INTRODUCCIÓN
Las mitocondrias se veían como cajas negras donde se consumía oxígeno y glucosa durante la respiración, y 'mágicamente' se producía ATP a partir de ADP y Pi, de tal modo que se desconocía el mecanismo de acoplamiento entre la respiración celular y la síntesis del ATP.
La principal fuente de energía para la Respiracion Celular es la glucosa, que se cataboliza en tres procesos: glucólisis, ciclo del ácido tricarboxílico (o ciclo de Krebs) y, finalmente, fosforilación oxidativa para producir ATP.
En el primer proceso, cuando la glucosa se convierte en piruvato, la cantidad de ATP producida es baja. Posteriormente, el piruvato se convierte en acetil coenzima A (acetil-CoA) que ingresa en el ciclo de Krebs, lo que permite la producción de NADH (forma reducida de nicotinamida adenina dinucleótido).
Finalmente, los complejos de la Cadena respiratoria o Cadena de transporte de electrones utilizan NADH para generar un gradiente de protones a través de la membrana mitocondrial interna y esto permite que el hidrógeno regrese a la matriz a través de una enzima llamada ATP sintasa (Complejo V). Este proceso se llama quimiosmosis necesaria para la producción de grandes cantidades de ATP.
La ATP sintasa es la enzima que produce ATP por quimiosmosis. Permite el paso de protones a su través, utilizando esa energía cinética para fosforilar ADP y así crear ATP
ETAPAS DE LA RESPIRACIÓN CELULAR MITOCONDRIAL Y PRODUCCIÓN DE ATP
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Glucólisis: |
+ 2 ATP |
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Formación AcetilCoA Por cada 2 ác. pirúvico + coenzima-A, --> 2 CO2 y un grupo acetilo que se une inmediatamente a la coenzima-A formando 2 acetil coenzima-A + 2 NADH |
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Ciclo del ácido tricarboxílico (o ciclo de Krebs): |
+ 2 ATP |
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Cadena transporte de electrones o Cadena Respiratoria: Pero acepta los electrones de 10 NADH+ y los 2 FADH2 de los pasos anteriores y los mueve a lo largo de una serie Complejos proteicos. Ese movimiento de electrones crea una corriente eléctrica que permite que los Complejos I,III y IV bombeen iones de hidrógeno a través de la membrana hacia el espacio intermembrana. Esto a su vez genera un gradiente electroquímico que luego es utilizado por una proteína de membrana llamada ATP sintasa (Complejo V) para producir moléculas de ATP |
= 0 |
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ATP sintasa - quimiosmosis |
= 34 |
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Total = |
38 ATP |
¿Cuántas moléculas de ATP se producen a partir de una molécula de glucosa en las cinco etapas de la Respiración Celular Mitocondrial?
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Etapas |
Número de moléculas ATP generadas |
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Glucolisis |
2 |
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Reacción de transición : formación AcetilCoA |
0 |
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Ciclo del ácido tricarboxílico (o ciclo de Krebs) |
2 |
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Cadena de transporte de electrones |
0 |
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ATP sintasa - qemiosmosis |
34 |
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Total |
38 |
ACLARANDO CONCEPTOS
CADENA RESPIRATORIA también recibe el nombre de CADENA DE TRANSPORTE DE ELECTRONES, está localizada en la membrana interna de las mitocondrias, porque ahí están las enzimas (Complejos I-V), consta de una serie de componentes por los cuales viajan los electrones.
Se le llama Respiratoria porque es la responsable de prácticamente todo el consumo de oxígeno que se lleva a cabo (respiración celular), y el oxígeno que se inspira es reducido por los electrones que viajan a través de la cadena respiratoria para convertirlo en agua.
Cadena de transporte de electrones y la Cadena respiratoria mitocondrial son distinta denominación para el mismo proceso.
La FOSFORILACIÓN OXIDATIVA consta de dos pasos:
- La OXIDACIÓN de NADH (o FADH2) -portadores de electrones- entregan sus electrones a la cadena de transporte de electrones
- y la FOSFORILACIÓN de ADP a ATP por la ATP sintasa (Complejo V) ( ADP + Pi → ATP) ACOPLADA al gradiente electroquímico generado por la Cadena de transporte de electrones. AQUÍ SE GENERA el 90% del ATP producido durante el catabolismo aeróbico de la glucosa.que genera el ATP.
La fosforilación oxidativa se produce en las mitocondrias, y las dos reacciones (oxidación de NADH o FADH2 y fosforilación para generar ATP) se acoplan mediante un gradiente de protones a través de la membrana interna de la mitocondria.
Por lo tanto, la vía metabólica que conduce a la producción de ATP de esta manera se denomina FOSFORILACIÓN OXIDATIVA, ya que los donantes de (NADH y FADH2) pierden electrones (se oxidan) y el ADP se fosforila.
Durante años, el mecanismo que enlazara las reacciones de oxidación y fosforilación para la generación de ATP siguió siendo un misterio, hasta la propuesta por primera vez en 1961 por Peter Mitchell del ACOPLAMIENTO QUIMIOSMÓTICO
Es el mecanismo de acoplamiento del transporte de electrones a la generación de ATP, y es un ejemplo sorprendente de la relación entre la estructura y la función en la biología celular. La hipótesis del acoplamiento quimiosmótico fue propuesta por primera vez en 1961 por Peter Mitchell, quien sugirió 'que la ATP se genera mediante el uso de energía almacenada en forma de gradientes de protones a través de membranas biológicas, en lugar de mediante transferencia química directa de grupos de alta energía'. Los bioquímicos fueron inicialmente muy escépticos con esta propuesta, y la hipótesis quimiosmótica tardó más de una década en obtener la aceptación general de la comunidad científica. Sin embargo, la evidencia abrumadora finalmente se acumuló a su favor, y el acoplamiento quimiosmótico ahora se reconoce como un mecanismo general de la generación de ATP. Finalmente Mitchell recibió el Premio Nobel de Química en 1978 por su teoría.
FOSFORILACIÓN OXIDATIVA ACOPLAMIENTO DE LA CADENA DE TRANSPORTE DE ELECTRONES O CADENA RESPIRATORIA MITOCONDRIAL Y LA SÍNTESIS DE ATP
La membrana mitocondrial interna es impermeable a los protones (H+). Los protones reingresan a la matriz sólo a través de canales específicos de protones (F0) de la enzima ATP sintasa (Complejo V). La fuerza motriz que impulsa a los protones a la matriz, proporciona la energía para la síntesis de ATP, catalizada por el complejo F1 asociado con F0.
Gradiente electroquímico:
- Potencial químico: Carga positiva más alta [iones H +] en el espacio intermembrana que en la matriz.
- Potencial eléctrico: Mayor concentración de iones H + en el espacio intermembrana que en la matriz.
PROF. DR. FERNANDO GALAN