1.1. Respiración celular
DEFINICIÓN
El proceso por el que la mayor parte de los seres vivos obtienen la energía de los nutrientes se denomina respiración. Es un proceso en el que la materia orgánica se oxida totalmente hasta CO2. Para ello necesita que haya O2, por eso hablamos de respiración aerobia.
El proceso de la respiración celular utiliza como fuente de energía glucosa (C6H12O6) que se oxida a CO2 y H2O según la siguiente reacción:
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El proceso de oxidación de la glucosa se realiza mediante una secuencia de reacciones que comienzan en el citoplasma y que acaban en la mitocondria produciendo una gran cantidad de ATP.
Imagen en Wikimedia Commons de Aibdescalzo de Dominio Público
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ETAPAS
Vamos a estudiar cómo se produce la oxidación total de una molécula de glucosa y la consiguiente obtención de energía. Esto ocurre en tres etapas, aunque la respiración celular, propiamente dicha, sólo incluye las dos últimas.
1. Glucólisis:
Ocurre en el citoplasma, en ausencia de oxígeno:
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2. Ciclo de Krebs:
El ácido pirúvico originado en la glucólisis entra en la mitocondria:
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El acetil-coenzimaA entra en una ruta metabólica circular, el ciclo de Krebs propiamente dicho. No obstante, existen otros mecanismos para obtener acetil-CoA; por ejemplo de los ácidos grasos a través de una ruta que se conoce como ß-oxidación y que tiene lugar en la matriz mitocondrial.
En el ciclo de Krebs se produce la oxidación total de la materia orgánica, es decir se oxida la molécula de glucosa hasta obtener CO2. Además se produce poder reductor (FADH2 y NADH) y algo de ATP (en la imagen verás que lo que se produce es GTP, que es otro nucleótido equivalente al ATP).
En este punto todos los carbonos de la molécula de glucosa se han oxidado hasta CO2, el cual se excreta como desecho fuera de la célula.
Pero aún no se ha acabado el proceso, porque ahora, con el poder reductor obtenido en las reacciones anteriores, se crea mucho más ATP.
3. Transporte de electrones en la cadena respiratoria:
En esta última etapa, los coenzimas reducidos liberados en las reacciones anteriores (NADH y FADH2)
ceden sus electrones a la cadena respiratoria. Se trata de un conjunto
de moléculas incluidas en la membrana interna mitocondrial, que, de
forma ordenada, van aceptando y soltando los electrones que les ceden
los coenzimas.
Como si de una escalera se tratase, los electrones van bajando peldaño a peldaño, liberando energía en cada paso que se utiliza para bombear protones (H+) al espacio intermembranoso. Los electrones terminan siendo cedidos al oxígeno, el aceptor final de los mismos, que se reduce pasando a ser agua.
Como resultado de la actividad de esta cadena de transporte se acumulan H+ en el espacio intermembranoso mitocondrial. Cuando su concentración es elevada, los protones vuelven a la matriz atravesando el canal que les abre un complejo multiproteico llamado ATPsintasa. Estas enzimas, como si fueran un molino de agua que obtiene energía, aprovechan el paso de los H+ para crear ATP. Esta forma de crear ATP es la que hemos llamado fosforilación oxidativa.
BALANCE ENERGÉTICO
El balance final de la oxidación de la glucosa por respiración es:
| En la glucólisis: |
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1 Glucosa + 2 NAD+ + 2 (ADP+P) → 2 Piruvatos + 2 ATP + 2 NADH+ H+
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En la descarboxilación oxidativa del piruvato: |
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Piruvato + CoA-SH + NAD+ → Acetil-CoA + CO2 + NADH+H+ Como se forman 2 moléculas de piruvato en la glucólisis, habrá que multiplicar por 2: 2 Piruvato + 2 CoA-SH + 2 NAD+ → 2 acetil-CoA + 2CO2 + 2 (NADH+H+) |
| En el ciclo de Krebs: |
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1 acetil-CoA + 3 H2O + 3 NAD+ + FAD + GDP+P → 2 CO2 + 3 (NADH+H+) + FADH2 + GTP + CoA-SH Como hay 2 moléculas de acetil-CoA, el ciclo de Krebs se realiza dos veces: 2 acetil-CoA + 6 H2O + 6 NAD+ + 2 FAD + 2 (GDP+P) → 4 CO2 + 6 (NADH+H+) + 2 FADH2 + 2 GTP + 2 CoA-SH |
| Cadena respiratoria: |
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Cada (NADH + H+) que cede los electrones a la cadena respiratoria produce 3 ATP. Como hay 10 NADH, se multiplica por 10: 10 (NADH+H+) + 30 (ADP+P) + 5 O2 → 10 NAD+ + 30 ATP + 10 H2O Cada FADH2 que cede los electrones a la cadena respiratoria produce 2 ATP. Como hay 2 FADH2, se multiplica por dos: 2 FADH2 + 4 (ADP+P) + O2 → 2 FAD + 4 ATP + 2 H2O |
Sumando todas las moléculas de ATP que hemos obtenido tendremos el balance general de todo el proceso: