehído-3-fosfato. En una serie de reacciones que conducen al piruvato, los dos grupos fosfato se transfieren a dos ADP para formar dos ATP. Por tanto, la glucólisis utiliza dos ATP, pero genera cuatro ATP, lo que produce una ganancia neta de dos ATP y dos moléculas de piruvato. En presencia de oxígeno, el piruvato continúa con el ciclo de Krebs, donde se extrae y se transmite energía adicional. Cuando el oxígeno es limitado o ausente, el piruvato entra en una vía anaeróbica . En estas reacciones, el piruvato se puede convertir en ácido láctico.. Además de generar un ATP adicional, esta vía sirve para mantener baja la concentración de piruvato para que continúe la glucólisis y oxida el NADH en el NAD + necesario para la glucólisis. En esta reacción, el ácido láctico reemplaza al oxígeno como aceptor final de electrones. La respiración anaeróbica ocurre en la mayoría de las células del cuerpo cuando el oxígeno es limitado o no hay mitocondrias. Por ejemplo, cuando una persona hace ejercicio, los músculos utilizan ATP más rápido de lo que se les puede suministrar oxígeno. Dependen de la glucólisis y la producción de ácido láctico para una rápida producción de ATP.

Lípidos en la respiración celular

El metabolismo de los lípidos incluye la oxidación de ácidos grasos para generar energía o sintetizar nuevos lípidos a partir de componentes más pequeños. El metabolismo de los lípidos está asociado con el metabolismo de los carbohidratos, ya que los productos de la glucosa (como la acetil CoA ) se pueden convertir en lípidos. Para obtener energía de la grasa, los triglicéridos primero deben descomponerse en sus dos componentes, glicerol y ácidos grasos . Este proceso, la lipólisis , tiene lugar en el citoplasma. Los ácidos grasos resultantes se oxidan por beta-oxidación en acetil CoA, que es utilizado por el ciclo de Krebs. El glicerol que se libera después de la lipólisis entra en la vía de la glucólisis como DHAP. Debido a que una molécula de triglicéridos produce tres moléculas de ácidos grasos, con más de 16 carbonos cada una, las moléculas de grasa producen más energía que los carbohidratos y son una fuente importante de energía para el cuerpo humano. Por lo tanto, los triglicéridos pueden convertirse en moléculas de acetil CoA y usarse para generar ATP a través de la respiración aeróbica cuando los niveles de glucosa son bajos.

Cetonas en la respiración celular

Los órganos pueden utilizar otras fuentes de energía además de la glucosa. Una fuente alternativa de energía son las cetonas . Esto mantiene el cerebro funcionando cuando la glucosa es limitada. Cuando las cetonas se producen más rápido de lo que se pueden usar, se pueden descomponer en dióxido de carbono y acetona. La acetona se elimina por exhalación. El dióxido de carbono producido puede acidificar la sangre y provocar cetoacidosis diabética, una enfermedad peligrosa en los diabéticos. Las cetonas se oxidan para producir energía para el cerebro. El beta-hidroxibutirato se oxida a acetoacetato y se libera NADH. Se agrega una molécula de HS-CoA al acetoacetato, formando acetoacetil CoA. El carbono dentro del acetoacetil CoA que no está unido a la CoA luego se desprende, dividiendo la molécula en dos. Este carbono luego se une a otro HS-CoA libre, lo que da como resultado dos moléculas de acetil CoA. Estas dos moléculas de acetil CoA luego se procesan a través del ciclo de Krebs para generar energía.

Una descripción general de la glucólisis. CC por OpenStax

Resumen de la lección

En esta lección, discutimos los pasos de la glucólisis con respecto a la respiración celular. También se detallaron las funciones que desempeñan los lípidos y las cetonas en la respiración celular. En resumen, la glucólisis es la descomposición de una molécula de glucosa en dos moléculas de piruvato, lo que crea dos moléculas netas de ATP y dos moléculas de NADH. Por lo tanto, la glucólisis genera energía para la célula y crea moléculas de piruvato que pueden procesarse más a través del ciclo de Krebs aeróbico, convertirse en ácido láctico o alcohol (en la levadura) por fermentación, o usarse más tarde para la síntesis de glucosa a través de la gluconeogénesis. Los lípidos se descomponen mediante el proceso de lipólisis, lo que da como resultado sus dos componentes principales, el glicerol y los ácidos grasos. Los ácidos grasos pueden convertirse en moléculas de acetil CoA y usarse para generar ATP cuando los niveles de glucosa son bajos. Las cetonas también pueden usarse como fuente de energía para las células cuando los niveles de glucosa son demasiado bajos.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador