Resumen de Conceptos Fundamentales de Biología

## Introducción El metabolismo reúne las reacciones químicas que permiten a los seres vivos obtener, transformar y emplear energía. En este material nos centraremos en el catabolismo de la glucosa: las rutas que convierten la glucosa en ATP mediante reacciones como la glucólisis, la fermentación, la descarboxilación del piruvato, el ciclo de Krebs y la fosforilación oxidativa. > **Definición:** El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas en las células que transforman nutrientes en energía y materiales celulares. ## 1. Visión general de la degradación de la glucosa 1. Glucólisis (en el citosol) → degrada glucosa hasta ácido pirúvico (piruvato). 2. Destino del piruvato depende de la disponibilidad de oxígeno: - Anaerobiosis: fermentaciones (láctica o alcohólica). - Aerobiosis: descarboxilación oxidativa a acetil-CoA y entrada al ciclo de Krebs. 3. Ciclo de Krebs (matriz mitocondrial) → genera NADH y FADH2. 4. Fosforilación oxidativa (membrana mitocondrial interna) → usa NADH/FADH2 para producir ATP. > **Definición:** Glucólisis es la ruta que convierte una molécula de glucosa en dos moléculas de piruvato, generando ATP y NADH. ## 2. Glucólisis: pasos relevantes para este tema - Fase de oxidación: 2 moléculas de gliceraldehído-3-fosfato se oxidan por $\mathrm{NAD^{+}}$ para formar 1,3-bifosfoglicerato; se regenera $\mathrm{NADH}$. > **Definición:** Fosforilación a nivel de sustrato es la formación directa de ATP a partir de un intermediario fosforilado. - Fase de fosforilación: las 2 moléculas de 1,3-bifosfoglicerato se transforman en ácido pirúvico (piruvato), obteniendo 4 ATP por glucosa en esta etapa (teniendo en cuenta el gasto inicial de 2 ATP, el rendimiento neto de la glucólisis es 2 ATP). Did you know que la glucólisis ocurre en el citosol y no requiere oxígeno, por eso es la vía universal en todos los organismos? ## 3. Fermentaciones (anaeróbicas) Las fermentaciones permiten regenerar $\mathrm{NAD^{+}}$ a partir de $\mathrm{NADH}$ cuando no hay oxígeno, de modo que la glucólisis pueda continuar. Rendimiento energético pequeño: 2 ATP por glucosa. ### Fermentación láctica - Reacción esencial: el piruvato acepta electrones de $\mathrm{NADH}$ y se reduce a lactato, regenerando $\mathrm{NAD^{+}}$. - Organismos/tejidos: bacterias lácticas (p. ej. *Lactobacillus bulgaricus*, *Streptococcus casei*) y células musculares en esfuerzo intenso. - Consecuencia práctica: acumulación de ácido láctico puede causar fatiga muscular. > **Definición:** Fermentación láctica es la reducción del piruvato a lactato para regenerar $\mathrm{NAD^{+}}$ en condiciones anaeróbicas. ### Fermentación alcohólica - Paso 1: descarboxilación del piruvato → cada piruvato libera $\ce{CO2}$ y forma acetaldehído. - Paso 2: reducción del acetaldehído por $\mathrm{NADH}$ → etanol + regeneración de $\mathrm{NAD^{+}}$. - Aplicaciones: producción de pan (liberación de $\ce{CO2}$), bebidas alcohólicas (etanol). > **Definición:** Fermentación alcohólica es la conversión de piruvato en $\ce{CO2}$ y etanol, regenerando $\mathrm{NAD^{+}}$. Did you know que muchas bacterias y levaduras usan fermentación para sobrevivir en ambientes sin oxígeno y son la base de alimentos como yoghurt, pan y vino? ## 4. Descarboxilación oxidativa del piruvato - Ocurre en la matriz mitocondrial. - Cada ácido pirúvico pierde $\ce{CO2}$ y se oxida a ácido acético; este se une a la coenzima A (HS-CoA) formando acetil-CoA. - Los electrones liberados son captados por $\mathrm{NAD^{+}}$ formando $\mathrm{NADH}$. > **Definición:** Acetil-CoA es la molécula puente que lleva dos carbonos derivados de la glucosa al ciclo de Krebs. ## 5. Ciclo de Krebs (ácido cítrico) - Localización: matriz mitocondrial. - Propósito: oxidar completamente el acetil-CoA y extraer electrones en forma de $\mathrm{NADH}$ y $\mathrm{FADH2}$. - Productos por cada acetil-CoA oxidado: 3 $\mathrm{NADH}$, 1 $\mathrm{FADH2}$ y 1 GTP (convertible en ATP). > **Definición:** El ciclo de Krebs es una s