Respiración Celular: El Proceso Completo de Obtención de Energía y ATP

Respiración Celular: El Proceso de Obtención de Energía

La respiración celular es un proceso metabólico fundamental que permite a las células obtener energía en forma de ATP a partir de la oxidación de moléculas orgánicas, principalmente la glucosa. Este complejo proceso se divide en varias etapas interconectadas.

Glucólisis: La Ruptura Inicial de la Glucosa

La glucólisis es una serie de 9 reacciones, cada una catalizada por una enzima específica. Durante este proceso, el esqueleto de carbono (C) de la glucosa se desmembra y sus átomos se reordenan paso a paso.

Fase Preparatoria (Consumo de Energía)

• Etapas 1, 2 y 3: Se requiere energía, utilizándose 2 moléculas de ATP.
• El paso 3 es catalizado por la fosfofructoquinasa, una enzima alostérica que puede ser inhibida por el ATP. Este es el principal mecanismo regulador de la glucólisis. Si la concentración de ATP ([ATP]) en la célula es alta, el ATP inhibirá a la enzima y se detendrá la glucólisis.
• Etapa 4: La molécula de 6 carbonos (Fructosa 1,6-bisfosfato) se escinde en dos moléculas de 3 carbonos que son intercambiables por una isomerasa. El gliceraldehído-3-fosfato (G3P) se consume en las reacciones siguientes, por lo que la otra molécula (dihidroxiacetona-fosfato) se convierte en G3P.

Aquí finaliza la fase preparatoria.

Fase de Beneficio (Producción de Energía)

• Etapas 5 y 6: Primeras reacciones en las que se obtiene energía: 1 ATP y 1 NADH por cada molécula de G3P. Se requiere NAD+ constantemente para evitar que el proceso se detenga.
• Etapas 7 y 8: Fases transitorias de la glucólisis.
• Etapa 9: Se forma 1 ATP.

El ácido pirúvico obtenido todavía contiene una gran cantidad de energía y podrá seguir una vía anaerobia (fermentación) o aerobia (respiración celular).

Balance Total de la Glucólisis

BALANCE TOTAL: 2 ATP, 2 NADH y 2 ÁCIDO PIRÚVICO.

Oxidación del Piruvato: Preparación para el Ciclo de Krebs

1. El ácido pirúvico pasa a la matriz mitocondrial.
2. El ácido pirúvico sufre oxidación para formar Acetil coenzima A (Acetil CoA).

Balance de la Oxidación del Piruvato

• BALANCE: 2 moléculas de ácido pirúvico producen 2 NADH + 2 Acetil CoA.

Ciclo de Krebs (Ciclo del Ácido Cítrico): El Corazón de la Respiración Aerobia

• Lugar: Matriz de la mitocondria (no se requiere O2).
• Objetivo: Obtener energía y poder reductor.
• Etapas: Cadena cíclica de 8 reacciones.
• Balance (por cada molécula de glucosa):
  • 2 moléculas de ATP
  • 6 moléculas de NADH
  • 2 moléculas de FADH₂

Balance Detallado del Ciclo de Krebs

• Por cada vuelta del ciclo de Krebs se consume:
  • 1 acetilo
  • 1 ácido oxalacético (que se regenera)
• Por cada vuelta del ciclo se genera:
  • 3 NADH
  • 1 FADH₂
  • 1 GTP (equivalente a 1 ATP)
  (Se necesitan 2 vueltas para oxidar 1 molécula de glucosa)
• Por cada molécula de glucosa se forman:
  • 2 GTP (que se convierten en 2 ATP)
  • 6 NADH
  • 2 FADH₂

La Cadena de Transporte de Electrones y Fosforilación Oxidativa

La molécula de C6H12O6 que inició la glucólisis ya está completamente oxidada. La energía de sus enlaces se ha utilizado para producir: ATP, NAD+ y FAD.

Objetivo de la cadena respiratoria: Liberar la energía de los transportadores de electrones (e-) para fabricar ATP.

¿Cómo se libera la energía almacenada en el NADH y FADH2?

• Los electrones son conducidos a través de una cadena de aceptores de electrones (cadena de transporte de electrones).
• Cada aceptor recibe electrones del aceptor precedente y los cede al aceptor siguiente.
• Los electrones van de aceptor en aceptor, bajando a niveles energéticos inferiores.

La molécula de glucosa está completamente oxidada y se ha obtenido:

• 2 ATP y 2 NADH en la glucólisis.
• 2 NADH en la descarboxilación oxidativa del piruvato.
• 2 ATP, 6 NADH y 2 FADH₂ en el Ciclo de Krebs.

La mayor parte de la energía está almacenada en los electrones transportados por el NADH y el FADH2. En esta cadena, los electrones son transportados poco a poco desde aceptores con un potencial más negativo hacia otros con un potencial menos negativo.

Componentes Principales de la Cadena de Transporte de Electrones

• Los citocromos: Son proteínas con un grupo hemo que contiene un átomo de hierro (Fe). El átomo de Fe acepta y libera alternadamente un electrón (1e-), transfiriéndolo al siguiente citocromo de un nivel energético inferior.