EL CATABOLISMO DE LOS LÍPIDOS: ß-oxidación de los ácidos grasos (HÉLICE DE LYNEN).

 El alumnado debe poder definir y localizar intracelularmente la glucólisis, la β-oxidación, el ciclo de Krebs, la cadena de transporte electrónico y la fosforilación oxidativa, indicando los sustratos iniciales y productos finales. Debe saber comparar el balance energético entre glúcidos y lípidos.

Como ya sabes, los triglicéridos son biomoléculas de reserva energética, que los mamíferos almacenamos en el tejido adiposo, a los cuales puede recurrir la célula si requiere energía. También puede venir de las grasas ingeridas en la comida.

Una vez en la célula, los triglicéridos se hidrolizan por las lipasas, obteniéndose GLICEROL + A.G. 

El glicerol se va a transformar en Gal-3-P, continuando la glucólisis a partir de la reacción 6, dando, por tanto, 1 NADH y 2 ATP. Tras pasar el Pir a la matriz mitocondrial, origina 1+3 NADH y 1 FADH2, más 1 GTP. Por tanto, el glicerol ha originado, tras completar su respiración aerobia:

2 ATP en la glucólisis.

1 NADH, que origina 2,5 o 1,5 ATP (dependiendo del tipo de c.) tras completar el transporte de e-.

4 NADH mitocondriales, que originan 4x2,5= 10 ATP.

1 FADH2, que origina 1,5 ATP.

1 ATP, a partir del GTP.

Por tanto, el glicerol de un triglicérido origina 17 o 16 ATP.

Los A. G.  de n C van a sufrir un proceso llamado beta-oxidación (principal método de obtención de energía en c. hepáticas y cardíacas), en el cual se van a convertir en n/2 moléculas de AcCoA, que van a entrar en el Ciclo de Krebs:

1. ACTIVACIÓN DE LOS A.G. (formación del Acil-CoA graso).

Ocurre en el citosol (cara citosólica de la m.m.e. o membrana del REL).

2. ENTRADA DEL A.G. ACTIVADO (ACIL-COENZIMA A GRASO) EN LA MATRIZ MITOCONDRIAL

Los A.G. de más de 12 C (los más habituales: oleico, palmítico, etc.), necesitan una lanzadera que consume ATP que se convierte en AMP (equivale a 2 ATP) para ser introducidos desde el espacio intermembrana en la matriz: el Acil-CoA se une a la carnitina (un aa no alfa) en el espacio intermembrana, que lo transporta  a la matriz.

3. BETA-OXIDACIÓN DE LOS A.G. (MATRIZ)

Proceso   catabólico cíclico en el que los A.G. van liberando C de 2 en 2 en forma d grupos acetilo, uniéndose al CoA, formando un AcCoA en cada vuelta de ciclo o de la "hélice" (de Lynen).

1ª REACCIÓN: La Acil Coa DHasa le quita 2 H al Acil-CoA, dándoselos al FAD, que se convierte en FADH2.

2ª REACCIÓN: El Enoil- CoA formado en la anterior reacción (pues al quitarle 2H, se ha formado una insaturación) se hidrata, formando beta-hidroxiacil-CoA.

3ª REACCIÓN: La beta-hidroxiacil- CoA sufre una oxidación con el NAD+, originando beta-cetoacil-CoA y NADH.

4ª REACCIÓN: una tiolasa separa un grupo acetilo y lo une al CoA, originado AcCoA y un Acil CoA con 2C menos, que vuelve a sufrir un nuevo ciclo, hasta que al final, como resultado del último ciclo, se obtienen 2 AcCoA.

Por tanto, el balance energético del ácido palmítico (A.G. saturado de 16 C), da 7 vueltas de hélice, originando en la beta -oxidación (matriz):

7 FADH2, 7 NADH y 8 AcCoA.

Esto va a dar 7x1,5+ 7x2,5 = 28 ATP

Cada AcCoA origina en el Ciclo de Krebs:

3 NADH----------->7,5 ATP.

1 FADH2---------->1,5 ATP

1 GTP-------------->1 ATP

Por tanto, cada AcCoA origina 10 ATP en el Ciclo de Krebs.

Como se han originado 8 AcCoA, tenemos 80 ATP.

Por tanto, cada ácido palmítico origina (hay que restarle 2 ATP que se gastaron para introducir el Acil-CoA en la matriz): 

28 (en la beta-oxidación) y 80 (en el ciclo de Krebs)= 118 ATP.

Descontando los 2 iniciales, son 116 ATP

¿Cuántos ATP se originan en el catabolismo aerobio completo de la tripalmitina?

16 o 17 ATP del glicerol.

116 ATP por cada palmítico. Como tenemos 3, son 116x3= 348 ATP

Total de ATP  a partir de tripalmitina (un triglicérido): 348+16= 364 ATP ; o 365 (mucho más que los 30 o 32 conseguidos con el catabolismo de la glucosa).

* Nota: en la pg 152 del libro hay un atabla con una fórmula para calcularlo. Si aplicáis esa fórmula, sale que el palmítico rinde 129 ATP. La diferencia con mis cálculos se debe a que en el libro utiliza la equivalencia de 2 ATP por cada FADH2 y 3 ATP por cada NADH, mientras que yo he utilizado una estimación más moderna y realista de 1,5 por cada FADH2 y 2,5 por cada NADH. 

Hay que considerar que la masa molecular de un triglicérido es bastante mayor que la de la glucosa, pero aún así, por cada g de biomolécula, las grasas son más del doble de energéticas que los glúcidos: 9 Kcal en las grasas y 4 n los glúcidos.

   

EL CATABOLISMO DE LOS GLÚCIDOS

LA FOSFORILACIÓN OXIDATIVA Y Nº ATP/GLUCOSA 

Cuando autores y profesores citan diferentes números de moléculas de ATP por glucosa, suele ser porque hacen diferentes consideraciones sobre los procesos que intervienen en el rendimiento total de ATP. Ni la cantidad de 36 o 38 ATP ni la de 30-32 son incorrectas. Simplemente están midiendo cosas ligeramente diferentes.

El proceso de síntesis aerobia de ATP en las mitocondrias y en las bacterias aerobias se llama FOSFORILACIÓN OXIDATIVA, y acopla 3 procesos (teoría quimioosmótica):

- Transporte de electrones a través de la cadena respiratoria desde las coenzimas reducidas al oxígeno.

- Transporte contragradiente de protones al espacio intermembrana, utilizando la energía desprendida en el transporte de electrones (reacciones redox). Se crea así un gradiente de H+ a ambos lados de la m.m.i., con alta concentración de H+ en el espacio intermembrana. En el tejido adiposo pardo de animales hibernantes como los osos, se introducen en la m.m.i. unas proteínas desacopladoras que destruyen este gradiente al permitir el retorno de los H+ a través de una difusión facilitada a la matriz mitocondrial, con lo cual en vez de sintetizarse ATP, la energía liberada en las reacciones redox de la cadena respiratoria, se libera en forma de calor, que es lo que precisan estos animales en invierno. Igual ocurre con fármacos como el DNP.

En el Complejo I se bombean 4H+ por cada 2e- procedentes del NADH que son transportados.

En el Complejo III se bombean otros 4H+ por cada 2 e- transportados.

En el Complejo IV se bombean 2H+ por cada 2 e- transportados.

Por tanto, por cada NADH producido en la mitocondria y en el citosol de algunas células (procariotas, algunas células humanas, etc.) se bombean 10 H+ al espacio intermembrana.

Por cada FADH2 y cada NADH  citosólico en otras células (que ceden sus e- al FADH2), al saltarse el Complejo I, solo se bombean 6H+.

- Síntesis de ATP por la ATPasa (ATP Sintasa): cuando 4 H+ retornan a la matriz a través de la ATPasa de la m.m.i. , liberan la energía  necesaria para fabricar 1 ATP.

Como con el NADH mitocondrial y el citosólico en las células que ceden sus e- al Complejo I, se bombean 10H+ y hacen falta 4H+ para sintetizar 1 ATP, con 10H+, se sintetizan 10/4=2,5 ATP.

Como con el FADH2 y el NADH citosólico en otras células, se bombean 6H+, se sintetizan 6/4= 2,5 ATP.

Por tanto, según los cálculos más recientes del balance energético de la glucosa, se obtendrían solo 30 o 32 ATP/glucosa (menos que los 36 o 38 calculados anteriormente pero aún 15 a 16 veces más que con los procesos anaerobios o fermentativos), aunque en las célula reales puede ser algo menor, debido a la energía gastada en transporte de ciertos metabolitos a través de la m.m.i. o porque algunos de los metabolitos del Ciclo de Krebs se desvían del ciclo, para iniciar rutas anabólicas de síntesis (p.ej. de aa).    

Materiales complementarios sobre Metabolismo (vídeos)

ORIENTACIONES DE SELECTIVIDAD 2024

El alumnado debe reconocer y saber analizar las principales características de las reacciones que determinan el catabolismo y el anabolismo. 

Se recomienda incidir sobre la descripción de las distintas rutas metabólicas de forma global, analizando en qué consisten, dónde transcurren y cuál es su balance energético. 

No es necesario formular los intermediarios de las rutas metabólicas, aunque el alumnado deberá conocer los nombres de los sustratos iniciales y de los productos finales. 

Se debe incidir en el papel de las reacciones de óxido-reducción como mecanismo general de transferencia de energía. 

El alumnado debe poder destacar el papel del ATP como vehículo en la transferencia de energía. 

Se sugiere resaltar la existencia de diversas opciones metabólicas para obtener energía.

Se recomienda comparar las vías anaerobias y aerobias con relación a la rentabilidad energética y a los productos finales, destacando el interés industrial de las fermentaciones.