Integración Metabólica: Conexiones entre la Respiración Celular y Vías Catabólicas
Los aminoácidos, lípidos y carbohidratos pueden convertirse en intermediarios de la glucólisis y del ciclo del ácido cítrico (Ciclo de Krebs). Esto permite que entren a la vía de la respiración celular por medio de puntos de entrada específicos. Una vez que ingresan a la vía, continúan por los pasos metabólicos y producen energía en forma de NADH, FADH₂ y ATP.
Entrada de Glúcidos a la Vía Catabólica
Si disminuye la concentración de azúcar en la sangre, el polímero de la glucosa, el glucógeno, se degrada en moléculas de glucosa unidas a un grupo fosfato, las cuales pueden entrar directamente a la glucólisis. La sacarosa, formada por glucosa y fructosa, al degradarse permite que la fructosa también ingrese a la glucólisis.
Entrada de Lípidos (Grasas) a la Vía Catabólica
Las grasas, conocidas como triglicéridos, se descomponen en una molécula de tres carbonos llamada glicerol y tres colas de ácido graso. El glicerol puede convertirse en gliceraldehído 3-fosfato y continuar la vía de la respiración celular.
Los ácidos grasos deben degradarse por un proceso llamado beta-oxidación en la matriz mitocondrial. Las colas de ácido graso se rompen en unidades de dos carbonos que se combinan con la coenzima A para formar Acetil-CoA.
Entrada de Proteínas y Aminoácidos
Al consumir proteínas, nuestro cuerpo las degrada en aminoácidos. Estos aminoácidos se reciclan y se utilizan para formar nuevas proteínas. Los aminoácidos solo se catabolizan en condiciones de excedente, ayuno, diabetes, o durante la degradación normal de proteínas para el recambio y renovación de tejidos.
Etapas del Catabolismo de Aminoácidos
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Eliminación del grupo amino: Se realiza por dos vías principales:
- Transaminación: Realizada en el hígado por enzimas transaminasas.
- Desaminación oxidativa: Ocurre en el hígado y en los riñones.
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Oxidación de la cadena carbonada: Los aminoácidos se clasifican en dos grupos según el producto que generan:
- Aminoácidos glucogénicos: Originan piruvato o intermediarios del Ciclo de Krebs que darán glucosa por gluconeogénesis.
- Aminoácidos cetogénicos: Originan Acetil-CoA que se incorpora al Ciclo de Krebs.
Excreción del Amoníaco
El amoníaco obtenido de la degradación de los aminoácidos es tóxico. Los animales lo excretan de distintas formas, clasificándose en tres grupos:
- Amoniotélicos: Eliminan amoníaco transformado en ion amonio (ej. animales de agua dulce).
- Uricotélicos: Transforman el amoníaco en ácido úrico, que es poco tóxico, lo acumulan y lo eliminan de forma semisólida (ej. aves, insectos).
- Ureotélicos: Transforman el amoníaco en urea, que es menos tóxica y la eliminan con un poco de agua (ej. mamíferos, peces de agua salada).
Fotorrespiración y Adaptaciones Fotosintéticas
Fotorrespiración
La RUBISCO (Ribulosa-1,5-bifosfato carboxilasa/oxigenasa) es la enzima clave en la fotosíntesis. En el proceso de fijación de carbono, incorpora dióxido de carbono (CO₂) a una molécula orgánica durante el Ciclo de Calvin. Sin embargo, la RUBISCO tiene un defecto: en lugar de usar siempre CO₂ como sustrato, a veces recoge O₂ (oxígeno), iniciando la fotorrespiración.
Cuando una planta tiene sus estomas abiertos, la fotorrespiración se reduce; cuando los tiene cerrados (para conservar agua), la fotorrespiración aumenta.
Plantas C3
Son las plantas más comunes y no poseen adaptaciones fotosintéticas especializadas para reducir la fotorrespiración. El primer paso del Ciclo de Calvin es la fijación de CO₂ mediante la RUBISCO. Se denominan plantas C3 porque el primer compuesto estable que produce la reacción es un compuesto de tres carbonos (3-PGA). Aproximadamente el 85% de las especies de plantas son C3.
Plantas C4
Las plantas C4 han desarrollado una separación espacial de la fijación de carbono para minimizar la fotorrespiración:
- Las reacciones dependientes de luz se producen en las células del mesófilo.
- El CO₂ atmosférico se fija en las células del mesófilo para formar un ácido orgánico de 4 carbonos (oxalacetato), utilizando la enzima PEP carboxilasa.
- El oxalacetato se convierte en malato, que se transporta hacia las células del haz vascular (donde se encuentra la RUBISCO).
- Dentro de estas células, el malato se descompone y libera una molécula de CO₂.
- La RUBISCO fija este CO₂ concentrado y lo convierte en azúcares mediante el Ciclo de Calvin.
Este proceso tiene un costo energético, pero es eficiente en hábitats cálidos. Constituyen cerca del 3% de las plantas vasculares.
Plantas CAM (Metabolismo Ácido de las Crasuláceas)
Las plantas CAM, adaptadas a ambientes secos (como las piñas o cactus), utilizan una separación temporal de la fijación de carbono para reducir al mínimo la fotorrespiración.
- Noche: Los estomas están abiertos. El dióxido de carbono se fija en las hojas. La PEP carboxilasa une el CO₂ a la molécula PEP, produciendo oxalacetato, que se transforma en otro ácido orgánico (como el malato). Este ácido orgánico se almacena en las vacuolas.
- Día: Los estomas están cerrados (para evitar la pérdida de agua). El ácido orgánico almacenado se descompone, liberando CO₂. Este CO₂ es fijado por la RUBISCO y entra al Ciclo de Calvin para formar azúcares.
Las plantas CAM son típicas de zonas muy cálidas y secas.