tema_5_bioca__Chos_Parte_2_
Metabolismo de Carbohidratos - Parte II
Metabolismo Anaeróbico
Glucólisis
La glucólisis es una vía metabólica en la que una molécula de glucosa (C6H12O6) se convierte en dos moléculas de piruvato (C3H4O3) a través de una serie de 10 reacciones enzimáticas que ocurren en el citoplasma celular. La ganancia neta de energía a partir de este proceso es de 2 ATP por cada molécula de glucosa, así como 2 moléculas de NADH, que son cofactores reducidos que transportan electrones en la cadena respiratoria.
Formación de Lactato
En condiciones de ausencia de oxígeno (anaerobiosis), el piruvato producido se convierte en lactato (C3H6O3) mediante la acción de la lactato deshidrogenasa (LDH). Este proceso no solo permite la regeneración de NAD+ a partir de NADH, lo que es crucial para que la glucólisis continúe funcionando, sino que también resulta en la producción de 2 ATP por cada molécula de glucosa procesada, permitiendo la supervivencia celular en condiciones anaeróbicas, como durante el ejercicio intenso.
Fermentación en Levaduras
Las levaduras, como Saccharomyces cerevisiae, pueden llevar a cabo la fermentación para convertir el piruvato en etanol (C2H5OH). Este proceso implica la descarboxilación del piruvato para formar acetaldehído (C2H4O) y la subsiguiente reducción del acetaldehído a etanol utilizando NADH. Durante esta fermentación, se libera dióxido de carbono (CO₂), que es responsable de la carbonatación en las bebidas como la cerveza y el pan.
Ciclo de Cori
El ciclo de Cori describe la interrelación metabólica entre los músculos y el hígado. Cuando la glucosa es captada por el músculo a través del transportador GLUT4, hay dos opciones:
Opción 1: Formar glucógeno a través de la glucogénesis, almacenando energía.
Opción 2: La glucosa se convierte en piruvato, que luego es transformado en lactato. Este lactato se transporta al hígado, donde puede ser convertido de nuevo en glucosa mediante la gluconeogénesis. En este ciclo, también se produce alanina, que se utiliza como sustrato para la gluconeogénesis.
Metabolismo Aeróbico
En condiciones aeróbicas, el piruvato generado en la glucólisis se transporta a las mitocondrias, donde es convertido en acetil-CoA (C2H3O-CoA) en una reacción catalizada por la enzima piruvato deshidrogenasa (PDH). Este proceso no solo genera CO₂ como un subproducto, sino también 2 moléculas de NADH, que son fundamentales para la cadena de transporte de electrones. La reacción global es:
C6H12O6 + 2 NAD+ + 2 CoA → 2 C2H3O-CoA + 2 CO2 + 2 NADH.
Asociación de Enzimas en PDH
El complejo de la piruvato deshidrogenasa es un multienzimático compuesto por tres enzimas: E1 (piruvato deshidrogenasa), E2 (dihidrolipoil transacetilasa) y E3 (dihidrolipoil deshidrogenasa). Además, requiere cofactores importativos como la Vitamina B1 (tiamina), B2 (riboflavina) y B3 (niacina) para llevar a cabo la descarboxilación oxidativa del piruvato.
Gluconeogénesis
La gluconeogénesis es la síntesis de glucosa desde compuestos no glicídicos, principalmente lactato, piruvato y ciertos aminoácidos como alanina. Esta vía metabólica es regulada de manera opuesta a la glucólisis para prevenir el desperdicio energético. Es esencial durante períodos de ayuno o ejercicio prolongado, y ocurre principalmente en el hígado y a menor escala en los riñones.
Esquema de Regulación
El fructosa 2,6-bisfosfato actúa como un regulador alostérico clave que activa la glucólisis y inhibe la gluconeogénesis, y viceversa, mediante la regulación de enzimas como la fosfofructoquinasa-1 y la fructosa-1,6-bisfosfatasa.
Ciclo de Krebs
El ciclo de Krebs, también conocido como el ciclo del ácido cítrico o ciclo del ácido tricarboxílico (TCA), consiste en 8 reacciones enzimáticas. Es fundamental para la producción de NADH y FADH2, que son transportadores de electrones esenciales para la generacion de ATP en la cadena respiratoria. Este ciclo debe ser regulado ya que un exceso de ATP y NADH puede inhibir ciertas reacciones y alterar el equilibrio metabólico.
Generación Total de ATP
De una molécula de glucosa totalmente oxidada, se pueden generar entre 36 y 38 moléculas de ATP, distribuidas en: 2 ATP por la glucólisis, 6 ATP correspondientes a los 2 NADH producidos en la conversión de piruvato a acetil-CoA, y 18 ATP generados a partir de 6 NADH y 4 ATP producidos en el ciclo de Krebs.
Regulación Hormonal de la Glucosa
Las hormonas hipoglucémicas, como la insulina, regulan el descenso de la concentración de glucosa en sangre, mientras que las hormonas hiperglucémicas —glucagón, epinefrina y cortisol— elevan los niveles de glucosa mediante la promoción de la gluconeogénesis y la glucogenólisis. Los niveles normales de glucosa en sangre deben mantenerse entre 70 y 100 mg/dl.
Respuestas Metabólicas
La adrenalina no solo aumenta la glucólisis y la gluconeogénesis, sino que también inhibe la liberación de insulina, asegurando que durante situaciones de estrés físico la glucosa esté disponible para los tejidos. Las hormonas como el glucagón estimulan la gluconeogénesis y glucogenólisis para proporcionar un suministro adecuado de glucosa al organismo.
Hipoglucemia
Los síntomas de hipoglucemia varían considerablemente según el nivel de glucosa en sangre, desde una sensación de hambre hasta pérdida de conciencia o incluso la muerte en casos extremos de niveles de glucosa muy bajos.
Resumen Final
El cerebro humano actúa como un gran consumidor de glucosa, y en condiciones normales, no almacena glucógeno. El glucógeno almacenado en el hígado es liberado durante períodos de ayuno para mantener niveles adecuados de glucosa en sangre. La capacidad de regular adecuadamente el metabolismo de los carbohidratos es esencial para mantener la homeostasis glucémica durante períodos de estrés físico y ayuno. Esta revisión del metabolismo de carbohidratos establece una base para la comprensión del metabolismo de los lípidos en la próxima unidad.