Reacciones de Oxidación
Las reacciones de oxidación implican la pérdida de electrones o átomos de hidrógeno (H). La oxidación de una molécula siempre va acompañada de la reducción de otra, ya que los electrones liberados deben ser captados por otra molécula para evitar la formación de metabolitos altamente reactivos.
Metabolitos y Serie de Reacciones
Cada proceso metabólico está catalizado por una enzima específica y las moléculas que participan se denominan metabolitos. Los procesos metabólicos implican una serie de reacciones en las que el producto de una reacción se convierte en el sustrato de la siguiente, formando rutas metabólicas lineales o cíclicas.
Rutas Metabólicas
- Catabolismo: Reacciones en las que las moléculas orgánicas complejas se descomponen en moléculas más simples, liberando energía que se utiliza para formar ATP.
- Anabolismo: Reacciones en las que se forman biomoléculas orgánicas complejas a partir de moléculas sencillas, lo que requiere un gasto de energía en forma de ATP.
ATP: La Moneda Energética
El ATP (trifosfato de adenosina) es un nucleótido que tiene tres grupos fosfato unidos por enlaces ricos en energía. Se transforma en ADP (difosfato de adenosina) liberando un grupo fosfato inorgánico y energía. La síntesis de ATP se realiza a partir de ADP y fosfato inorgánico (Pi) y requiere un aporte de energía.
Deuda de Oxígeno
La deuda de oxígeno se refiere a la necesidad de recuperar las reservas de oxígeno del cuerpo después del ejercicio, incluyendo el aire de los pulmones, la hemoglobina de la sangre y la mioglobina del músculo.
Mecanismos Fisiológicos
- Deficiencia de O2: En ejercicios musculares muy intensos, el suministro de sangre puede ser insuficiente, lo que obliga al cuerpo a obtener energía a través del metabolismo anaeróbico.
- Carencia de sustratos energéticos: El glucógeno muscular puede agotarse durante la actividad intensa y prolongada, lo que limita el rendimiento.
- Acumulación de ácido láctico y fosfato: La acumulación de ácido láctico y fosfato produce un descenso del pH, lo que contribuye a la fatiga muscular.
- Deshidratación y desequilibrios iónicos: La pérdida de agua e iones a través del sudor puede favorecer la aparición de fatiga, especialmente en ambientes calurosos y secos.
- Acumulación de amonio: El amonio, producido durante el ejercicio moderado, puede contribuir a la fatiga central. El amonio se transforma en urea en el hígado para reducir su toxicidad.
Ciclo de Krebs y Cadena Respiratoria
El ciclo de Krebs es una ruta cíclica en la que los dos átomos de carbono restantes del acetil CoA se oxidan completamente a CO2. Se producen 3 NADH, 2 FADH2 y 1 GTP a nivel de sustrato.
La cadena respiratoria, también conocida como fosforilación oxidativa, está acoplada a la cadena de transporte de electrones. El NADH y el FADH2 ceden electrones a la cadena respiratoria en la membrana interna de las mitocondrias. Los protones (H+) se acumulan en la matriz mitocondrial y, al atravesar la membrana a favor de gradiente, generan ATP en la ATP sintasa. Los electrones llegan hasta el O2 y forman H2O. Cada NADH genera 3 ATP y cada FADH2 genera 2 ATP.
Síntesis de ATP en las Mitocondrias
Los protones (H+) se acumulan en la matriz mitocondrial y, al atravesar la membrana interna a favor de gradiente, generan ATP en la ATP sintasa. Los electrones llegan hasta el O2 y forman H2O. Cada NADH genera 3 ATP y cada FADH2, 2 ATP.
Fosfocreatina y Glucólisis
La fosfocreatina es una molécula que permite producir ATP a partir de ADP cuando su nivel desciende bruscamente al iniciarse una actividad física. Cuando la célula tiene suficiente ATP, se forma fosfocreatina a partir de creatina y fosfato, almacenando energía.
La glucólisis es el proceso mediante el cual la glucosa se transforma en dos moléculas de piruvato de 3 carbonos. Se realiza en el citosol y produce dos ATP y 2 NADH. Es un proceso anaeróbico.
Funciones del Hígado
- Síntesis y degradación de glucógeno
- Síntesis de ácidos grasos a partir de hidratos de carbono
- Síntesis de glucosa a partir de ácido láctico
- Gluconeogénesis: Síntesis de glucosa a partir de metabolitos de la degradación de aminoácidos
Recuperación del Sistema Metabólico
La recuperación del sistema metabólico implica restablecer las condiciones iniciales para poder realizar nuevas actividades físicas. La fosfocreatina permite restablecer el ATP de forma inmediata. La degradación anaeróbica del glucógeno permite restablecer la fosfocreatina. El glucógeno se recupera por el aporte de nutrientes y la energía de la respiración aeróbica.
Fatiga Física
La fatiga física es una respuesta funcional del organismo, transitoria y reversible, tras haber realizado un esfuerzo más o menos prolongado. Se caracteriza por la incapacidad de mantener la magnitud del esfuerzo en intensidad, duración y velocidad.
Tipos de Fatiga
- Fatiga central: Se origina en el sistema nervioso central y es importante en ejercicios de larga duración. Puede ser causada por cambios en la concentración de neurotransmisores, el consumo elevado de glucosa, el exceso de amonio y señales de inhibición procedentes del músculo.
- Fatiga periférica o muscular: Se localiza en los músculos y puede ser:
- Local: Afecta al grupo muscular específico responsable del esfuerzo.
- General: Afecta a todo el organismo cuando se utiliza una gran masa muscular.
- Crónica: Se produce por sobreentrenamiento, aparece lentamente y dura mucho tiempo.
Características de la Degradación Anaeróbica del Glucógeno Muscular
La degradación anaeróbica del glucógeno, que utiliza las reservas de glucógeno del músculo, se produce en ausencia de oxígeno y genera ATP de forma rápida. Puede mantener una potencia máxima durante aproximadamente 2 minutos, después de lo cual aparece la fatiga muscular por la acumulación de ácido láctico en las células y la sangre, lo que altera el pH. Proporciona energía a ejercicios de intensidad muy alta durante un tiempo breve.
Reservas Energéticas
- Glucógeno: Se almacena en el hígado (para mantener los niveles de glucosa en sangre) y el tejido muscular.
- Lípidos: Se almacenan en el tejido adiposo subcutáneo y alrededor de algunos órganos. Almacenan más energía en menos espacio, pero su disponibilidad es más lenta.
Ácido Láctico
El ácido láctico que se acumula y produce fatiga se transforma en piruvato en el hígado y en los músculos.
Condiciones Musculares para la Respiración Celular
La respiración celular es la principal fuente de ATP para la actividad física de intensidad media y baja. La glucosa se degrada en presencia de oxígeno.
Fosforilación a Nivel de Sustrato
La fosforilación a nivel de sustrato es la síntesis de ATP que se acopla a otra reacción metabólica que libera energía. El proceso de respiración aeróbica incluye:
- Glucólisis: Descrita anteriormente, ocurre en el citosol.
- Descarboxilación oxidativa: Ocurre en la matriz mitocondrial. Se libera un CO2 del piruvato y se transforma en acetil CoA.
- Ciclo de Krebs: Ruta cíclica en la que los dos átomos de carbono restantes del acetil CoA se oxidan completamente a CO2. Se producen 3 NADH, 2 FADH2 y 1 GTP a nivel de sustrato.
- Fosforilación oxidativa: Acoplada a la cadena de transporte de electrones. El NADH y el FADH2 ceden sus electrones a la cadena respiratoria en la membrana interna de las mitocondrias. Los protones (H+) se acumulan en la matriz y, al atravesar la membrana a favor de gradiente, generan ATP en la ATP sintasa. Los electrones llegan hasta el O2 y forman H2O. Cada NADH genera 3 ATP y cada FADH2 genera 2 ATP.
Enzimas
Las enzimas son proteínas que catalizan las reacciones metabólicas, transformando los sustratos en productos. Tienen especificidad, es decir, cada enzima controla siempre la misma reacción. Muchas enzimas necesitan la presencia de coenzimas para realizar su función:
- NAD (nicotinamida adenina dinucleótido): Contiene vitamina B3 e interviene como intermediario en reacciones redox.
- FAD (flavina adenina dinucleótido): Contiene vitamina B2 e interviene como intermediario en reacciones redox.