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¿Sabías qué…?
De los protones liberados en el paso del NADH+H por la cadena transportadora de electrones se producen un total de 3 ATP, mientras que de la molécula de FADH, son producidas dos ATP.
Inhibidores de la respiración
Los inhibidores de la cadena transportadora de electrones y por lo tanto de la respiración, son sustancias que se unen a los componentes de la cadena y bloquean su actividad, lo que trae como consecuencia que se detenga la producción de ATP. Algunas de estas sustancias son el cianuro y el amital.
Las células necesitan energía para poder realizar todas sus funciones vitales, la mejor manera de obtenerla es mediante la respiración celular llevada a cabo en las mitocondrias, que tiene como resultado la producción de adenosin trifosfato o ATP.
Respiración aerobia o aeróbica
Se conoce como respiración al conjunto de reacciones bioquímicas mediante las cuales la energía es liberada a partir de sustancias alimenticias, como por ejemplo, la glucosa.
Existen dos tipos principales de respiración: la aerobia o aeróbica y la anaerobia o anaeróbica, sin embargo, solo en la aerobia se produce el ciclo de Krebs y la cadena transportadora de electrones.
La respiración aerobia es un mecanismo propio de los seres eucariotas, sin embargo, algunos procariotas utilizan este mecanismo.
La respiración aerobia es el tipo de respiración celular que necesita oxígeno para llevarse a cabo, este proceso ocurre dentro de la mitocondria.
De manera general, la ecuación de la respiración aerobia sería la siguiente:
Glucosa + oxígeno → dióxido de carbono + agua (+ energía).
A partir de esta reacción se forma energía que puede ser utilizada posteriormente por la célula para llevar a cabo cualquier proceso vital.
Organelos respiratorios
Las mitocondrias son los organelos celulares en los cuales se produce la respiración, son de forma granular y filamentosa, y se encuentran distribuidos de manera uniforme en el citoplasma de todas las células eucariotas.
Estructura de la mitocondria.
Están compuestas por dos membranas:
Las membranas de la mitocondria forman dos compartimientos diferentes: el espacio intermembranoso y la matriz, en ellos se llevan a cabo distintos procesos involucrados en la producción de energía.
Por ejemplo, en la matriz se encuentran las enzimas relacionadas con el ciclo de Krebs, además es allí donde origina este mecanismo. Por otro lado, en la membrana interna se encuentran las proteínas encargadas de la fosforilación oxidativa y los complejos necesarios para que se produzca la cadena transportadora de electrones.
El ciclo de Krebs forma parte de la respiración celular, se produce en la matriz mitocondrial.
Cadena transportadora de electrones
La cadena de transporte de electrones es la ruta final de la respiración aerobia y además, es la única parte del metabolismo de la glucosa donde se utiliza el oxígeno atmosférico.
Se lleva a cabo en la membrana interna de la mitocondria y tiene como finalidad crear un gradiente de protones (hidrogeniones H+) que luego puede ser utilizado en la fosforilación oxidativa, para producir energía en forma de ATP.
El transporte de electrones es un conjunto de reacciones de óxido-reducción (reacciones de transferencia de electrones) que asemejan a una especie de carrera de relevos. Allí los electrones son pasados rápidamente de un componente a otro hasta llegar al final de la cadena, donde los electrones reducen el oxígeno molecular y producen agua.
La cadena transportadora está formada por cuatro complejos o proteínas transportadoras, estas son:
Además de los complejos, intervienen otras moléculas que también tienen capacidad de transferir electrones, estas son: la ubiquinona (coenzima Q), los citocromos y las proteínas sulfo-férricas (Fe-S).
Transporte general de electrones a través de las proteínas transportadoras.
Los electrones transferidos en esta etapa pertenecen a las coenzimas NADH+H y FADH, provenientes de la glucólisis y el ciclo de Krebs, en total son 10 NADH+H y 2 FADH.
De manera general el transporte de electrones se da de la siguiente manera:
El paso de los electrones provenientes del NADH + H+ permite que se transporten un total de cuatro protones al espacio intermebranoso, así se comienza a establecer el gradiente.
Paso de electrones por el complejo I.
El complejo III bombea protones a través de la membrana y pasa los electrones al citocromo c, sin embargo, este solo puede aceptar uno a la vez.
Finalmente, dos electrones son pasados al citocromo c y son liberados cuatro protones al espacio intermembranoso.
Paso de electrones al complejo III.
En el complejo IV, se encuentra además la molécula de oxígeno que será reducida a agua, para ello serán necesarios un total de 4 electrones y dos protones del medio circundante. Como resultado final es liberada agua y son transportados protones al especio intermembranoso.
Paso de electrones al complejo IV y formación del agua.
Producción de energía
El paso final de la respiración celular es la producción de energía (fosforilación oxidativa), a partir del gradiente de protones producido en la cadena transportadora, la formación del ATP está a cargo de la proteína ATP sintasa.
La ATP sintasa es una enzima capaz de generar ATP a partir de adenosin difosfato (ADP) y fosforo inorgánico (Pi), esto en presencia de un gradiente de protones entre los dos lados de la membrana mitocondrial.
Durante el paso de los electrones por la cadena se transportaron una serie de protones al espacio intermembranoso, son estos protones los que tomará la ATP sintasa, los hará pasar a través de ella y generará un cambio en la conformación de la proteína, que traerán como resultado la unión del ADP y el Pi y por lo tanto la formación del ATP.
Además de obtener energía, la ATP sintasa permite que se mantenga el equilibrio de protones entre los dos lados de la membrana mitocondrial.
