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Los animales obtenemos la energía a partir de los alimentos. Pero ¿Cómo se transforma un pedazo de pizza en energía utilizable para nuestro cuerpo? La glucosa es la molécula que hoy nos va a ayudar a responder esa pregunta. Hoy vamos a hablar del metabolismo de la glucosa.
¿Qué es la glucosa y por qué la glucosa?
Primero, recordemos que la glucosa es un monosacárido, es decir, un carbohidrato simple. Si no te acordás exactamente qué es un carbohidrato te dejo este video sobre biomoléculas donde lo explicamos bien.
Cuando comemos un alimento con carbohidratos, estos van a ser digeridos por las distintas partes del aparato digestivo y romper en moléculas cada vez más simples. Una de estas moléculas simples es la glucosa. Una vez que entra en nuestras células, comienza un viaje que puede tomar distintas rutas metabólicas, pero el punto de partida siempre es ella: la glucosa.
¿Qué tiene de especial esta molécula? ¿Por qué glucosa y no otros azúcares como la fructosa o la galactosa?
Primero, por su estructura. Es un monosacárido de 6 carbonos, suficientemente grande para almacenar energía, pero no tan grande como para ser difícil de transportar o metabolizar. Además, su forma cíclica (en anillo) es muy estable, lo que permite que se almacene fácilmente en forma de glucógeno o que se transporte por la sangre sin degradarse rápidamente. Otros azúcares, como la fructosa, tienen estructuras menos estables o son más difíciles de metabolizar en ciertos tejidos.
Por otra parte, vamos a ver más adelante que es muy eficiente desde el punto de vista del rendimiento energético, con una sola molécula de glucosa se produce mucha energía.
También es muy versátil: Puede metabolizarse tanto en condiciones aeróbicas (con oxígeno) como anaeróbicas (sin oxígeno). Las plantas la producen durante la fotosíntesis, y casi todos los organismos, desde bacterias hasta animales, pueden metabolizarla.
Nuestro cuerpo, así como el de muchos otros animales, tiene mecanismos muy eficientes para transportarla y regular sus niveles: como el sistema de regulación hormonal por insulina y glucagón y los transportadores celulares GLUT específicos para dejar pasar glucosa.
No solo es fácil de transportar sino fácil de almacenar en forma de glucógeno, una molécula ramificada que permite liberar glucosa rápidamente cuando se necesita. El glucógeno se almacena principalmente en el hígado (para mantener los niveles de glucosa en sangre) y en los músculos (para uso local durante el ejercicio).
Por si esto fuera poco, tenemos un último punto a favor del team glucosa. El cerebro es uno de los mayores consumidores de energía del cuerpo, y depende casi exclusivamente de la glucosa como fuente, aunque en situaciones extremas puede usar cuerpos cetónicos. Esto hace que mantener niveles estables de glucosa en sangre sea crucial para el funcionamiento del sistema nervioso.
Metabolismo de la glucosa
Ok, dijimos que hay varias rutas metabólicas para las cuales el punto de partida es la glucosa ¿Cuáles son? Si hablamos de catabolismo o sea, romper la glucosa, las opciones disponibles son: La glucólisis, el ciclo de Krebs y la cadena respiratoria.
Glucólisis: El primer paso
La glucólisis es el proceso mediante el cual la glucosa se descompone en dos moléculas de piruvato. Esto pasa en el citoplasma de la célula y no requiere oxígeno, es decir, es un proceso anaeróbico. Durante la glucólisis, se producen dos moléculas de ATP (la famosa moneda energética de la célula) y dos moléculas de NADH, que son portadores de electrones.
El ATP o adenosín-trifosfato es la molécula que los seres vivos usan para almacenar y liberar energía. ¿Cómo lo hace? Tiene tres enlaces fosfatos, que necesitan bastante energía para unirse. Hay enzimas que pueden cortar esos enlaces con fosfatos, convirtiéndolo en ADP o AMP. Y la energía que estaba contenida ahí, se libera. Entonces podemos guardar mucho ATP y cuando lo necesitamos, rompemos el enlace y usamos la energía para cualquier otra cosita. Como la glucólisis produce ATP, produce energía.
Vamos a ver cómo funciona más o menos, sin entrar en ecuaciones ni nada raro (si querés entrar en los detalles de este proceso te dejo este video). El proceso se puede dividir en dos etapas: La primera que es con gasto de energía, y la segunda en la que se genera energía.
En la etapa inicial, dos moléculas de ATP van a aportar sus fosfatos a la glucosa, convirtiéndola en fructosa-1,6-bifosfato. La adición del fosfato retiene la glucosa dentro de la célula, porque la membrana tiene transportadores para glucosa, pero no para glucosas fosfatadas. Movida inteligente de parte de la célula (?). Esta molécula es bastante inestable y casi inmediatamente se rompe en dos azúcares-fosfato de tres carbonos cada uno. Como gastamos ATP, en esta etapa se dice que se consumió energía.
Ahora en la fase que sigue, cada azúcar de tres carbonos sufre una serie de reacciones y se convierte en otra molécula de tres carbonos, piruvato. Hay que decir que los dos azúcares de tres carbonos formados son diferentes entre sí, pero al final tienen el mismo destino. En el camino, se libera energía que se almacena en forma de ATP y NADH. Este proceso es clave porque, aunque no produce mucha energía, es el punto de partida para los siguientes pasos del metabolismo.
Ahora que tenemos piruvato podemos ir por una de estas dos opciones: Si en el entorno de esa célula (ya sea que se trate de un músculo de tu pierna o de una bacteria en un yogurt), no hay oxígeno disponible va a seguirse el camino de la fermentación. Si hay oxígeno, disponible, se sigue al famoso ciclo de Krebs y la cadena respiratoria.
Sin oxígeno: Fermentación
La fermentación es un proceso que cotidianamente conocemos bastante porque es la base de muchos alimentos como el pan, el yogurt o la cerveza. Hay dos tipos principales: la fermentación láctica y la fermentación alcohólica.
En la fermentación láctica, el piruvato se convierte en lactato o ácido láctico, y esto es lo que ocurre en nuestros músculos cuando hacemos ejercicio intenso y falta oxígeno.
En la fermentación alcohólica, el piruvato se convierte en etanol y dióxido de carbono, esta es la forma que las personas aprovechamos las levaduras y su proceso de fermentación para producir pan y cerveza.
Energéticamente la fermentación no genera tanto ATP como nos gustaría, pero por lo menos produce los elementos necesarios para que la glucólisis del principio vuelva a empezar.
Con oxígeno: Ciclo de Krebs y cadena respiratoria
Ahora, si hay oxígeno disponible, el piruvato sigue un camino más productivo. Primero, entra en la mitocondria, donde se convierte en acetil-CoA. Este compuesto es la llave de entrada al ciclo de Krebs, también conocido como ciclo del ácido cítrico.
En el ciclo de Krebs, el acetil-CoA pasa por una serie de 9 pasos en los que se involucran enzimas y compuestos que se oxidan encadenadamente. Si te gustaría profundizar en el tema, acá tenés un video específico con todas las enzimas y sustratos. Al final, lo que se genera es dióxido de carbono ATP, NADH y otro compuesto energético más, llamado FADH2. Estos últimos dos van a seguir un poco más el viaje, llevando electrones a la cadena respiratoria, que es por fin la última etapa del metabolismo de la glucosa.
En la cadena respiratoria, los electrones pasan por una serie de proteínas en la membrana mitocondrial, liberando energía que se usa para producir una gran cantidad de ATP. Este proceso, llamado fosforilación oxidativa, es muchísimo más eficaz que la fermentación, dando casi 10 veces más energía.
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Para resumir, el metabolismo de la glucosa es un viaje larguísimo que empieza con la glucólisis en el citoplasma, donde la glucosa se convierte en piruvato. Si no hay oxígeno, el piruvato entra en fermentación, con poca producción de ATP. Pero si hay oxígeno, el piruvato se transforma en acetil-CoA y entra en el ciclo de Krebs, seguido por la cadena respiratoria, donde se produce la mayor cantidad de ATP.
Este proceso no solo nos da energía, sino que también conecta con otros metabolismos, como el de las grasas y las proteínas.
Si necesitás posters sobre el ciclo de krebs, la glucólisis o la cadena respiratoria los podés descargar en canalmitocondria.com. Gracias por leer!