Metabolismo celular en biología: la guía que te desatasca

Te has aprendido las rutas: glucólisis, ciclo de Krebs, cadena respiratoria, fotosíntesis. Sabes los nombres, más o menos el orden, y aun así, cuando el examen te pide algo tan simple como decir en qué orgánulo ocurre el ciclo de Krebs o si la fotosíntesis libera o consume energía, te quedas en blanco o mezclas conceptos: dices que la respiración celular «fabrica» glucosa, o que la fotosíntesis ocurre en la mitocondria, o que las plantas no respiran porque ya hacen la fotosíntesis. No es que te falte memoria. Es que has memorizado listas de moléculas sueltas —ATP, NADH, acetil-CoA, RuBisCO— sin construir antes el mapa: qué se degrada, qué se construye, dónde pasa cada cosa dentro de la célula y con qué balance de energía. Vamos a construir ese mapa primero, y el detalle encima.

Qué te va a pedir el examen

Diferencia catabolismo de anabolismo a partir de un proceso concreto («¿la fotosíntesis es catabólica o anabólica? Justifica tu respuesta»).
Localiza o indica en qué orgánulo, o en qué parte de un orgánulo, ocurre cada etapa (citosol, matriz mitocondrial, membrana interna, tilacoides, estroma).
Relaciona reactivos y productos de una etapa: qué entra y qué sale de la glucólisis, del ciclo de Krebs, de la fase luminosa.
Justifica el balance energético de una ruta sin dar un número mágico como si fuera el único posible.
Compara respiración celular y fotosíntesis: dirección del proceso, lugar, y qué tipo de célula la realiza.

Catabolismo y anabolismo: dos caminos opuestos

El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que mantienen viva la célula, y se reparte en dos direcciones que no son intercambiables. El catabolismo degrada moléculas complejas en otras más simples y, en el proceso, libera energía: la respiración celular es el ejemplo central, porque oxida la glucosa hasta CO₂ y agua y libera la energía que la célula guarda en ATP. El anabolismo hace justo lo contrario: construye moléculas complejas a partir de otras simples, y para eso consume energía en vez de liberarla; la fotosíntesis es anabólica porque construye glucosa a partir de CO₂ y agua usando la energía de la luz, y la síntesis de proteínas a partir de aminoácidos también lo es. Una misma célula hace las dos cosas a la vez, todo el tiempo: cataboliza para obtener energía y anaboliza para crecer y reponer lo que gasta. No son dos fases sucesivas de un mismo proceso, son dos procesos con sentido opuesto.

La glucólisis: el primer paso, en el citosol

La glucólisis es la primera etapa de la degradación de la glucosa y ocurre en el citosol, fuera de la mitocondria: por eso no hace falta oxígeno para que suceda, y de hecho toda célula la realiza, tenga o no tenga mitocondrias con oxígeno disponible. Parte de una molécula de glucosa (6 carbonos) y la transforma en dos moléculas de piruvato (3 carbonos cada una). El balance neto es de 2 ATP (se invierten 2 al principio y se producen 4, así que el saldo es 2) y 2 NADH. Si hay oxígeno, el piruvato entra en la mitocondria y sigue oxidándose; si no lo hay, la célula recurre a la fermentación (láctica en el músculo, alcohólica en la levadura), que no produce más ATP pero regenera el NAD⁺ que la glucólisis necesita para seguir funcionando.

El ciclo de Krebs: en la matriz mitocondrial

Antes de entrar en el ciclo, el piruvato se descarboxila a acetil-CoA dentro de la mitocondria, liberando un CO₂ y generando un NADH. El acetil-CoA (2 carbonos) se une al oxalacetato (4 carbonos) para formar citrato (6 carbonos), que a lo largo del ciclo va perdiendo carbono en forma de CO₂ hasta regenerar el oxalacetato y cerrar la vuelta. Todo esto ocurre en la matriz mitocondrial, no en la membrana ni en el citosol. Cada vuelta del ciclo, por cada acetil-CoA que entra, libera 2 CO₂ y produce 3 NADH, 1 FADH₂ y 1 ATP (o GTP, según el libro de texto). Como cada glucosa da lugar a dos piruvatos y por tanto a dos acetil-CoA, el ciclo da dos vueltas por cada molécula de glucosa que se degrada.

La cadena respiratoria y el balance de ATP

El NADH y el FADH₂ generados en la glucólisis y el ciclo de Krebs llegan hasta la membrana mitocondrial interna, donde están los complejos de la cadena respiratoria. Ahí ceden sus electrones, que van pasando de complejo en complejo mientras bombean protones hacia el espacio intermembrana y crean un gradiente electroquímico. La ATP-sintasa aprovecha ese gradiente para fabricar ATP, en un mecanismo llamado quimiosmosis. El oxígeno es el aceptor final de los electrones: se combina con protones y forma agua, y esa es la razón última de que una célula necesite respirar oxígeno. Aquí conviene ser honesto con la cifra: el rendimiento neto de ATP por molécula de glucosa en la respiración aerobia se suele citar entre 30 y 38, y el número exacto depende de la lanzadera que use la célula para meter el NADH citosólico de la glucólisis en la mitocondria (la lanzadera del malato-aspartato rinde más ATP que la del glicerol-fosfato). Si el examen te pide una cifra cerrada, da el rango y explica de qué depende; dar un único número como si fuera un dato absoluto es menos preciso que reconocer la variabilidad.

La fotosíntesis: la planta también respira

La fotosíntesis ocurre en el cloroplasto, no en la mitocondria, y tiene dos fases en dos lugares distintos. La fase luminosa sucede en los tilacoides: la clorofila capta la luz, se produce la fotólisis del agua (que libera el oxígeno que respiramos) y los electrones liberados generan ATP y NADPH mediante una cadena de transporte parecida en su lógica a la respiratoria. El ciclo de Calvin sucede en el estroma: usa el ATP y el NADPH de la fase luminosa para fijar el CO₂ con la enzima RuBisCO y construir moléculas orgánicas, en último término glucosa, regenerando además la molécula que vuelve a captar CO₂. Se le llamaba «fase oscura» porque no necesita fotones directamente, pero sí necesita los productos de la fase luminosa, así que en la práctica ocurre sobre todo mientras hay luz. Y aquí está el punto que más se pasa por alto: la célula vegetal, además de fotosintetizar en sus cloroplastos, respira en sus mitocondrias como cualquier célula, de día y de noche, para obtener energía de la glucosa que ella misma ha fabricado. Fotosíntesis y respiración celular no son el mismo proceso mirado desde dos ángulos: son procesos opuestos, en orgánulos distintos, y una planta hace los dos.

Para llevarte

Catabolismo degrada y libera energía; anabolismo construye y la consume. No son sinónimos ni dos mitades de lo mismo.
La respiración celular tiene tres etapas en compartimentos distintos: glucólisis en el citosol, ciclo de Krebs en la matriz mitocondrial, cadena respiratoria en la membrana interna.
La fotosíntesis también tiene dos fases y dos lugares: fase luminosa en los tilacoides, ciclo de Calvin en el estroma.
Toda célula respira, también la de una planta: la fotosíntesis fabrica el combustible, la respiración lo gasta.
El balance de ATP de la respiración aerobia es un rango razonado (30-38 según la lanzadera), no una cifra única que memorizar sin más.
RuBisCO es la enzima que fija el CO₂ en el ciclo de Calvin: un nombre concreto que suele caer en el examen.

Errores que restan

Confundir la dirección de cada proceso: decir que la respiración celular «construye» glucosa o que la fotosíntesis «libera» la energía de golpe. Van al revés de lo que parece por el nombre.
Situar la glucólisis dentro de la mitocondria. Ocurre en el citosol; solo a partir del piruvato entra la mitocondria en juego.
Dar por hecho que las plantas «solo» hacen fotosíntesis y no respiran. Toda célula vegetal respira en sus mitocondrias, además de fotosintetizar en sus cloroplastos.
Escribir el balance de ATP como un número cerrado y único (por ejemplo, «siempre 38 ATP») en vez de reconocer que varía según la lanzadera y el libro de texto.
Pensar que el ciclo de Calvin necesita luz directamente, igual que la fase luminosa. Depende de sus productos (ATP y NADPH), no de la luz en sí.

Autochequeo

¿Dónde ocurre la glucólisis? a) En la matriz mitocondrial · b) En el citosol · c) En los tilacoides · d) En el núcleo Respuesta correcta: b. Es habitual situarla en la mitocondria porque «ahí se hace la energía», pero la glucólisis es el paso previo: ocurre en el citosol, antes de que el piruvato entre en la mitocondria.
¿Cuál de estos procesos es anabólico? a) Glucólisis · b) Ciclo de Krebs · c) Fotosíntesis · d) Cadena respiratoria Respuesta correcta: c. Glucólisis, ciclo de Krebs y cadena respiratoria degradan glucosa y liberan energía: son catabolismo. La fotosíntesis construye materia orgánica y consume energía: es anabolismo.
Sobre la respiración y la fotosíntesis en una planta, ¿qué es correcto? a) Solo hace fotosíntesis · b) Solo hace respiración celular · c) Hace fotosíntesis con luz y respiración celular todo el tiempo · d) Hace fotosíntesis de noche y respiración de día Respuesta correcta: c. Una célula vegetal respira en sus mitocondrias de manera constante, tenga luz o no; la fotosíntesis se suma cuando hay luz disponible, en sus cloroplastos.
El rendimiento neto de ATP por molécula de glucosa en la respiración aerobia es… a) Exactamente 38 ATP, siempre · b) Un rango, entre unos 30 y 38 ATP según la lanzadera usada · c) 2 ATP, siempre · d) Un valor que no se puede estimar Respuesta correcta: b. La cifra depende de qué lanzadera use la célula para el NADH citosólico; dar un número cerrado como si fuera absoluto es menos correcto que dar el rango y su porqué.
¿En qué parte del cloroplasto ocurre el ciclo de Calvin? a) En los tilacoides · b) En el estroma · c) En la membrana externa · d) En la matriz Respuesta correcta: b. Los tilacoides son donde ocurre la fase luminosa; el ciclo de Calvin, que fija el CO₂ con RuBisCO, ocurre en el estroma.
¿Qué diferencia de fondo hay entre catabolismo y anabolismo? a) El catabolismo consume ATP y el anabolismo lo libera · b) El catabolismo degrada moléculas y libera energía; el anabolismo construye moléculas y consume energía · c) Son dos nombres distintos para el mismo proceso · d) El catabolismo solo ocurre en las plantas Respuesta correcta: b. Es la distinción que organiza todo el bloque: dirección de la reacción (degradar o construir) y sentido del flujo de energía (liberar o consumir).

Para automatizar el reconocimiento de vocabulario del bloque —orgánulos, procesos, moléculas—, el juego de categorías por letra del arcade de Biología incluye término como metabolismo, catabolismo, anabolismo, glucólisis o ciclo de Krebs entre sus respuestas válidas. Hay que decirlo con honestidad: repasa el vocabulario del tema, no las rutas completas ni el balance de ATP paso a paso, así que es un buen calentamiento de términos, no un sustituto de entender dónde ocurre cada etapa y por qué.

El metabolismo suele ser el bloque donde más se atasca la asignatura, y conviene situarlo dentro del resto del temario. Si buscas cómo organizar el estudio completo, tienes la guía de cómo estudiar Biología para la PAU y el resumen de las preguntas que más caen en Biología en selectividad. Si el bloque de biomoléculas todavía no lo tienes afianzado, sale primero en la guía de biomoléculas, y si lo que te atasca es genética, ahí tienes cómo resolver problemas de genética en selectividad.

Preguntas frecuentes

¿En qué se diferencian catabolismo y anabolismo?

El catabolismo degrada moléculas complejas en otras más simples y libera energía; el anabolismo construye moléculas complejas a partir de otras simples y consume energía. La respiración celular es catabólica, la fotosíntesis es anabólica, y una misma célula hace ambas cosas a la vez para vivir.

¿Por qué se dice que las plantas hacen fotosíntesis y respiración a la vez?

Porque son procesos distintos, en orgánulos distintos, con funciones distintas. La fotosíntesis, en los cloroplastos, fabrica materia orgánica cuando hay luz. La respiración celular, en las mitocondrias, degrada esa materia orgánica para obtener energía, y ocurre de manera constante, con luz o sin ella. Una célula vegetal necesita las dos.

¿Cuántos ATP se producen exactamente por cada molécula de glucosa en la respiración aerobia?

No hay una cifra única y universal: los libros de texto citan valores entre 30 y 38 ATP netos por glucosa, y la diferencia depende sobre todo de la lanzadera que use la célula para introducir el NADH citosólico de la glucólisis en la mitocondria. En un examen es más correcto dar el rango y justificarlo que memorizar un número cerrado.

¿El ciclo de Calvin necesita luz directamente?

No directamente: necesita el ATP y el NADPH que produce la fase luminosa, y por eso solía llamarse «fase oscura». En la práctica ocurre sobre todo durante el día, mientras la fase luminosa sigue generando esos productos, pero la reacción en sí no depende de fotones.

Del temario al examen

Si quieres ver cómo se explica el resto del temario de Biología con este mismo método —qué pide el examen, la explicación mínima, los errores documentados y el autochequeo—, tienes gratis los tres primeros temas, incluido este bloque de metabolismo, en la muestra de Biología. Y si ya sabes que quieres la preparación completa por comunidad, aquí tienes de ejemplo cómo es para la Comunidad de Madrid, o puedes elegir la tuya entre las 12 asignaturas de la PAU. Si prefieres reservar directamente antes de decidir, puedes hacerlo en la reserva de Biología: no cobra nada hasta que el contenido esté listo.