Metabolismo Energético: De la Glucosa al ATP

Glucólisis: La Fase Inicial

La generación de energía (ATP) a partir de la glucosa comienza con la glucólisis, un proceso que involucra dos fosforilaciones consecutivas. Durante la glucólisis, la glucosa se oxida a fructosa 1,6-bifosfato y luego se divide en dos moléculas de piruvato mediante una aldosa. El piruvato puede seguir dos caminos: el proceso aeróbico (ciclo de Krebs) o el proceso anaeróbico (fermentación). La combustión completa de la glucosa en condiciones aeróbicas produce 32 ATP, mientras que la fermentación anaeróbica solo genera 2 ATP.

Fosforilación Oxidativa: La Central Energética

La fosforilación oxidativa es el proceso mediante el cual se genera la mayor parte del ATP en las células. Este proceso ocurre en la mitocondria y consta de dos etapas principales: la cadena de transporte de electrones y la quimiosmosis.

Cadena de Transporte de Electrones

La cadena de transporte de electrones es una serie de complejos proteicos embebidos en la membrana interna de la mitocondria. Estos complejos transfieren electrones de moléculas donadoras (como NADH y FADH2) a un aceptor final, el oxígeno. Los complejos principales son:

Complejo I (NADH deshidrogenasa)

Recibe electrones del NADH y los transfiere a la ubiquinona (Q), bombeando protones al espacio intermembrana.

Complejo II (Succinato deshidrogenasa)

Recibe electrones del succinato (del ciclo de Krebs) y los transfiere a la ubiquinona (Q).

Complejo III (Citocromo bc1)

Transfiere electrones de la ubiquinona (QH2) al citocromo c, bombeando protones al espacio intermembrana.

Complejo IV (Citocromo c oxidasa)

Transfiere electrones del citocromo c al oxígeno, bombeando protones al espacio intermembrana.

Quimiosmosis y ATP Sintasa

El bombeo de protones por los complejos I, III y IV crea un gradiente electroquímico a través de la membrana interna de la mitocondria. Este gradiente impulsa la síntesis de ATP por la ATP sintasa. La ATP sintasa es una enzima que utiliza la energía del gradiente de protones para fosforilar ADP a ATP.

Regulación del Metabolismo Energético

El metabolismo energético está finamente regulado para satisfacer las necesidades de la célula. Algunos mecanismos de regulación incluyen:

Efecto Bohr

El aumento del pH disminuye la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno, lo que favorece la liberación de oxígeno en los tejidos.

Efecto del CO2

El aumento de la presión de CO2 disminuye el pH y la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno, lo que también favorece la liberación de oxígeno en los tejidos.

Regulación de la Glucólisis

La enzima fosfofructocinasa-1 (PFK1) es un punto clave de regulación en la glucólisis. El ATP y el citrato inhiben la PFK1, mientras que la fructosa-2,6-bifosfato (F26BP) la activa.

Metabolismo del Glucógeno

La glucógeno sintasa cataliza la síntesis de glucógeno, mientras que la glucógeno fosforilasa cataliza su degradación. Estas enzimas están reguladas por hormonas como la insulina y el glucagón.

Importancia del Metabolismo Energético

El metabolismo energético es esencial para la vida. Proporciona la energía necesaria para todas las funciones celulares, desde la contracción muscular hasta la síntesis de proteínas. La disfunción del metabolismo energético puede conducir a una variedad de enfermedades, como la diabetes y el cáncer.