Respiració Cel·lular: Glicòlisi, Cicle de Krebs i Cadena d'Electrons

La Glicòlisi: Primera Fase del Catabolisme de la Glucosa

La glicòlisi és la primera fase del catabolisme de la glucosa. En aquesta fase, la glucosa s'escindeix en dues molècules d'àcid pirúvic, i l'energia alliberada sintetitza 2 ATP. Aquesta síntesi es fa mitjançant fosforilació a nivell de substrat, on una molècula de substrat que conté un grup fosfat el cedeix a un ADP per formar ATP.

S'hi distingeixen dues fases:

• En la primera fase, per cada glucosa es consumeixen 2 ATP.
• En la segona fase, es produeixen 4 ATP, amb un balanç net de 2 ATP. En aquesta segona fase intervenen dues molècules de NAD⁺, que accepten 4 electrons i formen dues molècules de NADH + H⁺.

La glicòlisi ha d'anar seguida d'una via metabòlica que oxidi el NADH + H⁺ i regeneri el NAD⁺ (la via és la respiració o la fermentació). Si no es regenerés, no es podria dur a terme la glicòlisi.

Balanç final de la glicòlisi:

• Glucosa → 2 Àcid pirúvic
• 2 NAD⁺ → 2 NADH + H⁺
• 2 ADP + 2 P_i → 2 ATP + 2 H₂O

Respiració Cel·lular

Fase 1: Formació d'Acetil-CoA

L'acetil-CoA és un intermediari central en el metabolisme. Les rutes de degradació i de síntesi de compostos com monosacàrids, àcids grassos i alguns aminoàcids, convergeixen en l'acetil-CoA.

L'àcid pirúvic produït en la glicòlisi, perquè pugui ser oxidat per la respiració cel·lular, ha d'entrar a l'interior dels mitocondris travessant la seva doble membrana. Per fer-ho, experimenta un complicat procés d'oxidació i descarboxilació (pèrdua d'un àtom de carboni) en el qual intervenen diversos enzims i coenzims (l'anomenat sistema piruvat deshidrogenasa), i es transforma en acetil-CoA.

Fase 2: El Cicle de Krebs

El cicle de Krebs és una via metabòlica en la qual els grups acetil són degradats completament. Els dos carbonis donen lloc a dues molècules de CO₂, els hidrògens són captats pels coenzims NAD⁺ i FAD, que passen a les seves formes reduïdes NADH + H⁺ i FADH₂, i l'energia alliberada és 1 ATP (o GTP).

Es duu a terme a la matriu mitocondrial. S'inicia amb un acetil-coenzim A, que transfereix el grup acetil a l'àcid oxalacètic i forma àcid cítric. Al final, el grup acetil es degrada i l'àcid oxalacètic es regenera (és un cicle).

El cicle requereix els coenzims oxidats, per això requereix la cadena de transport d'electrons. Hi ha una interdependència amb el NAD⁺ i el FAD.

Per cada molècula de glucosa degradada, el cicle de Krebs realitza dues voltes.

Fase 3: Cadena de Transport d'Electrons

El balanç energètic de la glicòlisi i del cicle de Krebs és bastant reduït pel que fa a molècules energètiques formades (2 ATP + 2 GTP). No obstant això, en aquestes dues fases del catabolisme s'han reduït diverses molècules de coenzims com ara el NAD⁺ i el FAD, que s'han convertit en NADH + H⁺ i FADH₂.

L'anomenat transport d'electrons en la cadena respiratòria és la darrera etapa de la respiració. Té com a finalitat l'oxidació dels coenzims reduïts (NADH + H⁺ i FADH₂) i consisteix en una cadena de molècules orgàniques que es redueixen i s'oxiden a mesura que es van traspassant els protons i els electrons procedents del NADH i del FADH₂.

Aquesta sèrie de molècules, bàsicament proteiques, que es redueixen i s'oxiden s'anomena cadena transportadora d'electrons o cadena respiratòria, en la qual es distingeixen unes molècules que s'ocupen de transportar simultàniament electrons i protons (H⁺) a la membrana interna mitocondrial.

Fosforilació Oxidativa

La fosforilació oxidativa es duu a terme gràcies a les ATP sintases. Aquestes estan formades per polipèptids que es mouen i provoquen la unió d'ADP i un grup fosfat per formar ATP.

Balanç Energètic Total de la Glucosa

El balanç energètic total de la degradació completa d'una molècula de glucosa és el següent:

• Glicòlisi: 2 ATP nets
• NADH + H⁺ de la glicòlisi: 2 NADH + H⁺ → 6 ATP (via cadena de transport d'electrons)
• Conversió d'àcid pirúvic a acetil-CoA: 2 NADH + H⁺ → 6 ATP (via cadena de transport d'electrons)
• Cicle de Krebs (per dues voltes):
  • 6 NADH + H⁺ → 18 ATP (via cadena de transport d'electrons)
  • 2 FADH₂ → 4 ATP (via cadena de transport d'electrons)
  • 2 GTP → 2 ATP
• Total aproximat: 38 ATP