Metabolismo Energético Celular: Producción de ATP en Respiración Aerobia y Fermentación

Metabolismo Energético: Respiración Aerobia

El rendimiento energético de la respiración aerobia es alto, ya que se produce la oxidación completa de los sustratos y la diferencia de los potenciales de óxido-reducción entre el sustrato y el aceptor final (O₂) es grande.

• Cada par de electrones (e⁻) cedidos por el NADH + H⁺ al O₂ proporciona energía para formar 3 ATP (según este modelo).
• Cada par de e⁻ procedentes del FADH₂ forman 2 ATP (para ser consistente con el cálculo de 12 ATP por Acetil-CoA indicado a continuación).
• Por cada molécula de Acetil-CoA que ingresa al ciclo de Krebs se obtienen 12 ATP (provenientes de 3 NADH, 1 FADH₂ y 1 GTP).

Considerando que cada molécula de glucosa produce 2 Acetil-CoA, el rendimiento del ciclo de Krebs es de 24 ATP por glucosa.

Si tenemos en cuenta el rendimiento energético de la glucólisis (2 ATP netos y 2 NADH) y la formación de Acetil-CoA a partir de piruvato (2 NADH), el rendimiento total teórico por molécula de glucosa es de 36 ATP (considerando los valores de ATP por NADH/FADH₂ mencionados y posibles ajustes por lanzaderas).

Metabolismo Energético: Fermentaciones

Las fermentaciones son un tipo de catabolismo que se produce en condiciones de anaerobiosis (ausencia de oxígeno).

Características Generales

• Consisten en la oxidación incompleta de biomoléculas orgánicas.
• La síntesis de ATP se realiza exclusivamente por fosforilación a nivel de sustrato.
• Tienen lugar en el citoplasma.
• Su rendimiento energético es bajo comparado con la respiración aerobia.
• El sustrato suele ser un glúcido, frecuentemente glucosa.
• Los productos finales son moléculas orgánicas que aún conservan energía (ej: ácido láctico, ácido acético, etanol).

Etapas Comunes

1. Glucólisis: Oxidación inicial de la glucosa hasta piruvato. Se consume NAD⁺ y se produce NADH y ATP.
2. Reducción del Piruvato: El piruvato (o un derivado) se reduce para dar los productos finales característicos de cada fermentación y, crucialmente, regenerar el NAD⁺ necesario para que la glucólisis continúe.

Tipos de Organismos

• Son procesos comunes en bacterias y levaduras.
• Ocurren en el tejido muscular animal cuando el aporte de oxígeno es insuficiente.
• Los organismos pueden ser anaerobios facultativos (realizan respiración aerobia si hay O₂, o fermentación si no lo hay) o anaerobios estrictos (solo pueden fermentar, el O₂ puede ser tóxico).

La fermentación de los glúcidos se inicia siempre con la glucólisis. El NADH producido en esta etapa debe ser reoxidado a NAD⁺, lo cual se logra utilizando el piruvato o un derivado como aceptor final de electrones.

• Si el producto final principal es el lactato, se denomina Fermentación Láctica.
• Si los productos finales principales son etanol y CO₂, se denomina Fermentación Alcohólica.

Fermentación Láctica

En esta fermentación, el piruvato actúa como aceptor de electrones (e⁻) e hidrogeniones (H⁺) que proceden del NADH. Al reducirse, se convierte en lactato, regenerando el NAD⁺.

Reacción clave: Piruvato + NADH + H⁺ → Lactato + NAD⁺ (catalizada por la lactato deshidrogenasa).

Rendimiento energético neto: 2 ATP por molécula de glucosa (producidos durante la glucólisis).

Fermentación Alcohólica

Este proceso implica dos pasos después de la glucólisis:

1. El piruvato se descarboxila (pierde CO₂) para formar acetaldehído (catalizado por la piruvato descarboxilasa).
2. El acetaldehído se reduce a etanol utilizando el NADH, regenerando así el NAD⁺ (catalizado por la alcohol deshidrogenasa).

Reacción global (post-glucólisis): Piruvato → Etanol + CO₂ (involucrando NADH → NAD⁺)

Rendimiento energético neto: 2 ATP por molécula de glucosa (producidos durante la glucólisis).

Rendimiento Energético General de la Fermentación

Al tratarse de una oxidación incompleta, los productos finales (lactato, etanol) son moléculas orgánicas que todavía tienen un contenido energético alto. El rendimiento neto es bajo:

Rendimiento: 2 ATP / molécula de glucosa