El metabolismo y sus fundamentos

Imagínate tu cuerpo como una fábrica súper eficiente que nunca para de trabajar. Eso es exactamente lo que hace el metabolismo: todas las reacciones químicas que ocurren dentro de las células para obtener la materia y energía que necesitas para vivir.

Hay dos procesos principales que trabajan juntos. El catabolismo es como demoler edificios - degrada las moléculas de los nutrientes para sacar energía y la guarda en los enlaces del ATP (la moneda energética de las células). El anabolismo es como construir - usa esa energía del ATP para crear las biomoléculas que forman tus células.

Las reacciones de oxidación-reducción son súper importantes aquí. Cuando una molécula gana electrones (se reduce), otra los pierde (se oxida) - es como un intercambio constante que libera energía utilizable.

💡 Recuerda: Todos estos procesos necesitan enzimas para funcionar. Sin ellas, las reacciones serían demasiado lentas para mantenerte vivo.

Tipos de seres vivos y fuentes de energía

Los seres vivos consiguen energía de tres formas diferentes, y cada una tiene dos opciones. Para la fuente de energía (que produce ATP), están los fotosintéticos que usan luz solar y los quimiosintéticos que usan reacciones químicas.

Para conseguir electrones (fuente reductora), los litótrofos los sacan de compuestos inorgánicos como H₂O, mientras que los organótrofos los obtienen de compuestos orgánicos. Y para el carbono, los autótrofos usan CO₂ del aire y los heterótrofos necesitan moléculas orgánicas como la glucosa.

En cuanto a combustible, tu cuerpo prefiere glúcidos y lípidos. Los lípidos dan más energía $9,5 kcal/g vs 4,2 kcal/g de los glúcidos$, pero los glúcidos son más fáciles de usar y no crean productos tóxicos.

💡 Dato curioso: Aunque los glúcidos dan menos energía, son como la gasolina de tu cuerpo - rápidos y limpios de usar.

Respiración vs fermentación

Aquí es donde las cosas se ponen interesantes. La respiración usa compuestos inorgánicos como aceptor final de electrones, mientras que la fermentación usa compuestos orgánicos.

En la respiración aeróbica, el oxígeno (O₂) es el protagonista - acepta los electrones y se convierte en agua. Esto pasa en tus células y en la mayoría de seres vivos. La respiración anaeróbica es similar pero usa otros compuestos inorgánicos como nitratos - solo ciertos bacterios la hacen.

La fermentación es diferente. El aceptor final es orgánico (normalmente piruvato), no usa la cadena de transporte de electrones y solo produce ATP por fosforilación a nivel de sustrato. Es lo que hacen tus músculos cuando te falta oxígeno o lo que usan los hongos y bacterias.

💡 Truco para el examen: Si hay oxígeno → respiración aeróbica. Si no hay oxígeno pero hay compuestos inorgánicos → respiración anaeróbica. Si solo hay compuestos orgánicos → fermentación.

La glucólisis y el ciclo de Krebs

La glucólisis es el primer paso para sacar energía de la glucosa. Ocurre en el citosol y convierte una molécula de glucosa en dos moléculas de ácido pirúvico, produciendo 2 ATP netos y 2 NADH.

Para que el ácido pirúvico entre al ciclo de Krebs, primero debe convertirse en acetil-CoA. Este proceso incluye perder CO₂ (descarboxilación) y perder hidrógenos (deshidrogenación), creando 1 NADH por cada piruvato.

El ciclo de Krebs es donde realmente se saca provecho. Por cada vuelta del ciclo se producen 3 NADH, 1 FADH₂, 1 GTP (equivale a ATP) y se libera 2 CO₂. Como tienes 2 piruvatos de la glucólisis, el ciclo gira dos veces.

💡 Ubicación importante: En eucariotas, la glucólisis pasa en el citosol, pero el ciclo de Krebs ocurre en la matriz mitocondrial.

Fosforilación oxidativa y balance energético

La fosforilación oxidativa es donde realmente se hace dinero energético. Los NADH y FADH₂ llegan a la cadena de transporte de electrones en las cristas mitocondriales y liberan su energía gradualmente.

La quimiosmosis es genial: la energía de los electrones bombea protones fuera del mitocondrio, creando un gradiente. Estos protones regresan a través de las ATP-sintetasas, que funcionan como turbinas generando ATP. Cada NADH produce 3 ATP y cada FADH₂ produce 2 ATP.

El balance final de degradar una glucosa por respiración es impresionante: 2 ATP de glucólisis + 6 ATP del paso piruvato → acetil-CoA + 2 ATP + 18 ATP del ciclo de Krebs + 4 ATP de fosforilación oxidativa = 38 ATP total. Eso es 40% de eficiencia.

💡 Para recordar: NADH vale 3 ATP, FADH₂ vale 2 ATP. Es como cambiar billetes de diferente valor.

Catabolismo de lípidos y ácidos nucleicos

Los lípidos son el almacén de energía a largo plazo. 1 gramo de grasa da 9,5 kcal, más del doble que los glúcids. La hidrólisis de triglicéridos produce 3 ácidos grasos y 1 glicerina usando la enzima lipasa.

La β-oxidación de los ácidos grasos es súper eficiente. Los ácidos grasos entran al mitocondrio unidos al coenzim A, y cada vuelta de β-oxidación produce 1 NADH, 1 FADH₂ y 1 acetil-CoA que puede entrar al ciclo de Krebs.

Los ácidos nucleicos también se pueden usar como combustible, aunque no es lo más común. Se degradan a nucleótidos que se separan en pentosa (sigue la vía de los glúcidos), ácido fosfórico (se excreta) y bases nitrogenadas (se convierten en ácido úrico, urea o amoníaco para excretar).

💡 Dato interesante: Los lípidos se pueden almacenar sin agua, por eso son tan eficientes como reserva energética.

Fotosíntesis: fase luminosa

La fotosíntesis es como una planta solar biológica que convierte luz en energía química. La ecuación global es: 6H₂O + 6CO₂ + luz → glucosa + 6O₂.

Los pigmentos fotosintéticos se agrupan en fotosistemas. El fotosistema II (PSII) tiene clorofila P680 y el fotosistema I (PSI) tiene clorofila P700. Juntos captan casi todo el espectro de luz solar.

En la fase luminosa acíclica, la luz excita electrones en el PSII. La fotólisis del agua repone estos electrones: H₂O → 2H⁺ + 2e⁻ + ½O₂ (de aquí viene todo el oxígeno). Los electrones viajan al PSI y finalmente al NADP⁺, formando NADPH. Además, el gradiente de protones genera ATP.

La fase luminosa cíclica solo produce ATP extra usando el PSI, porque en la fase fosca se necesita más ATP del que produce la fase acíclica.

💡 Clave: Fase luminosa = en tilacoides, necesita luz, produce NADPH y ATP, libera O₂.

Fase fosca y fermentación

El ciclo de Calvin (fase fosca) usa el NADPH y ATP de la fase luminosa para convertir CO₂ en glucosa. No necesita luz directamente y ocurre en el estroma de los cloroplastos.

Tiene tres pasos: fijación del CO₂ $se une a ribulosa-1,5-bifosfato con la enzima RuBisCo$, reducción $se forma gliceraldehid-3-fosfat usando ATP y NADPH$ y regeneración $se regenera la ribulosa-1,5-bifosfato para seguir el ciclo$.

La fermentación es el plan B cuando no hay oxígeno. Solo produce 2 ATP por glucosa (vs los 38 de la respiración). La fermentación alcohólica produce etanol y CO₂ (como en la cerveza), mientras que la fermentación láctica produce ácido láctico (como en el yogur o en tus músculos cuando haces ejercicio intenso).

💡 Aplicaciones reales: La fermentación no es solo teoría - hace posible el pan, el vino, el yogur y explica por qué te duelen los músculos después del ejercicio intenso.