Metabolismo Celular y Rutas Bioquímicas: Apuntes y Resumen

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APUNTES BIOLOGÍA Grado en Nutrición Humana y Dietética Universidad Ramon Llull AprenAI 2026-2027 Apuntes de biología sobre bioenergética, glucólisis, ciclo de Krebs, cadena respiratoria, beta-oxidación, ciclo de la urea e integración metabólica.

APREN.AI Índice 1 Introducción al metabolismo y termodinámica celular Organización funcional: catabolismo y anabolismo Cofactores redox y transferencia de electrones Termodinámica metabólica: energía libre de Gibbs Potencial de transferencia y síntesis de ATP Metabolismo de glúcidos 2 Glucólisis y destinos del piruvato Etapas y balance energético de la glucólisis Destinos del piruvato y regeneración anaeróbica del NAD+ Regulación alostérica y control hormonal de la ruta 3 Gluconeogénesis, glucógeno y ciclo de Cori Concepto y precursores de la gluconeogénesis Rodeos enzimáticos y especificidad tisular Integración interorgánica: el ciclo de Cori Dinámica del glucógeno y reservas corporales 4 Respiración celular — Ciclo de Krebs y fosforilación oxidativa Descarboxilación oxidativa y ciclo de Krebs Cadena de transporte de electrones mitocondrial Fosforilación oxidativa y balance bioenergético 5 Metabolismo de lípidos — Lipólisis, beta-oxidación y cetogénesis Digestión, transporte y lipólisis Activación y lanzadera de carnitina Mecanismo y rendimiento de la beta-oxidación Cetogénesis y utilización de cuerpos cetónicos 6 Metabolismo de aminoácidos y ciclo de la urea Manejo del grupo amino: transaminación y desaminación Catabolismo periférico de aminoácidos ramificados El ciclo de la urea y su conexión con el ciclo de Krebs Destino de los esqueletos carbonados: aminoácidos glucogénicos y cetogénicos 7 Interrelaciones metabólicas y adaptación al ejercicio Estado postprandial: almacenamiento y captación tisular Estado postabsortivo y ayuno: movilización endógena Bioenergética del ejercicio: selección de sustratos y esfuerzo muscular Metabolismo Celular y Rutas Bioquímicas: Apuntes y Resumen 1 8 Resumen para repasar Bioenergética y principios metabólicos Metabolismo de glúcidos Respiración celular mitocondrial Metabolismo de lípidos Metabolismo de aminoácidos Integración metabólica y bioenergética del ejercicio Soluciones de las preguntas de repaso Estos apuntes pueden contener errores u omisiones.

Son un material de apoyo y no sustituyen al temario oficial ni al profesorado: contrasta la información importante. Metabolismo Celular y Rutas Bioquímicas: Apuntes y Resumen 2 1 Introducción al metabolismo y termodinámica celular AL ACABAR SABRÁS Diferenciar la naturaleza energética y redox del catabolismo frente al anabolismo. Interpretar la espontaneidad de un proceso bioquímico a partir del valor de ΔG. Distinguir la fosforilación a nivel de sustrato de la fosforilación oxidativa. PIÉNSALO ANTES DE LEER 1 ¿Por qué las células no pueden sostener la síntesis de nuevas moléculas sin degradar previamente nutrientes?

El metabolismo constituye la red integrada de transformaciones químicas que sostienen la vida celular. Estas transformaciones operan mediante sistemas multienzimáticos coordinados que permiten intercambiar materia y energía con el entorno. ESQUEMA Organización del metabolismo celular Organización funcional: catabolismo y anabolismo El metabolismo comprende dos vertientes complementarias: las vías de degradación y las rutas de biosíntesis. Ambas ramas no funcionan de manera aislada, sino estrechamente conectadas.

Metabolismo celular Red global de transformaciones químicas Catabolismo Degradación oxidativa exergónica Nutrientes complejos Glúcidos, lípidos y proteínas Productos oxidados Dióxido de carbono, agua y amonio Anabolismo Síntesis reductora endergónica Monómeros sencillos Aminoácidos, azúcares y acetil- CoA Macromoléculas Polímeros estructurales y de reserva Metabolismo Celular y Rutas Bioquímicas: Apuntes y Resumen 3 El catabolismo comprende las rutas oxidativas que descomponen nutrientes complejos (glúcidos, lípidos y proteínas) en productos sencillos como , y . Este proceso es exergónico y libera energía química que se conserva transitoriamente.

El anabolismo abarca las rutas reductoras y biosintéticas. En ellas, moléculas precursoras simples (aminoácidos, monosacáridos, glicerol, ácidos grasos o acetil-CoA) se ensamblan para formar macromoléculas complejas. Este proceso es endergónico y consume la energía liberada previamente por el catabolismo. Esquema del acoplamiento energético y redox entre catabolismo y anabolismo.

Propiedad Catabolismo Anabolismo Tipo de reacción Degradación y descomposición Síntesis y ensamblaje Estado redox Oxidativo (cede electrones) Reductor (capta electrones) Balance energético Exergónico (libera energía) Endergónico (requiere energía) Moneda energética Sintetiza ATP y reduce coenzimas Consume ATP y oxida coenzimas ERROR FRECUENTE Pensar que catabolismo y anabolismo son procesos independientes. El anabolismo no puede ocurrir sin la energía y los equivalentes de reducción generados por el catabolismo.

CO 2 H O 2 NH 3 Metabolismo Celular y Rutas Bioquímicas: Apuntes y Resumen 4 Cofactores redox y transferencia de electrones Durante la oxidación catabólica de los nutrientes, los electrones liberados no viajan de forma libre. Son captados transitoriamente por transportadores específicos en forma de equivalentes de reducción. / NADH: actúa principalmente en rutas catabólicas recogiendo electrones procedentes de la degradación oxidativa de glúcidos y lípidos. FAD / : funciona como aceptor de electrones acoplado a deshidrogenaciones específicas. / NADPH: actúa como la principal reserva de poder reductor destinada a las reacciones biosintéticas del anabolismo.

COMPRUEBA 2 ¿Por qué el anabolismo depende estrictamente de las reacciones catabólicas previas? Termodinámica metabólica: energía libre de Gibbs La viabilidad de cualquier transformación bioquímica viene determinada por el cambio en la energía libre de Gibbs ( ), definida a temperatura y presión constantes. Representa la porción de energía útil capaz de generar trabajo químico al pasar del estado inicial al final. Gráfica de coordenadas energéticas de una reacción endergónica no espontánea. Cuando G < 0, la transformación es exergónica y termodinámicamente espontánea, de modo que los productos tienen menor energía que los reactivos.

Por el contrario, cuando G > 0, la reacción es endergónica y requiere aporte continuo de energía exterior para progresar. NAD+ FADH 2 NADP+ ΔG Δ Δ Metabolismo Celular y Rutas Bioquímicas: Apuntes y Resumen 5 Potencial de transferencia y síntesis de ATP El trifosfato de adenosina (ATP) actúa como intermediario energético gracias a su potencial de transferencia de grupo fosforilo. Sus enlaces anhídrido de fosfato liberan una cantidad sustancial de energía libre al hidrolizarse. Para acoplar la formación de ATP a partir de ADP, el sistema celular dispone de dos modalidades distintas: Esquema de fosforilación a nivel de sustrato catalizada enzimáticamente.

COMPRUEBA 3 ¿En qué se diferencian el mecanismo de síntesis de ATP a nivel de sustrato y el de la fosforilación oxidativa? Fosforilación a nivel de sustrato: transferencia directa de un grupo fosfato desde un metabolito intermediario reactivo al ADP, catalizada por una enzima soluble en una ruta citosólica o matricial. Requiere que la hidrólisis del sustrato libere suficiente energía (al menos ). 1 7,3 kcal/mol Fosforilación oxidativa: proceso en el que los electrones transportados por NADH y se transfieren a través de transportadores mitocondriales hasta el oxígeno molecular.

La ATP sintasa utiliza el gradiente de protones generado a través de la membrana interna mitocondrial para fosforilar ADP (véase «Respiración celular — Ciclo de Krebs y fosforilación oxidativa»). 2 FADH 2 Metabolismo Celular y Rutas Bioquímicas: Apuntes y Resumen 6 IDEAS CLAVE El metabolismo es un conjunto integrado de reacciones multienzimáticas que intercambian materia y energía con el entorno. El catabolismo degrada nutrientes de manera oxidativa liberando energía, mientras que el anabolismo consume esa energía para sintetizar biomoléculas. Las reacciones con son exergónicas y espontáneas, mientras que aquellas con son endergónicas y precisan aporte de energía.

La célula produce ATP por fosforilación a nivel de sustrato o mediante fosforilación oxidativa dependiente del gradiente de protones. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 4. ¿Cuál es la función metabólica que diferencia al cofactor NADPH respecto al NADH? 5. ¿Qué condición termodinámica respecto a la energía libre de Gibbs define a una reacción como espontánea? Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 6. ¿Qué signo presenta la variación de energía libre (ΔG) en una reacción exergónica? 7. ¿Qué coenzima reducida cede preferentemente sus electrones en las rutas anabólicas de síntesis? 8. ¿Cómo se define la síntesis de ATP por fosforilación a nivel de sustrato? 9.

¿Qué característica describe correctamente a las vías catabólicas generales?

ΔG < 0 ΔG > 0 Variable según el enzima a) Positivo b) Negativo c) Cero d) NADPH a) FADH b) NADH c) Coenzima Q d) Uso exclusivo del gradiente de protones mitocondrial a) Transporte directo de protones mediante ATP sintasa b) Captación pasiva de fosfato inorgánico libre c) Fosforilación enzimática directa desde un intermediario d) Son degradativas, oxidativas y exergónicas a) Consumen ATP para fabricar biomoléculas complejas b) Oxidan cofactores reducidos sin generar energía c) Son sintéticas, reductoras y endergónicas d) Metabolismo Celular y Rutas Bioquímicas: Apuntes y Resumen 7 2 Glucólisis y destinos del piruvato AL ACABAR SABRÁS Diferenciar la fase de inversión energética de la fase de obtención en la glucólisis.

Calcular el rendimiento neto de ATP, NADH y piruvato por molécula de glucosa. Explicar la función esencial de la fermentación láctica en la regeneración de NAD+. Describir la regulación hormonal y alostérica ejercida sobre la PFK y la piruvato quinasa. PIÉNSALO ANTES DE LEER 10 ¿Por qué una célula sin acceso a oxígeno necesita convertir el piruvato en lactato si este último no le aporta energía adicional? La glucólisis es la ruta metabólica citosólica que escinde una molécula de glucosa de seis carbonos en dos moléculas de piruvato de tres carbonos, liberando energía útil.

Constituye la vía fundamental del catabolismo de hidratos de carbono celular (véase «Introducción al metabolismo y termodinámica celular»).

ESQUEMA Destinos de la glucosa y del piruvato Metabolismo de glúcidos 2 Glucólisis y destinos del piruvato 3 Gluconeogénesis, glucógeno y ciclo de Cori Glucólisis citosólica Escisión de glucosa a piruvato Fase de inversión Gasto inicial de 2 ATP Fase de beneficio Producción de 4 ATP y 2 NADH Destinos del piruvato Rutas según presencia de O2 Oxidación aeróbica Degradación completa en mitocondria Fermentación anaeróbica Reducción para regenerar NAD+ Metabolismo Celular y Rutas Bioquímicas: Apuntes y Resumen 8 Etapas y balance energético de la glucólisis La vía glucolítica transcurre de forma íntegra en el citosol celular.

Para su estudio cuantitativo y cinético se organiza en dos fases secuenciales bien diferenciadas: Esquema de las dos fases de la glucólisis citosólica. Fase Consumo / Producción Balance por glucosa Preparatoria (inversión) Consumo de ATP en fosforilaciones Obtención energética Generación por fosforilación a nivel de sustrato y oxidación y Rendimiento neto final Balance neto del proceso Fase preparatoria o de inversión energética: La glucosa experimenta dos fosforilaciones a expensas de ATP y una isomerización intermedia para formar fructosa-1,6-bisfosfato. Esta molécula inestable de seis carbonos se fragmenta en dos triosas fosfato: dihidroxiacetona fosfato (DHAP) y gliceraldehído-3-fosfato.

Toda la DHAP se convierte en gliceraldehído-3-fosfato, duplicando los intermediarios a partir de este punto. 1 Fase de obtención o beneficio energético: Las dos moléculas de tres carbonos sufren oxidaciones y transferencias de grupos fosfato hacia ADP. Cada triosa fosfato genera 2 ATP y 1 NADH al transformarse finalmente en piruvato. 2 2 ATP +4 ATP +2 NADH 2 ATP + 2 NADH + 2 piruvato Metabolismo Celular y Rutas Bioquímicas: Apuntes y Resumen 9 ERROR FRECUENTE Es común confundir el rendimiento bruto de la glucólisis con su rendimiento neto.

Durante la fase de beneficio se generan brutos (dos por cada triosa), pero al restar los invertidos al inicio, el balance neto es estrictamente de 2 ATP y 2 NADH por cada glucosa degradada. COMPRUEBA 11 ¿Por qué la fase de beneficio multiplica por dos sus productos tras la fragmentación de la fructosa-1,6-bisfosfato? Destinos del piruvato y regeneración anaeróbica del NAD+ El destino ulterior del piruvato citosólico está condicionado por la disponibilidad tisular de oxígeno.

En condiciones de aerobiosis adecuada, el piruvato se transloca al interior mitocondrial para su oxidación completa hacia y mediante el ciclo de Krebs y la fosforilación oxidativa (véase «Respiración celular — Ciclo de Krebs y fosforilación oxidativa»). Diagrama de los destinos metabólicos del piruvato celular. En condiciones de hipoxia o durante contracciones musculares vigorosas donde el aporte de oxígeno resulta insuficiente, las mitocondrias no pueden reoxidar el NADH. El citosol cuenta con reservas limitadas de cofactor oxidado ( ), imprescindible para que continúe la glucólisis.

La fermentación láctica soluciona este cuello de botella: la enzima citosólica lactato deshidrogenasa reduce el piruvato a lactato, reoxidando simultáneamente el NADH a NAD+. Esta regeneración permite mantener activa la síntesis anaeróbica de ATP a través de la glucólisis (véase «Metabolismo de glúcidos — Gluconeogénesis, glucógeno y ciclo de Cori»). En microorganismos, vías alternativas como la fermentación etanólica rinden etanol a partir del piruvato con la misma finalidad redox. COMPRUEBA 12 ¿Cuál es la función biológica primaria de reducir piruvato a lactato si esta reacción no genera ATP?

4 ATP 2 ATP CO 2 H O 2 NAD+ Metabolismo Celular y Rutas Bioquímicas: Apuntes y Resumen 10 Regulación alostérica y control hormonal de la ruta La velocidad de la glucólisis responde con rapidez al estado energético celular y a la coordinación sistémica mediada por señales endocrinas. La regulación muscular opera principalmente según los niveles celulares de ATP: una elevada carga energética inhibe el flujo catabólico, mientras que una disminución activa la degradación de carbohidratos. A nivel enzimático destacan dos puntos clave de control irreversible: Fosfofructoquinasa (PFK): Enzima marcapasos que cataliza la fosforilación determinante de la fructosa-6-fosfato.

Piruvato quinasa: Cataliza el último paso irreversible de la ruta, generando piruvato y ATP. El hígado asume una función fisiológica diferente: no prioriza la glucosa como fuente de combustible primordial para sus propias demandas energéticas (recurriendo preferentemente a aminoácidos), sino que actúa regulando los niveles de glucosa en sangre (véase «Interrelaciones metabólicas y adaptación al ejercicio»). Cuando la glucemia es elevada tras la ingesta, la insulina estimula la captación de glucosa y promueve la activación por desfosforilación de la fosfofructoquinasa y de la piruvato quinasa, acelerando la vía.

En contraste, la hormona pancreática antagónica, el glucagón, induce modificaciones covalentes opuestas mediante fosforilación que inactivan estos pasos para preservar la glucemia circulante. COMPRUEBA 13 ¿Qué efecto fisiológico produce el glucagón sobre las enzimas reguladoras de la glucólisis hepática? IDEAS CLAVE La glucólisis convierte una molécula de glucosa en dos de piruvato en el citosol a través de dos fases sucesivas. El rendimiento energético neto por mol de glucosa es de , y dos moléculas de piruvato. La fase preparatoria consume antes de que la fase de beneficio produzca brutos.

La fermentación láctica anaeróbica permite regenerar el cofactor oxidado para evitar la parada de la glucólisis. La fosfofructoquinasa y la piruvato quinasa son dianas clave de control hormonal mediado por insulina y glucagón. 2 ATP 2 NADH 2 ATP 4 ATP NAD+ Metabolismo Celular y Rutas Bioquímicas: Apuntes y Resumen 11 COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 14. ¿Cuál es el balance neto exacto de ATP y coenzimas reducidos obtenido por cada molécula de glucosa oxidada a piruvato? 15. ¿Por qué el músculo esquelético produce lactato durante un esfuerzo anaeróbico intenso? 16. ¿Qué consecuencias tiene la secreción de insulina sobre las enzimas reguladoras PFK y piruvato quinasa?

METABOLISMO DE GLÚCIDOS 3 Gluconeogénesis, glucógeno y ciclo de Cori AL ACABAR SABRÁS Diferenciar las reacciones irreversibles de la glucólisis de los rodeos propios de la gluconeogénesis. Explicar el papel fisiológico de la glucosa-6-fosfatasa en la exportación de glucosa. Describir el intercambio metabólico entre músculo e hígado en el ciclo de Cori. PIÉNSALO ANTES DE LEER 17 ¿Por qué un músculo fatigado tras un sprint no puede simplemente liberar glucosa a la sangre para alimentar a otros tejidos? Concepto y precursores de la gluconeogénesis La gluconeogénesis es la ruta metabólica encargada de sintetizar glucosa nueva a partir de sustratos que no provienen de carbohidratos.

Su actividad principal ocurre en el hígado, órgano responsable de sostener la glucemia plasmática. Los precursores deben contener al menos 3 carbonos, como el piruvato y el lactato. ERROR FRECUENTE Pensar que los ácidos grasos de cadena par pueden generar glucosa neta en animales es un fallo habitual de examen. Los ácidos grasos generan unidades de dos carbonos como el Acetil-CoA (véase «Respiración celular — Ciclo de Krebs y fosforilación oxidativa»), las cuales se oxidan por completo sin rendimiento glucídico neto.

Para revertir el sentido degradativo de la glucólisis (véase «Metabolismo de glúcidos — Glucólisis y destinos del piruvato»), la gluconeogénesis sustituye las tres etapas irreversibles por rodeos catalíticos específicos. Metabolismo Celular y Rutas Bioquímicas: Apuntes y Resumen 12 Esquema comparativo de reacciones entre glucólisis y gluconeogénesis. El paso de piruvato a fosfoenolpiruvato (PEP) requiere dos etapas sucesivas: COMPRUEBA 18 ¿Por qué el músculo esquelético no puede exportar glucosa libre a la circulación tras degradar sus reservas?

Rodeos enzimáticos y especificidad tisular Las etapas reguladas superiores se solventan mediante fosfatasas que hidrolizan grupos fosfato sin producir ATP: Paso glucolítico Enzima glucolítica Rodeo gluconeogénico Piruvato PEP Piruvato quinasa Piruvato carboxilasa y PEPCK Fructosa-1,6-BP Fructosa-6-P Fosfofructoquinasa-1 Fructosa-1,6-bisfosfatasa Glucosa-6-P Glucosa Hexoquinasa / Glucoquinasa Glucosa-6-fosfatasa La piruvato carboxilasa convierte el piruvato (3C) en oxalacetato (4C) gastando ATP y fijando bicarbonato. 1 La fosfoenolpiruvato carboxiquinasa (PEPCK) descarboxila el oxalacetato para generar fosfoenolpiruvato mediante el consumo de GTP.

2 Metabolismo Celular y Rutas Bioquímicas: Apuntes y Resumen 13 La presencia de la glucosa-6-fosfatasa en el hígado resulta decisiva: desfosforila la molécula para permitir su transporte hacia el torrente sanguíneo. Las células musculares carecen de esta enzima; por ello, la glucosa fosforilada en el músculo se oxida localmente. Integración interorgánica: el ciclo de Cori Durante la contracción muscular vigorosa en condiciones anaeróbicas, el músculo realiza fermentación láctica (véase «Metabolismo de glúcidos — Glucólisis y destinos del piruvato») transformando el piruvato en lactato para regenerar NAD+. Este producto no puede metabolizarse totalmente allí y se vierte a la sangre.

Diagrama del ciclo de Cori integrando músculo e hígado. El ciclo de Cori coordina el transporte continuo de metabolitos entre el tejido muscular y el hepático: Metabolismo Celular y Rutas Bioquímicas: Apuntes y Resumen 14 CICLO Ruta cíclica del ciclo de Cori 1. Glucólisis muscular: Degrada glucosa a piruvato y lactato anaeróbico. 2. Lactato en sangre: Viaja del músculo al tejido hepático. 3. Gluconeogénesis hepática: Convierte lactato en glucosa consumiendo energía. 4. Glucosa plasmática: Retorna al músculo para su consumo.

El lactato circulante es captado por el hepatocito, que lo reoxida a piruvato y lo introduce en la gluconeogénesis con un coste energético celular, suministrando de nuevo glucosa al músculo. COMPRUEBA 19 ¿Cuál es el beneficio de derivar el lactato muscular al hígado en condiciones anaeróbicas? Dinámica del glucógeno y reservas corporales El glucógeno representa la principal reserva móvil de carbohidratos en el organismo, localizándose preferentemente en el hígado y el músculo esquelético. Durante situaciones de ayuno entre comidas, la glucogenólisis hidroliza los polímeros mediante la glucógeno fosforilasa liberando glucosa-1- fosfato, la cual pasa a glucosa-6-fosfato por la fosfoglucomutasa.

1 Glucólisis muscular 2 Lactato en sangre 3 Gluconeogénesis hepática 4 Glucosa plasmática Metabolismo Celular y Rutas Bioquímicas: Apuntes y Resumen 15 Esquema del catabolismo del glucógeno y sus destinos tisulares. Por el contrario, la glucogénesis reconstituye estos depósitos en el periodo postprandial cuando la concentración de glucosa es abundante. Mientras que las reservas de glucógeno satisfacen las demandas de energía durante aproximadamente 48 horas de reposo antes de agotarse, los depósitos en tejido adiposo poseen una duración significativamente más prolongada.

IDEAS CLAVE La gluconeogénesis sintetiza glucosa a partir de precursores no glucídicos de al menos tres carbonos, principalmente en el hígado. Los animales son incapaces de transformar netamente ácidos grasos de cadena par en glucosa. Los rodeos irreversibles emplean piruvato carboxilasa, PEPCK, fructosa-1,6-bisfosfatasa y glucosa-6-fosfatasa. El músculo esquelético no puede exportar glucosa libre a la sangre porque carece de glucosa- 6-fosfatasa. El ciclo de Cori traslada el lactato anaeróbico muscular al hígado para su conversión en glucosa sanguínea. Las reservas corporales de glucógeno se agotan en torno a las 48 horas durante el ayuno de reposo.

Metabolismo Celular y Rutas Bioquímicas: Apuntes y Resumen 16 COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 20. ¿Cuáles son las dos enzimas necesarias para sortear la reacción irreversible de la piruvato quinasa? 21. ¿Por qué el glucógeno muscular solo aporta energía al propio miocito y no a otros tejidos? Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 22. ¿Cuántas moléculas netas de ATP genera la glucólisis por cada molécula de glucosa? 23. ¿Cuál es el objetivo principal de la fermentación láctica en tejido muscular en hipoxia? 24. ¿Qué par enzimático constituye el núcleo regulador clave de la secuencia glucolítica? 25.

¿Qué acción hormonal activa la glucólisis en hepatocitos tras una comida rica en glúcidos? 26. ¿Qué sustrato no puede transformarse de forma neta en glucosa en animales? 27. ¿Qué enzima gluconeogénica está presente en el hígado pero ausente en el músculo esquelético? 28. ¿Qué metabolito transporta la sangre desde el músculo anaeróbico hacia el hígado en el ciclo de Cori?

Una molécula a) Ocho moléculas b) Dos moléculas c) Cuatro moléculas d) Sintetizar ATP adicional directamente a) Inactivar a la fosfofructoquinasa b) Transportar piruvato a la mitocondria c) Regenerar el pool citosólico de NAD+ d) Fosfofructoquinasa y piruvato quinasa a) Fructosa-1,6-bisfosfatasa y amilasa b) Lactato deshidrogenasa y aconitasa c) ATP sintasa y citocromo oxidasa d) Fosforilación enzimática mediada por glucagón a) Inhibición alostérica mediada por adrenalina b) Desfosforilación enzimática mediada por insulina c) Oxidación directa por hormona tiroidea d) Ácidos grasos pares a) Lactato b) Oxalacetato c) Piruvato d) Piruvato carboxilasa a) Fructosa-1,6-bisfosfatasa b) Fosfoglucomutasa c) Glucosa-6-fosfatasa d) Glucosa-6-fosfato a) Fosfoenolpiruvato b) Oxalacetato c) Lactato d) Metabolismo Celular y Rutas Bioquímicas: Apuntes y Resumen 17 29.

¿Cuánto tiempo aproximado duran las reservas de glucógeno corporal durante el ayuno en reposo? 4 Respiración celular — Ciclo de Krebs y fosforilación oxidativa AL ACABAR SABRÁS Detallar las reacciones de descarboxilación del piruvato y las etapas del ciclo de Krebs. Describir la función de los complejos transportadores de electrones y el papel del oxígeno. Calcular el rendimiento de ATP a partir del gradiente de protones y la ATP sintasa. PIÉNSALO ANTES DE LEER 30 ¿Por qué el ser humano muere por asfixia en pocos minutos si la glucosa ya está dentro de las células? La respiración celular aerobia constituye la etapa final de degradación donde convergen las vías catabólicas de la célula.

Tras la rotura citoplasmática inicial estudiada en la glucólisis (véase «Metabolismo de glúcidos — Glucólisis y destinos del piruvato»), el proceso continúa en el interior de la mitocondria para extraer la máxima cantidad de energía contenida en los enlaces químicos. PROCESO Ruta de la respiración celular aerobia 2 semanas a) 48 horas b) 7 días c) 12 horas d) Glucólisis citosólica Convierte la glucosa en dos piruvatos generando ATP y NADH. 1 Descarboxilación oxidativa El piruvato entra en la matriz y se oxida a acetil-CoA. 2 Ciclo de Krebs Oxidación del grupo acetilo liberando CO y cofactores reducidos. 3 Cadena de transporte Paso de electrones por complejos I-IV y bombeo de protones.

4 Fosforilación oxidativa La ATP sintasa aprovecha el gradiente para generar ATP. 5 Metabolismo Celular y Rutas Bioquímicas: Apuntes y Resumen 18 Descarboxilación oxidativa y ciclo de Krebs El piruvato generado en el citosol penetra en la matriz mitocondrial. Allí sufre una descarboxilación oxidativa mediante el complejo enzimático piruvato deshidrogenasa. En esta reacción de tres carbonos a dos, se libera una molécula de y se reducen dos equivalentes de electrones sobre el para producir NADH, transformándose en acetil-CoA. Esquema de la conversión de piruvato a acetil-CoA y ciclo cítrico.

El acetil-CoA transfiere su grupo acetilo de dos carbonos al oxalacetato (molécula de 4 carbonos) para condensarse en citrato (6 carbonos), iniciando formalmente el ciclo de Krebs o ciclo de los ácidos tricarboxílicos. A lo largo del ciclo ocurren dos descarboxilaciones sucesivas que eliminan dos carbonos en forma de (a nivel de -cetoglutarato y succinil-CoA). Por lo tanto, los dos carbonos incorporados inicialmente quedan completamente oxidados. DEFINICIÓN El ciclo de Krebs posee un carácter anfibólico: actúa tanto en rutas catabólicas de oxidación terminal de glúcidos y ácidos grasos como aportando precursores carbonados para rutas anabólicas de biosíntesis celular.

Por cada molécula de acetil-CoA oxidada, el balance estequiométrico del ciclo genera: 3 moléculas de NADH (en las etapas de isocitrato, -cetoglutarato y malato). 1 molécula de FADH2 (en la deshidrogenación de succinato a fumarato). 1 enlace de alta energía en forma de GTP o ATP por fosforilación a nivel de sustrato (véase «Introducción al metabolismo y termodinámica celular»). CO 2 NAD+ CO 2 α α Metabolismo Celular y Rutas Bioquímicas: Apuntes y Resumen 19 El control del ciclo responde al estado bioenergético: niveles elevados de ATP y NADH inhiben las enzimas reguladoras, mientras que concentraciones altas de ADP activan la ruta.

COMPRUEBA 31 ¿Por qué dos vueltas completas del ciclo de Krebs oxidan el equivalente total de una molécula de glucosa? Cadena de transporte de electrones mitocondrial Los cofactores reducidos transportan sus electrones de alto potencial hasta la cadena de transporte de electrones, localizada en las crestas de la membrana mitocondrial interna. Esta cadena está formada por cuatro complejos proteicos principales numerados del I al IV y transportadores móviles como la ubiquinona (coenzima Q) y el citocromo c. Diagrama del flujo descendente de electrones en los complejos respiratorios mitocondriales.

El flujo se organiza siguiendo un gradiente decreciente de energía libre hacia potenciales redox más electropositivos: Complejo I (NADH-ubiquinona reductasa): recibe dos electrones del NADH, los transfiere a la ubiquinona y bombea protones ( ) hacia el espacio intermembrana. 1 H+ Complejo II (succinato deshidrogenasa): transfiere electrones desde el directamente a la ubiquinona sin bombear protones. 2 FADH 2 Metabolismo Celular y Rutas Bioquímicas: Apuntes y Resumen 20 ERROR FRECUENTE No confundas la localización de la cadena respiratoria.

Ocurre en la membrana interna mitocondrial (crestas mitocondriales), nunca en membranas tilacoidales, las cuales pertenecen de forma exclusiva al cloroplasto vegetal. COMPRUEBA 32 ¿Qué consecuencia inmediata tiene la ausencia completa de oxígeno sobre la cadena de transporte y el ciclo de Krebs? Fosforilación oxidativa y balance bioenergético La translocación vectorial de protones genera un marcado gradiente electroquímico a través de la membrana mitocondrial interna, acumulando mayor concentración y carga positiva en el espacio intermembrana respecto a la matriz. Por la oxidación de un NADH se bombean aproximadamente 10 protones, mientras que por un se movilizan unos 6 protones.

La disipación controlada de este gradiente activa el complejo de la ATP sintasa. Cuando los protones retornan a la matriz a través de su canal conductor, la fuerza protón-motriz impulsa la rotación molecular que cataliza la fosforilación de ADP y fosfato inorgánico en ATP.

Etapa metabólica Productos intermedios Equivalencia en ATP Glucólisis citosólica 2 ATP directos + 2 NADH 7 ATP (2 ATP + 2 × 2,5 ATP) Descarboxilación del piruvato (×2) 2 NADH 5 ATP (2 × 2,5 ATP) Ciclo de Krebs (×2 vueltas) 6 NADH + 2 FADH2 + 2 GTP 20 ATP (15 + 3 + 2 ATP) Rendimiento total completo Oxidación completa a CO2 y H2O 32 ATP Atendiendo a los coeficientes estequiométricos de por NADH y por , el catabolismo celular aerobio completo de una molécula de glucosa alcanza un rendimiento neto de 30 a 32 moles de ATP según la lanzadera utilizada para transportar el NADH citosólico al interior de la matriz.

COMPRUEBA 33 ¿Por qué la oxidación de una molécula de FADH2 produce menos moléculas de ATP que la de un NADH? Complejo III (citocromo c reductasa): canaliza los electrones desde la ubiquinona reducida hacia el citocromo c móvil, bombeando protones adicionales. 3 Complejo IV (citocromo c oxidasa): capta los electrones del citocromo c y los transfiere al oxígeno molecular, que actúa como aceptor final reduciéndose a agua ( ) junto con protones de la matriz. 4 H O 2 FADH 2 2,5 ATP 1,5 ATP FADH 2 Metabolismo Celular y Rutas Bioquímicas: Apuntes y Resumen 21 IDEAS CLAVE La descarboxilación oxidativa transforma el piruvato en acetil-CoA rindiendo y NADH en la matriz mitocondrial.

El ciclo de Krebs procesa cada acetil-CoA rindiendo 3 NADH, 1 y 1 GTP mediante descarboxilaciones y oxidaciones cíclicas. Los electrones fluyen a través de los complejos I, III y IV bombeando protones hacia el espacio intermembrana. El oxígeno molecular sirve como aceptor final de electrones para formar moléculas de agua. El rendimiento estequiométrico es de 2,5 ATP por NADH y 1,5 ATP por , sumando de 30 a 32 ATP por glucosa completa. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 34. ¿En qué compartimento subcelular concreto tiene lugar la cadena de transporte de electrones respiratoria? 35. ¿Cuántas moléculas netas de ATP y transportadores reducidos aporta una vuelta del ciclo de Krebs?

Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 36. ¿Cuál es el aceptor final de electrones en la respiración celular mitocondrial? 37. ¿Por qué el FADH2 genera menos ATP que el NADH en la cadena respiratoria? 38. ¿Qué complejo enzimático de la cadena respiratoria no participa en el bombeo de protones? 39. ¿Cuántos ATP directos e indirectos rinde la oxidación completa de un mol de glucosa?

CO 2 FADH 2 FADH 2 El dióxido de carbono a) El oxalacetato b) El citocromo c c) El oxígeno molecular d) Entra por el complejo II a) Se sintetiza en el citosol b) Requiere más moléculas de oxígeno c) No cede electrones a ubiquinona d) Complejo IV a) Complejo I b) Complejo II c) Complejo III d) 12 a 14 ATP a) 30 a 32 ATP b) 2 ATP netos c) 36 a 38 ATP d) Metabolismo Celular y Rutas Bioquímicas: Apuntes y Resumen 22 5 Metabolismo de lípidos — Lipólisis, beta-oxidación y cetogénesis AL ACABAR SABRÁS Describir la digestión, movilización y activación citosólica de los ácidos grasos. Explicar el papel de la carnitina y la translocasa en el transporte mitocondrial.

Calcular el rendimiento de coenzimas y Acetil-CoA por ciclo de beta-oxidación. Distinguir el acetoacetato del oxalacetato y justificar la síntesis de cuerpos cetónicos. PIÉNSALO ANTES DE LEER 40 ¿Por qué un organismo en ayuno prolongado recurre a los cuerpos cetónicos en lugar de transformar directamente sus grasas en glucosa? El catabolismo lipídico permite extraer grandes cantidades de energía a partir de las grasas de la dieta o de los depósitos del tejido adiposo. Este proceso abarca desde la hidrólisis inicial de los lípidos hasta la oxidación completa de sus componentes en los tejidos periféricos.

PROCESO Ruta global del catabolismo de lípidos Digestión, transporte y lipólisis En el intestino, la enzima lipasa hidroliza los lípidos consumidos. Los enterocitos absorben los productos resultantes y resintetizan los triacilgliceroles (moléculas formadas por tres ácidos grasos unidos a una molécula de glicerol). Estos se empaquetan en partículas lipoproteicas llamadas quilomicrones para distribuirse por el organismo. Hidrólisis lipídica Las lipasas degradan triacilgliceroles a glicerol y ácidos grasos. 1 Activación a acil-CoA Unión a CoA en citosol con hidrólisis de ATP a AMP y PPi. 2 Lanzadera de carnitina La translocasa transporta el acilo al interior de la matriz.

3 Beta-oxidación Ciclos iterativos que rinden FADH2, NADH y Acetil-CoA. 4 Destino del Acetil-CoA Entrada al ciclo de Krebs o derivación a cetogénesis hepática. 5 Metabolismo Celular y Rutas Bioquímicas: Apuntes y Resumen 23 En las células diana, los lípidos pueden almacenarse o degradarse según las necesidades metabólicas. La movilización de estas reservas en el tejido adiposo se denomina lipólisis, una ruta catalizada por lipasas reguladas que liberan ácidos grasos libres y glicerol al torrente circulado. Esquema del destino diferencial del glicerol y los ácidos grasos lipolíticos.

El glicerol liberado viaja al hígado, donde puede transformarse en piruvato (véase «Metabolismo de glúcidos — Glucólisis y destinos del piruvato») o incorporarse a la síntesis de glucosa (véase «Metabolismo de glúcidos — Gluconeogénesis, glucógeno y ciclo de Cori»). Por su parte, los ácidos grasos libres se transportan hacia otros tejidos para actuar como combustible oxidativo. COMPRUEBA 41 ¿Por qué el tejido adiposo libera glicerol a la sangre en vez de utilizarlo directamente para la síntesis de glucosa? Activación y lanzadera de carnitina Antes de degradarse, los ácidos grasos deben activarse en el citosol uniendo una molécula de coenzima A (CoA).

Este paso requiere el gasto de dos enlaces de alta energía, ya que el ATP se rompe hasta formar AMP y pirofosfato inorgánico (PPi). DEFINICIÓN El sistema de transporte de carnitina es el complejo molecular encargado de trasladar los grupos acilo activados a través de la membrana mitocondrial interna, la cual es impermeable a la coenzima A citosólica. Los ácidos grasos activados (acil-CoA) no pueden atravesar libremente la membrana mitocondrial interna. Por ello, la enzima carnitina aciltransferasa I transfiere el grupo acilo a la carnitina, formando acilcarnitina.

Una proteína transportadora especializada, la translocasa mitocondrial, introduce la acilcarnitina a la matriz y expulsa carnitina libre hacia el exterior. Dentro de la matriz, la carnitina aciltransferasa II regenera el acil-CoA mitocondrial y devuelve la carnitina al ciclo de transporte. Metabolismo Celular y Rutas Bioquímicas: Apuntes y Resumen 24 Mecanismo y rendimiento de la beta-oxidación Una vez en la matriz mitocondrial, los ácidos grasos de cadena par sufren una secuencia repetitiva de reacciones oxidativas. Este proceso se denomina beta-oxidación porque el ataque y la ruptura oxidativa ocurren específicamente sobre el carbono beta del sustrato.

Esquema de la estructura y numeración de los carbonos alfa y beta. Cada ciclo de la beta-oxidación consta de cuatro pasos químicos (deshidrogenación, hidratación, oxidación y tiólisis) que liberan unidades de dos carbonos. Por cada vuelta completa se obtienen exactamente: 1 molécula de Acetil-CoA (que puede ingresar en el ciclo de Krebs; véase «Respiración celular — Ciclo de Krebs y fosforilación oxidativa»). 1 molécula de coenzima reducida FADH2. 1 molécula de coenzima reducida NADH. La cadena carbonada se acorta así en dos carbonos por vuelta.

Un ácido graso saturado típico de 16 carbonos (ácido palmítico) necesita completar 7 ciclos oxidativos para transformarse íntegramente en 8 moléculas de Acetil-CoA. COMPRUEBA 42 ¿Cuántos ciclos de beta-oxidación y cuántas moléculas de Acetil-CoA produce la degradación completa de un ácido graso de 18 carbonos? Cetogénesis y utilización de cuerpos cetónicos En situaciones de ayuno prolongado o descompensación metabólica, el hígado agota su oxalacetato para sostener la gluconeogénesis hepática (véase «Metabolismo de glúcidos — Gluconeogénesis, glucógeno y ciclo de Cori»).

Sin suficiente oxalacetato disponible, el exceso masivo de Acetil-CoA Metabolismo Celular y Rutas Bioquímicas: Apuntes y Resumen 25 generado por la intensa degradación lipídica no puede ingresar al ciclo del ácido cítrico. Diagrama del flujo hepático de cetogénesis y utilización periférica en ayuno. Bajo estas condiciones, la mitocondria hepática activa la cetogénesis. Dos o más moléculas de Acetil- CoA se condensan para formar cuerpos cetónicos, principalmente acetoacetato y beta- hidroxibutirato.

Estos compuestos solubles pasan a la circulación sanguínea para suministrar energía a tejidos extrahepáticos como el músculo cardíaco, la corteza renal y, de forma crucial, el cerebro en fases de inanición. ERROR FRECUENTE No confundas el acetoacetato (cuerpo cetónico de cuatro carbonos resultante de la cetogénesis) con el oxalacetato (intermediario dicarboxílico del ciclo de Krebs). Confundirlos lleva a la falsa conclusión de que el Acetil-CoA puede transformarse directamente en precursores de la gluconeogénesis. Los animales no pueden sintetizar glucosa de forma neta a partir de Acetil-CoA ni de ácidos grasos de cadena par.

Metabolismo Celular y Rutas Bioquímicas: Apuntes y Resumen 26 IDEAS CLAVE Los triacilgliceroles de reserva se descomponen en el tejido adiposo mediante lipasas, liberando glicerol para el hígado y ácidos grasos libres para los tejidos oxidativos. La activación de un ácido graso requiere romper ATP hasta AMP y PPi, consumiendo de forma efectiva dos enlaces de alta energía. El sistema formado por la carnitina y la translocasa permite el paso obligatorio de los grupos acilo al interior de la matriz mitocondrial. Cada ciclo de la beta-oxidación reduce la longitud de la cadena en dos átomos de carbono y rinde 1 Acetil-CoA, 1 FADH2 y 1 NADH.

Durante el ayuno, el exceso de Acetil-CoA mitocondrial hepático se desvía a la síntesis de acetoacetato y beta-hidroxibutirato para nutrir al encéfalo y a otros órganos periféricos. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 43. ¿Cuál es la función esencial de la lanzadera de carnitina en el catabolismo lipídico? 44. ¿Por qué los animales son incapaces de sintetizar glucosa neta a partir de la beta-oxidación de ácidos grasos de cadena par? Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 45. ¿Qué productos directos genera una única vuelta del ciclo de beta-oxidación? 46. ¿Cuál es el destino del glicerol producido tras la lipólisis en el tejido adiposo? 47.

¿Qué desencadena la producción de cuerpos cetónicos en los hepatocitos? 48. ¿Qué compuesto cetónico se forma a partir de la condensación de moléculas de Acetil-CoA?

1 Piruvato, 1 NADH y 1 FADH2 a) 2 Acetil-CoA, 1 ATP y 1 NADPH b) 1 Malonil-CoA, 1 FAD y 1 NAD+ c) 1 Acetil-CoA, 1 FADH2 y 1 NADH d) Forma directamente cuerpos cetónicos en cerebro a) Se degrada por beta-oxidación en músculo b) Atraviesa la barrera hematoencefálica intacto c) Viaja al hígado para gluconeogénesis o glucólisis d) Exceso de glucosa y baja concentración de Acetil-CoA a) Falta de carnitina en la matriz mitocondrial b) Elevación de oxalacetato que satura el citoplasma c) Acumulación de Acetil-CoA y agotamiento de oxalacetato d) Piruvato a) Acetoacetato b) Oxalacetato c) Fosfoenolpiruvato d) Metabolismo Celular y Rutas Bioquímicas: Apuntes y Resumen 27 6 Metabolismo de aminoácidos y ciclo de la urea AL ACABAR SABRÁS Diferenciar las reacciones de transaminación y desaminación oxidativa en el destino del nitrógeno Explicar el transporte muscular de nitrógeno hacia el hígado mediante alanina Identificar las etapas mitocondriales y citoplasmáticas del ciclo de la urea y su unión al ciclo de Krebs Distinguir con precisión los aminoácidos estrictamente cetogénicos de los glucogénicos PIÉNSALO ANTES DE LEER 49 ¿Por qué el organismo no puede simplemente degradar aminoácidos como combustible directo del mismo modo que degrada los ácidos grasos?

A diferencia de los carbohidratos o las grasas, el organismo humano carece de depósitos especializados para almacenar aminoácidos. Todo excedente proteico que no se destina a la síntesis celular debe degradarse obligatoriamente, un proceso coordinado de forma centralizada por el hígado. ESQUEMA Destinos metabólicos de los aminoácidos Manejo del grupo amino: transaminación y desaminación La presencia de átomos de nitrógeno distingue a los aminoácidos de otros combustibles celulares. Durante su degradación metabólica, el organismo debe procesar tanto el esqueleto carbonado resultante como el grupo amino potencialmente tóxico.

Grupo amino Eliminación del nitrógeno tóxico celular Transaminación Transferencia de nitrógeno con vitamina B6 Ciclo de la urea Excreción segura del ion amonio hepático Esqueleto carbonado Uso energético e intermediarios de rutas Glucogénicos Conversión en glucosa metabólica Cetogénicos Leucina y lisina hacia acetil-CoA Metabolismo Celular y Rutas Bioquímicas: Apuntes y Resumen 28 DEFINICIÓN La transaminación es la transferencia reversible de un grupo amino desde un aminoácido donante hacia un cetoácido aceptor, convirtiendo al primero en un cetoácido y al segundo en un nuevo aminoácido. Esta reacción requiere el cofactor piridoxal fosfato (vitamina B6) acoplado a enzimas transaminasas.

Habitualmente, el receptor del grupo amino es el -cetoglutarato, el cual se transforma en glutamato: Esquema de transaminación entre alanina y alfa-cetoglutarato con desaminación posterior. Posteriormente, el glutamato experimenta una desaminación oxidativa en la que sufre una oxidación ligada a la reducción de , liberando el grupo amino en forma de amonio libre ( ) y regenerando -cetoglutarato para nuevos ciclos de transaminación. Diagrama de transaminación global y desaminación oxidativa acoplada a la síntesis de urea. COMPRUEBA 50 ¿Por qué el ion amonio libre no puede verterse directamente a la circulación sanguínea sistémica?

Catabolismo periférico de aminoácidos ramificados El hígado procesa la inmensa mayoría de los aminoácidos corporales; sin embargo, los aminoácidos ramificados (valina, leucina e isoleucina) eluden este metabolismo hepático primario y se dirigen directamente hacia el tejido muscular. En el músculo, estos tres aminoácidos ceden su grupo amino al piruvato (generado por glucólisis; véase «Metabolismo de glúcidos — Glucólisis y destinos del piruvato») para formar alanina. El cetoácido ramificado restante entra en rutas oxidativas locales (como el ciclo de Krebs) produciendo α NAD+ NH 4 + α Metabolismo Celular y Rutas Bioquímicas: Apuntes y Resumen 29 ATP.

La alanina pasa al torrente sanguíneo rumbo al hígado, donde transfiere de vuelta su grupo amino al -cetoglutarato para formar glutamato y regenera piruvato, el cual puede utilizarse en la síntesis hepática de glucosa (gluconeogénesis; véase «Metabolismo de glúcidos — Gluconeogénesis, glucógeno y ciclo de Cori»). El ciclo de la urea y su conexión con el ciclo de Krebs El amonio liberado en el hepatocito se convierte en urea mediante un ciclo metabólico compartimentado entre la matriz mitocondrial y el citosol hepático. Esquema de las reacciones del ciclo de la urea entre mitocondria y citoplasma.

α Síntesis de carbamoilfosfato: en la matriz mitocondrial se condensa el ion amonio ( ) con el dióxido de carbono ( ) para formar carbamoilfosfato. 1 NH 4 + CO 2 Formación de citrulina y transporte citosólico: el carbamoilfosfato transfiere su grupo carbamoilo a la ornitina, generando citrulina, la cual sale al citoplasma. 2 Incorporación del segundo nitrógeno: en el citosol, la citrulina se condensa con aspartato formando argininosuccinato. El aspartato aporta el segundo átomo de nitrógeno de la futura molécula. 3 Liberación de fumarato y urea: el argininosuccinato se escinde produciendo fumarato y arginina.

Por último, la hidrólisis de la arginina regenera la ornitina y libera la molécula de urea para su paso a la sangre y excreción renal. 4 Metabolismo Celular y Rutas Bioquímicas: Apuntes y Resumen 30 El fumarato producido actúa como puente conector metabólico directo hacia el ciclo de Krebs (véase «Respiración celular — Ciclo de Krebs y fosforilación oxidativa»), proporcionando esqueletos carbonados que facilitan la síntesis de nuevos intermediarios metabólicos.

Destino de los esqueletos carbonados: aminoácidos glucogénicos y cetogénicos Una vez desprendidos de su nitrógeno, los esqueletos de carbono se incorporan a distintas vías metabólicas: Clasificación Destino metabólico Ejemplos principales Glucogénicos Generan precursores de glucosa (piruvato, oxalacetato, -cetoglutarato, fumarato, succinil-CoA) Alanina, cisteína, glicina, serina, asparagina, aspartato, metionina, valina, arginina, prolina, histidina Cetogénicos y glucogénicos Producen intermediarios para glucosa y acetil-CoA o acetoacetil-CoA Isoleucina, fenilalanina, triptófano, tirosina, treonina Estrictamente cetogénicos Se oxidan exclusivamente hacia acetil- CoA o acetoacetil-CoA; incapaces de formar glucosa Leucina y lisina ERROR FRECUENTE Clasificar la leucina o la lisina dentro de las rutas de síntesis de glucosa.

La leucina y la lisina son exclusivamente cetogénicas; rinden únicamente derivados acetilados y no pueden aportar carbonos netos a la gluconeogénesis. COMPRUEBA 51 ¿De qué dos moléculas concretas proceden los dos átomos de nitrógeno presentes en la urea? α Metabolismo Celular y Rutas Bioquímicas: Apuntes y Resumen 31 IDEAS CLAVE El cuerpo carece de depósitos especializados de proteínas, por lo que los aminoácidos sobrantes deben desaminarse y metabolizarse en el hígado. El piridoxal fosfato (vitamina B6) es el cofactor obligado que transfiere los grupos amino en las enzimas transaminasas.

Los aminoácidos ramificados (valina, leucina e isoleucina) se catabolizan en el músculo y transfieren sus nitrógenos al hígado en forma de alanina. El ciclo de la urea sintetiza carbamoilfosfato mitocondrial a partir de amonio y , condensando un segundo nitrógeno citosólico procedente del aspartato. El fumarato liberado en el ciclo de la urea conecta directamente esta ruta con el ciclo de Krebs. La leucina y la lisina son los únicos aminoácidos exclusivamente cetogénicos, incapaces de generar glucosa por gluconeogénesis. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 52. ¿Cuál es la función del piridoxal fosfato en el catabolismo del nitrógeno? 53.

¿A través de qué molécula intermediaria se comunican directamente el ciclo de la urea y el ciclo de Krebs? Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 54. ¿Qué par de aminoácidos presenta un carácter estrictamente cetogénico en el metabolismo humano? 55. ¿Qué tejido cataboliza primariamente los aminoácidos de cadena ramificada valina, leucina e isoleucina? 56. ¿Qué compuesto inicial se produce en la matriz mitocondrial hepática para alimentar el ciclo de la urea?

CO 2 Isoleucina y glicina a) Valina y alanina b) Leucina y lisina c) Glutamato y aspartato d) El tejido muscular a) El tejido adiposo b) El epitelio renal c) El hígado d) Carbamoilfosfato a) Succinil-CoA b) Fumarato c) Arginina d) Metabolismo Celular y Rutas Bioquímicas: Apuntes y Resumen 32 57. ¿Qué donante aporta el segundo átomo de nitrógeno incorporado a la estructura de la urea? 7 Interrelaciones metabólicas y adaptación al ejercicio AL ACABAR SABRÁS Comparar las rutas metabólicas activas en el estado postprandial frente al estado postabsortivo. Explicar el mecanismo molecular de acumulación de acetil-CoA y cetogénesis en el ayuno.

Ordenar temporalmente las fuentes energéticas empleadas por el músculo esquelético durante el ejercicio físico. PIÉNSALO ANTES DE LEER 58 ¿Por qué el cuerpo humano recurre a fabricar cuerpos cetónicos en el ayuno si el tejido adiposo contiene miles de calorías en forma de grasa? El metabolismo de un organismo pluricelular coordina las demandas y reservas energéticas de sus diferentes órganos mediante señales endocrinas. La disponibilidad de nutrientes tras la ingesta o durante la carencia de alimento modifica el flujo de sustratos entre el hígado, el músculo, el tejido adiposo y el encéfalo.

Piruvato a) Glutamina b) Alanina c) Aspartato d) Metabolismo Celular y Rutas Bioquímicas: Apuntes y Resumen 33 ESQUEMA Interrelaciones metabólicas corporales Estado postprandial: almacenamiento y captación tisular Tras la ingesta de alimentos, la concentración plasmática de glucosa aumenta. Esta elevación desencadena la secreción de insulina por las células beta del páncreas y la supresión simultánea de la secreción de glucagón. La insulina promueve la captación de glucosa periférica al inducir la translocación del transportador GLUT4 a la membrana plasmática en el músculo esquelético y en el tejido adiposo.

El hígado capta la glucosa libremente mediante el transportador independiente de insulina GLUT2. En los hepatocitos, el exceso de glucosa se almacena en forma de glucógeno (véase «Metabolismo de glúcidos — Gluconeogénesis, glucógeno y ciclo de Cori») o se transforma en ácidos grasos mediante lipogénesis a partir de acetil-CoA procedente de la glucólisis. Estos ácidos grasos se esterifican para formar triacilgliceroles y se empaquetan en lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL). Paralelamente, los quilomicrones (QM) transportan los lípidos absorbidos en la dieta.

El cerebro utiliza GLUT1 y GLUT3 para captar glucosa de manera continua, siendo este su combustible casi exclusivo en condiciones estándar. En el músculo, los aminoácidos ramificados procedentes de la dieta se emplean para la síntesis proteica, mientras que la glucosa captada por GLUT4 se reserva como glucógeno muscular. Además, el músculo puede oxidar ácidos grasos derivados de quilomicrones y VLDL circulantes.

Estado postprandial Acción anabólica mediada por insulina Captación por GLUT4 Glucosa a músculo y tejido adiposo Almacenamiento hepático Glucógeno y síntesis de triacilgliceroles Estado postabsortivo Movilización catabólica por glucagón Lipólisis adiposa Liberación de ácidos grasos y glicerol Gluconeogénesis y cetogénesis Suministro hepático a cerebro y órganos Bioenergética muscular Demanda metabólica durante el ejercicio Fase de fosfágenos Fosfocreatina para regenerar ATP inicial Fase oxidativa prolongada Beta-oxidación aerobia de ácidos grasos Metabolismo Celular y Rutas Bioquímicas: Apuntes y Resumen 34 Esquema del flujo tisular de nutrientes en el estado postprandial.

COMPRUEBA 59 ¿Por qué el tejido muscular requiere insulina para captar glucosa mientras que el hígado la capta de forma independiente a esta hormona? Estado postabsortivo y ayuno: movilización endógena Cuando la concentración plasmática de glucosa desciende horas después de la ingesta, la relación hormonal se invierte: disminuye la insulina y se incrementa la secreción de glucagón. El tejido adiposo blanco responde activando la lipasa intracelular, hidrolizando los triacilgliceroles de reserva en una molécula de glicerol y tres ácidos grasos libres que se vierten al torrente sanguíneo. En el hepatocito, el glucagón estimula la glucogenólisis y la gluconeogénesis.

El oxalacetato citosólico y mitocondrial se desvía prioritariamente hacia la síntesis de glucosa libre para sostener la glucemia plasmática y abastecer al cerebro. Debido a que el hígado expresa glucosa-6-fosfatasa (enzima ausente en el tejido muscular), es capaz de desfosforilar la glucosa y exportarla al torrente sanguíneo. Al agotarse el oxalacetato por su desvío hacia la gluconeogénesis, el acetil-CoA procedente de la beta-oxidación de los ácidos grasos no puede ingresar de manera eficiente al ciclo de Krebs. Como consecuencia directa, el acetil-CoA se acumula en las mitocondrias hepáticas y se canaliza hacia la cetogénesis.

Los cuerpos cetónicos resultantes (acetoacetato y beta-hidroxibutirato) son exportados a la circulación sistémica para alimentar a tejidos extrahepáticos, incluidos el riñón, el músculo y, en periodos de ayuno mantenido, el cerebro. Metabolismo Celular y Rutas Bioquímicas: Apuntes y Resumen 35 Esquema de la movilización de sustratos energéticos durante el ayuno. ERROR FRECUENTE Creer que los animales pueden fabricar glucosa neta a partir de ácidos grasos de cadena par. La reacción catalizada por el complejo piruvato deshidrogenasa (que convierte piruvato en acetil- CoA) es irreversible en animales.

De acetil-CoA no se puede regenerar oxalacetato de forma neta en el ciclo de Krebs, ya que los dos carbonos que entran con el acetilo se liberan como dos moléculas de antes de regenerar el oxalacetato. Por tanto, los ácidos grasos de cadena par generan ATP y cuerpos cetónicos, pero nunca síntesis neta de glucosa. COMPRUEBA 60 ¿Cuál es la causa metabólica directa por la que el hígado sintetiza cuerpos cetónicos durante el ayuno prolongado? Bioenergética del ejercicio: selección de sustratos y esfuerzo muscular Durante la actividad física, la fibra muscular esquelética adapta sus fuentes de energía según la intensidad y la duración del esfuerzo.

La tasa de generación de ATP condiciona directamente la velocidad de contracción que el músculo puede sostener.

CO 2 Metabolismo Celular y Rutas Bioquímicas: Apuntes y Resumen 36 Sustrato energético Ruta implicada Rendimiento / Velocidad Contexto temporal funcional ATP libre y fosfocreatina Transferencia de fosfato directo Muy alta velocidad, capacidad muy reducida Inicio súbito del esfuerzo (primeros segundos) Glucosa / Glucógeno muscular Glucólisis anaeróbica láctica Alta velocidad, rendimiento bajo (2 ATP/glucosa) Ejercicio de alta intensidad tras agotar fosfocreatina Ácidos grasos (triglicéridos) Beta-oxidación y fosforilación aerobia Velocidad moderada, capacidad casi inagotable Ejercicio prolongado de intensidad moderada o baja PROCESO Secuencia energética en el esfuerzo muscular 1 ATP libre intracelular Consumo en las pri meras contracciones 2 Fosfocrea tina Reposición inmediata y rápida del ATP 3 Glucólisis anaerobia Consumo de glucosa con generación de lactato 4 Beta-oxi dación aerobia Oxidación de lípidos para ejercicio continuado COMPRUEBA 61 ¿Qué sustrato actúa en primer lugar para restaurar los niveles de ATP durante una contracción muscular explosiva de 3 segundos?

Activación inmediata mediante fosfagenos: En la contracción muscular inicial rápida, la fosfocreatina reconstituye inmediatamente el ATP transfiriendo su grupo fosfato al ADP. Este sistema provee energía máxima durante unos breves segundos pero sus reservas se agotan velozmente. 1 Glucólisis anaerobia: Agotada la fosfocreatina, el músculo recurre a la glucólisis citosólica. En esfuerzos de intensidad submáxima o máxima con déficit relativo de oxígeno, el piruvato se reduce a lactato para regenerar (fermentación láctica), transfiriéndose lactato al hígado mediante el ciclo de Cori.

2 NAD+ Transición oxidativa aerobia: Conforme el ejercicio se extiende en el tiempo y se agotan las reservas de glucosa fácilmente accesibles, el metabolismo muscular promueve la beta-oxidación de los ácidos grasos procedentes de los triacilgliceroles. Esta transición ahorra glucosa para preservar la función de tejidos dependientes de ella. 3 Metabolismo Celular y Rutas Bioquímicas: Apuntes y Resumen 37 IDEAS CLAVE La insulina favorece la captación de glucosa en músculo y adipocito mediante GLUT4, promoviendo el almacenamiento de glucógeno y triacilgliceroles. El glucagón estimula la lipólisis en el tejido adiposo y la gluconeogénesis hepática durante el estado de ayuno.

El cerebro utiliza prioritariamente glucosa a través de GLUT1 y GLUT3, recurriendo a cuerpos cetónicos solo durante ayunos sostenidos. Los animales no pueden sintetizar glucosa de forma neta a partir de acetil-CoA o ácidos grasos pares debido a la irreversibilidad del complejo piruvato deshidrogenasa. En el ejercicio muscular, la fosfocreatina aporta energía de reposición inmediata, seguida por la glucólisis anaerobia y finalmente la beta-oxidación mitocondrial de lípidos. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 62. ¿Por qué el músculo esquelético no puede verter glucosa libre a la circulación para ayudar en el ayuno? 63.

¿Qué relación existe entre la disminución del oxalacetato hepático en el ayuno y la síntesis de cuerpos cetónicos? Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 64. ¿Qué transportador de glucosa requiere estimulación por insulina para expresarse en la membrana plasmática? 65. ¿Por qué los ácidos grasos de cadena par no sirven para la síntesis neta de glucosa en animales? 66. ¿Cuál es el primer sistema de reserva utilizado por el músculo para reponer ATP al iniciar un esfuerzo físico?

GLUT1 a) GLUT4 b) GLUT2 c) GLUT3 d) El acetil-CoA no produce oxalacetato neto a) Inhiben a la glucosa-6-fosfatasa hepática b) No generan acetil-CoA en su degradación c) Consumen demasiado ATP en la beta-oxidación d) Ciclo de Cori a) Beta-oxidación de lípidos b) Glucólisis anaerobia c) Fosfocreatina d) Metabolismo Celular y Rutas Bioquímicas: Apuntes y Resumen 38 67. ¿Qué enzima hidroliza los triacilgliceroles en el adipocito tras el estímulo del glucagón? 8 Resumen para repasar Bioenergética y principios metabólicos Concepto Definición Catabolismo Ruta oxidativa y exergónica que degrada nutrientes complejos liberando energía útil y equivalentes de reducción.

Anabolismo Ruta biosintética y endergónica que sintetiza macromoléculas consumiendo ATP y coenzimas reducidas. Energía libre de Gibbs ( ) Criterio de espontaneidad: si la reacción es exergónica y espontánea; si es positivo, es endergónica. Fosforilación a nivel de sustrato Síntesis directa de ATP al transferirse un enlace fosfato de alta energía desde un intermediario metabólico al ADP. Fosforilación oxidativa Síntesis de ATP por la ATP sintasa impulsada por el gradiente de protones generado en la cadena respiratoria. Metabolismo de glúcidos Concepto Definición Glucólisis Ruta citosólica que escinde la glucosa en dos piruvatos con un rendimiento neto de y .

Fermentación láctica Reducción anaerobia de piruvato a lactato en el citosol para regenerar y mantener la glucólisis activa. Gluconeogénesis Síntesis anabólica hepática de glucosa a partir de precursores no glucídicos de al menos tres átomos de carbono. Glucosa-6- fosfatasa Enzima hepática ausente en el músculo que desfosforila la glucosa permitiendo su exportación a la sangre. Ciclo de Cori Ruta cíclica interorgánica que traslada lactato muscular al hígado para reconvertirlo en glucosa plasmática. Glucógeno Polímero de reserva de glucosa hepático y muscular cuyas reservas cubren unas 48 horas en reposo.

Lipasa a) Glucosa-6-fosfatasa b) Piruvato deshidrogenasa c) Lactato deshidrogenasa d) ΔG ΔG < 0 2 ATP 2 NADH NAD+ Metabolismo Celular y Rutas Bioquímicas: Apuntes y Resumen 39 Respiración celular mitocondrial Concepto Definición Descarboxilación oxidativa Oxidación del piruvato…