Transporte Electrónico, Gradiente Quimiosmótico y Síntesis de ATP: Respiración Aerobia, Fermentación y Fotosíntesis
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Transporte electrónico
Los electrones procedentes de NADH y FADH2 se ceden a moléculas transportadoras que pasan desde un gradiente de potencial de oxidorreducción hasta un compuesto aceptor final. En este descenso se produce una liberación de energía. La cadena transportadora de electrones está formada por un conjunto de moléculas asociadas a la membrana interna mitocondrial.
Formación del gradiente quimiosmótico
La energía liberada, a medida que van perdiendo electrones, se utiliza para bombear protones (H+) a través de la membrana mitocondrial interna (MMI). La acumulación de protones origina un potencial en la MMI. En las dos caras de la MMI se produce una separación de cargas eléctricas.
Síntesis de ATP
En la MMI actúan la ATPasa y la ATP sintasa. Los protones que atraviesan la membrana lo hacen a través de un canal por el que pasan, lo que permite que la ATP sintasa sintetice ATP. Este paso también disipa el gradiente electroquímico y la energía almacenada permite la fosforilación de ADP.
Rendimiento global de la respiración aerobia
Con la oxidación completa de la glucosa a CO2 mediante la fosforilación oxidativa, cada 2 electrones cedidos desde NADH a O2 producen 3 ATP, y si proceden de FADH2 se producen 2 ATP.
- 3 NADH → 9 ATP
- 1 FADH2 → 2 ATP
- Por mol de acetil-CoA (ciclo de Krebs): 3 NADH, 1 FADH2 y 1 GTP
- Por cada 2 piruvatos: 30 ATP por fosforilación oxidativa y 2 ATP y 2 GTP por fosforilación a nivel de sustrato
El total de ATP obtenido es de 32 ATP restantes tras la glucólisis y el ciclo de Krebs.
Fermentación
La fermentación es una oxidación incompleta de compuestos orgánicos que produce ATP por fosforilación a nivel de sustrato. Consta de 2 etapas: en la primera, la glucosa se transforma en piruvato, consumiendo NAD+ y produciendo NADH; en la segunda, el piruvato se reduce a productos finales, regenerando el NAD+.
Metabolismo autótrofo y heterótrofo
Los seres vivos necesitan materia y energía para sintetizar biomoléculas, y realizan procesos anabólicos. Existen dos tipos de organismos: autótrofos y heterótrofos. Según la energía que utilicen para sintetizar ATP, pueden ser:
- Fotoautótrofos: utilizan CO2 y luz (bacterias fotosintéticas y plantas).
- Quimioautótrofos: utilizan CO2 y la oxidación de compuestos inorgánicos (bacterias quimiolitotrofas).
- Fotoheterótrofos: utilizan luz y moléculas orgánicas (bacterias rojas no sulfuradas).
- Quimioheterótrofos: utilizan la oxidación de moléculas orgánicas.
Anabolismo
El anabolismo es el proceso bioquímico mediante el cual la célula sintetiza sustancias características. Es un proceso constructivo en el que intervienen reacciones de reducción que requieren un aporte de energía.
Fotosíntesis
Proceso anabólico en plantas que captan energía lumínica, formando ATP y NADH que utilizan para sintetizar moléculas orgánicas. Puede ser:
- Fotosíntesis oxigénica: el dador es el agua y produce O2.
- Fotosíntesis anoxigénica: el dador es el H2S y produce azufre.
Dos etapas: fase lumínica
Ocurre en las membranas tilacoides y comprende 3 procesos.
Captación de energía lumínica
Los pigmentos captadores de luz son:
- Clorofila: molécula con anillo tetrapirrólico, con un átomo de magnesio (Mg) y una cadena lateral de fitol.
- Carotenoides: pigmentos de diferente longitud de onda.
Estos pigmentos forman conjuntos funcionales denominados complejos antena, moléculas fotorreceptoras que transfieren la energía a un centro de reacción, donde transforman la energía lumínica en energía química.