Siguiendo con las investigaciones dentro de las Ciencias Naturales, es objetivo continuar con la exposición del metabolismo de los carbohidratos y su síntesis, en donde se incluye: la glucólisis entre otras fermentaciones, el ciclo de Krebs (con gráficos), la cadena respiratoria y la fosforilación oxidativa.
Continuing with the investigations within the Natural Sciences, the objective is to continue with the exposition of the metabolism of carbohydrates and their synthesis, which includes: glycolysis among other fermentations, the Krebs cycle (with graphics), the respiratory chain and oxidative phosphorylation.
Metabolismo de los Carbohidratos
Carbohydrate Metabolism
Carbohydrate Metabolism
Este proceso de reacciones químicas se presenta en tres etapas denominadas: glucólisis y otras fermentaciones, ciclo de Krebs y la síntesis de carbohidratos. Además, por último se incluye una breve explicación de la cadena respiratoria y la fosforilación oxidativa.
This process of chemical reactions is presented in three stages called: glycolysis and other fermentations, Krebs cycle and carbohydrate synthesis. Finally, a brief explanation of the respiratory chain and oxidative phosphorylation is included.
Glucólisis y otras fermentaciones ❀ Glycolysis and other fermentations
Los polisacáridos son degradados en el curso de la digestión o por fragmentación del glucógeno en el hígado a sus componentes básicos, principalmente Hexosas. Estas entran en las rutas fermentativas como Glucosa Fosforilada o Glucosa–6–fosfato, la cual es transformada en Fructora–6–fosfato, compuesto que sufre una nueva fosforilación y se escinde en dos moléculas de Gliceraldehído–3–fosfato. En una etapa posterior se añadirá un grupo fosfato a este compuesto, y la energía acumulada en el enlace de dicho grupo servirá para formar dos moléculas de ATP en el lapso siguiente. En la reacción que desde el Fosfoenolpiruvato conduce a la formación de Piruvato se forman otros dos ATP. El piruvato puede proseguir su transformación hasta dar Lactato, como ocurre en la Glucólisis, que se produce en muchos microorganismos y en las células musculares, o bien fragmentarse a Acetaldehído y finalmente al alcohol etílico, lo cual constituye la denominada Fermentación Alcohólica, característica de numerosas bacterias. En los organismos aerobios, el piruvato se descompone a acetilcoenzima A (acetilCoA); de esta forma penetra en el Ciclo de Krebs.
Polysaccharides are degraded in the course of digestion or by fragmentation of glycogen in the liver to their basic components, mainly Hexoses. These enter the fermentative pathways as Phosphorylated Glucose or Glucose-6-phosphate, which is transformed into Fructora-6-phosphate, a compound that undergoes further phosphorylation and is cleaved into two molecules of Glyceraldehyde-3-phosphate. At a later stage a phosphate group will be added to this compound, and the energy accumulated in the bond of this group will serve to form two molecules of ATP in the following lapse. In the reaction from Phosphoenolpyruvate leading to the formation of Pyruvate, two more ATP are formed. Pyruvate can continue its transformation to Lactate, as occurs in Glycolysis, which occurs in many microorganisms and in muscle cells, or it can be broken down to Acetaldehyde and finally to ethyl alcohol, which is the so-called Alcoholic Fermentation, characteristic of many bacteria. In aerobic organisms, pyruvate is broken down to acetyl coenzyme A (acetylCoA); it thus enters the Krebs Cycle.
Estos procesos se realizan en el citoplasma celular y, como puede apreciarse, en ellos la glucosa no se oxida totalmente, ya que los productos finales, como el lactato, son todavía moléculas de más de un átomo de carbono y varios hidrógenos, por lo que la energía total que puedan liberar no ha sido aún obtenida de los mismos. Por tal razón, el rendimiento energético de las fermentaciones es muy pobre y supone un 5% del que se logra en las rutas aerobias.
These processes are carried out in the cell cytoplasm and, as can be seen, glucose is not fully oxidized in them, since the final products, such as lactate, are still molecules of more than one carbon atom and several hydrogens, so that the total energy that they can release has not yet been obtained from them. For this reason, the energy yield of fermentations is very poor and is about 5% of that achieved in aerobic routes.
Entre las enzimas que catalizan los diferentes pasos destacan las Hexoquinasas, que fosforilan la glucosa y permiten que la misma entre en la célula y se inicie el proceso; la Fosfofructoquinasa, que añade un grupo fosfato a la Fructora–6–fosfato; la Piruvatoquinasa, que cataliza el paso de fosfoenolpiruvato a piruvato, y la Lactatodeshidrogenasa, que actía en la transformación de éste a lactato. Todas ellas son enzimas reguladas por diferentes sustratos y ejercen un control muy fino sobre el catabolismo de los azúcares.
Among the enzymes that catalyze the different steps are Hexokinases, which phosphorylate glucose and allow it to enter the cell and initiate the process; Phosphofructokinase, which adds a phosphate group to Fructora-6-phosphate; Pyruvate kinase, which catalyzes the conversion of phosphoenolpyruvate to pyruvate; and Lactatodehydrogenase, which acts in the transformation of lactate to lactate. All of them are enzymes regulated by different substrates and exert a very fine control over the catabolism of sugars.
Ciclo de Krebs ❀ Krebs Cycle
Representa la ruta de degradación aerobia no sólo de los carbohidratos sino también de los lípidos y de los aminoácidos. Se realiza en el interior de las mitocondrias y es denominado también Ciclo del Ácido Tricarboxílico, debido a la presencia como metabolismo de varios ácidos (en el organismo presentes en forma de las sales correspondientes) con tres grupos carboxílicos en su molécula.
It represents the aerobic degradation pathway not only of carbohydrates but also of lipids and amino acids. It is carried out inside the mitochondria and is also called Tricarboxylic Acid Cycle, due to the presence as metabolism of several acids (in the organism present in the form of the corresponding salts) with three carboxylic groups in their molecule.
Una molécula de AcetilCoA, procedente de la descomposición del piruvato de la glucólisis o del catabolismo de los ácidos grasos y de algunos aminoácidos, se une al Oxalacetato (de 4 átomos de C) y da lugar al Citrato (de 6 átomos de C). Este, a su vez, sufre una hidratación que conduce hasta el Isocitrato (también de 6 átomos de C), el cual se transforma en ∞–cetoglutarato por pérdida de un grupo carboxilo. Una posterior descarboxilación da lugar a Succinato, Fumarato y Malato, todos ellos de 4 átomos de C, hasta que finalmente el malato experimenta una transformación en Oxalacetato, con lo que se cierra el ciclo.
A molecule of AcetylCoA, coming from the decomposition of pyruvate from glycolysis or from the catabolism of fatty acids and some amino acids, binds to Oxaloacetate (of 4 atoms of C) and gives rise to Citrate (of 6 atoms of C). This, in turn, undergoes hydration leading to Isocitrate (also of 6 C atoms), which is transformed into ∞-ketoglutarate by loss of a carboxyl group. A subsequent decarboxylation gives rise to Succinate, Fumarate and Malate, all of them of 4 C atoms, until finally malate undergoes a transformation into Oxaloacetate, which closes the cycle.
En el curso de esta ruta, tienen lugar diferentes deshidrogenaciones medidas por NAD y el FAD, que actúan como transportadores de hidrógenos (H), llevando los mismos hasta la Cadena Respiratoria. Una vez aquí, se produce el proceso de Fosforilación Oxidativa un total de 36 ATP, los cuales representan el balance energético de una vuelta del Ciclo de Krebs.
In the course of this pathway, different dehydrogenations take place as measured by NAD and FAD, which act as hydrogen (H) transporters, carrying them to the respiratory chain. Once here, the Oxidative Phosphorylation process produces a total of 36 ATP, which represent the energy balance of one round of the Krebs Cycle.
Síntesis de carbohidratos ❀ Carbohydrate synthesis
La ruta principal de síntesis de carbohidratos es la Gluconeogénesis, realizada en ciertos vegetales y en las células de determinados órganos de los vertebrados. En dicha ruta, a partir del piruvato, y por un camino que no es el inverso de la glucólisis, se forma fosfoenolpiruvato. Este compuesto conduce, ahora ya sí por inversión de las reacciones de la glucólisis, a la formación de glucosa–6–fosfato y, desde aquí, a la síntesis de otros monosacáridos, polisacáridos y disacáridos como el Glucógeno y el Almidón.
The main route of carbohydrate synthesis is Gluconeogenesis, carried out in certain plants and in the cells of certain vertebrate organs. In this route, phosphoenolpyruvate is formed from pyruvate by a pathway that is not the reverse of glycolysis. This compound leads, now by reversal of the reactions of glycolysis, to the formation of glucose-6-phosphate and, from there, to the synthesis of other monosaccharides, polysaccharides and disaccharides such as Glycogen and Starch.
“Nombres en azul indican los sustratos de la vía, flechas en rojo las reacciones únicas de esta vía, flechas cortadas indican reacciones de la glucólisis, que van en contra de esta vía, flechas en negrita indican la dirección de la gluconeogénesis”
“Blue names indicate the substrates of the pathway, red arrows indicate the unique reactions of this pathway, cut arrows indicate reactions of glycolysis, which go against this pathway, bold arrows indicate the direction of gluconeogenesis”
Otro mecanismo de síntesis de carbohidratos a partir de compuestos inorgánicos como el CO2 es el que realizan los vegetales en el proceso de la Fotosíntesis, que se verá más adelante.
Another mechanism for the synthesis of carbohydrates from inorganic compounds such as CO2 is carried out by plants in the process of photosynthesis, which will be discussed below.
Cadena Respiratoria y Fosforilación Oxidativa
Respiratory Chain and Oxidative Phosphorylation
Los hidrógenos liberados en las reacciones de deshidrogenación que ocurren en el Ciclo de Krebs son transportados por el NAD y el FAD hasta la Cadena Respiratoria, constituida por una serie de moléculas situadas en la membrana mitocondrial en una secuencia definida, cada una de las cuales es más oxidante que la anterior. La primera de ellas, el NAD, una vez hidrogenada a NADH, cede su hidrógeno, es decir, un electrón, a la siguiente, que es el FAD, la cual a su vez lo transfiere a la Coenzima Q. De ésta, el electrón pasa sucesivamente a los Citocromos b, c y a (tal y como se ve en la imagen anterior); y por último, llega hasta el O2, que es el aceptor final, produciéndose H2O. En cada uno de estos pasos se cede energía, y en algunos de ellos, en concreto en los siguientes:
FAD → Coenzima Q; Citocromo b → citocromo c, y citocromo a → formación de agua, se producen moléculas de ATP, proceso conocido como Fosforilación Oxidativa.
The hydrogens released in the dehydrogenation reactions that occur in the Krebs Cycle are transported by NAD and FAD to the respiratory chain, made up of a series of molecules located in the mitochondrial membrane in a defined sequence, each one of which is more oxidizing than the previous one. The first of these, NAD, once hydrogenated to NADH, yields its hydrogen, that is, an electron, to the next one, FAD, which in turn transfers it to Coenzyme Q. From this, the electron passes successively to Cytochromes b, c y a (as seen in the previous image); and finally, it reaches O2, which is the final acceptor, producing H2O. In each of these steps energy is given up, and in some of them, specifically in the following ones:
FAD → Coenzyme Q; Cytochrome b → cytochrome c, and cytochrome a formation of water, ATP molecules are produced, a process known as Oxidative Phosphorylation.
Con todo lo que se ha presentado en el anterior artículo: Principios básicos del metabolismo, se sigue concluyendo que la concepción de un metabolismo sanamente equilibrado permite desarrollar, en nuestro organismo, procesos complejos que se interrelacionan para construir el funcionamiento de la vida en cada molécula celular; ya que: crecemos, nos desarrollamos, somos capaces de reproducir nuestra especie con la característica de mantener la estructura y los procesos del organismo, respondiendo a los estímulos.
With all that has been presented in the previous article: Basic principles of metabolism, we continue to conclude that the conception of a healthy balanced metabolism allows us to develop, in our organism, complex processes that are interrelated to build the functioning of life in each cellular molecule; since: we grow, we develop, we are able to reproduce our species with the characteristic of maintaining the structure and processes of the organism, responding to stimuli.
¡ SIEMPRE GRACIAS
POR SU AMABLE ATENCIÓN !
POR SU AMABLE ATENCIÓN !
ALWAYS THANK YOU
FOR YOUR LOVING CARE !
FOR YOUR LOVING CARE !
Dedico este informe a la formación educativa y cultural de todo aquel que conoce su importancia y respeta lo valioso de la educación integral
I dedicate this report to the educational and cultural training of everyone who knows its importance and respects the value of integral education
❀ 
❀
Artículos de consulta (Reference articles):
❀Glúcido (Glucose)
❀Guía técnica para la elaboración de estructuras orgánicas
(Technical guide for the development of organizational structures)
❀Carbohidratos (Carbohydrates)
❀Catabolismo y Anabolismo (Catabolism and Anabolism)
❀Diferencias entre carbohidratos y azúcares
(Differences between carbohydrates and sugars)
❀6 pasos simples para incrementar la energía
(6 simple steps to boost energy)
C R E D I T S (Créditos):
❀ Las imágenes de dominio público fueron reeditadas con las aplicaciones: Paint y Microsoft Office Power Point, formateadas como archivo PNG
❀ The images (public domain) were re-edited with the applications: Paint and Microsoft Office Power Point, formatted as PNG file.
❀ Todo este material es producto de una investigación universitaria para la cátedra de Biología (L.U.Z.), va dirigido al nivel escolar de primaria y también secundaria, para el agrado y satisfacción de quienes estén solicitando dicha información.
❀All this material is the product of a university research for the Biology department (L.U.Z.), it is directed to the primary school level and high school, for the pleasure and satisfaction of those who are requesting this information.
