1. Reacciones químicas y catalizadores

Una reacción química es la transformación de reactivos en productos.

Energía de activación

Es la energía mínima necesaria para que ocurra una reacción química. Cuanto menor sea la energía de activación, más rápida será la reacción.

2. Los biocatalizadores: enzimas

Las enzimas son catalizadores biológicos que aceleran las reacciones metabólicas.

Tipos de enzimas según su naturaleza

• Proteínas globulares: Son la mayoría de las enzimas, formadas por una o varias cadenas polipeptídicas.
• Ribozimas: Moléculas de ARN con actividad catalítica.
• Isoenzimas.

4. Estructura de las enzimas

• Apoenzima: Parte proteica de la enzima.
• Cofactor: Molécula no proteica necesaria para la actividad enzimática.

5. Centro activo

Es la zona de la enzima donde se une el sustrato.

Aminoácidos catalizadores

Participan en la reacción química.

8. Coenzimas

Las coenzimas son moléculas orgánicas que ayudan a las enzimas en la catálisis. Se unen temporalmente a la enzima y muchas derivan de vitaminas.

11. Inhibición enzimática

Los inhibidores disminuyen la actividad enzimática.

• Inhibición irreversible: El inhibidor se une permanentemente a la enzima.
• Inhibición reversible: El inhibidor se une al complejo enzima-sustrato.

13. Vitaminas

Las vitaminas son sustancias orgánicas esenciales necesarias en pequeñas cantidades.

14. Metabolismo

El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que ocurren en las células.

• Anabolismo: Síntesis de moléculas complejas. Consume energía y utiliza ATP.

15. Rutas metabólicas

Son secuencias ordenadas de reacciones químicas donde cada paso está catalizado por una enzima específica.

1. Reacciones de oxidación-reducción (REDOX)

Son reacciones metabólicas en las que se transfieren electrones entre moléculas.

• Oxidación: Pérdida de electrones (e⁻).
• Reducción: Ganancia de electrones (e⁻).

Siempre ocurren simultáneamente: cuando una sustancia se oxida, otra se reduce. Por eso, las oxidaciones liberan energía.

2. ATP (adenosín trifosfato)

Es la principal molécula energética de la célula. Es un nucleótido formado por: Adenina, Ribosa y 3 grupos fosfato. Los enlaces entre fosfatos son enlaces de alta energía.

Formación de ATP: ADP + Pi + energía → ATP

3. Síntesis de ATP

• Fosforilación a nivel de sustrato: La energía liberada al romper un enlace químico se usa para formar ATP. Enzimas: quinasas. Ocurre en condiciones anaerobias (ejemplo: glucólisis).
• Fosforilación mediante ATP sintasa: El ATP se forma gracias a un flujo de protones (H⁺) a través de la enzima ATP sintasa.

5. Catabolismo y anabolismo

El metabolismo tiene dos fases:

• Catabolismo: Conjunto de reacciones de degradación. Moléculas complejas → moléculas simples. Liberan energía, producen ATP y son reacciones de oxidación. Ejemplos: glúcidos, lípidos, proteínas.
• Anabolismo: Conjunto de reacciones de síntesis. Moléculas simples → moléculas complejas. Consumen energía, usan ATP y son reacciones de reducción. Producen biomoléculas como polisacáridos, proteínas y ácidos nucleicos. Necesitan poder reductor: NADH, FADH₂, NADPH.

Relación: El catabolismo produce ATP, poder reductor y precursores metabólicos; el anabolismo utiliza estos productos para sintetizar biomoléculas.

1. El catabolismo

Es la fase degradativa del metabolismo. Consiste en reacciones de oxidación donde moléculas orgánicas complejas se transforman en moléculas más simples para obtener energía en forma de ATP.

3. Esquema general del catabolismo

1. Etapa 1 (digestión o hidrólisis): Las biomoléculas se transforman en monómeros (proteínas → aminoácidos; glúcidos → monosacáridos; lípidos → ácidos grasos y glicerol). No se obtiene energía útil.
2. Etapa 2 (formación de acetil-CoA): Los monómeros se transforman en acetil-CoA (ej. Glucosa → piruvato → acetil-CoA). Se produce algo de ATP y NADH.
3. Etapa 3 (oxidación final): El acetil-CoA entra en el ciclo de Krebs. Productos finales: CO₂, H₂O, NH₃. Se obtiene gran cantidad de ATP.

4. Catabolismo de los glúcidos

La glucosa es la molécula principal utilizada para obtener energía. El proceso consta de tres etapas: Glucólisis, Ciclo de Krebs y Cadena respiratoria.

5. Glucólisis

Transformación de una glucosa (6C) en 2 piruvatos (3C). Por cada glucosa se obtienen 2 ATP, 2 NADH y 2 piruvatos.

6. Destino del piruvato

• Con oxígeno: Respiración celular (el piruvato entra en la mitocondria).
• Sin oxígeno: Fermentación.

7. Descarboxilación oxidativa del piruvato

Proceso que transforma el piruvato en acetil-CoA (Piruvato → Acetil-CoA + CO₂). Se produce NADH.

8. Ciclo de Krebs (ciclo del ácido cítrico)

Oxidación del acetil-CoA para producir energía y poder reductor. Balance por glucosa: 4 CO₂, 6 NADH, 2 FADH₂ y 2 ATP.

9. Cadena respiratoria

Transporte de electrones desde NADH y FADH₂ hasta el O₂. Los electrones pasan por complejos proteicos (I-IV) y transportadores móviles (Coenzima Q, Citocromo c), liberando energía que bombea protones (H⁺) para crear un gradiente electroquímico. El oxígeno acepta electrones para formar H₂O.

10. Fosforilación oxidativa

Síntesis de ATP gracias al gradiente de protones mediante la enzima ATP sintasa. Rendimiento energético total aproximado: 38 ATP.

13. Fermentación alcohólica

Realizada por levaduras (Saccharomyces). Proceso: Piruvato → acetaldehído + CO₂ → etanol. Función: Regenerar NAD⁺.

14. Fermentación láctica

Realizada por bacterias y células musculares. Proceso: Piruvato → lactato. Función: Regenerar NAD⁺.

3. Degradación de los ácidos grasos

Los ácidos grasos se degradan mediante β-oxidación en la matriz mitocondrial.

• Activación: Ácido graso + CoA → acil-CoA (se consumen 2 ATP).
• Entrada: Mediante carnitina.
• β-oxidación: Acorta el ácido graso de 2 en 2 carbonos. Cada vuelta produce 1 acetil-CoA, 1 NADH y 1 FADH₂.

Reacciones de la β-oxidación: 1. Deshidrogenación, 2. Hidratación, 3. Deshidrogenación, 4. Tiolisis.