Catabolismo y Enzimas: Un Vistazo Detallado

Enzimas Alostéricas

Las enzimas alostéricas son aquellas que pueden adoptar dos formas estables diferentes: una configuración activa y una configuración inactiva. Además del centro activo, estas enzimas poseen un centro regulador al que se une una sustancia llamada ligando. En algunos casos, solo una configuración presenta afinidad por el ligando, y es la presencia de este la que determina el cambio de configuración en la enzima (transición alostérica).

Clasificación de las Enzimas

Las enzimas se clasifican en seis clases según su función:

1. Oxidoreductasas: Catalizan reacciones de oxidación o reducción del sustrato. Ejemplos importantes son las oxidasas y las deshidrogenasas.
2. Transferasas: Transfieren radicales de un sustrato a otro sin que estos queden libres.
3. Hidrolasas: Rompen enlaces con la adición de una molécula de agua, la cual se escinde y aporta un OH a una parte y un H a otra.
4. Liasas: Separan grupos sin intervención del agua y generalmente originan enlaces dobles en la molécula o añaden grupos (CO₂, H₂O…) a moléculas con enlaces dobles que generalmente se pierden.
5. Isomerasas: Catalizan reacciones de isomerización, es decir, de cambio de posición de algún grupo de una parte a otra de la misma molécula.
6. Ligasas o sintetasas: Catalizan la unión de moléculas o grupos con la energía proporcionada por la desfosforilación de ATP.

El Catabolismo

El catabolismo se divide en dos tipos principales, según la intervención de la cadena respiratoria: la respiración y la fermentación.

Respiración

En la respiración, interviene la cadena transportadora de electrones. Si hay presencia de oxígeno, se denomina respiración aeróbica; si no la hay, se denomina respiración anaeróbica.

Fermentación

En la fermentación, no interviene la cadena transportadora de electrones, por lo que el producto final siempre es un compuesto orgánico.

Catabolismo por Respiración

En el catabolismo por respiración, se distinguen los de glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos, siendo los más importantes los de glúcidos y lípidos.

Degradación Total por Respiración de la Glucosa

La degradación total por respiración de la glucosa se divide en dos fases: la glicólisis y la respiración. La respiración, a su vez, se divide en dos procesos: el ciclo de Krebs y la cadena respiratoria.

• En las células eucariotas, la glicólisis ocurre en el citosol, mientras que la respiración se lleva a cabo en las mitocondrias (el ciclo de Krebs en la matriz mitocondrial y la cadena respiratoria en las crestas mitocondriales).
• En las células procariotas, tanto la glicólisis como el ciclo de Krebs se desarrollan en el citosol, y la cadena respiratoria, en la membrana plasmática.

Glicólisis

La glicólisis es la primera fase del catabolismo de la glucosa, en la que esta se divide en dos moléculas de ácido pirúvico. La energía liberada se utiliza para sintetizar dos moléculas de ATP (fosforilación a nivel de sustrato). La glicólisis consta de dos fases: en la primera, se consumen 2 ATP por cada glucosa; en la segunda, se producen 4 ATP. Además, en esta fase entran 2 moléculas de NAD⁺.

Ciclo de Krebs

En una célula eucariota, el ácido pirúvico debe entrar en las mitocondrias para oxidarse por respiración. Para hacerlo, se transforma en acetil-S-coenzima A (sistema piruvato deshidrogenasa). El ciclo de Krebs comienza con la transformación de acetil-coenzima A en ácido cítrico, seguida de una serie de transformaciones que culminan con la obtención de ácido oxalacético, formando así un ciclo. El balance energético del ciclo de Krebs es bajo, ya que en una vuelta solo se obtiene una molécula de ATP. Esto se debe a que el resto de la energía se invierte en producir 3 NADH y 1 FADH₂. Dado que en la glicólisis se forman dos moléculas de ácido pirúvico por cada glucosa, se necesitan dos vueltas del ciclo de Krebs para la degradación total de una molécula de glucosa.

Cadena Respiratoria

La cadena respiratoria es la segunda y última etapa de la respiración. Su objetivo es oxidar las coenzimas reducidas (NADH, FADH₂) producidas en las etapas anteriores para que puedan ser reutilizadas, y utilizar la energía que contienen para sintetizar ATP. En esta etapa, entran electrones procedentes del NADH y FADH₂. Los componentes de la cadena respiratoria son cuatro complejos proteicos, una pequeña molécula lipídica (ubiquinona) y una proteína llamada citocromo c.

Quimioósmosis

Las mitocondrias bombean protones desde la matriz mitocondrial al espacio intermembranal. Cuando los protones se acumulan en exceso, regresan a la matriz mitocondrial a través de canales presentes en las enzimas ATP-sintetasas.

Fosforilación Oxidativa

El movimiento de las ATP-sintetasas provoca cambios que permiten la unión de una molécula de ADP y un grupo fosfato, generando así una molécula de ATP.

Balance Energético del Catabolismo por Respiración de la Glucosa

• Glicólisis: Por cada molécula de glucosa degradada, se forman 2 moléculas de ácido pirúvico, 2 NADH y 2 ATP.
• Ciclo de Krebs: Por cada ácido pirúvico, se producen 1 GTP, 4 NADH y 1 FADH₂. Como entran 2 moléculas de ácido pirúvico, se obtienen 2 GTP, 8 NADH y 2 FADH₂.
• Cadena Respiratoria: Las coenzimas (NADH y FADH₂) entran en la cadena respiratoria y se transforman en ATP por fosforilación oxidativa. El NADH produce 3 ATP, mientras que el FADH₂ produce 2 ATP.

En total, se producen 38 moléculas de ATP por la degradación completa de una molécula de glucosa.