9.9: Metabolismo de moléculas distintas de la glucosa

Has aprendido sobre el catabolismo de la glucosa, que aporta energía a las células vivas. Pero los seres vivos consumen más que solo glucosa como alimento. ¿De qué manera un sándwich de pavo, que contiene varios carbohidratos, lípidos y proteínas, proporciona energía a tus células?

Básicamente, todas estas moléculas de los alimentos se convierten en moléculas que pueden ingresar a la vía de respiración celular en alguna parte. Algunas moléculas entran en la glucólisis, mientras que otras entran en el ciclo del ácido cítrico. Esto significa que todas las vías catabólicas para carbohidratos, proteínas y lípidos eventualmente se conectan con la glucólisis y las vías del ciclo del ácido cítrico. Las vías metabólicas deben considerarse porosas, es decir, las sustancias ingresan por otras vías y otras sustancias salen por otras vías. Estas vías no son sistemas cerrados. Muchos de los productos en una ruta particular son reactivos en otras vías.

Carbohidratos

Hasta el momento, hemos discutido los carbohidratos de los que los organismos derivan la mayor parte de su energía: la glucosa. Muchas moléculas de carbohidratos pueden ser descompuestas en glucosa o procesadas de otra manera en glucosa por el cuerpo. El glucógeno, un polímero de glucosa, es una molécula de almacenamiento de energía a corto plazo en animales (Figura\(\PageIndex{1}\)). Cuando hay abundante ATP presente, la glucosa extra se convierte en glucógeno para su almacenamiento. El glucógeno se elabora y se almacena en el hígado y el músculo. El glucógeno se extraerá del almacenamiento si bajan los niveles de azúcar en la sangre. La presencia de glucógeno en las células musculares como fuente de glucosa permite que el ATP se produzca por más tiempo durante el ejercicio.

Figura\(\PageIndex{1}\): El glucógeno está hecho de muchas moléculas de glucosa unidas entre sí en cadenas ramificadas. Cada una de las bolas en el diagrama inferior representa una molécula de glucosa. (Crédito: Glucógeno por BorisTM. Esta obra ha sido liberada al dominio público)

La mayoría de los otros carbohidratos ingresan a la vía respiratoria celular durante la glucólisis. Por ejemplo, la sacarosa es un disacárido hecho de glucosa y fructosa unidos entre sí. La sacarosa se descompone en el intestino delgado. La glucosa ingresa al inicio de la glucólisis como se discutió anteriormente, mientras que la fructosa puede modificarse ligeramente y entrar en la glucólisis en el tercer paso. La lactosa, el azúcar disacárido que se encuentra en la leche, puede ser descompuesta por la enzima lactasa en dos azúcares más pequeños: galactosa y glucosa. Al igual que la fructosa, la galactosa puede modificarse ligeramente para ingresar a la glucólisis.

Debido a que estos carbohidratos ingresan cerca del inicio de la glucólisis, su catabolismo (descomposición) produce el mismo número de moléculas de ATP que la glucosa.

Proteínas

Las proteínas son descompuestas por una variedad de enzimas en las células. La mayoría de las veces, los aminoácidos se reciclan en nuevas proteínas y no se utilizan como fuente de energía. Esto se debe a que es más eficiente energéticamente reutilizar aminoácidos en lugar de hacer nuevos desde cero. El cuerpo utilizará la proteína como fuente de energía si:

• Hay exceso de aminoácidos (consumes mucha proteína)
• El cuerpo está en estado de hambruna (te mueres de hambre y no tienes otra fuente de energía disponible)

Cuando las proteínas se utilizan en la vía de respiración celular, primero se descomponen en aminoácidos individuales. El grupo amino de cada aminoácido se elimina (desamina) y se convierte en amoníaco. En mamíferos, el hígado sintetiza urea a partir de dos moléculas de amoníaco y una molécula de dióxido de carbono. Por lo tanto, la urea es el principal producto de desecho en los mamíferos a partir del nitrógeno que se origina en los aminoácidos, y deja el cuerpo en la orina.

Una vez que el aminoácido ha sido desaminado, sus propiedades químicas determinan en qué intermedio de la vía respiratoria celular se convertirá. Estos intermedios ingresan a la respiración celular en diversos lugares del Ciclo del Ácido Cítrico (Figura\(\PageIndex{2}\)).

Figura\(\PageIndex{2}\): Los esqueletos de carbono de ciertos aminoácidos (indicados en cajas) derivados de proteínas pueden alimentarse al ciclo del ácido cítrico. (crédito: modificación de obra de Mikael Häggström)

Lípidos

Los triglicéridos (grasas) son una forma de almacenamiento de energía a largo plazo en los animales. Los triglicéridos almacenan aproximadamente el doble de energía que los carbohidratos. Los triglicéridos están hechos de glicerol y tres ácidos grasos. El glicerol puede entrar en la glucólisis. Los ácidos grasos se rompen en unidades de dos carbonos que entran en el ciclo del ácido cítrico (Figura\(\PageIndex{3}\)).

Figura\(\PageIndex{3}\): El glucógeno del hígado y los músculos, junto con las grasas, puede alimentarse en las vías catabólicas para los carbohidratos.

Recuerde que si no se dispone de oxígeno, puede ocurrir glucólisis pero no el ciclo del ácido cítrico o la fosforilación oxidativa. Dado que los ácidos grasos ingresan a la vía en el ciclo del ácido cítrico, no se pueden descomponer en ausencia de oxígeno. Esto significa que si las células no están realizando respiración celular aeróbica, el cuerpo no puede quemar grasa para obtener energía. Es por eso que los carteles sobre la “Zona de Quema de Grasa” en un gimnasio especifican que se necesita tener una frecuencia cardíaca/frecuencia respiratoria más baja para quemar más grasa — ¡las células que no están haciendo respiración aeróbica no pueden quemar grasa como combustible!

Consulta\(\PageIndex{1}\)

Referencias

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Texto adaptado de: OpenStax, Conceptos de Biología. OpenStax CNX. mayo 18, 2016 http://cnx.org/contents/b3c1e1d2-839...9a8aafbdd@9.10