Al igual que las centrales eléctricas transforman un tipo de energía en otra para que pueda ser utilizada más fácilmente, la energía que introducimos en nuestros organismos, gracias a los nutrientes que consumimos, es transformada para que las células puedan usarla y desempeñar sus funciones.
Así, mediante una serie de rutas metabólicas (denominadas colectivamente respiración celular), se consigue extraer la energía de los enlaces de glucosa y convertirla en una forma de energía que todos los organismos vivos pueden emplear.
Así, mediante una serie de rutas metabólicas (denominadas colectivamente respiración celular), se consigue extraer la energía de los enlaces de glucosa y convertirla en una forma de energía que todos los organismos vivos pueden emplear.
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Energía en los seres vivos
Una célula viva no puede almacenar cantidades importantes de energía libre, ya que produciría un incremento en la temperatura de la célula que podría dañarla y posteriormente destruirla. Por tanto, la célula debe acumular esa energía de un modo seguro y liberarla sólo cuando sea necesario, lo cual consiguen gracias al compuesto trifosfato de adenosina (ATP), que como se ha mencionado en otras ocasiones, se le considera la “moneda energética” de la célula.
El ATP permite a la célula guardar energía brevemente y transportarla dentro de ella para favorecer reacciones químicas endergónicas.
La estructura del ATP consiste en una molécula de monofosfato de adenosina (AMP[1]), la cual a su vez, se compone de una molécula de adenina unida a una molécula de ribosa y a un grupo fosfato. La incorporación de un segundo grupo fosfato origina difosfato de adenosina (ADP) y la adición de un tercer grupo fosfato da lugar finalmente al trifosfato de adenosina (ATP).
La estructura del ATP consiste en una molécula de monofosfato de adenosina (AMP[1]), la cual a su vez, se compone de una molécula de adenina unida a una molécula de ribosa y a un grupo fosfato. La incorporación de un segundo grupo fosfato origina difosfato de adenosina (ADP) y la adición de un tercer grupo fosfato da lugar finalmente al trifosfato de adenosina (ATP).
La vida para llevar a cabo sus procesos y obtener energía descompone continuamente ATP en ADP[2], a través de la reacción de hidrólisis del ATP, produciendo asimismo un ión de fosfato inorgánico:
ATP + H2O ⇔ ADP + fosfato inorgánico (Pi)
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El agua que interviene en esta reacción se descompone en un átomo de hidrógeno y un grupo hidróxilo. Esta agua es regenerada al añadirse un tercer fosfato a la molécula de ADP, el cual reconstituye, a su vez, el ATP gracias a la adición de ese tercer grupo fosfato, operando de la misma manera que lo hace una batería recargable.
La energía de prácticamente todos los seres vivos procede del metabolismo de la glucosa. De esta manera, el ATP está conectado directamente al conjunto de rutas exergónicas del catabolismo de la glucosa y la infinidad de rutas endergónicas que proporcionan energía a las células.
Los dos procesos de regeneración de ATP utilizados en conjunción con el catabolismo de la glucosa son la fosforilación[3] a nivel sustrato y la fosforilación oxidativa.
En el primero de ellos, el ATP se produce a partir de ADP y un grupo fosfato procedente de un reactivo.
Pero la mayor parte del ATP generado (90%) durante el catabolismo de la glucosa se deriva de un proceso mucho más complejo que tiene lugar en la mitocondria: la quimiosmosis en el que se ve involucrado un gradiente de protones que cruza la membrana mitocondrial.
A la producción de ATP usando este mecanismo se le denomina fosforilación oxidativa al verse involucrado oxígeno en el mismo.
En el primero de ellos, el ATP se produce a partir de ADP y un grupo fosfato procedente de un reactivo.
Pero la mayor parte del ATP generado (90%) durante el catabolismo de la glucosa se deriva de un proceso mucho más complejo que tiene lugar en la mitocondria: la quimiosmosis en el que se ve involucrado un gradiente de protones que cruza la membrana mitocondrial.
A la producción de ATP usando este mecanismo se le denomina fosforilación oxidativa al verse involucrado oxígeno en el mismo.
Glicólisis
La glicólisis o glucólisis fue probablemente una de las primeras rutas metabólicas empleadas durante la evolución de los seres vivos, siendo en el presente utilizada prácticamente por todos ellos.
Es la primera ruta en el proceso de descomposición de glucosa para la extracción de energía durante el metabolismo celular, que al no requerir de la participación de oxígeno se trata de un mecanismo anaeróbico.
Es la primera ruta en el proceso de descomposición de glucosa para la extracción de energía durante el metabolismo celular, que al no requerir de la participación de oxígeno se trata de un mecanismo anaeróbico.
Este proceso se compone de dos pasos:
▣ En la primera parte, el anillo de seis átomos de carbono de la glucosa se divide en dos moléculas de azúcar de tres átomos de carbono (denominadas piruvato) para lo cual se emplea ATP.
▣ En la segunda parte se extrae ATP y electrones de alta energía, a partir de átomos de hidrógeno, los cuales se unen al compuesto NAD+ (forma oxidada de la molécula NAD[4]).
En la primera de estas fases se invierten dos moléculas de ATP, mientras que se forman cuatro mediante fosforilación a nivel sustrato en la segunda de ellas.El resultado final es una ganancia neta para la célula de dos moléculas de ATP y dos moléculas de NADH[5].
En el caso de que la célula no pueda catalizar más allá las moléculas de piruvato, tan sólo extraerá dos moléculas de ATP a partir de una molécula de glucosa.
Oxidación del piruvato y el ciclo del ácido cítrico (Ciclo de Krebs)
Si hay oxígeno disponible, la respiración aeróbica continúa adelante a partir del punto final de la glicólisis.
Las moléculas de piruvato producidas al término de esa ruta metabólica son transportadas al interior de la mitocondria donde se produce la respiración celular. Allí, el piruvato se transforma en un grupo acetilo que es recogido y activado por un compuesto transportador llamado coenzima A (CoA).
El compuesto resultante se denomina acetil coenzima A, el cual se compone de vitamina B5 (ácido pantoténico). La célula emplea este compuesto en una gran variedad de formas, pero su principal función es distribuir el grupo acetilo procedente del piruvato a la siguiente etapa del metabolismo de la glucosa (el ciclo del ácido cítrico).
Las moléculas de piruvato producidas al término de esa ruta metabólica son transportadas al interior de la mitocondria donde se produce la respiración celular. Allí, el piruvato se transforma en un grupo acetilo que es recogido y activado por un compuesto transportador llamado coenzima A (CoA).
El compuesto resultante se denomina acetil coenzima A, el cual se compone de vitamina B5 (ácido pantoténico). La célula emplea este compuesto en una gran variedad de formas, pero su principal función es distribuir el grupo acetilo procedente del piruvato a la siguiente etapa del metabolismo de la glucosa (el ciclo del ácido cítrico).
Durante la conversión del piruvato en un grupo acetilo, se eliminan una molécula de CO2 y dos electrones de alta energía. Este paso se repite en dos ocasiones, por lo que ese CO2 (2CO2) representa dos de los seis átomos de carbono de la molécula original de glucosa. Mientras que los electrones son recogidos por la molécula de NAD+ formando NADH, la cual conduce esos electrones a rutas posteriores en la producción de ATP.
En este punto, la molécula de glucosa que se introdujo en el mecanismo de respiración celular se ha oxidado completamente y la energía potencial que tenía almacenada se ha transferido a transportadores de electrones o se ha usado para sintetizar unos pocos ATPs.
A continuación, comienza el ciclo de ácido cítrico que también tiene lugar en la matriz mitocondrial.
A diferencia de la glicólisis, el ciclo de ácido cítrico es un ciclo cerrado, en el que en el último paso se regenera el compuesto utilizado en la primera etapa.
Se trata de un ciclo de ocho pasos consistente en una serie de reacciones de oxidación-reducción (redox), deshidratación, hidratación y descarboxilación, que produce dos moléculas de CO2, una molécula de GTP[6]/ATP y las formas reducidas de tres moléculas de NADH y una molécula de FADH2[7].
A diferencia de la glicólisis, el ciclo de ácido cítrico es un ciclo cerrado, en el que en el último paso se regenera el compuesto utilizado en la primera etapa.
Se trata de un ciclo de ocho pasos consistente en una serie de reacciones de oxidación-reducción (redox), deshidratación, hidratación y descarboxilación, que produce dos moléculas de CO2, una molécula de GTP[6]/ATP y las formas reducidas de tres moléculas de NADH y una molécula de FADH2[7].
Este ciclo se le considera una ruta aeróbica porque estos dos últimos compuestos deben transferir sus electrones a la siguiente ruta del sistema, que empleará oxígeno y en la que se generará ATP.
Algunos de los compuestos intermedios de este ciclo pueden utilizarse para sintetizar aminoácidos no esenciales, lípidos y azúcares que puede servir como fuente de energía para las rutas metabólicas de la glucosa. Por tanto, el ciclo de Krebs es un ciclo anfibólico (tanto catabólico como anabólico).
[1] AMP es uno de los nucléotidos en la molécula de RNA.
[2] Difosfato de adenosina: compuesto orgánico constituido por adenosina y dos grupos fosfatos.
[3] Adición de un grupo fosfato a un compuesto, normalmente un producto intermedio metabólico, una proteína o ADP.
[4] Nicotinamida adenina dinucleótido: coenzima encontrada en las células vivas, cuya función principal es el intercambio de electrones y protones en las reacciones de producción de energía.
[5] Forma reducida de la molécula NAD que, por tanto, acepta electrones.
[6] Guanosin trifosfato es otro nucleótido trifosfato usado en el metabolismo celular. Su base nitrogenada es la purina guanina.
[7] Forma reducida del FAD (flavín adenín dinucleótido: coenzima que interviene en las reacciones metabólicas de oxidación-reducción) que recibe dos átomos de hidrógeno.
[2] Difosfato de adenosina: compuesto orgánico constituido por adenosina y dos grupos fosfatos.
[3] Adición de un grupo fosfato a un compuesto, normalmente un producto intermedio metabólico, una proteína o ADP.
[4] Nicotinamida adenina dinucleótido: coenzima encontrada en las células vivas, cuya función principal es el intercambio de electrones y protones en las reacciones de producción de energía.
[5] Forma reducida de la molécula NAD que, por tanto, acepta electrones.
[6] Guanosin trifosfato es otro nucleótido trifosfato usado en el metabolismo celular. Su base nitrogenada es la purina guanina.
[7] Forma reducida del FAD (flavín adenín dinucleótido: coenzima que interviene en las reacciones metabólicas de oxidación-reducción) que recibe dos átomos de hidrógeno.
Fuentes: OpenStax College, Biology. OpenStax College. 30 May 2013.
http://table4eversquishycells.pbworks.com/w/page/9947625/How%20Cells%20Get%20Energy
http://bio100.class.uic.edu/lectures/atp_energy.jpg
https://apbionotebook.wordpress.com/chapter-09-cellular-respiration-fermentation/
http://msdoranbiology.weebly.com/notes---cp.html
http://table4eversquishycells.pbworks.com/w/page/9947625/How%20Cells%20Get%20Energy
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https://apbionotebook.wordpress.com/chapter-09-cellular-respiration-fermentation/
http://msdoranbiology.weebly.com/notes---cp.html
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