Mecanismos Esenciales de la Energía Celular: Ciclo de Krebs, Cadena de Transporte de Electrones y Fotosíntesis

Ciclo de Krebs: La Ruta Central del Metabolismo Energético

El Ciclo de Krebs, también conocido como ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos, es una serie de reacciones bioquímicas fundamentales que ocurren en la matriz mitocondrial. Su principal función es la degradación completa del ácido cítrico o citrato para generar energía en forma de ATP, NADH y FADH₂.

Formación del Ácido Cítrico: Precursor del Ciclo

La producción del ácido cítrico, que inicia el ciclo, se lleva a cabo de la siguiente manera:

• La glucólisis produce ácido pirúvico.
• Este ácido pirúvico se une a la Coenzima A (CoA) y forma Acetil Coenzima A (Acetil-CoA).
• Finalmente, el Acetil-CoA se une al oxalacetato y forma el ácido cítrico.

Es precisamente con la formación del ácido cítrico que el Ciclo de Krebs da inicio.

Proceso Detallado del Ciclo de Krebs

A continuación, se describen las etapas clave del ciclo:

1. El ácido cítrico se transforma en isocitrato.
2. El isocitrato, por la acción de la enzima Isocitrato deshidrogenasa, se convierte en ácido α-cetoglutarato. En esta etapa, se libera una molécula de CO₂, se generan 2 átomos de hidrógeno en forma de NADH + H⁺, y se produce ATP.
3. El ácido α-cetoglutarato, por acción de la enzima α-cetoglutarato deshidrogenasa, se convierte en Succinil Coenzima A. Durante esta reacción, también se liberan CO₂, hidrógeno y ATP.
4. El Succinil Coenzima A, por acción de la enzima Succinil-CoA sintetasa, libera la Coenzima A y se convierte en succinato.
5. El succinato, por acción de la enzima Succinato deshidrogenasa, se convierte en malato. En este paso, se libera hidrógeno en forma de NADH + H⁺ y se produce ATP.
6. El malato, por acción de la enzima Malato deshidrogenasa, libera hidrógeno, produce ATP y se convierte en oxalacetato.

El oxalacetato resultante se une nuevamente a una molécula de Acetil Coenzima A, se forma el ácido cítrico y comienza de nuevo el ciclo.

En resumen, durante este proceso se liberan CO₂, hidrógeno (en forma de NADH y FADH₂) y ATP. Es importante destacar que en todas las reacciones, excepto en la que involucra al succinil-CoA, se produce hidrógeno.

Transporte Electrónico: La Generación Masiva de ATP

El Transporte Electrónico, o Cadena de Transporte de Electrones, es un proceso crucial donde los hidrógenos (en forma de electrones y protones) provenientes del Ciclo de Krebs atraviesan una cadena de proteínas transportadoras ubicadas en la membrana interna mitocondrial. Estas proteínas tienen la capacidad de producir 3 moléculas de ATP por cada 2 electrones que pasan a través de ellas, con la excepción de los electrones donados por FADH₂, que resultan en la producción de solo 2 moléculas de ATP.

Al liberar toda la energía, los electrones del hidrógeno se unen al oxígeno molecular (O₂) y forman una molécula de agua (H₂O), un subproducto esencial de la respiración celular.

Fotosíntesis: Captura de Energía Solar para la Vida

La fotosíntesis es el proceso mediante el cual las plantas, algas y algunas bacterias convierten la energía luminosa en energía química, almacenada en moléculas orgánicas como la glucosa. Este proceso vital se divide en dos fases principales: la fase luminosa (fotofosforilación) y la fase oscura (Ciclo de Calvin).

Fotofosforilación: La Fase Luminosa de la Fotosíntesis

La fotofosforilación es el proceso de obtención de moléculas de ATP por acción de la energía solar. Ocurre de la siguiente manera:

1. En las plantas, existen dos tipos de clorofila denominadas Fotosistema I y Fotosistema II (que contienen clorofila a y b, respectivamente).
2. La luz solar, constituida por fotones, es absorbida por el Fotosistema II.
3. La energía de los fotones excita y desplaza los electrones de la clorofila, y estos se trasladan a través de una cadena transportadora de electrones (compuesta por riboflavina, ferredoxina, plastoquinona y citocromos), liberando la energía absorbida.
4. De esta manera, los electrones pasan al Fotosistema I, donde reciben de nuevo la energía de los fotones y vuelven a subir de nivel energético.
5. Posteriormente, pasan de nuevo por la cadena transportadora para liberar energía.
6. Al finalizar, se unen a compuestos aceptores de electrones, reduciéndolos.

Ciclo de Calvin (Fase Oscura): Síntesis de Glucosa

El Ciclo de Calvin, también conocido como fase oscura de la fotosíntesis, es donde se sintetizan los carbohidratos utilizando el ATP y NADPH generados en la fase luminosa. El proceso se desarrolla así:

1. El dióxido de carbono (CO₂), por acción de la enzima ribulosa-1,5-bisfosfato carboxilasa/oxigenasa (RuBisCO), se une a la ribulosa-1,5-bisfosfato.
2. Esta unión forma un compuesto intermedio inestable de 6 átomos de carbono (una hexosa), que rápidamente se escinde en dos moléculas de ácido 3-fosfoglicérido (o 3-fosfoglicerato), un compuesto de 3 carbonos.
3. El ácido 3-fosfoglicérido, a su vez, reacciona y forma gliceraldehído-3-fosfato.
4. Finalmente, el gliceraldehído-3-fosfato sufre una serie de reacciones que son, en esencia, una glucólisis inversa, culminando en la formación de glucosa como producto final de la fotosíntesis.