Resumen de Procesos Biológicos Fundamentales
Procesos Biológicos Fundamentales: Guía para Estudiantes
Introducción
La respiración celular y la glicólisis son procesos centrales del metabolismo energético en todos los organismos. La glicólisis convierte glucosa en piruvato en el citosol, generando ATP y NADH; el piruvato puede continuar hacia la oxidación completa en la mitocondria mediante el ciclo de Krebs y la cadena respiratoria (en condiciones aeróbicas), o hacia rutas fermentativas (en ausencia de O_2).
Definición: La respiración celular es el conjunto de rutas metabólicas que permiten obtener energía utilizable (ATP) a partir de moléculas orgánicas, mediante reacciones de oxidación-reducción; la glicólisis es la vía inicial y anaeróbica que convierte la glucosa en piruvato.
Visión general de las rutas implicadas
- Degradación de polisacáridos (almidón, sacarosa) → glucosa
- Glicólisis (citoplasma): glucosa → 2 piruvato + ATP + NADH
- Vía de las pentosas: generación de NADPH y precursores biosintéticos
- Ciclo de Krebs (matriz mitocondrial): oxidación de acetil-CoA → CO_2, generación de NADH, FADH_2 y GTP/ATP
- Cadena respiratoria (membrana mitocondrial interna): transporte de electrones hacia O_2 y síntesis de ATP por quimiosmosis
Glicólisis: localización y objetivo
- Localización: citoplasma de la célula.
- Objetivo: oxidar glucosa para obtener ATP por fosforilación a nivel de sustrato y reducir NAD^+ a NADH.
Definición: Fosforilación a nivel de sustrato es la síntesis directa de ATP por transferencia de un grupo fosfato desde un metabolito rico en energía al ADP.
Resumen estequiométrico (por 1 molécula de glucosa)
- Productos netos: 2 piruvato, 2 ATP (neto), 2 NADH
Las 10 reacciones de la glicólisis (esquema y funciones clave)
- Hexoquinasa (HK): fosforila glucosa a glucosa-6-fosfato; reacción unidireccional; evita salida de glucosa.
- Fosfoglucosa isomerasa: isomeriza G6P a F6P.
- Fosfofructoquinasa-1 (PFK-1): fosforila F6P a F1,6BP; es el principal punto de control de la vía.
- Aldolasa: escinde F1,6BP en dihidroxiacetona-fosfato (DHAP) y gliceraldehído-3-fosfato (G3P).
- Triosa-fosfato isomerasa: convierte DHAP en G3P (solo G3P continúa).
- Gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa: oxida G3P a 1,3-bisfosfoglicerato, produce NADH.
- Fosfoglicerato quinasa: genera ATP por fosforilación a nivel de sustrato a partir de 1,3-BPG.
- Fosfoglicerato mutasa: convierte 3-PG a 2-PG.
- Enolasa: deshidrata 2-PG a fosfoenolpiruvato (PEP).
- Piruvato quinasa: transfiere fosfato de PEP a ADP → piruvato + ATP.
Definición: Punto de control metabólico es una reacción catalizada por una enzima regulada que determina el flujo por una vía metabólica.
Regulación de la glicólisis
- Enzimas reguladoras principales: Hexoquinasa, PFK-1, Piruvato quinasa.
- Mecanismos: inhibición por producto, regulación alostérica por indicadores energéticos (ATP, ADP, AMP), regulación por metabolitos (citrato, fructosa-2,6-bisfosfato).
Tabla comparativa de efectores
| Enzima | Activador | Inhibidor |
|---|---|---|
| Hexoquinasa | Fructosa-2,6-bisfosfato, AMP | Glucosa-6-fosfato, ATP |
| PFK-1 | AMP, Fructosa-2,6-bisfosfato | Citrato, ATP |
| Piruvato quinasa | Fructosa-1,6-bisfosfato (feed-forward) | ATP, Acetil-CoA |
- La PFK-1 integra señales de la demanda de ATP: alta [ATP] inhibe y alta [AMP] activa.
- La hexoquinasa se inhibe por acumulación de Glc-6-P (inhibición por producto).
Destinos del piruvato
- Aeróbico: piruvato → acetil-CoA (por piruvato deshidrogenasa), acetil-CoA ingresa al ciclo de Krebs para oxidación completa a CO_2 y generación de más NADH/FADH_2.
- Anaeróbico/fermentación: piruvato → lactato (fermentación láctica) o piruvato → etanol + CO_2 (fermentación alcohólica) para regenerar NAD^+ y permitir continuidad de la glicólisis.
Definición: F
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Respiración celular y glicólisis
Klíčové pojmy: La glicólisis ocurre en el citoplasma y convierte glucosa en 2 piruvato, 2 ATP netos y 2 NADH, PFK-1 es el principal punto de control de la glicólisis; se activa por AMP y fructosa-2,6-bisfosfato e inhibe por ATP y citrato, Hexoquinasa fosforila glucosa a glucosa-6-fosfato y se inhibe por su producto Glc-6-P, Piruvato puede convertirse en acetil-CoA (aeróbico) o en lactato/etanol (anaeróbico) para regenerar NAD^+, Ciclo de Krebs genera NADH y FADH_2 que alimentan la cadena respiratoria y producen la mayor parte del ATP, Cadena respiratoria en la membrana mitocondrial interna transfiere electrones a O_2 y crea un gradiente de protones para sintetizar ATP, Lanzaderas (malato-aspartato y glicerol-3-P) transfieren equivalentes reductores entre citosol y mitocondria, Fructosa, galactosa y manosa pueden incorporarse a la glicólisis mediante conversiones específicas, NADH ecuivalente suele aportar aproximadamente $2.5$ ATP y FADH_2 aproximadamente $1.5$ ATP en fosforilación oxidativa, La fosforilación a nivel de sustrato en glicólisis produce ATP sin necesidad de oxígeno, Fermentación láctica y alcohólica permiten continuidad de la glicólisis en ausencia de O_2 regenerando NAD^+, La regulación alostérica y la disponibilidad de sustratos coordinan flujo entre rutas catabólicas y anabólicas