Metabolisme cel·lular: reaccions redox, glicòlisi, Krebs i ATP-sintetasa

Reaccions redox i transport d'electrons

1. Les reaccions metabòliques redox es basen en la transferència d'electrons. Quan els electrons alliberats van acompanyats de protons (H⁺), el procés s'anomena deshidrogenació. Durant aquestes reaccions, el coenzim NAD⁺ (en estat oxidat) perd capacitat oxidativa i entra en estat reduït en guanyar dos electrons i dos protons, seguint l'equació: NAD⁺ + 2e^- + 2H⁺ → NADH + H⁺.

Producció d'ATP en les etapes del catabolisme

2. Citoplasma

• Glucòlisi: directament dóna 2 ATP.

Membrana / matriu mitocondrial

• Procedent de la glucòlisi (2 NADH).
• Pas previ (piruvat → acetil-CoA) (2 NADH).
• Cicle de Krebs: 6 NADH i 2 FADH₂.
• Energia directa de Krebs: 2 GTP = 2 ATP.

ATP-sintetasa

3. ATP-sintetases (2.1.4)

• Ubicació cel·lular: estan inserides a les membranes de les crestes mitocondrials.
• Mecanisme d'acció (quimiosmosi): els protons s'acumulen gradualment a l'espai intermembranós fins a generar una concentració molt elevada. Quan la membrana no pot suportar aquesta diferència de potencial, els protons tornen cap a la matriu impulsant-se a través dels canals de l'ATP-sintetasa, alliberant energia mecànica que l'enzim utilitza per catalitzar la síntesi d'ATP.

Degradació de lípids i glúcids

4. La hidròlisi descompon aquestes reserves en glicerina i àcids grassos. La glicerina es converteix en intermediaris i s'incorpora directament a la glicòlisi. Per la seva banda, els àcids grassos travessen el procés de β-oxidació, generant fragments d'acetil-CoA que ingressaran ordenadament al cicle de Krebs.

5. Àcids grassos: entren a la matriu mitocondrial i es catabolitzen a la via de la β-oxidació. L'acil-CoA perd segments alliberant molècules d'acetil-CoA, NADH i FADH₂, que transferiran els seus electrons a la cadena respiratòria per maximitzar la síntesi aeròbica d'ATP.

Glucosa: passa per una degradació aeròbica total que abasta la glicòlisi al hialoplasma i, posteriorment, el cicle de Krebs juntament amb la cadena de transport electrònic intramitocondrial, produint un màxim de 38 ATP.

La via aeròbica (respiració) és molt més eficient, generant fins a 38 ATP per molècula de glucosa, enfront dels escassos 2 ATP que rendeix la ruta anaeròbica de la fermentació làctica.

Factors que afecten l'activitat enzimàtica

6. Si la temperatura augmenta, pot provocar tensions que desnaturalitzin l'enzim. Si és molt baixa, serà difícil que es doni el complex enzim-substrat (E-S) per la baixa agitació molecular.