¿CÓMO OBTIENEN ENERGÍA LAS CÉLULAS?

Las células requieren un abasto continuo de energía para impulsar la gran cantidad de reacciones metabólicas que son esenciales tan sólo para mantenerse con vida. Ahora bien, para que la energía impulse una reacción, debe estar en una forma aprovechable. Casi toda la energía celular se almacena en los enlaces químicos de moléculas portadoras de energía, principalmente del adenosín trifosfato (ATP). Las células degradan la glucosa en dos etapas: glucólisis, que libera una pequeña cantidad de ATP, seguida por la respiración celular, que produce mucho más ATP.

En la exposición de la segunda ley de la termodinámica se dijo que cuando se produce una reacción espontánea, disminuye la cantidad de energía útil y se genera calor. Las células son relativamente eficientes para captar energía química durante la degradación de la glucosa, pues acumulan cerca de 40% de la energía liberada por esta glucosa en moléculas de ATP y liberan el resto como calor. Si las células fueran tan poco eficientes como los motores de gasolina (25% o menos), los animales tendrían que comer con mucha más voracidad para estar activos.

La fotosíntesis es la fuente definitiva de energía celular

En la FIGURA 8-1 se ilustran las relaciones entre la fotosíntesis y la degradación de la glucosa por glucólisis y respiración celular. Casi todos los organismos, efectúen o no la fotosíntesis, dependen de ella para tener moléculas energéticas y el oxígeno necesario para degradarlas.

La fotosíntesis que se realiza en los cloroplastos capta la energía de la luz solar y la usa para sintetizar glucosa (C6H12O6) a partir de las moléculas simples de CO2 y H2O. Se libera oxígeno como subproducto. En la mitocondria, las células degradan la glucosa para proporcionar energía, que es captada por la molécula portadora de energía ATP. Al formar ATP durante la respiración celular, las células consumen oxígeno y liberan agua y dióxido de carbono, las materias primas de la fotosíntesis.

La glucosa es una molécula clave de almacenamiento de energía

La mayoría de las células puede metabolizar diversas moléculas orgánicas para producir ATP. Los seres humanos y muchos otros animales guardan la energía en moléculas como el glucógeno (un polisacárido compuesto por largas cadenas de moléculas de glucosa) y grasa. Cuando las células producen ATP con moléculas de glucógeno, almidón o grasa, primero las convierten en glucosa o en otros compuestos que entran en la ruta metabólica que se sigue para degradar la glucosa.

Generalidades de la degradación de la glucosa

La glucosa se degrada en etapas, como se resume a continuación y se ilustra en la FIGURA 8-2:

  • La primera etapa es la glucólisis (del griego gluco-, que significa “dulce”, y –lisis, “romper”). La glucólisis comienza con la degradación de la glucosa (un azúcar de seis carbonos), lo que da por resultado dos moléculas de piruvato (molécula de tres carbonos). Parte de la energía de la glucosa sirve para generar dos moléculas de ATP. La glucólisis no necesita oxígeno y ocurre de la misma manera en condiciones aeróbicas (con oxígeno) que anaeróbicas (sin oxígeno). Las reacciones de la glucólisis se verifican en el citosol.
  • Si hay oxígeno, la segunda etapa de la degradación de la glucosa es la respiración celular. Durante ésta, las dos moléculas de piruvato producidas por glucólisis se degradan en seis moléculas de dióxido de carbono y seis de agua. Se usa oxígeno en la última etapa de la respiración celular, que produce 34 o 36 moléculas adicionales de ATP por cada dos moléculas de piruvato que entran. En las células eucariontes, las reacciones de la respiración celular se producen en la mitocondria, organelos especializados en la degradación aeróbica del piruvato.
  • Si no hay oxígeno, la segunda etapa de la degradación de la glucosa es la fermentación, que no genera energía química adicional. Durante la fermentación, el piruvato no entra en la mitocondria, sino que permanece en el citosol y se convierte en lactato o bien en etanol y CO2.