Derivados del Ácido Pirúvico
A partir del ácido pirúvico se pueden originar tres derivados principales: ácido láctico, etanol y acetil-coenzima A (Acetil-CoA).
- En ausencia de oxígeno: El ácido pirúvico se transforma en ácido láctico.
- En presencia de oxígeno: Las células degradan el ácido pirúvico para formar Acetil-CoA e ingresar en el ciclo de Krebs.
Gluconeogénesis
La gluconeogénesis es el proceso de formación de glucosa a partir de ácido pirúvico:
- Se realiza a partir de los aminoácidos de las proteínas.
- Se utiliza cuando las necesidades energéticas de la célula lo requieran y también cuando no hay ingesta en la alimentación. Utiliza la misma ruta de la glucólisis pero en sentido inverso.
Respiración Celular Aeróbica
Es la transferencia de electrones desde las moléculas orgánicas al oxígeno. El sustrato más utilizado es la glucosa, y la ecuación global del proceso es:
Glucosa + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + Energía
Fases de la Respiración
- Glucólisis: Fase anaeróbica (sin oxígeno) que ocurre en el citoplasma.
- Fase aeróbica: Propiamente la respiración celular; necesita oxígeno y ocurre en las mitocondrias.
El producto final de la glucólisis es el ácido pirúvico, que sigue distintos procesos:
- Las células degradan el ácido pirúvico para formar Acetil-CoA.
- Ciclo de Krebs: El ácido pirúvico (vía Acetil-CoA) ingresa al ciclo.
- Transporte de electrones: A través de la cadena respiratoria.
Transformación del Ácido Pirúvico en Acetil-CoA
El ácido pirúvico sufre una descarboxilación oxidativa dando un grupo acetilo, que se une momentáneamente con la coenzima A (CoA-SH) (un nucleótido de gran tamaño) para formar Acetil-CoA. Este es el punto de encuentro del catabolismo de la glucosa y de los ácidos grasos.
- No es posible la transformación inversa de Acetil-CoA a pirúvico.
- En esta reacción se forma una molécula de NADH.
Ciclo de Krebs
También llamado ciclo del ácido cítrico o de los ácidos tricarboxílicos. Es la ruta de oxidación final, en presencia de oxígeno, de los principios inmediatos. En este proceso se origina CO2 y H2O sin consumo de los intermediarios del ciclo.
Para entrar en este ciclo, el Acetil-CoA se une con el ácido oxalacético, dando ácido cítrico. A partir de esta molécula, se suceden una serie de transformaciones (hidrataciones, descarboxilaciones y oxidaciones fundamentalmente) hasta llegar nuevamente al ácido oxalacético.
Estructura y Productos del Ciclo
El ciclo consta de 8 reacciones agrupadas en 3 fases:
- Fase de entrada del acetato.
- Fase de reacciones de descarboxilación.
- Fase de regeneración del oxalacetato (reacciones 6 a 8).
Cada ciclo de Krebs produce:
- 2 CO2: Que serán eliminados con la respiración (equivale a los carbonos del ácido pirúvico).
- Electrones de alta energía: Vehiculados por moléculas transportadoras (3 NADH+ y FADH2).
- GTP.
- CoA-SH.
Cadena Respiratoria o Transporte de Electrones
Tras el ciclo de Krebs, la molécula de glucosa que inició la glucólisis está completamente oxidada. Los electrones procedentes de la glucólisis, de la oxidación del ácido pirúvico y del ciclo de Krebs (transportados por NADH y FADH2) se encuentran en un nivel energético aún muy alto.
- Los electrones fluyen «cuesta abajo» desde el NADH y FADH2 hasta el oxígeno a través de una cadena transportadora de electrones, cuyos componentes se oxidan y se reducen alternativamente, liberando energía en pequeñas fracciones.
- Esta transferencia ocurre porque los componentes están dispuestos en orden creciente de afinidad por los electrones.
Complejos de la Cadena Respiratoria
La cadena está organizada en 4 complejos:
- Complejo 1: El FMNH2 transfiere los electrones al coenzima Q (ubiquinona), que se reduce.
- Complejo 2: El FADH formado en el ciclo de Krebs cede los electrones al complejo II, que a su vez los cede al CoQ.
- Complejo 3: A partir del CoQ, los electrones y protones se separan. Los H+ pasan al medio acuoso de la mitocondria, mientras que los electrones pasan por los citocromos (proteínas con un grupo prostético hem).
- Complejo 4: Contiene los citocromos a y a3 y cobre; cataliza la reducción del O2 que se combina con 4 H+ para formar H2O como producto final.
Regulación Hormonal del Metabolismo de los Hidratos de Carbono
La regulación se realiza mediante hormonas y la actividad enzimática celular. Intervienen: insulina, glucagón, hormona de crecimiento (GH), ACTH, glucocorticoides, adrenalina y tiroxina.
- Glucemia normal: 80-90 mg/100 ml (se eleva tras las comidas a 140 mg/100 ml).
- El equilibrio depende de la llegada (absorción intestinal, glucogenólisis y gluconeogénesis) y la salida (consumo tisular).
Insulina y Glucagón
Los niveles se mantienen principalmente por las células del páncreas: alfa (producen glucagón) y beta (producen insulina).
- Insulina: Hormona hipoglucemiante. Promueve la captación, almacenamiento y uso de la glucosa. Influye en:
- Hidratos de carbono: Disminuye la concentración de glucosa en sangre.
- Lípidos: Disminuye la lipólisis y aumenta la lipogénesis.
- Proteínas: Favorece la entrada de aminoácidos y la síntesis proteica.
- Glucagón: Hormona hiperglucemiante. Favorece la glucogenólisis hepática y la neoglucogénesis a partir de aminoácidos.
Metabolismo de Otros Hidratos de Carbono
La fructosa y la galactosa son los monosacáridos más abundantes tras la glucosa. Se incorporan a distintos niveles en la glucólisis tras ser ingeridos como monosacáridos o componentes de polisacáridos.
Determinación de la Glucemia Basal
Métodos Basados en el Poder Reductor
- Reducción del cobre (Método de Benedict): Detecta hidratos de carbono reductores totales. Reacción: Cu2+ + Glucosa → Cu2O + CuOH.
- Método de la O-Toluidina: (En desuso) Basado en la medición colorimétrica proporcional a la glucosa.
Métodos Enzimáticos
- Método de la Hexoquinasa: Ofrece máxima especificidad. Cataliza el paso de glucosa a glucosa-6-fosfato, reduciendo NADP a NADPH.
- Método de la Glucosa-Oxidasa (GOD): Cataliza la oxidación de la glucosa. La cuantificación se realiza por:
- Polarografía: Medida del consumo de oxígeno.
- Determinación del peróxido de hidrógeno: Mediante una peroxidasa y un cromógeno que cambia de color.