Respiración celular: glucólisis, ciclo de Krebs y cadena respiratoria

Glucólisis

La glucólisis es el primer paso del catabolismo de la glucosa y tiene lugar en el citoplasma. En este proceso, la glucosa se descompone en dos moléculas de ácido pirúvico, liberando una pequeña cantidad de energía, suficiente para generar 2 moléculas de ATP.

Este proceso es anaerobio, ya que no requiere oxígeno.

Balance Energético

• Se necesita la energía de 2 moléculas de ATP para iniciar el proceso.
• Una vez iniciado, se producen 2 moléculas de NADH y 4 moléculas de ATP.

Por lo tanto, el balance neto es de 2 moléculas de NADH y 2 moléculas de ATP por cada molécula de glucosa.

Condiciones Aerobias

En presencia de oxígeno, las moléculas de NADH ceden sus electrones a la cadena de transporte electrónico, que los conducirá hasta el oxígeno, produciéndose agua y regenerándose NAD+, que se reutilizará en la glucólisis. En estas condiciones, el ácido pirúvico entra en la mitocondria y se transforma en acetil-CoA, que ingresará en la siguiente etapa (ciclo de Krebs).

Condiciones Anaerobias

En ausencia de oxígeno, el NADH se oxida a NAD+ mediante la reducción del ácido pirúvico. Estas etapas hacen posible que se produzca energía de forma anaerobia, proceso denominado fermentación, que ocurre en el citosol.

Ciclo de Krebs

El ciclo de Krebs tiene lugar en la matriz mitocondrial.

Síntesis de Acetil-CoA

Cada molécula de ácido pirúvico puede desplazarse después a la mitocondria. Una vez en la matriz mitocondrial, cada molécula de ácido pirúvico se descompondrá en una molécula de acetilo y una molécula de CO2. Cada molécula de acetilo se unirá a una molécula llamada coenzima A, transformándose en acetil-CoA, que se incorporará al ciclo de Krebs. Este NADH liberará su poder reductor en la cadena respiratoria.

Reacciones del Ciclo de Krebs

El ciclo de Krebs consiste en una cadena cíclica de reacciones en cada una de las cuales interviene una enzima específica.

Balance Energético

En cada vuelta del ciclo de Krebs se genera:

• 1 molécula de GTP (equivalente a ATP)
• 1 molécula de FADH2 (equivalente a NADH)
• 3 moléculas de NADH

Cada vuelta del ciclo consume un grupo acetilo y regenera un ácido oxalacético que puede iniciar un nuevo ciclo. Se necesitan 2 vueltas del ciclo para oxidar por completo una molécula de glucosa, por lo que por cada glucosa, en el ciclo de Krebs se forman 2 GTP, 6 NADH y 2 FADH2.

Se obtiene poca energía en forma de ATP, pero sí en forma de nucleótidos reducidos. No se necesita oxígeno directamente.

Cadena Respiratoria y Fosforilación Oxidativa

Durante el transporte electrónico, los electrones del NADH y del FADH2 son conducidos a través de una cadena formada por aceptores, cada uno de los cuales es capaz de aceptar electrones a un nivel energético ligeramente inferior al precedente. Al final de la cadena de aceptores se encuentra el oxígeno, que capta 2 protones para formar agua. Gracias al oxígeno no se bloquea el proceso.

La cadena respiratoria ocurre en las crestas mitocondriales, donde se encuentran las enzimas específicas que están agrupadas de tal modo que facilitan el acoplamiento energético y la transferencia de electrones.

Teoría Quimiosmótica (Mitchell)

Cuando los electrones se mueven a través de la cadena transportadora, van saltando a niveles energéticos inferiores y paralelamente se va liberando energía. Esta energía se emplea para fabricar ATP, a partir de ADP, en un proceso que se llama fosforilación oxidativa. Al final, el oxígeno se lleva a los electrones.

Fermentación

Cuando el catabolismo ocurre en condiciones anaerobias, la ruta de degradación de la glucosa se llama fermentación. En condiciones anaerobias, el ácido pirúvico de la glucólisis se transforma en ácido láctico y de ese modo se regenera el NAD+. Este proceso se llama fermentación láctica.

Las fermentaciones son procesos anaerobios, realizados por microorganismos o por ciertas células animales cuando no disponen de suficiente oxígeno. Son poco rentables desde el punto de vista energético y se forma mucho menos ATP que en la respiración celular aerobia. Se producen 2 ATP por cada molécula de glucosa, lo que representa un rendimiento del 2,12%.

Fermentación Láctica

En la fermentación láctica, el piruvato se transforma en lactato. La realizan diversas bacterias que fermentan la leche, que se utilizan para obtener derivados lácteos. También la pueden llevar a cabo las células musculares cuando no reciben suficiente oxígeno. Cuando se realiza un esfuerzo intenso y prolongado, los músculos obtienen un poco de energía extra sin necesidad de oxígeno, pero las consecuencias de este proceso serán las agujetas.