- Carbohidratos, lípidos y
proteínas en el ciclo de los ácidos
tricarboxílicos - Glucólisis
- Energía de la
b –
Oxidación - Conclusión
El metabolismo es
una actividad altamente integrada y pletórica de
propósitos, en la que participan muchos conjuntos de
sistemas
multienzimáticos. Aunque el metabolismo
intermediario comprende centenares de reacciones diferentes,
catalizadas enzimáticamente, las rutas metabólicas
centrales muestran un plan de organización sencillo, y son fáciles
de comprender; además son idénticas en la mayor
parte de las formas de vida.
La degradación enzimática de cada uno de
los principales elementos nutritivos de las células a
saber, los hidratos de carbono, lo
lípidos y
las proteínas,
tienen lugar de modo escalonado, a través de cierto
número de reacciones enzimáticas consecutivas. Las
enzimas que
catalizan estas etapas y los diversos intermediarios
químicos que se forman en la ruta hasta los productos
finales están, en su mayor parte, bien
comprendidos.
Carbohidratos,
lípidos y
proteínas en el ciclo de los ácidos
tricarboxílicos:
El principal alimentador en el ciclo de los ácidos
tricarboxílicos es el acetilo de la acetil coenzima A; sus
dos carbonos se unen a un intermediario de 4 carbonos
(oxalacetato) y forman uno de 6 (citrato); en una vuelta del
ciclo se regenera el intermediario de 4 carbonos, listo para dar
otra vuelta al ciclo si este es alimentado con mas acetilo. En
una vuelta del ciclo se liberan 2CO2, 2H2O,
un GTP y 4 pares de hidrógenos que entran a la cadena
respiratoria. La acetil coenzima A provienen del metabolismo de
los carbohidratos
y los lípidos, y en menor proporción del
metabolismo de las proteínas, las cuales, como
aminoácidos, pueden alimentar el ciclo en sitios
diferentes a los del acetilo.
Desde el punto de vista de las reacciones degradativas y
de la obtención de energía, la conexión
fundamental entre la glucólisis y el ciclo de krebs se
establece a través de la descarboxilación oxidativa
del piruvato y su conversión a CO2 y acetil
coenzima A. La b
oxidación de los ácidos grasos su
conversión a CO2 y acetil coenzima A,
incorporado al ciclo en forma directa A. Los aminoácidos
glucogénicos se convierten en piruvato y este en acetil
coenzima A. Otros aminoácidos se transforman en
intermediarios del ciclo: el aspartato al desaminarse genera
oxalacetato y el glutamanato, l – celoglutanato,
única sustancia del ciclo con 5 carbonos.
Es la ruta central mediante la cual se extrae
energía de los hidratos de carbono. Se
trata de una ruta formada por 10 pasos, que va de la glucosa al
piruvato en las células
con respiración. En los microorganismos
anaerobios o en las células que representan un deterioro
de la respiración, el piruvato sufre reacciones
de reducción, con lo que el conjunto de la ruta puede
cursar sin un cambio neto
del estado de
oxidación. La glucólisis puede contemplarse como un
proceso que
transcurre en dos fases; en primer lugar, una fase de inversión de energía, en la que
utiliza ATP para sintetizar un azúcar
fosfato de 6 carbonos que se desdobla en dos triosa fosfatos, y
en segundo lugar, una fase de generación de
energía, en la que la energía de los compuestos de
súper – alta energía se utiliza para impulsar
la síntesis
de ATP a partir de ADP. La fofofructoguinasa y la piruvatoguinasa
son los dos lugares principales de control de la
ruta. Gran parte del control
está en relación con loas necesidades
energéticas de la célula,
de tal manera, que las situaciones de baja carga
energética estimulan la ruta y las situaciones de baja
carga energética y las situaciones de abundancia
energética retardan la ruta. Las reservas de
polisacáridos intracelulares en los animales se
movilizan bajo una cascada metabólica bajo control
hormonal, en la que el A.M.P. cíclico transmite la
señal hormonal y pone en marcha sucesos que activan la
degradación del glucógeno a glucosa – 1
– fosfato.
Cuando aspartato o glutamato están implicados,
los cetoácidos producidos son el L – citoglutanato y
el oxalacetato, respectivamente, siendo ambos intermediarios del
ciclo del ácido cítrico. En consecuencia, cada uno
puede entrar al ciclo para completar su catabolismo. Sin embargo,
nótese que cuando el ciclo comienza en cada uno de esos
puntos, el funcionamiento continuado dependerá de la
disponibilidad de suficiente acetil – SCOA para formar
citrato.
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Un análisis ideal de la bioenergética
del catabolismo de los ácidos grasos requiere la
suposición de que el destino de la acetil – SCoA
sería entrar al ciclo del ácido cítrico,
donde sería oxidada completamente a CO2. la
suposición no sería irreal. En realidad ese
sería el caso cuando el estado
fisiológico del organismo y / o factores dietéticos
determinen que los lípidos, en lugar de los carbohidratos,
sean utilizados como fuente de energía principal.
Recuérdese además que las enzimas del ciclo
ácido cítrico están también
localizadas en las mitocondrias.
Una vez dentro de la mitocondria, los compuestos acil
– SCoA se degradan a través de la acción de 4
enzimas. La química de esta serie
de reacciones es directa, y sigue los siguientes
pasos:
- Eliminación de hidrógeno
(deshidrogenación) para producir una acil –
SCoA a
, b no
saturada; - Hidratación para producir una
b –
hidroxiacil-SCoA; - Oxidación (deshidrogenación) para dar
una b
-cetoacil-SCoA; - Ruptura tiolítica para producir acetil-SCoA y
un segundo acil-SCoA, acortado ahora en dos unidades de
carbono; y - Recirculación de acil – SCoA acortado a
través de los pasos desde (A) hasta(D)
Nótese, que aunque las etapas oxidativas (A) y
(C) son catalizadas por deshidrogenasas, la primera es
dependiente de PAD y la segunda de NAD+. Ambas etapas
representan sitios de conservación de energía,
que es finalmente utilizada en la formación de ATP. El
acil-SCoA acortado podría ir luego a través de la
misma secuencia de reacciones, generando una segunda unidad de
acetil-SCoA y otro acil-SCoA acortado, el cual sería
recirculado por otro paso. Este patrón cíclico de
la b –
oxidación continuaría a través de la
formación del metabolismo b -ceto de cuatro carbonos, acetoacetil
–
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SCoA (CH3-C-CH2-C-SCoA). La ruptura teolítica
de este
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compuesto daría dos unidades de CH3-C-SCoA y,
de esta manera, completaría el proceso.
Como se indica, siendo estearil – ScoA el compuesto
inicial, el efecto global sería la conversión
completa de nueve unidades de acetil – ScoA. Todas las
enzimas han sido aisladas en forma pura. Nótese las
estereoespecifidadedes de las enzimas que se aplaca tanto a la
formación de producto
como al sustrato preferido.
El metabolismo intermediario puede dividirse en rutas
catabólicas, que son las responsables de la
degradación de las moléculas nutritivas de alto
contenido energético, y en rutas anabólicas, por
las cuales se efectúa la biosíntesis de los componentes celulares;
la ruta anfibólica central puede desempeñar ambas
capacidades. Cada ruta se halla promovida por una secuencia de
enzimas específicas que cataliza reacciones consecutivas.
Las rutas catabólicas y anabólicas que se inician
en un nutriente determinado o que conducen a él, como la
glucosa no son exactamente inversas una de otra, sino que son
química y
enzimáticamente diferentes. Además, se hallan
reguladas independientemente y se localizan en diferentes partes
de la célula
Documento cedido por:
JORGE L. CASTILLO T.