Los principios inmediatos. Su papel energético (2)


Los hidratos, los lípidos y las proteínas son los elementos esenciales para que obtengamos la energía que ya hemos visto en la primera entrega.

Cuales son las rutas que sigue el metabolismo para transformar esa materia en energía?

HIDRATOS DE CARBONO

Los hidratos de carbono son compuestos químicos ampliamente distribuidos tanto en animales como en vegetales. Se les llama también glúcidos o azúcares y tienen funciones estructurales y metabólicas. Una de sus principales funciones es precisamente la de servir de combustible energético a las células.

En función de su complejidad se clasifican en: monosacáridos (los más simples), disacáridos (formados por la unión de dos monosacáridos) y polisacáridos (formados por la unión de muchos monosacáridos).

Entre los monosacáridos el más importante y abundante es la glucosa; otros monosacáridos importantes son la fructosa y la galactosa. Los disacáridos más importantes son la sacarosa, que es el azúcar de la caña y la lactosa, que es el azúcar de la leche.

Entre los polisacáridos cabe destacar el glucógeno formado por la unión de muchas moléculas de glucosa y que es la forma de almacenamiento de glucosa que tienen los animales, y el almidón, también formado por la unión de muchas moléculas de glucosa y que constituye la reserva de glucosa de las plantas.

GLUCOLISIS

La primera fase de la degradación de la glucosa se denomina glucólisis y es un conjunto de reacciones químicas mediante las cuales cada molécula de glucosa se convierte en dos moléculas de ácido pirúvico, que es una molécula más sencilla. En la glucólisis se libera energía que la célula provecha para sintetizar dos moléculas de ATP.

A partir del ácido pirúvico, la ruta de degradación de la glucosa puede seguir dos caminos en función de la presencia o ausencia de oxígeno. Sin oxígeno la GLUCOLSIS  es ANAERÓBICA y finaliza con la síntesis de ácido láctico. Con la presencia de oxígeno, el proceso continúa ya que la vía de la glucólisis aeróbica finaliza en ácido pirúvico y este es sustrato del ciclo de Krebs al convertirse en Acetil CoA.

Aquí la tienes…

gluco

Tomada de internet

GLUCOLISIS AERÓBICA

La degradación de la glucosa la podemos, también, denominar oxidación de la glucosa ya que el proceso consiste en arrancar los hidrógenos de la molécula. Como recordarás el hidrogeno es el átomo más sencillo. Tiene un protón y un electrón. El objetivo es donar esos electrones al aceptor universal de estos que es el oxígeno. Esto no sucede de forma inmediata en el citosol de la célula, sino posteriormente, en el interior de las mitocondrias. Hasta allí los hidrógenos son transportados por moléculas especiales que hacen de “carriers”, para llevarlos. FAD y NAD, que cuando aceptan los hidrogenos se convierten en FADH y NADH

Observa que en la imagen que se ha evitado atropellarte con los nombres de los compuestos intermediarios. Esta denominado por etapas, entre la glucosa inicial, la que entra en la célula muscular y los productos finales, el ácido pirúvico hay varias etapas. En primer lugar, destaca que después de las tres primeras etapas, la molecula de 6 carbonos inicial de glucosa se ha partido en dos de 3, lo que hace que la vía se duplique, tal como ves en la figura. Por otra parte se ha consumido en este período dos ATP (solo se ve uno).

En el resto del proceso, observa como la vía, ya duplicada, produce de forma neta 4 ATP y reduce (entrega hidrogenos) Los FAD y los NAD. Si tenemos en cuenta el cálculo final entre los 4 ATP que se han generado y los 2 consumidos, la ruta permite la generación de 2 ATP netos y la producción de acido pirúvico

GLUCOLISIS ANAERÓBICA

Si las necesidades energéticas de la célula son mayores, la velocidad de la glicolisis aumenta. En ese caso, la posibilidad de reducir NAD  y FAD disminuye y entonces el acido piruvico no podrá ir a la mitocondria a convertirse en AcetilCoA. Será entonces cuando la enzima lacatato deshidrogensa le cargue a él los hidrogenos que no pueden llevar los NAD y FAD y convierta al piruvico en lactico

En la figura ves en realidad las palabras lactato y piruvato. La razón es porque los ácidos se convierten rápidamente en su sal. (VER QUIMICA DE ESO Y BACHILLERATO)

glucolisis ana

Tomado de internet

El esquema te recuerda también que en esta situación el piruvico no puede continuar por la via aerobica y por tanto no ingresa en la mitocondria.

FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

El ácido pirúvico que procede de la oxidación de la glucosa y los ácidos grasos de la dieta, tienen en común haberse convertido en una molécula denominada Acetil coA. Esto ocurre en el interior de las mitocondrias, de forma que al estudiante le es fácil comprender que estos procesos son imposibles en las células que no tienen estas organelas. Una vez que el Ac coA se ha formado, el proceso de oxidación (entrega de electrones…qué es un electrón? REVISA TUS CONOCIMIENTOS DE ESO Y BACHILLERATO, una vez más..), descarboxilización (pérdida de un carbono) y recarboxilización (ganancia de carbono)  de esta molécula es cíclico. Una serie de enzimas trabajan de forma conjunta para ir restando hidrógenos a las moléculas interconvertidas hasta que el proceso comienza una vez más con una nueva molécula de Ac coA. El proceso requiere energía y también se sintetiza ATP. Sin embargo el objetivo principal es cargar los nucleótidos (FAD, NAD) que llevan los hidrógenos hasta la cresta intermembranaria de la mitocondria. Allí los hidrógenos separan sus electrones y sus protones.

Los electrones van “saltando” de una proteína a otra, que están adheridas a la membrana interna. En este proceso de transporte de una proteína a otra de la denominada cadena respiratoria, se va liberando energía que es aprovechada para resintetizar ATP desde ADP y Pi que hay en el medio.

El ultimo “salto” del electrón es aceptado por el oxígeno molecular que proviene del aire ambiental.

Es el oxígeno que hemos consumido y que ha llegado hasta allí por el aparato circulatorio. Por la sangre.

Una vez en el medio celular, una proteína, la mioglobina, lo ha transportado hasta la mitocondria.

Cuando el oxígeno molecular acepta el electrón procedente de la cadena respiratoria de proteínas, se transforma en oxígeno iónico, es decir tiene una carga negativa de más, que es ese electrón que ha aceptado. Esto le permite combinarse con los protones que procedían del hidrógeno de los FAD y NAD y formar agua. H2O.

Los oxígenos iónicos que no realizan este proceso se quedan “sueltos” y constituyen lo que se denomina especies reactivas de oxígeno o radicales libres.

El organismo tiene medios enzimáticos para paliar esta situación en lo que se conoce como antioxidantes.

En lo que respecta a las cargas positivas o H+ van a circular por la cresta intermembraria de la mitocondria generando una fuerza denominada proto-motriz (algo así como un “viento iónico” como resultado de las cargas positivas que se suman) que se libera en la enzima ATP sintasa, tal como puedes ver . En ese momento la enzima utiliza esa energía protomotriz para acoplar un fosforo inorgánico Pi a un ADP, para formar ATP.

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Tomado de internet

GLUCOGENO

En determinadas situaciones las células no necesitan energía pero siguen captando moléculas de glucosa de la sangre. En estas situaciones, las moléculas de glucosa no son degradadas por las células porque en ese momento no necesitan ATP. Estas moléculas de glucosa las células las van a almacenar para poder utilizarlas, poder degradarlas cuando necesiten obtener ATP.

La forma en que las células almacenan la glucosa es la molécula de glucógeno: las moléculas de glucosa tras penetrar en la célula se van uniendo unas a otras para formar largas cadenas de glucosa que constituyen el glucógeno

LIPIDOS

Los lípidos son un grupo heterogéneo de compuestos químicos presentes en los alimentos y en el organismo y que están relacionados con los ácidos grasos.

Los lípidos son insolubles en agua.

Los lípidos incluyen grasas, aceites y ceras. Una de las principales funciones de los lípidos en el organismo humano consiste en servir de combustible energético.

Los lípidos pueden almacenarse en forma de triglicéridos en las células y, sobre todo, en el tejido adiposo hasta que sea necesaria su degradación para obtener energía a partir de ellos.

Otras importantes funciones de los lípidos son las siguientes: formar las membranas celulares, servir de aislante térmico y también eléctrico, etc.

Entre los lípidos más complejos podemos destacar los triglicéridos, (moléculas formadas por la unión de 3 ácidos grasos y una molécula de glicerol), que es la forma en la que las células almacenan grasas, sobre todo las células del tejido adiposo, y el colesterol, que es otro de los lípidos importantes del organismo

La importancia de los ácidos grasos como combustible energético de las células es similar a la de los hidratos de carbono.

Las células pueden degradar ácidos grasos y utilizar la energía que se libera es ese proceso de degradación para sintetizar ATP. La molécula común es el Acetil coA. En el caso de la glucosa, como hemos dicho, procede del ácido pirúvico, en el caso de los ácidos grasos el proceso de la degradación completa incluye tres fases:

 

1.- Asimilación de ácidos grasos. Lo veremos en otro post.

1.-Transporte de los ácidos grasos .La entrada de los ácidos grasos en la célula procedentes del torrente circulatorio está mediada por el hecho de que estos ácidos grasos están unidos a una proteína plasmática denominada albumina. En esta forma los acidos grasos se denominan ácidos grasos libres. AGL.

Así una vez en la célula irán hasta las puertas de la mitocondria.

2.-  Beta oxidación. Allí un transportador los introduce en ella, este transportador se denomina carnitina, una vez en la organela el acido graso es dividido en grupos de moléculas de 2 carbonos para formar Acetil coA. Este proceso es cícilico. De dos carbonos en dos se oxida todo el ácido graso en el cilo de Krebs y la cadena de transporte electrónico.

PROTEÍNAS

Las proteínas son compuestos químicos muy importantes y abundantes en el organismo humano.

Las ¾ partes de los sólidos del organismo son proteínas.

Existen diferentes tipos de proteínas con funciones muy diferentes aunque todas ellas importantes: hay proteínas estructurales, otras proteínas son los enzimas que se encargan de catalizar o acelerar las reacciones químicas que se producen en las células, otras proteínas son contráctiles (actina y miosina) y son las responsables de la contracción muscular, la hemoglobina es una proteína que se encarga del transporte de oxígeno a través de la sangre, etc.

Las proteínas son moléculas complejas que están formadas por largas cadenas de aminoácidos, que son las unidades que forman las proteínas, las moléculas simples que se unen para formar las proteínas.

A diferencia de los hidratos de carbono y las grasas, las proteínas, o más concretamente los aminoácidos no tienen como función principal la de servir de combustible energético para que la célula los degrade y obtenga energía a partir de ellos.

Los aminoácidos tienen una función principalmente anabólica y no catabólica.

Sin embargo, en algunas ocasiones, como por ejemplo cuando escasean el resto de combustibles, las células pueden degradar proteínas o aminoácidos y también de este proceso de degradación obtienen energía que aprovechan para la síntesis de ATP.

A este proceso en el que el hígado usa proteínas para obtener energía se lo conoce como neoglucogénesis.

Es un proceso no exclusivo de los amniácidos que constituyen las proteínas, se trata de que el hígado deje en sangre una cantidad adecuada de glucosa a partir de precursores no glucídicos. Es decir de fabricar glucosa a partir de otros componentes.

Esos otros componentes pueden ser ácido láctico y todos los aminácidos menos la lisina y la leucina. Es de especial relevancia el ciclo de la alanina en este sentido porque su principal fuente de adquisición es el musculo esquelético. Es decir que el hígado rompe musculo para obtener alanina con la que fabricar glucosa….y en qué sitiuación ocurre esto?

Pues por ejemplo en los estados de desnutrición…pero cuidado! No tienes que estar a punto de morir de hambre para que este estado se despierte, basta con que estés haciendo algunas de las “dietas milagro” que se venden profusamente para que en realidad tu hígado rompa tu musculatura para alimentar el cerebro y los eritrocitos (los mayores demandantes de glucosa). A veces una bien planteada estrategia de proteínas caseinato como suplemento detienen este efecto.

El proceso de degradación de las proteínas es un proceso bastante complejo ya que cada uno de los aminoácidos que forman las proteínas sigue una ruta de degradación diferente aunque finalmente todas esas rutas “desembocan” en el ciclo de Krebs o la glucólisis. La degradación de proteínas es un proceso aeróbico, es decir, que requiere de la presencia de oxígeno.

La ruta común de los principios inmediatos para convertirse en energía es el ciclo de Krebs

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