Fosforilación oxidativa, fotofosforilación y fermentación: obtención de ATP en la célula

Resumen

El documento explica cómo las células obtienen ATP mediante la fosforilación oxidativa en la mitocondria, la fotofosforilación en los tilacoides de los cloroplastos y la fermentación en el citosol. Describe el papel de la ATP sintasa, la cadena de transporte electrónico, las fases luminosa y oscura de la fotosíntesis y los tipos de fermentación.

Puntos clave

La fosforilación oxidativa usa el NADH en la membrana interna mitocondrial para generar un gradiente de protones que impulsa la ATP sintasa.
En la fotofosforilación, la luz impulsa el transporte electrónico en la membrana tilacoidal y la ATP sintasa forma ATP a partir de ADP.
En la fotofosforilación los electrones pueden proceder de la fotólisis del agua; en la fosforilación oxidativa, de la oxidación del NADH.
La fase luminosa depende de la energía luminosa captada por los fotosistemas FS II y FS I; la fase oscura es el ciclo de Calvin.
La fermentación es un proceso anaeróbico que ocurre en el citosol, tiene bajo rendimiento y comienza con la glucólisis.
Los tipos principales de fermentación son la alcohólica (produce etanol y CO2) y la láctica (produce ácido láctico).

Ponte a prueba

Fosforilación oxidativa, fotofosforilación y fermentación

Fosforilación oxidativa (A/FOTO+OXI)

Fosforilación oxidativa: obtención de ATP utilizando el poder reductor del NADH en la membrana interna mitocondrial. La formación de ATP a partir de ADP se produce mediante la ATP sintasa. Esta enzima aprovecha la energía liberada por el flujo de protones a favor del gradiente electroquímico.

Mecanismo

El gradiente de protones se genera con la energía obtenida del transporte electrónico a través de complejos proteicos, entre ellos los denominados citocromos. La disminución de la energía libre de los electrones hace funcionar bombas de protones que transportan protones en contra del gradiente. Los citocromos se encuentran localizados en la bicapa lipídica que delimita dos espacios en los cuales existe una diferencia en la concentración de protones.

Fotofosforilación

Fotofosforilación: obtención de ATP mediante la energía lumínica, en la membrana de los tilacoides. En este proceso también se forma ATP a partir de ADP mediante la ATP sintasa, que utiliza el flujo de protones a favor del gradiente. El gradiente se genera gracias a la energía obtenida por el transporte electrónico impulsado por la luz.

Origen de los electrones

En la fotofosforilación, los electrones pueden provenir de la fotólisis del agua. En la fosforilación oxidativa mitocondrial, los electrones proceden de la oxidación de NADH (producto del metabolismo). En ambos casos la cadena de transporte electrónico permite transferir electrones entre transportadores, liberando energía que se utiliza para bombear protones.

Fase luminosa

La fase luminosa requiere energía luminosa. La clorofila es la sustancia encargada de transformar la energía luminosa en energía química. En la membrana tilacoidal de los cloroplastos están los fotosistemas, formados por moléculas de clorofila y carotenoides, junto con moléculas transportadoras de electrones.

En cada fotosistema, los pigmentos actúan como antenas, absorbiendo energía luminosa y transmitiéndola al centro de reacción que contiene una molécula especial de clorofila a.
Existen dos fotosistemas: FS II y FS I. Cuando la energía luminosa captada por los pigmentos llega a las moléculas de clorofila del centro de reacción, estas se excitan y ceden electrones a moléculas transportadoras de electrones, que a su vez transfieren a otras moléculas.
Se inicia así la cadena de transporte electrónico; gracias a la energía de la luz, los electrones fluyen desde H2O hasta el NADP+.

Fase oscura

La fase oscura corresponde al ciclo de Calvin, que tiene lugar en el estroma del cloroplasto o en el citoplasma de células fotosintéticas procariotas, donde se acumulan los productos de la fotofosforilación. En su estudio se suelen distinguir tres etapas:

Fijación del CO2
Fase de reducción
Regeneración de la ribulosa-1,5-bisfosfato

Fermentación

Fermentación: descomposición de moléculas de glucosa, ricas en energía. Mediante la fermentación, la célula libera energía que acumula en forma de ATP. El proceso es anaeróbico (se produce en ausencia de O2) y se lleva a cabo en el citosol de la célula. La fermentación tiene un rendimiento bajo en comparación con la respiración celular; sin embargo, es importante en organismos que carecen de mitocondrias y, por consiguiente, de metabolismo aeróbico.

Inicio y rutas

La fermentación comienza igual que la respiración celular: por medio de la glucólisis (ruptura de la glucosa). A continuación, la molécula de piruvato toma otras vías metabólicas en las cuales no se utiliza oxígeno.

Tipos principales

Fermentación alcohólica: transformación del ácido pirúvico en etanol y CO2. La primera etapa es la glucólisis.
Fermentación láctica: formación de ácido láctico a partir de la degradación de la glucosa. Por ejemplo, determinados microorganismos inician la fermentación de la lactosa de la leche, produciendo ácido láctico.

Preguntas frecuentes

¿Qué es la fosforilación oxidativa?

Es el proceso por el que se obtiene ATP a partir de ADP usando el poder reductor del NADH en la membrana interna mitocondrial. La ATP sintasa aprovecha el flujo de protones a favor del gradiente electroquímico.

¿En qué se diferencia la fermentación de la respiración celular?

La fermentación es anaeróbica, se produce en el citosol y tiene un rendimiento bajo en ATP. Aunque comienza con la glucólisis como la respiración, después el piruvato sigue otras vías sin usar oxígeno.

¿Qué ocurre en la fase oscura de la fotosíntesis?

Corresponde al ciclo de Calvin, que tiene lugar en el estroma del cloroplasto y se estudia en tres etapas: fijación del CO2, fase de reducción y regeneración de la ribulosa-1,5-bisfosfato.