¿Qué es el catabolismo y cómo extraen energía química las células?

El término catabolismo (del griego kato, que significa 'hacia abajo', y ballein, 'lanzar') hace referencia al conjunto de procesos metabólicos centrados en la degradación de nutrientes orgánicos complejos para transformarlos en productos finales más simples. Su finalidad principal es extraer energía química útil para mantener las funciones celulares, la cual queda retenida fundamentalmente mediante la síntesis de trifosfato de adenosina (ATP). A diferencia del anabolismo, que se encarga de la construcción de moléculas, el catabolismo descompone estructuras bioquímicas a través de reacciones de oxidación-reducción que se conservan de forma muy similar en la mayor parte de los seres vivos.

¿Cómo se degradan los glúcidos y qué papel juega la glucólisis?

Tras la digestión de los polisacáridos en azúcares simples como la glucosa, las células inician la ruta de la glucólisis, un proceso anaerobio que se desarrolla tanto en condiciones aeróbicas como anaeróbicas. Mediante una serie de diez reacciones enzimáticas, una molécula de glucosa se divide en dos moléculas de piruvato, generando un rendimiento neto directo de dos moléculas de ATP y dos de NADH. Este paso inicial permite a la célula obtener energía de manera rápida sin la necesidad imperativa de oxígeno.

¿Qué diferencias existen entre la respiración aeróbica y la fermentación?

Cuando el oxígeno no se encuentra disponible, el piruvato resultante de la glucólisis puede seguir rutas de fermentación, como la láctica o la alcohólica, cuya eficiencia energética es menor ya que únicamente produce dos moléculas de ATP por cada molécula de glucosa inicial. En contraste, si hay presencia de oxígeno, el piruvato se transporta a las mitocondrias para ser transformado en acetil-CoA, ingresando posteriormente al ciclo de Krebs y a la cadena de transporte de electrones, lo que maximiza de forma notable la producción de energía celular.

De qué manera los lípidos almacenan y liberan grandes cantidades de energía?

Los lípidos actúan como excelentes combustibles para los animales y vegetales, destacando por su gran rendimiento energético en comparación con los carbohidratos. Para ser utilizados, los ácidos grasos deben ser activados en la membrana mitocondrial externa mediante la unión con la coenzima A, requiriendo un gasto inicial de dos moléculas de ATP. A continuación, el acil-CoA resultante se somete al ciclo de la beta-oxidación, un proceso que fragmenta la molécula de dos en dos átomos de carbono para generar FADH2, NADH y acetil-CoA, los cuales se oxidan completamente en etapas posteriores.

¿Cómo intervienen las proteínas y los aminoácidos en las rutas catabólicas?

Cuando los aminoácidos no se emplean de manera directa para sintetizar nuevas proteínas, el organismo no puede almacenarlos ni excretarlos directamente, por lo que recurre a su catabolización a través de la proteólisis. El primer paso consiste en la desaminación, que elimina el grupo amino para expulsar el exceso de nitrógeno. El esqueleto carbonado restante de los distintos aminoácidos ingresa en vías metabólicas específicas que desembocan en piruvato, acetil-CoA u otros intermediarios del ciclo de Krebs para continuar con su oxidación.

Cuál es la función central del acetil-CoA y del ciclo de Krebs?

El acetil-CoA funciona como el principal nodo de convergencia para la degradación de glúcidos, lípidos y proteínas. Esta molécula de dos carbonos ingresa al ciclo de Krebs (o ciclo del ácido cítrico), una secuencia cíclica de reacciones enzimáticas ubicada en la matriz mitocondrial de las células eucariotas o en el citoplasma de las procariotas. Durante este ciclo se genera GTP junto con coenzimas reducidas como el FADH2 y el NADH, las cuales transfieren sus electrones a la cadena transportadora situada en la membrana mitocondrial interna para impulsar la síntesis masiva de ATP mediante fosforilación oxidativa.

Sources & Further Reading

• Ministerio de Educación del Gobierno de España, Recurso educativo de Biología y Geología, Metabolismo
• García, Furió, García, Sendra, Varela, Biologia, 2.o Bachillerato, Editorial ECIR, ISBN 84-7065-820-4.
• Devlin, T. M., Bioquímica, 4.ª edición, Editorial Reverté, Barcelona, ISBN 84-291-7208-4.
• Nelson, David L.; Cox, Michael M., Lehninger Principles of Biochemistry, 5th edition, W. H. Freeman and Company.