Catabolismo

El catabolismo es el conjunto de reacciones de degradación que existen en la célula. En este tipo de reacciones se parte de un compuesto mayor, rico en energía, para obtener compuestos más pequeños pobres en energía. En la rotura del compuesto se obtiene energía. La energía desprendida en las reacciones catabólicas es utilizada en las reacciones anabólicas.

La respiración celular es un conjunto de reacciones catabólicas cuyo fin es la obtención de energía.

Tipos de Respiración

• Respiración anaerobia: la realizan bacterias y levaduras que respiran sin oxígeno. Presenta dos fases:
  • Glucólisis: se realiza en el citosol y consiste en la degradación de la molécula de glucosa hasta formar dos moléculas de ácido pirúvico. El proceso consta de 10 reacciones en dos fases. En la primera, hay una serie de reacciones en las que se intercombinan las hexosas para finalizar dando dos moléculas de 3 átomos de carbono (fosfodihidroxiacetona PDHA y fosfogliceraldehído). La segunda fase agrupa una serie de reacciones, todas ellas con compuestos de 3 átomos de carbono, para finalizar dando dos moléculas de ácido pirúvico.
  • Fermentación: es una forma de respiración para algunos microorganismos en la que el aceptor final de electrones es algún compuesto orgánico. Hay dos tipos:
    • La fermentación alcohólica es un proceso biotecnológico realizado por células eucariotas, se lleva a cabo por levaduras del género Saccharomyces. Debido a estas levaduras, la fermentación alcohólica es una forma de respiración en la que el aceptor final de electrones es el etanol.
    • En la fermentación láctica, el ácido pirúvico obtenido en la glucólisis es el aceptor de electrones procedentes del NADH y se transforma en ácido láctico. Esta reacción está catalizada por la enzima lactato deshidrogenasa.

Rendimiento energético de la respiración anaerobia: glucólisis (se forman 2 NADH₂ y 4 ATP y se gastan 2 ATP) y fermentación (se forman 2 etanol/ácido láctico y se gastan 2 NADH₂) quedando 2 ATP.

Respiración aerobia: la realizan la mayoría de los seres vivos. Presenta tres etapas:

• Glucólisis: se realiza en el citosol y consiste en la degradación de la molécula de glucosa hasta formar dos moléculas de ácido pirúvico. El proceso consta de 10 reacciones en dos fases. En la primera hay una serie de reacciones en las que se intercombinan las hexosas para finalizar dando dos moléculas de 3 átomos de carbono (fosfodihidroxiacetona PDHA y fosfogliceraldehído). La segunda fase agrupa una serie de reacciones, todas ellas con compuestos de 3 átomos de carbono, para finalizar dando dos moléculas de ácido pirúvico.
• Ciclo de Krebs: es una vía metabólica del catabolismo aerobio. En cada ciclo de Krebs entra el acetil-CoA y salen dos moléculas de CO₂, 3 NADH, 1 FADH₂ y 2 ATP (como se realiza dos veces x2). Las reacciones tienen lugar en la matriz de la mitocondria.
  1. Condensación: el acetil-CoA procedente de la oxidación parcial de la glucosa, de los ácidos grasos y de los aminoácidos transfiere el grupo acetilo a una molécula de ácido oxalacético para formar ácido cítrico, con lo que la molécula de coenzima A queda libre.
  2. Isomerización: el ácido cítrico se transforma en ácido isocítrico en una reacción que supone la salida y la posterior entrada de una molécula de H₂O y la formación de un compuesto intermedio, el ácido cisaconítico.
  3. Descarboxilación oxidativa: el ácido isocítrico pierde una molécula de CO₂ y se oxida para formar ácido α-cetoglutárico. Es un proceso de descarboxilación oxidativa que está catalizado por el enzima isocitrato deshidrogenasa, cuyo coenzima de electrones es el NAD⁺ que se reduce a NADH + H⁺.
  4. Descarboxilación oxidativa: el ácido α-cetoglutárico se oxida y libera una molécula de CO₂ para formar succinil-CoA. Esta reacción libera energía que se emplea para formar un enlace tioéster con una molécula de coenzima A. Los electrones son recogidos por el NAD⁺ que se transforma en NADH + H⁺.
  5. Hidrólisis: el enlace entre el ácido succínico y el CoA se rompe y se libera energía suficiente para sintetizar un nucleótido rico en energía, el GTP, a partir de GDP y ácido fosfórico.
  6. Oxidación: el ácido succínico se oxida para formar ácido fumárico por acción del enzima succinato deshidrogenasa. Los electrones son recogidos por el coenzima FAD que se reduce a FADH₂.
  7. Hidratación: el ácido fumárico se transforma en ácido málico. Es una reacción de hidratación en la que se satura el doble enlace formado en la etapa anterior.
  8. Oxidación: la deshidrogenación del ácido málico da lugar a la formación de ácido oxalacético, con lo que se cierra el ciclo.
• Fosforilación oxidativa: es el mecanismo de síntesis de ATP en la respiración. Tiene lugar en la mitocondria. La enzima ATP sintetasa es la enzima que cataliza la síntesis de ATP. La síntesis de ATP se realiza por la unión de un grupo fosfato al ADP mediante un enlace de alta energía. Esta reacción de síntesis es endergónica, es decir, requiere un aporte energético importante para producirse, el cual es suministrado por el transporte de los electrones liberados en las oxidaciones que han tenido lugar previamente.