Síntesis de ATP y GTP: fosforilación oxidativa, ATP sintasa y tipos de catabolismo

Mecanismos de Síntesis de ATP y GTP

La síntesis de ATP y GTP se puede realizar de dos formas principales:

• Fosforilación a nivel de sustrato: Se transfiere un grupo fosfato desde una biomolécula que se rompe al ADP, permitiendo la formación de ATP.
• Fosforilación mediante enzimas ATP sintetasas (ATP sintasas): Estas enzimas sintetizan ATP utilizando la energía procedente del flujo de protones a favor de gradiente.

La Fosforilación Oxidativa y la Cadena Respiratoria

La fosforilación oxidativa consiste en el flujo de electrones conducidos a través de las proteínas, con la consecuente generación de un gradiente de protones (H⁺) cuya energía es utilizada para la síntesis final de ATP mediante la ATP sintasa. Los complejos I, III y IV de la cadena respiratoria actúan como bombas de protones; utilizan la energía para expulsar H⁺ al espacio intermembrana. Se genera así un gradiente en la concentración de protones a ambos lados de la membrana mitocondrial interna. Los protones solo pueden acceder al interior del orgánulo a través de la ATP sintasa porque la membrana mitocondrial interna es una bicapa lipídica impermeable a estos.

Funcionamiento de la ATP Sintasa

La ATP sintasa constituye un complejo que rota gracias a la difusión de H⁺. Por cada 10 H⁺ que atraviesan la ATP sintasa, se produce un giro completo que provoca la fosforilación de tres moléculas de ADP y su liberación como ATP. Por cada NADH que cede sus electrones a la cadena respiratoria, se bombean 10 H⁺ y se produce un giro completo del anillo; por tanto, por cada NADH que cede sus electrones a la cadena respiratoria, se generan 3 moléculas de ATP. Por cada FADH₂ que cede sus electrones a la cadena respiratoria, se generan 2 moléculas de ATP.

Tipos de Catabolismo: Respiración y Fermentación

Existen dos tipos de catabolismo fundamentales: la respiración y la fermentación.

1. Respiración

En la respiración interviene una cadena transportadora de electrones desde un compuesto inicial hasta el aceptor final de electrones. Estos procesos consisten en oxidaciones totales del compuesto inicial.

Respiración aeróbica

El aceptor final de electrones es el O₂. El dador de electrones suele ser un compuesto orgánico. Se obtiene ATP en la cadena respiratoria y, al reducirse el O₂ por aceptar los hidrógenos, se produce agua. Este proceso ocurre en la mitocondria.

Respiración anaeróbica

El aceptor final de electrones es un compuesto inorgánico diferente al O₂, como iones nitrato, iones sulfato o dióxido de carbono, que se reducirán, respectivamente, a un ion nitrito, ion sulfuro o metano. Es un proceso exclusivo de ciertos microorganismos.

2. Fermentación

En la fermentación no interviene la cadena transportadora de electrones; tanto el dador como el aceptor final de electrones son compuestos orgánicos. La ruta crea su propio aceptor de electrones. La fosforilación del ADP para formar ATP se efectúa solo a nivel de sustrato. Son oxidaciones parciales que ocurren en el citosol.