3.1. 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, solo incluye las dos últimas.


1. Glucólisis 

Ocurre en el citoplasma, en ausencia de oxígeno, y es una ruta metabólica en la que la glucosa (de 6 carbonos) se convierte en dos moléculas de ácido pirúvico (de 3 carbonos cada una). Se trata de un proceso de oxidación parcial ya que no se obtiene CO2. En esta ruta se originan 2 moléculas de ATP y dos NADH.

Glucólisis

Muchos organismos, normalmente unicelulares, que viven en ausencia de oxígeno, poseen este mecanismo como única fuente de energía, obteniendo tan solo dos moléculas de ATP de cada glucosa que catabolizan.


2. Ciclo de Krebs

El ácido pirúvico originado en la glucólisis entra en la mitocondria, pierde un átomo de carbono en forma de CO2 y se une con el coenzima A formando el acetil-CoA. Es lo que se denomina descarboxilación (porque pierde un grupo carboxilo) oxidativa del piruvato.

Descarboxilación oxidativa del piruvato

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).

Ciclo de Krebs
Imagen en Wikimedia Commons modificada de Yikrazuul bajo CC

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.

Fíjate en la imagen, y comprueba cómo la cadena transportadora de electrones consiste en una serie de reacciones enlazadas en cascada en las que se van transfiriendo los electrones y los protones desde una molécula a otra hasta llegar al aceptor final, el oxígeno, que se reduce hasta agua (recuerda que las moléculas que captan electrones se reducen).

 

Cadena respiratoria
Animación en Proyecto Biosfera bajo CC

Como resultado de la actividad de esta cadena de transporte, hemos dicho que se acumulan H+ en el espacio intermembranoso mitocondrial. Cuando su concentración es elevada, los protones vuelven a la matriz atravesando el canal, el único posible, 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

ATP sintasa
Actividad de la ATP sintasa
Imagen en Wikimedia Commons modificada de Fvasconcellos bajo Dominio Público

Como resultado de la fosforilación oxidativa, el poder reductor originado en las etapas anteriores se convierte en ATP, de tal forma que por cada NADH se forman 3 ATP y por cada FADH2 se forman 2 ATP. 

Obra colocada bajo licencia Creative Commons Attribution Share Alike 3.0 License