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Catabolismo

El catabolismo es la vertiente degradativa del metabolismo: el conjunto de rutas que oxidan biomoléculas para liberar energía y conservarla como ATP y poder reductor. Este apunte cubre íntegramente el saber básico del Bloque D del currículo de Biología de 2.º de Bachillerato (RD 243/2022): el concepto de metabolismo, la respiración celular anaeróbica (glucólisis y fermentaciones), la respiración aeróbica completa (β-oxidación, ciclo de Krebs, cadena de transporte de electrones y fosforilación oxidativa) y el cálculo comparativo de los rendimientos energéticos. Todo el contenido es plenamente evaluable en la fase de acceso de la Selectividad/PAU.

4seccionesca. 18min de lectura4competenciasNivelBásico 1 · Estándar 1 · Profundización 2Revisado · 06/2026

T·0777 / 12

Perfil de examen

Define e interpreta los procesos catabólicos y anabólicos, así como los intercambios energéticos asociadosSitúa, a nivel celular y de orgánulo, dónde se producen los procesos, diferenciando rutas de degradación y los enzimas y moléculas más importantesContrasta las vías aeróbicas y anaeróbicas estableciendo su relación con su diferente rendimiento energéticoLocaliza a nivel subcelular dónde se llevan a cabo las fases del catabolismo, destacando los procesos que tienen lugar

Operadores:defineexplicalocalizacalculacomparajustificainterpretarelacionarazona

nivel básico

Como materia de modalidad, la Biología de 2.º exige dominar el concepto de catabolismo, localizar cada fase en su compartimento celular y describir cualitativamente glucólisis, fermentaciones, ciclo de Krebs y cadena respiratoria.

nivel avanzado

La profundización propia de quien la elige como materia troncal de la rama de Ciencias incluye el cálculo razonado y comparativo de los rendimientos de ATP (anaeróbico frente a aeróbico) y la integración de la β-oxidación con la respiración mediante la teoría quimiosmótica de Mitchell.

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Inhalt · 4 secciones

Catabolismo

Concepto de metabolismo: anabolismo y catabolismo#

BasisBOE-A-2022-5521 · biologia · Bloque D. Metabolismo — concepto de metabolismo; anabolismo y catabolismo y sus diferencias

El metabolismo es el conjunto de todas las reacciones químicas, ordenadas en rutas y catalizadas por enzimas, que tienen lugar en el interior de la célula y que le permiten obtener materia y energía para mantenerse, crecer y reproducirse. Se organiza en dos vertientes complementarias y simultáneas —el catabolismo y el anabolismo— que la célula acopla energéticamente: la primera financia a la segunda. Comprender esta polaridad es el punto de partida de todo el bloque de Metabolismo (Fig. 1).

Esquema general del metabolismo

El catabolismo es la fase degradativa: oxida moléculas orgánicas complejas y reducidas (glúcidos, lípidos, proteínas) hasta moléculas más sencillas y oxidadas (CO₂, H₂O, ácido láctico, etanol). Es un proceso oxidativo, exergónico (libera energía) y convergente, porque rutas distintas confluyen en intermediarios comunes como el acetil-CoA. La energía liberada se conserva en forma de ATP y de coenzimas reducidas (NADH, FADH₂), que son las «monedas» energéticas de la célula.

El anabolismo es la fase de biosíntesis: a partir de precursores sencillos construye macromoléculas complejas (síntesis de glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos). Es un proceso reductor, endergónico (consume energía) y divergente, porque desde pocos precursores se sintetiza una gran variedad de productos. Consume el ATP y el poder reductor (NADPH) que el catabolismo y la fotosíntesis han generado. Catabolismo y anabolismo no son rutas inversas idénticas: usan enzimas y, a menudo, compartimentos diferentes.

El nexo entre ambas vertientes es el ATP (adenosín trifosfato): su hidrólisis a ADP + Pi libera energía libre que impulsa los procesos endergónicos, y su resíntesis reacumula la energía que libera el catabolismo. Esta lógica de acoplamiento energético explica por qué medimos el «rendimiento» de una ruta catabólica en número de moléculas de ATP: es la magnitud que el currículo te pide calcular y comparar al final del tema.

\text{ATP} + \text{H}_2\text{O} \longrightarrow \text{ADP} + \text{P}_i \qquad \Delta G^{\circ\prime} \approx -30.5\ \text{kJ/mol}

Hidrólisis del ATP

La energía libre que se libera al hidrolizar el enlace fosfoanhídrido terminal del ATP es la que impulsa las reacciones endergónicas del anabolismo. El signo negativo de la variación de energía libre estándar indica que el proceso es espontáneo y exergónico.

Ejemplo resuelto

Clasificar transformaciones como catabólicas o anabólicas

Clasifica razonadamente los siguientes procesos como catabólicos o anabólicos e indica, en cada caso, si producen o consumen ATP: (a) oxidación de la glucosa hasta CO₂ y H₂O; (b) síntesis de una proteína a partir de aminoácidos; (c) fermentación láctica.

(a) Oxidación de la glucosa
Una molécula compleja y reducida (glucosa) se degrada a moléculas sencillas y oxidadas (CO₂, H₂O): es una oxidación que libera energía. Por tanto es CATABÓLICO y PRODUCE ATP.
(b) Síntesis de una proteína
A partir de precursores sencillos (aminoácidos) se construye una macromolécula: es biosíntesis reductora y endergónica. Por tanto es ANABÓLICO y CONSUME ATP (y GTP).
(c) Fermentación láctica
Degradación parcial de la glucosa a ácido láctico con producción neta de ATP en ausencia de oxígeno: es CATABÓLICO y PRODUCE ATP (aunque poco).

Resultado: (a) catabólico, produce ATP; (b) anabólico, consume ATP; (c) catabólico, produce ATP.

Errores frecuentes

Decir que el anabolismo «es el catabolismo al revés»: aunque comparten intermediarios, usan enzimas distintas, son irreversibles en su conjunto y a menudo ocurren en compartimentos separados.
Confundir NADH (poder reductor catabólico, destinado a la cadena respiratoria) con NADPH (poder reductor anabólico, destinado a la biosíntesis).

Repaso activo

Define el concepto de metabolismo y, mediante un cuadro comparativo, contrasta el catabolismo y el anabolismo atendiendo a cuatro criterios: tipo de transformación de la materia, cambio redox, balance energético y forma en que cada uno utiliza el ATP.

Recuerdo activo

Recuerda los puntos clave — luego revela.

Fuentes: Real Decreto 243/2022 — enseñanzas mínimas del Bachillerato (saberes básicos, Anexo II) (Gobierno de España — Boletín Oficial del Estado (BOE))

Catabolismo anaeróbico: glucólisis y fermentaciones#

StandardBOE-A-2022-5521 · biologia · Bloque D. Metabolismo — procesos implicados en la respiración celular anaeróbica (glucólisis y fermentación)

El catabolismo de la glucosa empieza siempre por la glucólisis, una ruta que se desarrolla íntegramente en el citosol (citoplasma), no requiere oxígeno y está presente en prácticamente todos los seres vivos, lo que sugiere su antigüedad evolutiva. En ella, una molécula de glucosa (6 carbonos) se escinde y oxida hasta dos moléculas de ácido pirúvico o piruvato (3 carbonos cada una), con un balance neto de 2 ATP y 2 NADH (Fig. 2).

Glucólisis y destinos del piruvato

La glucólisis transcurre en dos fases. En la fase de activación o «inversión» se consumen 2 ATP para fosforilar la glucosa y su intermediario, formando fructosa-1,6-bisfosfato, que se rompe en dos triosas de tres carbonos. En la fase de oxidación o «beneficio», cada triosa se oxida (reduciendo un NAD⁺ a NADH) y, mediante dos fosforilaciones a nivel de sustrato, rinde 2 ATP por triosa. Como hay dos triosas, se forman 4 ATP brutos; restando los 2 ATP invertidos, el balance NETO es de 2 ATP por glucosa.

El destino del piruvato depende de la disponibilidad de oxígeno. En condiciones aeróbicas el piruvato entra en la mitocondria y se oxida por completo (apartado siguiente). En condiciones anaeróbicas, la célula recurre a las fermentaciones, cuya función esencial NO es producir ATP adicional, sino REOXIDAR el NADH a NAD⁺ para que la glucólisis pueda continuar; sin NAD⁺ disponible, la glucólisis se detendría y cesaría toda producción de energía (Fig. 2).

Existen dos fermentaciones que debes conocer. En la fermentación láctica el piruvato se reduce directamente a ácido láctico (lactato); la realizan algunas bacterias (Lactobacillus, base del yogur) y, en los animales, las células musculares cuando el aporte de O₂ es insuficiente. En la fermentación alcohólica el piruvato se descarboxila a acetaldehído (liberando CO₂) y este se reduce a etanol; la realizan las levaduras (Saccharomyces cerevisiae), base de la elaboración del pan, el vino y la cerveza. En ambas, el rendimiento neto sigue siendo solo los 2 ATP de la glucólisis.

\text{Glucosa} + 2\,\text{NAD}^{+} + 2\,\text{ADP} + 2\,\text{P}_i \longrightarrow 2\,\text{Piruvato} + 2\,\text{NADH} + 2\,\text{H}^{+} + 2\,\text{ATP}

Balance global de la glucólisis

Balance neto: por cada glucosa se obtienen dos piruvatos, dos coenzimas reducidas (NADH) y una ganancia neta de dos ATP (cuatro producidos menos dos invertidos en la fase de activación).

\text{Piruvato} + \text{NADH} + \text{H}^{+} \longrightarrow \text{Lactato} + \text{NAD}^{+}

Fermentación láctica

El piruvato actúa como aceptor final de electrones reduciéndose a lactato; así se regenera el NAD⁺ necesario para que la glucólisis no se detenga.

\text{Piruvato} \longrightarrow \text{Acetaldeh}\acute{\imath}\text{do} + \text{CO}_2 \;;\quad \text{Acetaldeh}\acute{\imath}\text{do} + \text{NADH} + \text{H}^{+} \longrightarrow \text{Etanol} + \text{NAD}^{+}

Fermentación alcohólica

Primero el piruvato se descarboxila liberando CO₂ (el gas de la masa del pan y de la espuma de la cerveza); después el acetaldehído se reduce a etanol regenerando NAD⁺.

Ejemplo resuelto

Balance neto de ATP de la fermentación frente a la glucólisis

Una célula muscular trabaja en anaerobiosis y consume 5 moléculas de glucosa por fermentación láctica. Calcula cuántas moléculas de ATP obtiene en total y explica por qué la fermentación no añade ATP al balance de la glucólisis.

ATP neto por glucosa
La glucólisis rinde un balance NETO de 2 ATP por glucosa (4 producidos − 2 invertidos). La fermentación posterior no genera ATP adicional.
Función de la fermentación
La reducción del piruvato a lactato solo sirve para regenerar el NAD⁺ consumido en la glucólisis; no hay fosforilaciones extra, así que no aporta ATP.
Total para 5 glucosas
Se multiplica el rendimiento neto por el número de glucosas fermentadas.

Resultado: Obtiene 10 ATP en total; la fermentación no añade ATP porque su única función es reoxidar el NADH a NAD⁺.

Errores frecuentes

Decir que la glucólisis ocurre en la mitocondria: ocurre en el citosol; lo que entra en la mitocondria es el piruvato.
Creer que la fermentación produce mucho ATP «de propina»: no produce ATP adicional al de la glucólisis; su papel es reoxidar el NADH.

Repaso activo

Una suspensión de levaduras se incuba con glucosa en un matraz cerrado sin oxígeno. Predice qué productos se acumularán, explica por qué se desprende un gas y razona cuál es el balance neto de ATP por molécula de glucosa.

Recuerdo activo

Recuerda los puntos clave — luego revela.

Fuentes: Currículo de Bachillerato (LOMLOE) — materias y saberes básicos (Ministerio de Educación, Formación Profesional y Deportes — educagob)

Catabolismo aeróbico: ciclo de Krebs, cadena respiratoria y β-oxidación#

VertiefungBOE-A-2022-5521 · biologia · Bloque D. Metabolismo — procesos implicados en la respiración celular aeróbica (β-oxidación de los ácidos grasos, ciclo de Krebs, cadena de transporte de electrones y fosforilación oxidativa)

Cuando hay oxígeno, el piruvato producido por la glucólisis entra en la matriz mitocondrial y se oxida por completo. El primer paso es la descarboxilación oxidativa del piruvato, catalizada por el complejo piruvato-deshidrogenasa: cada piruvato pierde un CO₂, reduce un NAD⁺ a NADH y su resto de dos carbonos se une a la coenzima A formando acetil-CoA. Este acetil-CoA es el sustrato de entrada al ciclo de Krebs, el punto de convergencia de todo el catabolismo (Fig. 4).

Ciclo de Krebs (esquema del giro)

El ciclo de Krebs (ciclo del ácido cítrico) se desarrolla en la matriz mitocondrial. El acetil-CoA (2C) se condensa con el oxalacetato (4C) para formar citrato (6C); a lo largo del ciclo se producen dos descarboxilaciones (se desprenden 2 CO₂) y varias oxidaciones, regenerándose finalmente el oxalacetato. Por cada acetil-CoA (es decir, por cada vuelta) el ciclo rinde 3 NADH, 1 FADH₂ y 1 GTP (equivalente a 1 ATP). Como cada glucosa da dos acetil-CoA, el ciclo gira dos veces por glucosa.

Las coenzimas reducidas (NADH y FADH₂) ceden sus electrones a la cadena de transporte de electrones o cadena respiratoria, situada en la membrana mitocondrial interna (en sus crestas). Los electrones pasan por una serie de complejos transportadores de potencial redox creciente hasta el aceptor final, el oxígeno molecular, que se reduce formando agua. La energía liberada en este descenso se utiliza para bombear protones (H⁺) desde la matriz al espacio intermembrana, creando un gradiente electroquímico.

La fosforilación oxidativa acopla ese gradiente a la síntesis de ATP. Según la teoría quimiosmótica de Mitchell, los protones acumulados regresan a la matriz a través de la ATP-sintasa, y la energía de ese flujo impulsa la fosforilación del ADP a ATP. Es aquí donde se produce la inmensa mayoría del ATP de la respiración. Además, los ácidos grasos se incorporan a esta vía mediante la β-oxidación (también en la matriz mitocondrial), que los va degradando de dos en dos carbonos rindiendo acetil-CoA (que entra en el ciclo de Krebs) más NADH y FADH₂, lo que explica el altísimo rendimiento energético de las grasas (Fig. 3).

Localización subcelular del catabolismo aeróbico en la mitocondria

\text{Piruvato} + \text{NAD}^{+} + \text{CoA} \longrightarrow \text{Acetil-CoA} + \text{CO}_2 + \text{NADH}

Descarboxilación oxidativa del piruvato

Paso de unión entre la glucólisis y el ciclo de Krebs, catalizado por la piruvato-deshidrogenasa en la matriz mitocondrial; cada piruvato pierde un carbono como CO₂.

\text{Acetil-CoA} + 3\,\text{NAD}^{+} + \text{FAD} + \text{GDP} + \text{P}_i \longrightarrow 2\,\text{CO}_2 + 3\,\text{NADH} + \text{FADH}_2 + \text{GTP} + \text{CoA}

Balance de una vuelta del ciclo de Krebs

Por cada acetil-CoA se desprenden dos moléculas de CO₂ y se obtienen 3 NADH, 1 FADH₂ y 1 GTP (energéticamente equivalente a 1 ATP).

\text{NADH} + \tfrac{1}{2}\,\text{O}_2 + \text{H}^{+} \longrightarrow \text{NAD}^{+} + \text{H}_2\text{O}

Reducción del oxígeno en la cadena respiratoria

El O₂ es el aceptor final de electrones; al reducirse forma agua. La energía liberada bombea protones que la ATP-sintasa usa para fabricar ATP (teoría quimiosmótica de Mitchell).

Ejemplo resuelto

Coenzimas reducidas y CO₂ del ciclo de Krebs por glucosa

Una molécula de glucosa se oxida completamente en condiciones aeróbicas. Calcula cuántas vueltas del ciclo de Krebs se dan por glucosa y cuántos NADH, FADH₂, GTP y CO₂ aporta el ciclo en total (sin contar la glucólisis ni la descarboxilación del piruvato). Indica el compartimento donde ocurre.

Vueltas del ciclo
Cada glucosa da 2 piruvatos y, tras la descarboxilación, 2 acetil-CoA. Como cada acetil-CoA hace girar el ciclo una vez, el ciclo gira 2 veces por glucosa.
Productos por glucosa
Se multiplica el balance de una vuelta (3 NADH + 1 FADH₂ + 1 GTP + 2 CO₂) por 2.
Totales
El resultado es 6 NADH, 2 FADH₂, 2 GTP y 4 CO₂. Todo ello ocurre en la matriz mitocondrial.

Resultado: El ciclo gira 2 veces y rinde, por glucosa, 6 NADH, 2 FADH₂, 2 GTP y 4 CO₂, en la matriz mitocondrial.

Errores frecuentes

Situar la cadena de transporte de electrones en la matriz: ocurre en la membrana mitocondrial interna; en la matriz transcurren el ciclo de Krebs, la β-oxidación y la descarboxilación del piruvato.
Decir que el oxígeno «da energía»: el O₂ es el aceptor final de electrones de la cadena (se reduce a agua); sin él se bloquea la cadena y la célula recurre a la fermentación.

Repaso activo

A partir de una molécula de acetil-CoA que entra en el ciclo de Krebs, indica cuántos CO₂ se desprenden y cuántas coenzimas reducidas (NADH y FADH₂) y cuántos GTP/ATP se obtienen en una vuelta; localiza el orgánulo y el compartimento donde ocurre.

Recuerdo activo

Recuerda los puntos clave — luego revela.

Fuentes: Real Decreto 243/2022 — enseñanzas mínimas del Bachillerato (saberes básicos, Anexo II) (Gobierno de España — Boletín Oficial del Estado (BOE))

Comparación de rendimientos energéticos: aeróbico frente a anaeróbico#

VertiefungBOE-A-2022-5521 · biologia · Bloque D. Metabolismo — metabolismos aeróbico y anaeróbico: cálculo comparativo de sus rendimientos energéticos

El último saber básico del tema es cuantitativo: comparar el rendimiento energético de la respiración aeróbica con el del metabolismo anaeróbico. El contraste es espectacular. La fermentación (anaeróbica) rinde solo 2 ATP netos por glucosa, mientras que la oxidación aeróbica completa rinde del orden de 30 a 38 ATP por glucosa, según el criterio de cálculo. La oxidación aeróbica es, por tanto, unas 15-19 veces más eficiente (Fig. 5).

Balance de ATP aeróbico, fase por fase

El cálculo del rendimiento aeróbico se hace sumando el ATP de cada fase y convirtiendo las coenzimas reducidas a ATP en la cadena respiratoria. Con el criterio «clásico» (1 NADH ≈ 3 ATP; 1 FADH₂ ≈ 2 ATP) el total es de 38 ATP; con el criterio «actual», más realista (1 NADH ≈ 2,5 ATP; 1 FADH₂ ≈ 1,5 ATP), el total es de unos 30-32 ATP. Por eso el currículo habla de un rango aproximado (~30-38 ATP): ambos valores son correctos si justificas el criterio empleado.

El balance aeróbico, fase por fase, es: glucólisis (en el citosol) 2 ATP + 2 NADH; descarboxilación de los 2 piruvatos 2 NADH; ciclo de Krebs (×2 vueltas) 2 ATP/GTP + 6 NADH + 2 FADH₂. En total se acumulan 4 ATP por fosforilación a nivel de sustrato, 10 NADH y 2 FADH₂; estas coenzimas, oxidadas en la cadena respiratoria, aportan la mayor parte del ATP. La fosforilación oxidativa es, con diferencia, la principal fuente de ATP de la célula.

La ventaja aeróbica explica hechos biológicos cotidianos. La fermentación es una solución de emergencia rápida pero poco rentable que solo agota parcialmente la glucosa (queda mucha energía en el lactato o el etanol). Los lípidos, al incorporarse vía β-oxidación a la respiración aeróbica, son el combustible de máxima densidad energética (más del doble por gramo que los glúcidos), lo que justifica su papel como principal reserva energética del organismo.

\text{ATP}_{\text{aerobico (clasico)}} = \underbrace{2}_{\text{glucolisis}} + \underbrace{2}_{\text{Krebs}} + \underbrace{10 \times 3}_{\text{NADH}} + \underbrace{2 \times 2}_{\text{FADH}_2} = 38

Rendimiento aeróbico (criterio clásico)

Con 1 NADH ≈ 3 ATP y 1 FADH₂ ≈ 2 ATP, la oxidación completa de una glucosa rinde 38 ATP: 4 por fosforilación a nivel de sustrato y 34 por fosforilación oxidativa.

\text{ATP}_{\text{aerobico (actual)}} = 2 + 2 + 10 \times 2.5 + 2 \times 1.5 = 32

Rendimiento aeróbico (criterio actual)

Con valores más realistas (1 NADH ≈ 2,5 ATP; 1 FADH₂ ≈ 1,5 ATP) el total ronda 30-32 ATP, según las lanzaderas usadas para llevar el NADH citosólico a la mitocondria.

\dfrac{\text{ATP}_{\text{aerobico}}}{\text{ATP}_{\text{anaerobico}}} = \dfrac{38}{2} = 19

Factor de eficiencia

La respiración aeróbica completa rinde, en el criterio clásico, 19 veces más ATP que la fermentación a partir de la misma glucosa.

ATP por glucosa: fermentación frente a respiración aeróbica

Ejemplo resuelto

Rendimiento total aeróbico por los dos criterios

Calcula el número total de ATP que produce la oxidación completa de una molécula de glucosa: (a) con el criterio clásico (NADH = 3 ATP, FADH₂ = 2 ATP); (b) con el criterio actual (NADH = 2,5 ATP, FADH₂ = 1,5 ATP). Parte de que se acumulan 4 ATP por fosforilación a nivel de sustrato, 10 NADH y 2 FADH₂.

Datos comunes
ATP directo (fosforilación a nivel de sustrato) = 2 (glucólisis) + 2 (Krebs) = 4. Coenzimas reducidas = 10 NADH y 2 FADH₂.
(a) Criterio clásico
Cada NADH rinde 3 ATP y cada FADH₂ rinde 2 ATP en la cadena respiratoria.
(b) Criterio actual
Cada NADH rinde 2,5 ATP y cada FADH₂ rinde 1,5 ATP.

Resultado: (a) 38 ATP con el criterio clásico; (b) 32 ATP con el criterio actual. Frente a los 2 ATP de la fermentación, la vía aeróbica es entre 16 y 19 veces más eficiente.

Errores frecuentes

Dar un único número «exacto» de ATP sin indicar el criterio: 38 (clásico) y ~30-32 (actual) son ambos válidos; lo importante es justificarlo.
Olvidar que el rendimiento aeróbico incluye los 2 ATP de la glucólisis: contar solo el ATP mitocondrial deja el balance incompleto.

Repaso activo

Calcula el rendimiento total de ATP por glucosa en respiración aeróbica usando el criterio clásico (NADH = 3 ATP; FADH₂ = 2 ATP) y, en una segunda columna, con el criterio actual (NADH = 2,5 ATP; FADH₂ = 1,5 ATP). Compáralo después con el rendimiento de la fermentación y expresa cuántas veces es más eficiente la vía aeróbica.

Recuerdo activo

Recuerda los puntos clave — luego revela.

Fuentes: Real Decreto 534/2024 — Prueba de Acceso a la Universidad (PAU) (Gobierno de España — Boletín Oficial del Estado (BOE))

Referencias y fuentes

Fuentes

Gobierno de España — Boletín Oficial del Estado (BOE)

Ministerio de Educación, Formación Profesional y Deportes — educagob

Currículo de Bachillerato (LOMLOE) — materias y saberes básicos

Catabolismo

Puntos clave

Clasificar transformaciones como catabólicas o anabólicas

Puntos clave

Balance neto de ATP de la fermentación frente a la glucólisis

Puntos clave

Coenzimas reducidas y CO₂ del ciclo de Krebs por glucosa

Puntos clave

Rendimiento total aeróbico por los dos criterios

Fuentes

Catabolismo

Puntos clave

Clasificar transformaciones como catabólicas o anabólicas

Puntos clave

Balance neto de ATP de la fermentación frente a la glucólisis

Puntos clave

Coenzimas reducidas y CO₂ del ciclo de Krebs por glucosa

Puntos clave

Rendimiento total aeróbico por los dos criterios

Fuentes