HIPERTEXTOS DEL ÁREA DE LA BIOLOGÍA
PRINCIPAL INTRODUCCIÓN ANIMACIONES CÉLULAS BIODIVERSIDAD HERENCIA EVOLUCIÓN

La respiración celular: las reacciones de la matriz mitocondrial


Respiración celular |La Mitocondria y el Sistema transportador de electrones|Paso 1: Oxidación del piruvato| Paso 2: Ciclo de los ácidos tricarboxílicos

Principal ] Enzimas ] Energía y Metabolismo ] CATABOLISMO CELULAR: respiración ] Glucólisis ] Fermentación ] [ La respiración celular: destino del ác. pirúvico en ambientes aerobios ] Ciclo de Krebs ] Glicolisis ] Diagrama del Ciclo de Krebs ] ATP Rendimiento ] Glosario ]


Respiración celular

Es el conjunto de reacciones en las cuales el ác. pirúvico producido por la glucólisis es desdobla a CO2 y H2O y se producen 36 ATP. En las células eucariotas la respiración se realiza en la mitocondria. Se da en dos etapas:

El "problema" con la fermentación es que, al usar moléculas orgánicas como aceptores terminales de electrones y tener que eliminar como residuo al producto resultante (ác. láctico / etanol), se pierde la energía potencial de esos compuestos. 

La solución alternativa es usar alguna molécula no orgánica que pueda aceptar electrones y convertirse así en una molécula reducida. El oxígeno es perfecto para esto, porque luego de recibir los electrones se combina con dos protones convirtiéndose así en el residuo líquido perfecto para el ambiente: H2O.

Nota: la respiración depende de la disponibilidad de receptor externo de los electrones. Tan pronto como el mismo desaparece, la respiración cesa. A diferencia, la fermentación, donde el aceptor es interno (por ej. piruvato) y es un producto del desdoblamiento de la glucosa, el aceptor estará disponible en tanto exista alimento para oxidar.

La Mitocondria y el Sistema transportador de electrones

Las reacciones se llevan a cabo dentro de la mitocondria. Recuerde que este orgánulo de doble membrana presenta una matriz fluida rodeada por una membrana con crestas y un espacio intermembrana limitado por la memb. interna y otra externa.


Microfotografía electrónica de una mitocondria

Paso 1: Oxidación del piruvato

Es el lazo entre la glucólisis y la respiración celular Es un complejo de reacciones catalizado por un sistema de enzimas localizado en la membrana mitocondrial interna.
Resumen de los eventos:

  • El piruvato difunde hasta la matriz de la mitocondria, cruzando ambas membranas.
  • Cada ác. pirúvico reacciona con la coenzima-A, desdoblándose en CO2 y un grupo acetilo de dos carbonos que se une inmediatamente a la  coenzima-A formándo acetil coenzima-A (acetilCoA) que entrará al ciclo de los ác. tricarboxílicos.  En esta reacción se forma un NAD + H2

Nota: La Acetil-CoA puede también producirse a partir de lípidos ( por beta oxidación) o del metabolismo de ciertos aminoácidos. Su formación es un nodo importante del metabolismo central.

Paso 2: Ciclo de los ácidos tricarboxílicos

Este ciclo, también conocido como Ciclo de Krebs o Ciclo del ác. cítrico tiene esencialmente la función de completar el metabolismo del piruvato derivado de la glicólisis. Las enzimas del ciclo de los ácidos tricarboxílicos (Krebs) están localizadas en la matriz de la mitocondria (unas pocas de estas enzimas están la membrana interna de la mitocondria). Su punto de partida es el Acetil-CoA, obteniéndose CO2 y transportadores de electrones reducidos.

Detalles y animación del Ciclo de los Ácidos Tricarboxílicos

Para empezar el ciclo: Acetil-CoA (2-C) + oxalacetato (4-C) -------> + ácido cítrico (6-C, tres grupos ácidos )

  • Etapas siguientes:
    1. Isomerización del citrato a isocitrato (6-C, tres grupos ácidos )
    2. Oxidación -------> alfa-cetoglutárico (5-C) + CO2 + NADH
    3. Oxidación -------> succinil-CoA (4-C) + CO2 + NADH
    4. Fosforilación a nivel de sustrato succinil-CoA (4-C) + GDP -------> succinato (4-C) + GTP (Note: GTP con ADP se puede interconvertir en ATP)
    5. La oxidación -------> fumarato (4-C) + FADH2
    6. convierte el fumarato en maleato, una nueva oxidación -------> oxalacetato (4-C) + NADH
Balance de un ciclo: Acetil-CoA (2-C) + 3 NAD+ + FAD -------> 2 CO2 + 3NADH + FADH2 + ATP

Balance para una molécula de glucosa que se convierte en 2 piruvatos, luego en 2 Acetil-CoA y luego a CO2 en la vía el ciclo de los ácidos tricarboxílicos , con todo el NADH y el FADH convertidos en ATP por la respiración:

1 glucosa + 38 ADP + 38 Pi -------> 6 CO2 + 38 ATP

Nota: 2 de los NADH son formados en el citoplasma durante la glicólisis. Para ser transportados a la matriz mitocondrial para ser posteriormente oxidado por la cadena transportadora de electrones, tienen que pasar por medio de transporte activo al interior de la mitocondria , Esto "cuesta" 1 ATP per NADH. 
Por lo tanto el balance final resulta en 36 ATP por glucosa y no 38 ATP.

Sencillo resumen del metabolismo

Balance del Ciclo de los Ácidos Tricarboxílicos

El ciclo de los ácidos tricarboxílicos completa la oxidación del carbono del piruvato a su forma más oxidada (CO2); los electrones originalmente en los enlaces C-H pasan por los portadores NADH y FADH para ser usados en la respiración.
La eficiencia de la respiración llega casi al 40%. de la energía presente inicialmente en la molécula de glucosa, y es conservada en forma de ATP; el resto se libera como calor

Si bien las células pueden transferir electrones directamente desde el NADH al oxígeno, esto produciría directamente la liberación de la energía como calor. Si los electrones se transfieren directamente al oxígeno:

NADH + O2 -------> NAD + H2O

Go' = - 52 kcal/mol

Si el NADH tiene ~52 kcal de energía, y solo son necesarias 7,3 kcal para hacer un ATP, se puede calcular en 52/7,3 = ~ 7 ATP por NADH si la conversión de energía fuese de un  100% de eficiencia. En la práctica las células han desarrollado sistemas que le permiten obtener hasta un 40% de eficiencia (~3 ATP/NADH) bajo condiciones óptimas.

Continuación: cadena respiratoria--> En este punto la célula ha ganado solo 4 ATP, 2 en la glucólisis y dos en el ciclo de Krebs, sin embargo ha capturado electrones energéticos en 10 NADH2 y 2 FADH2. estos transportadores depositan sus electrones en el sistema de transporte de electrones localizado en la membrana interna de la mitocondria.

Atrás ] Principal ] Arriba ] Siguiente ]

Traducción a cargo de : Dr. Jorge S. Raisman, lito@unne.edu.ar. Documento original del MIT, http://esg-www.mit.edu:8001/esgbio/chapters.html

 

 HIPERTEXTOS DEL ÁREA DE LA BIOLOGÍA  © 1998-2007

• Universidad Nacional del Nordeste • 

Fac. de Agroindustrias, Saenz Peña, Chaco República Argentina • 

Consultas y sugerencias a los autores lito3400@yahoo.com y ana@unne.edu.ar