Procesos de Obtención de Energía Celular: Fermentación y Respiración Aerobia
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Procesos de Fermentación
Fermentación Láctica
El ácido pirúvico se reduce a ácido láctico y la coenzima NADH se oxida para formar NAD+. Este proceso es llevado a cabo principalmente por:
- Los microorganismos de la leche, que utilizan el disacárido lactosa para obtener energía y producir algunos derivados lácteos.
- Las células musculares, que hidrolizan el glucógeno almacenado en sus músculos y obtienen glucosa, que la convierten en ácido pirúvico mediante la glucólisis.
Fermentación Alcohólica
En este proceso, cada una de las dos moléculas de ácido pirúvico se transforman en CO2 y etanol en dos etapas sucesivas:
- La descarboxilación del ácido pirúvico: cada molécula de ácido pirúvico libera una molécula de CO2, lo que tiene como consecuencia la formación de dos moléculas de acetaldehído.
- La reducción del acetaldehído: cada molécula de acetaldehído actúa como aceptor final de electrones y se reduce a etanol, al aceptar los electrones de una molécula de NADH, que así se oxida de nuevo para regenerar el NAD+.
Respiración Aerobia de la Glucosa
La respiración aerobia permite aprovechar toda la energía química almacenada en una molécula de glucosa gracias a su oxidación total en un conjunto de procesos químicos en los que se consume O2 y se libera CO2. Este proceso recibe el nombre de respiración aerobia y consta de varias etapas: la glucólisis, la descarboxilación oxidativa, el ciclo de Krebs y el transporte de electrones.
Descarboxilación Oxidativa del Ácido Pirúvico
El ácido pirúvico que viene de la glucólisis es transportado desde el citosol a la matriz mitocondrial, donde una molécula de CO2 se oxida para formar el ácido acético en un proceso de descarboxilación oxidativa. El ácido acético es transferido en la misma reacción a una molécula de coenzima A para formar acetil-CoA.
El Ciclo de Krebs
(Descripción del ciclo de Krebs, usualmente incluye un diagrama o explicación detallada de las reacciones).
La Cadena Transportadora de Electrones o Cadena Respiratoria
Está formada por los complejos proteicos de la membrana interna de la mitocondria que realizan el transporte de electrones desde el NADH y el FADH2 hasta el O2, que junto con los H+ forman H2O. Esto ocurre a través de unos complejos específicos.
La Fosforilación Oxidativa
Es un proceso de síntesis de ATP que se produce por la entrada de protones en la matriz a favor de gradiente electroquímico. La ATP sintasa tiene dos partes diferentes: una parte F0, que atraviesa la bicapa lipídica y forma un canal de protones, y una parte F1, que se proyecta hacia la matriz en forma de pomo y tiene actividad enzimática como ATPasa, o sea, cataliza la reacción de síntesis de ATP a partir de ADP y fosfato. La oxidación en la cadena respiratoria de una molécula de NADH procedente de la matriz mitocondrial produce tres moléculas de ATP, mientras que la de una molécula de FADH2 produce dos moléculas de ATP.
Balance Energético del Catabolismo de la Glucosa
En las reacciones de fermentación de la glucosa, que son oxidaciones parciales que transcurren en el citosol, el ácido pirúvico no continúa su oxidación en el ciclo de Krebs, y los últimos aceptores de los electrones y protones que suministran los NADH generados en la glucólisis son moléculas orgánicas producidas también por la glucólisis. En este caso, la ruta metabólica crea su propio aceptor de electrones.
En la respiración aerobia, la oxidación completa puede producir hasta 38 moléculas de ATP como resultado de los procesos de fosforilación a nivel de sustrato y fosforilación oxidativa.