Catabolismo

El catabolismo es la transformación y degradación de moléculas complejas a moléculas simples, con liberación de energía.

El catabolismo es la parte del proceso metabólico que consiste en la transformación de biomoléculas complejas en moléculas sencillas y en el almacenamiento adecuado de la energía química desprendida en forma de enlaces de alta energía en moléculas de adenosín trifosfato.

Convergencia y diversidad en el catabolismo

El catabolismo es el proceso inverso del anabolismo, aunque no es simplemente la inversa de las reacciones anabólicas. Las reacciones catabólicas son en su mayoría reacciones de reducción-oxidación y el conjunto de reacciones catabólicas es muy similar en la mayor parte de los seres vivos, que degradan biomoléculas para obtener energía. Sin embargo, existen algunas excepciones, principalmente bacterias, como la proteobacteria quimiolitótrofa Acidithiobacillus, que es capaz de metabolizar el hierro y el azufre.

Catabolismo de biomoléculas

En el caso de los organismos que degradan biomoléculas, también existe diversidad entre las reacciones catabólicas que se llevan a cabo en presencia de oxígeno ( aeróbicas) o en ausencia de él ( anaeróbicas). A grandes rasgos, en primer lugar, las grandes moléculas orgánicas nutrientes, como las proteínas, polisacáridos o lípidos son degradados a sus monómeros constituyentes, aminoácidos, monosacáridos y ácidos grasos, respectivamente, proceso que se lleva a cabo fuera de las células en la luz del aparato digestivo; es el proceso conocido como digestión. Luego, estas moléculas pequeñas son llevadas a las células y convertidas en moléculas aún más simples, como grupos acetilos que se unen covalentemente a la coenzima A, para formar la acetil-coenzima A cuyo grupo acetil es oxidado a agua y dióxido de carbono por los organismos aerobios mediante el ciclo de Krebs, liberando energía que se retiene al reducir la coenzima nicotinamida adenina dinucleótido (NAD+) a NADH+H. El NADH y otras coenzimas son finalmente oxidadas en la cadena transportadora de electrones, proceso acoplado a la síntesis de ATP.

Glúcidos

A pesar de su bajo rendimiento energético, la fermentación es utilizada por los humanos tanto de forma biológica (en la acción muscular) como de forma industrial para la fabricación de pan o de bebidas alcohólicas como en la imagen.

Tras la digestión, mediante la que los polisacáridos se transforman en glucosa, las moléculas de glucosa siguen tanto en organismos aeróbicos como anaeróbicos la glucólisis, que tiene como resultado la producción de ATP y piruvato. En ausencia de oxígeno el piruvato podrá seguir su catabolización mediante la fermentación. En presencia de oxígeno, el piruvato será oxidado a acetil-CoA para ser degradado en el ciclo de Krebs y producir un mayor número de moléculas de ATP mediante la cadena de transporte de electrones.[1]

Glucólisis

Es un proceso anaerobio, no es necesaria la presencia de oxígeno. Tras la digestión en la que los polisacáridos han sido degradados a glucosa, se lleva a cabo la glucolisis que degradará, mediante una serie de diez reacciones, cada molécula de glucosa en dos moléculas de piruvato. La reacción global de la degradación de una molécula de glucosa es la siguiente:[2]

Glucosa + 2 NAD++ 2 ADP + 2 Pi → 2 Piruvato + 2 NADH + 2 ATP + 2 H+ + 2 H2O

Por tanto, el rendimiento energético total de la glucólisis es de 2 NADH y 2 ATP. Tanto las dos moléculas de piruvato como las dos moléculas de NADH podrán seguir otras vías metabólicas por las que podrán extraerse de ellas más energía en forma de ATP.

Fermentación

La fermentación se lleva a cabo en ausencia de oxígeno y es una alternativa a la oxidación del piruvato y al ciclo de Krebs. Su eficiencia energética es inferior a la de las reacciones aerobias, ya que a partir de una molécula de glucosa sólo se producen dos moléculas de ATP. Existen diferentes tipos de fermentación como, por ejemplo, la fermentación láctica o la alcohólica.

Oxidación del piruvato

Esta descarboxilación oxidativa se lleva a cabo en presencia de oxígeno y produce una molécula de NADH mediante la transformación de las dos moléculas de piruvato procedentes de la glucólisis en dos moléculas de acetil-CoA que podrán seguir su degradación en el ciclo de Krebs. La reacción global de la oxidación del piruvato es la siguiente:[2]

Ácido pirúvico + NAD+ + HSCoAAcetil-CoA + NADH + H+ + CO2
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