Metabolismo celular

Lo esencial

• Metabolismo = anabolismo (construir, gasta energía) + catabolismo (degradar, libera energía).
• ATP: la "moneda energética" de la célula.
• Enzimas: proteínas que aceleran reacciones sin consumirse.
• Fotosíntesis: fase luminosa en los tilacoides y ciclo de Calvin en el estroma del cloroplasto.
• Respiración celular: glucólisis (citoplasma), ciclo de Krebs (matriz mitocondrial) y cadena respiratoria (membrana interna de la mitocondria).
• Fermentación: obtención de energía sin oxígeno, con poco rendimiento.

Energía y enzimas

El anabolismo agrupa las reacciones que forman moléculas complejas a partir de simples (fotosíntesis, síntesis de proteínas); requieren energía. El catabolismo degrada moléculas complejas en simples (respiración, digestión) y libera energía.

El ATP (adenosín trifosfato) almacena energía en los enlaces entre sus fosfatos. Al romperse uno, queda ADP + fosfato y se libera energía que la célula usa para moverse, transportar sustancias o sintetizar moléculas.

Las enzimas son catalizadores biológicos, casi siempre proteínas. Disminuyen la energía de activación, son específicas (cada una actúa sobre un sustrato, como llave y cerradura) y no se consumen. Su actividad depende de la temperatura y del pH: si se salen de su rango óptimo pueden desnaturalizarse y dejar de funcionar.

Fotosíntesis

Ocurre en los cloroplastos de plantas y algas (y en algunas bacterias). Es un proceso anabólico que transforma energía luminosa en energía química:

$6\,\text{CO}_2 + 6\,\text{H}_2\text{O} \xrightarrow{\text{luz}} \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\,\text{O}_2$

Fase	Lugar	Qué ocurre	Productos
Luminosa (dependiente de la luz)	membranas de los tilacoides	la clorofila absorbe luz; se rompe el agua (fotólisis)	$\text{O}_2$, ATP y NADPH
Oscura o ciclo de Calvin (independiente de la luz)	estroma	se fija el $\text{CO}_2$ usando ATP y NADPH	glucosa (azúcares)

El oxígeno que liberan las plantas proviene del agua, no del $\text{CO}_2$. La clorofila absorbe sobre todo luz azul y roja y refleja la verde, por eso las hojas se ven verdes.

Respiración celular y fermentación

La respiración aerobia es catabólica y es, en términos globales, la reacción inversa de la fotosíntesis:

$\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\,\text{O}_2 \to 6\,\text{CO}_2 + 6\,\text{H}_2\text{O} + \text{energía (ATP)}$

Etapa	Lugar	Resultado principal
Glucólisis	citoplasma	glucosa → 2 piruvatos; 2 ATP netos; no requiere oxígeno
Ciclo de Krebs	matriz mitocondrial	se libera $\text{CO}_2$; se cargan NADH y FADH₂
Cadena de transporte de electrones	membrana interna de la mitocondria	se produce la mayor parte del ATP; el $\text{O}_2$ es el aceptor final de electrones y se forma agua

En total se obtienen alrededor de 30 a 38 ATP por glucosa; muchos libros de bachillerato usan 36 o 38, según cómo se haga la cuenta.

Sin oxígeno, algunas células recurren a la fermentación, que ocurre en el citoplasma y rinde solo los 2 ATP de la glucólisis:

• Láctica: piruvato → ácido láctico. Ocurre en músculos sometidos a esfuerzo intenso y en bacterias que hacen yogur.
• Alcohólica: piruvato → etanol + $\text{CO}_2$. La realizan levaduras; se usa para hacer pan y bebidas alcohólicas.

Organismos autótrofos (plantas) fabrican su alimento; los heterótrofos (animales, hongos) lo obtienen de otros. Pero ambos realizan respiración celular: las plantas también respiran.

Ejemplo resuelto

1. ¿En qué parte de la célula se lleva a cabo el ciclo de Krebs?

a) Citoplasma b) Estroma del cloroplasto c) Matriz mitocondrial d) Membrana plasmática

Solución. La glucólisis ocurre en el citoplasma; el piruvato entra a la mitocondria y, en su matriz, se completa su oxidación en el ciclo de Krebs. Respuesta: c. El estroma (opción b) es donde ocurre el ciclo de Calvin, otro ciclo que se confunde con frecuencia.

2. En un experimento se marca el oxígeno del agua que absorbe una planta. ¿Dónde aparecerá ese oxígeno marcado después de la fotosíntesis?

a) En la glucosa b) En el $\text{O}_2$ liberado c) En el $\text{CO}_2$ d) En la clorofila

Solución. En la fase luminosa, la luz rompe moléculas de agua (fotólisis) y su oxígeno se libera como $\text{O}_2$. El oxígeno de la glucosa viene del $\text{CO}_2$. Respuesta: b.

Errores comunes

• Creer que las plantas no respiran, solo fotosintetizan.
• Pensar que el oxígeno de la fotosíntesis viene del $\text{CO}_2$.
• Ubicar la glucólisis dentro de la mitocondria.
• Decir que la fase "oscura" solo ocurre de noche; no depende directamente de la luz, pero ocurre también de día.
• Suponer que la fermentación produce tanta energía como la respiración aerobia.

Para recordar

• Anabolismo construye y gasta; catabolismo degrada y libera.
• Fotosíntesis: tilacoides (luz, $\text{O}_2$, ATP) → estroma (Calvin, glucosa).
• Respiración: citoplasma (glucólisis) → matriz (Krebs) → membrana interna (la mayor parte del ATP).
• Fermentación: solo 2 ATP, sin oxígeno.