RESPIRACIÓN CELULAR
Ciclo de Krebs
El ácido pirúvico, para entrar en el ciclo de Krebs, debe convertirse en ácido acético mediante un proceso de oxidación y descarboxilación. En este proceso intervienen enzimas y coenzimas que forman el sistema de la piruvato deshidrogenasa. El ácido acético se une a la coenzima A, el NAD se reduce a NADH+H y se forma acetil-CoA, que es la molécula que ingresa al ciclo de Krebs.
El acetil-CoA entra a la mitocondria y se une al ácido oxalacético (4 carbonos), liberando Co-A y formando ácido cítrico (6 carbonos). El ácido cítrico se isomeriza a ácido isocítrico. El ácido isocítrico se oxida y descarboxila, reduciendo NAD a NADH+H y formando ácido α-cetoglutárico. Este se oxida y descarboxila nuevamente, ingresando una Co-A y formando succinil-CoA.
El succinil-CoA se convierte en ácido succínico, liberando Co-A y energía en forma de GTP. El ácido succínico se oxida a ácido fumárico, reduciendo FAD a FADH2. El ácido fumárico se hidrata y se convierte en ácido málico. Finalmente, el ácido málico se oxida y regenera el ácido oxalacético.
El ciclo de Krebs ocurre en la matriz mitocondrial y sirve para degradar el ácido acético. El balance energético del ciclo es: 10 NADH+H, 6 CO2, 2 GTP, 2 ATP y 2 FADH2.
Transporte de electrones en la cadena respiratoria
La finalidad de la cadena respiratoria es la oxidación de las coenzimas reducidas (NADH y FADH2). Consiste en una serie de moléculas orgánicas que se oxidan y reducen al transferir protones y electrones. Algunas moléculas transportan ambos (complejo NADH deshidrogenasa y complejo Co-Q reductasa), mientras que otras solo transportan electrones (citocromos).
En las células eucariotas, estas moléculas se encuentran en las crestas mitocondriales, mientras que en las procariotas se encuentran en los mesosomas. La energía liberada durante la oxidación es mayor que la consumida durante la reducción, y el exceso de energía se utiliza para la síntesis de ATP.
La hipótesis quimiosmótica de Mitchell explica la formación de ATP. La energía liberada se utiliza para bombear protones desde la matriz mitocondrial al espacio intermembranoso, creando un gradiente electroquímico. Los protones regresan a la matriz a través de las ATP sintasas, proporcionando energía para sintetizar ATP (fosforilación oxidativa).
La salida de protones ocurre en el complejo NADH deshidrogenasa, el citocromo BC1 y el citocromo AA3. Por cada NADH+H se obtienen 3 ATP, y por cada FADH2 se obtienen 2 ATP.
Balance energético del catabolismo de la glucosa por respiración:
- 10 NADH+H : 10 x 3 = 30 ATP
- 2 GTP : 2 ATP
- 2 ATP : 2 ATP
- 2 FADH2 : 2 x 2 = 4 ATP
Total: 38 ATP
CATABOLISMO DE LOS LÍPIDOS
Las grasas se hidrolizan durante la digestión mediante lipasas, rompiendo los enlaces éster y obteniendo glicerina y ácidos grasos. La glicerina se oxida a gliceraldehído, reduciendo NAD a NADH+H. El gliceraldehído se fosforila a fosfogliceraldehído, que ingresa a la vía metabólica de los glúcidos.
Los ácidos grasos entran en la mitocondria y sufren beta-oxidación, donde se oxidan los carbonos beta. El ácido graso se activa con coenzima A, formando acil-CoA, lo que requiere ATP. El acil-CoA entra a la mitocondria gracias a la carnitina.
El acil-CoA se oxida, formando un doble enlace y reduciendo FAD a FADH2. Luego se hidrata y se rompe, formando un acil-CoA con dos carbonos menos y un acetil-CoA, reduciendo NAD a NADH+H. El acetil-CoA entra al ciclo de Krebs, mientras que el acil-CoA continúa con la beta-oxidación hasta que se convierte en acetil-CoA.
El balance energético depende del ácido graso. Cada ciclo de beta-oxidación produce 5 ATP, excepto la primera vuelta que produce 4 ATP. A esto se suma la producción de ATP en el ciclo de Krebs por cada acetil-CoA generado.