Juan Carlos López Barajas - Fisiopatología y nutrición

Oxidación del piruvato

Esta descarboxilación oxidativase lleva a cabo en presencia de oxígenoy produce una molécula de NADH mediante la transformación de las dos moléculas de piruvatoprocedentes de la glucólisisen dos moléculas de acetil-CoAque podrán seguir su degradación en el ciclo de Krebs. La reacción global de la oxidación del piruvato es la siguiente:

Lípidos

• Activación de los ácidos grasos

Para poder ser oxidados, los ácidos grasosdeben ser activados por unión con la coenzima Aen la membrana mitocondrial externapara formar acil-CoA. Este proceso tiene un gasto energético de dos moléculas de ATPy permite que el acil-CoAproveniente del ácido grasosea degradado mediante la β-oxidación, cuyos productos serán oxidados en etapas posteriores.

• β-oxidación

La β-oxidación es un ciclo de reacciones que resultan en la oxidaciónde los ácidos grasos(previamente convertidos a acil-CoA) mediante la liberación sucesiva de fragmentos de dos átomosde carbono. El proceso se repite varias veces hasta la degradación total del acil-CoA, produciendo con cada repetición FADH2y NADHque se oxidarán en la cadena respiratoriay acetil-CoAque después será degradada en el ciclo de Krebs.

Proteínas

Los aminoácidosque no se utilizan directamente para la síntesis de proteínasno pueden ser almacenados ni excretados, por lo que se usan como combustibles. La catalización de proteínas está ligada al concepto de proteólisis.

Desaminación

Esta es la primera etapa, consiste en la eliminación del grupo α-amino para poder excretar el exceso de nitrógenoy continuar degradando el esqueleto carbonadoresultante.

Esqueleto carbonado

La cadena carbonadade cada uno de los veinte aminoácidos diferentes sigue rutas metabólicaspropias, pero todas estas rutas dan como resultado únicamente piruvato, acetil-CoAu otros intermediarios del ciclo de Krebs, que podrán seguir su oxidaciónmediante el ciclo de Krebso utilizarse para la síntesis de otros compuestos combustibles.

Acetil-CoA

La degradación de glúcidos, lípidosy proteínasha dado como resultado, entre otras moléculas, al acetil-CoA, que está formado por un grupo acetilode dos átomosde carbonounido al grupo transportador CoA. Esta molécula podrá seguir degradándose mediante el ciclo de Krebs, para producir, por un lado, energía en forma de GTPy, por otro lado, moléculas de FADH2y NADHque podrán ser utilizadas en la cadena de transporte de electronespara producir ATP.

Ciclo de Krebs

Este proceso aerobiotambién conocido como ciclo del ácido cítricose lleva a cabo en las mitocondriasde las células eucariotaso en el citoplasma de las procariotasy consiste en una secuencia cíclica de diez reacciones químicas catalizadas por enzimasque degrada el Acetil-CoApara producir GTP, NADHy FADH2. Estas dos últimas moléculas podrán continuar su proceso metabólico en la cadena de transporte de electronespara producir ATP. La reacción global del ciclo de Krebspor cada molécula de Acetil-CoAes la siguiente:

Cadena de transporte de electrones

En la membrana mitocondrial internase sitúan cuatro complejos enzimáticosque aprovechan el flujo de electronesque se produce en la oxidación del FADH2y del NADH. Estas dos moléculas liberan electrones, y los complejos enzimáticos utilizan su energíapara bombear protonesdesde la matriz mitocondrialal espacio intermembranosoen contra del gradiente electroquímico. Más adelante, el complejo permite que los protones vuelvan a entrar aprovechando el gradiente electroquímico, cuya energía sirve para sintetizar ATP. El destino final de estos electrones es el oxígeno, que es reducidode su forma moleculara agua, mediante la unión con los protones entrados en la matriz mitocondrial, lo que permite mantener un gradiente electroquímico favorable para seguir produciendo energía. Cada NADH permite la síntesis de tres moléculas de ATP, mientras que cada FADH2 permite la síntesis de dos moléculas de ATP. En resumen:

Transporte de electrones desde el NADH hasta el O2 → Bombeo de protones → Formación de ATP.

Rendimiento de las reacciones

En el catabolismo de biomoléculasel rendimiento depende de la naturaleza de la moléculaque se vaya a degradar, así como de la ruta metabólicaque siga. Las cantidades de energía son aproximativas, ya que dependen de diferentes factores que influyen en la eficienciade las reacciones. La degradación anaerobia de la glucosaproduce solo dos moléculas de ATP, por ejemplo, con la fermentación láctica, siguiendo esta reacción:

Una misma molécula de glucosa, siguiendo una ruta aerobia, produciría 38 moléculas de ATP(es decir, con un rendimiento mucho mayor al de la ruta anaerobia), con la siguiente reacción:

El rendimiento energéticode la catabolización de lípidoses todavía mayor. Si tomamos como ejemplo la oxidacióncompleta del estearato(un ácido grasode 18 átomosde carbono), su betaoxidaciónsigue la reacción global siguiente:

La oxidacióncompleta de estos productos, mediante el ciclo de Krebsy la cadena de transporte de electrones, tendrá un rendimiento energético de 146 moléculas de ATP, muy superior proporcionalmente a la de la fermentacióno a la de la oxidaciónde la glucosa.

(Devlin, 2014).

1.2 Respuesta metabólica al estrés e hipermetabolismo

El estrés (del griegostringere, que significa «apretar», a través de su derivado en inglés stress, que significa «fatiga de material») es una reacción fisiológica del organismo en el que entran en juego diversos mecanismos de defensa para afrontar una situación que se percibe como amenazante o de demanda incrementada. Fisiológica o biológica es la respuesta de un organismo a un factor de estrés tal como una condición ambiental o un estímulo. El estrés es el modo de un cuerpo de reaccionar a un desafío. De acuerdo con el evento estresante, la manera del cuerpo de responder al estrés es mediante el sistema nervioso simpáticode activación que da lugar a la respuesta de lucha o huida. Debido a que el cuerpo no puede mantener este estado durante largos períodos de tiempo, el sistema parasimpáticotiene tendencia a hacer regresar al cuerpo a condiciones fisiológicas más normales ( homeostasis). En los humanos, el estrés normalmente describe una condición negativa ( distrés) o por lo contrario una condición positiva (eustrés), que puede tener un efecto mental, físico y de bienestar o malestar en un ser humano, o incluso en otra especie de animal (Hüther, 2012).

Fisiopatología

El efecto que tiene la respuesta del estrés en el organismo es profundo:

• Predominio del sistema nervioso simpático(vasoconstricción periférica, midriasis, taquicardia, taquipnea, ralentización de la motilidad intestinal, etc.)

• Liberación masiva en el torrente sanguíneo de glucocorticoides: catecolaminas( adrenalinay noradrenalina), de cortisoly encefalina.