Catabolismo para niños
El catabolismo es una parte muy importante del metabolismo, que es el conjunto de procesos químicos que ocurren en los seres vivos. El catabolismo se encarga de descomponer moléculas grandes y complejas, como los alimentos que comemos, en moléculas más pequeñas y sencillas. Al hacer esto, libera la energía que las células necesitan para funcionar, crecer y realizar todas sus actividades.
Esta energía liberada se guarda en una molécula especial llamada ATP, que es como la "moneda de energía" de las células.
Contenido
¿Cómo funciona el catabolismo?
El catabolismo es lo contrario del anabolismo, que es el proceso de construir moléculas grandes a partir de otras más pequeñas. Aunque son opuestos, no son simplemente el camino inverso. Las reacciones catabólicas suelen ser de reducción-oxidación, donde se transfieren electrones para liberar energía.
La forma en que el catabolismo funciona es bastante parecida en la mayoría de los seres vivos, ya que todos necesitan descomponer biomoléculas para obtener energía. Sin embargo, hay algunas bacterias especiales que pueden obtener energía de otras formas, como de elementos como el hierro o el azufre.
Descomposición de las biomoléculas
Las reacciones catabólicas pueden ocurrir de dos maneras principales:
- Con oxígeno (aeróbicas): Cuando hay oxígeno presente.
- Sin oxígeno (anaeróbicas): Cuando no hay oxígeno.
Primero, las moléculas grandes de los alimentos, como las proteínas, los polisacáridos (carbohidratos complejos) y los lípidos (grasas), se descomponen en sus unidades más pequeñas. Por ejemplo:
- Las proteínas se convierten en aminoácidos.
- Los polisacáridos se convierten en monosacáridos (como la glucosa).
- Los lípidos se convierten en ácidos grasos.
Este primer paso ocurre fuera de las células, por ejemplo, en el sistema digestivo. Luego, estas moléculas pequeñas entran en las células y se transforman en otras aún más simples, como el acetil-coenzima A. Esta molécula se descompone aún más en agua y dióxido de carbono en un proceso llamado ciclo de Krebs, liberando mucha energía que se usa para formar ATP.
Catabolismo de los carbohidratos
Después de que los carbohidratos complejos se transforman en glucosa (un tipo de azúcar simple), la glucosa sigue un camino llamado glucólisis. Este proceso ocurre tanto si hay oxígeno como si no, y produce ATP y piruvato.
- Sin oxígeno: El piruvato puede seguir un proceso llamado fermentación.
- Con oxígeno: El piruvato se convierte en acetil-CoA y luego se descompone en el ciclo de Krebs para producir mucho más ATP.
¿Qué es la glucólisis?
La glucólisis es un proceso que no necesita oxígeno. Después de que los carbohidratos se han convertido en glucosa, la glucólisis descompone cada molécula de glucosa en dos moléculas de piruvato a través de diez reacciones químicas.
En este proceso, se producen 2 moléculas de NADH y 2 moléculas de ATP. Tanto el piruvato como el NADH pueden seguir otras rutas para generar más energía. Se estima que una molécula de glucosa puede producir entre 36 y 38 moléculas de ATP en total, si hay oxígeno.
¿Qué es la fermentación?
La fermentación ocurre cuando no hay oxígeno. Es una forma alternativa de obtener energía, pero es menos eficiente que los procesos con oxígeno. A partir de una molécula de glucosa, solo se producen dos moléculas de ATP. Hay diferentes tipos de fermentación, como la fermentación láctica.
Oxidación del piruvato
Cuando hay oxígeno, las dos moléculas de piruvato de la glucólisis se transforman en dos moléculas de acetil-CoA. Este proceso también produce NADH y prepara el acetil-CoA para entrar en el ciclo de Krebs.
Catabolismo de los lípidos (grasas)
Los lípidos son una gran fuente de energía para las células. Por eso, muchos seres vivos los usan para almacenar energía, como el tejido adiposo blanco en los animales o las semillas en las plantas.
Sin embargo, la energía de las grasas se obtiene más lentamente que la de los carbohidratos. Además, los lípidos no se pueden descomponer si no hay oxígeno.
Activación de los ácidos grasos
Para que los ácidos grasos puedan ser usados como energía, primero deben "activarse" uniéndose a una molécula llamada coenzima A. Esto ocurre en las mitocondrias de las células y requiere un poco de energía (2 moléculas de ATP). Una vez activados, los ácidos grasos pueden ser descompuestos.
Beta-oxidación
La β-oxidación es un ciclo de reacciones que descompone los ácidos grasos activados. En cada paso, se liberan fragmentos de dos átomos de carbono. Este proceso se repite hasta que el ácido graso se descompone por completo, produciendo FADH2 y NADH (que se usarán para producir más ATP) y acetil-CoA (que irá al ciclo de Krebs).
Catabolismo de las proteínas
Los aminoácidos que no se usan para construir nuevas proteínas no se pueden guardar, así que se usan como "combustible". La descomposición de proteínas se llama Proteólisis.
Desaminación
El primer paso es eliminar un grupo llamado "grupo α-amino" de los aminoácidos. Esto ayuda a eliminar el exceso de nitrógeno del cuerpo y deja el "esqueleto de carbono" del aminoácido.
Esqueleto de carbono
El "esqueleto de carbono" de cada aminoácido sigue diferentes caminos, pero al final todos se convierten en piruvato, acetil-CoA o en otras moléculas que forman parte del ciclo de Krebs. Estas moléculas pueden seguir descomponiéndose para obtener energía o usarse para construir otros compuestos.
Catabolismo de los ácidos nucleicos
Los ácidos nucleicos (como el ADN) se descomponen en nucleótidos. Luego, los nucleótidos se dividen en azúcares (que siguen la vía de los carbohidratos), bases nitrogenadas y grupos fosfato (que se pueden eliminar o reutilizar).
El papel del Acetil-CoA
La descomposición de carbohidratos, grasas y proteínas produce, entre otras cosas, acetil-CoA. Esta molécula está formada por un grupo acetilo de dos átomos de carbono unido a la Coenzima A. El acetil-CoA puede seguir descomponiéndose en el ciclo de Krebs para producir energía en forma de GTP, y también FADH2 y NADH, que se usarán en la cadena de transporte de electrones para producir más ATP.
Ciclo de Krebs
Este proceso, que necesita oxígeno, también se conoce como ciclo del ácido cítrico. Ocurre en las mitocondrias de las células eucariotas (como las nuestras) o en el citoplasma de las procariotas (como las bacterias). Es una serie de diez reacciones químicas que descomponen el Acetil-CoA para producir GTP, NADH y FADH2. Estas dos últimas moléculas son muy importantes porque continuarán su proceso para producir ATP en la siguiente etapa.
Cadena de transporte de electrones
En la membrana mitocondrial interna de las mitocondrias, hay unos complejos especiales que aprovechan el flujo de electrones que se libera cuando el FADH2 y el NADH se descomponen. Estos complejos usan la energía de los electrones para "bombear" protones (partículas con carga positiva) de un lado a otro de la membrana.
Luego, los protones vuelven a entrar, y esa energía se usa para fabricar ATP. Al final, los electrones se unen al oxígeno y a los protones para formar agua. Esto ayuda a mantener el proceso en marcha y a seguir produciendo energía. Cada NADH ayuda a producir tres moléculas de ATP, y cada FADH2 produce dos.
En resumen:
Cantidad de energía producida
La cantidad de energía que se obtiene del catabolismo depende del tipo de molécula que se descomponga y del camino que siga. Las cantidades de energía son aproximadas, ya que pueden variar.
Por ejemplo:
- La descomposición de la glucosa sin oxígeno (como en la fermentación láctica) produce solo dos moléculas de ATP.
- La misma molécula de glucosa, pero con oxígeno, puede producir hasta 38 moléculas de ATP, ¡mucho más!
El catabolismo de los lípidos (grasas) produce aún más energía. Por ejemplo, la descomposición completa de un ácido graso de 18 átomos de carbono puede generar hasta 146 moléculas de ATP. Esto demuestra que las grasas son una fuente de energía muy concentrada.
Véase también
- Anabolismo
- Metabolismo
- Glucólisis
- Beta-oxidación
- Proteólisis
- Respiración celular
- Fosforilación oxidativa
- Organismos quimioheterótrofos
- Respiración anaerobia
- Respiración aeróbica
- Fermentación
