Respiración Celular: El Proceso Energético Fundamental

Respiración Celular: El Proceso Energético Fundamental

La respiración celular es un conjunto de reacciones bioquímicas que ocurren en la mayoría de las células, donde los compuestos orgánicos son degradados para liberar energía en forma de ATP. Este proceso es vital para la vida, ya que proporciona la energía necesaria para todas las funciones celulares.

1. Glucólisis

La glucólisis es la primera etapa de la respiración celular, un proceso anaeróbico que ocurre en el citosol.

Ubicación:

• Citosol (citoplasma)

Presencia de oxígeno:

• No requiere (ocurre en condiciones aeróbicas y anaeróbicas)

Reactivos y Productos:

• Reactivos: Glucosa (6C), 2 ATP, 4 ADP, 2 NAD⁺, Pi
• Productos: 2 piruvatos (3C), 2 NADH, 4 ATP (brutos), 2 ATP netos, 2 H₂O

Etapas principales:

• Fase de inversión de energía:
  • Se consumen 2 ATP para activar la glucosa, formando compuestos fosforilados.
• Fase de ganancia de energía:
  • De una hexosa se forman 2 triosas (Gliceraldehído-3-fosfato o GA3P).
  • Se generan 2 NADH y 4 ATP por fosforilación a nivel de sustrato (FNS).

Importancia de la Glucólisis:

• El NADH transporta electrones a la mitocondria (si hay oxígeno), donde puede generar aproximadamente 2.5 ATP netos por NADH (dependiendo del sistema de lanzadera).
• El ATP neto (2 moléculas) permite generar energía inmediata incluso sin mitocondrias ni oxígeno.
• Es la base del metabolismo energético y el punto de partida para la respiración aeróbica y la fermentación.

2. Formación del Acetil-CoA

Este paso conecta la glucólisis con el ciclo de Krebs, transformando el piruvato en una molécula que puede ingresar a la mitocondria.

Ubicación:

• Matriz mitocondrial

Proceso:

• Descarboxilación oxidativa del piruvato

Reacción (por cada molécula de piruvato):

1. Un piruvato (3C) pierde 1 carbono como CO₂.
2. Se oxida y genera 1 NADH.
3. Se une a la coenzima A, formando acetil-CoA (2C).

Productos (por glucosa, es decir, por 2 piruvatos):

• 2 acetil-CoA
• 2 NADH
• 2 CO₂

Función del Acetil-CoA:

El acetil-CoA es la molécula clave que ingresa al ciclo de Krebs. También es un intermediario crucial en el metabolismo de lípidos y aminoácidos.

3. Ciclo de Krebs (Ciclo del Ácido Cítrico)

El ciclo de Krebs es una ruta metabólica central en la respiración aeróbica, donde el acetil-CoA se oxida completamente.

Ubicación:

• Matriz mitocondrial

Reactivos:

• Acetil-CoA (2C) + oxalacetato (4C) → citrato (6C)

Productos (por cada vuelta del ciclo, es decir, por cada acetil-CoA):

• 3 NADH
• 1 FADH₂
• 1 ATP (por FNS)
• 2 CO₂

Por glucosa (2 vueltas del ciclo):

• 6 NADH
• 2 FADH₂
• 2 ATP
• 4 CO₂

Naturaleza cíclica:

El oxalacetato se regenera al final de cada vuelta, permitiendo que el ciclo continúe de manera ininterrumpida.

Función del Ciclo de Krebs:

• Oxida completamente los carbonos del acetil-CoA.
• Genera coenzimas reducidas (NADH y FADH₂) que alimentan la cadena de transporte de electrones.
• Proporciona intermediarios para diversas rutas de biosíntesis.

4. Cadena de Transporte de Electrones

Esta etapa es donde la mayor parte del ATP se produce, utilizando la energía almacenada en las coenzimas reducidas.

Ubicación:

• Membrana interna mitocondrial

Función:

• Transferir los electrones de NADH y FADH₂ al oxígeno para formar H₂O.
• Generar un gradiente de protones (H⁺) a través de la membrana interna mitocondrial.

Transporte de electrones:

• NADH entrega electrones al Complejo I, que los transfiere al Complejo III y luego al Complejo IV.
• FADH₂ entrega electrones al Complejo II, que los transfiere al Complejo III y luego al Complejo IV.

Aceptor final de electrones:

• El Oxígeno (O₂) es el aceptor final, se reduce y forma H₂O.

Formación del gradiente de protones:

Se bombean protones (H⁺) desde la matriz mitocondrial al espacio intermembrana por los Complejos I, III y IV.

Esto crea un gradiente electroquímico (una alta concentración de H⁺ en el espacio intermembrana).

5. Fosforilación Oxidativa

La fosforilación oxidativa es el proceso final de la respiración celular, donde el gradiente de protones se utiliza para sintetizar ATP.

Uso del gradiente de H⁺:

• Los protones (H⁺) fluyen de regreso a la matriz mitocondrial a través de la enzima ATP sintasa, liberando energía.

Enzima clave:

• ATP sintasa (Complejo V)

Rendimiento energético estimado:

• Cada NADH genera aproximadamente 2.5 ATP.
• Cada FADH₂ genera aproximadamente 1.5 ATP.

Relación con el oxígeno:

• El O₂ es indispensable para este proceso. Si no hay oxígeno, la cadena de transporte de electrones se detiene, no se produce ATP por fosforilación oxidativa, y la célula recurre a la fermentación.

RESUMEN FINAL – Producción de ATP por Glucosa (Respiración Aeróbica)

¿Qué sucede sin oxígeno? – La Fermentación

En ausencia de oxígeno, la cadena de transporte de electrones se detiene. En estas condiciones, la célula recurre a la fermentación, un proceso que solo incluye la glucólisis y produce un rendimiento energético mucho menor, generalmente 2 ATP netos por molécula de glucosa.