Respiración Celular

Ciclo de Krebs en la Célula Eucariota

En la célula eucariota, el ácido pirúvico obtenido en la glucólisis entra por transporte activo en la mitocondria, donde el sistema piruvato deshidrogenasa lo transforma en Acetil-CoA. Se pierde un grupo carboxilo que sale como CO₂ y dos hidrógenos que son aceptados por un NAD⁺ que pasa a NADH + H⁺. El grupo acetilo se une a la coenzima A y forma Acetil-CoA, que se incorpora al ciclo de Krebs. Se forma ácido cítrico y se degrada el grupo acetilo en dos CO₂ e H⁺, generándose ácido oxalacético. En el ciclo se genera un GTP (equivalente a un ATP), 3 NADH y 1 FADH₂.

Transporte de Electrones en la Cadena Respiratoria

En la cadena respiratoria se oxidan las coenzimas reducidas y se utilizan para sintetizar ATP. Se compone de tres procesos:

• Transporte de electrones: En las mitocondrias de las células procariotas, cada molécula se reduce para después oxidarse. La cadena respiratoria está formada por seis grandes complejos proteicos, cuatro englobados en la membrana, el quinto, la **ubiquinona**, transporta electrones al complejo I, II y III, y el sexto, el **citocromo**, comunica el complejo III con el IV.
• Quimiosíntesis: La energía perdida por los electrones se utiliza para bombear H⁺, que pasan al espacio intermembranoso, donde se acumulan hasta alcanzar una concentración elevada. Luego, regresan a la matriz mitocondrial a través de la ATP-sintetasa.
• Fosforilación oxidativa: Las ATP-sintetasas están constituidas por cuatro partes, formadas por varias subunidades polipeptídicas que se mueven entre sí cuando los protones fluyen por su canal interior. Se produce la unión de un ADP y un grupo fosfato, generando un ATP.

Reacciones Endergónicas y Exergónicas

• **Reacciones endergónicas:** Son reacciones químicas donde el incremento de energía libre es positivo.
• **Reacciones exergónicas:** Son reacciones químicas donde la variación de la energía libre de Gibbs es negativa.

La **energía libre** es la energía que posee un sistema para poder realizar un trabajo y depende de la energía contenida en los enlaces químicos internos de las moléculas y del grado de desorden de dichas moléculas. La **energía de activación (EA)** es necesaria para llevar un mol de moléculas de una sustancia hasta el estado de transición a una determinada temperatura.

• **Proenzimas:** Necesitan sustancias para activarse.
• **Isoenzimas:** Son formas moleculares diferentes de las enzimas, pero que catalizan la misma reacción química.
• **Coenzimas:** Las haloenzimas están formadas por una parte proteica, la apoenzima, y otra no proteica, la coenzima, que actúa como transporte de grupos químicos.
  • **Coenzimas de oxidación y reducción:** Transportan electrones y H⁺, como el NAD⁺.
  • **Coenzimas de transferencia:** Transportan radicales, como el ATP.
• **Vitaminas:**
  • **Liposolubles:** De naturaleza lipídica, solubles en disolventes orgánicos (A, D, E, K).
  • **Hidrosolubles:** Solubles en agua, se difunden muy bien por la sangre (vitaminas del complejo B y C).

Clasificación de enzimas:

• Oxidorreductasas
• Transferasas
• Hidrolasas
• Liasas
• Isomerasas
• Ligasas y sintetasas

Tipos de Catabolismo

• **Respiración:** Interviene la cadena respiratoria, y el aceptor final de los electrones e hidrógenos liberados de los sustratos es una sustancia inorgánica.
  • **Respiración aerobia:** Si el aceptor es el oxígeno (O₂), se transforma en agua.
  • **Respiración anaerobia:** Si el aceptor es otra sustancia distinta al O₂.
• **Fermentación:** No interviene la cadena respiratoria y el aceptor final de los electrones es una sustancia orgánica.

Fermentación

La **fermentación** es un proceso catabólico en el que no interviene la cadena respiratoria. Sus **características** son:

• Proceso anaeróbico.
• El aceptor final es un compuesto orgánico.
• La síntesis de ATP ocurre a nivel de sustrato.
• Solo se producen 2 ATP.
• Ocurre en microorganismos.

Tipos de fermentación:

• **Alcohólica:** Se produce etanol.
• **Láctica:** Se produce ácido láctico.
• **Butírica:** Se produce ácido butírico.
• **Putrefacción:** Se generan productos orgánicos malolientes.

Organismos:

• **Facultativos:** Realizan respiración y, en ausencia de O₂, realizan fermentación.
• **Estrictos:** Siempre realizan fermentación.

Fermentación alcohólica: Transformación de ácido pirúvico en etanol y CO₂.

Fermentación láctica: Se forma ácido láctico a partir de la degradación de la glucosa. Ocurre cuando ciertos microorganismos inician la fermentación de la leche, lo que produce su agrietamiento y la coagulación de la proteína caseína.

Catabolismo de Proteínas

El catabolismo de proteínas involucra tres procesos:

1. Separación de los grupos amino: Se realiza mediante dos reacciones:

• **Transaminación:** Consiste en el traspaso del grupo amino de un aminoácido a un α-cetoácido, que se transforma en ácido glutámico.
• **Desaminación oxidativa:** Es la separación del grupo amino de un aminoácido y su liberación al medio acuoso como amoníaco. Se regenera el α-cetoglutárico. Este proceso está catalizado por la enzima glutamato deshidrogenasa.

Oxidación de los Ácidos Grasos

Los ácidos grasos precisan una vía especial denominada **β-oxidación de ácidos grasos** o **hélice de Lynen**.

1. Primero, se unen a la coenzima A, mediante un proceso de activación del ácido graso.
2. La acil-coenzima A formada es conducida por otras enzimas hasta la matriz mitocondrial.
3. Allí se inicia la β-oxidación, donde se desprende un grupo acetilo unido a una coenzima A.
4. Este proceso se repite hasta que se forma acetil-coenzima A, que se incorpora al ciclo de Krebs y se degrada totalmente.