Síntesis de ATP

Existen diferentes mecanismos de síntesis de ATP:

Fosforilación oxidativa

Compleja cadena de reacciones redox que tienen lugar en presencia de enzimas ATP sintasas en la membrana interna de las mitocondrias.

Fotofosforilación

En la membrana tilacoide de los cloroplastos, por lo que la energía procede de la luz.

Intervención de enzimas específicas

Cada reacción metabólica es catalizada por una enzima determinada, lo que permite que se pueda realizar en condiciones fisiológicas y a la velocidad adecuada.

Catabolismo

Características generales

Tanto para autótrofos como para heterótrofos, las características del catabolismo son:

• Descomposición de moléculas orgánicas más o menos complejas hasta transformarlas en otras más simples o inorgánicas.
• Reacciones de oxidación, ya que la materia orgánica pierde electrones ligados a protones en forma de hidrógenos recogidos por coenzimas para cederlos a otros compuestos que se reducen.
• Reacciones exotérmicas, por lo que se libera energía para formar enlaces fosfato del ATP y otra parte se libera en forma de calor.

Tipos de catabolismo

Se distinguen dos tipos:

Respiración

La materia orgánica se descompone hasta moléculas inorgánicas muy simples, liberando gran cantidad de energía. Existen dos tipos:

• Respiración aerobia: Se utiliza el O₂ como aceptor final de los H⁺ y de los electrones liberados en las oxidaciones, formándose H₂O y CO₂. Esto lo realizan eucariotas y procariotas.
• Respiración anaerobia: Los productos finales son moléculas inorgánicas distintas del H₂O, ya que en este caso la molécula aceptora no es el oxígeno. Solo ocurre en procariotas.

Fermentación

El aceptor final de los hidrógenos es una molécula orgánica, al igual que los productos finales del proceso. Se libera menos energía que en la respiración y son reacciones anaerobias realizadas por células eucariotas y procariotas como las levaduras.

Respiración aerobia

Introducción

Las células pueden usar como sustrato respiratorio cualquier molécula orgánica, pero suelen utilizar lípidos y glúcidos. La glucosa es la molécula más utilizada por la célula para obtener energía. Es un proceso muy complejo y tiene distintas fases.

Rutas catabólicas

Las más importantes son:

• Glucólisis: La glucosa se degrada hasta producir un compuesto de 3 átomos de C denominado piruvato. Se produce en el citosol.
• Beta oxidación: Es el conjunto de reacciones en el que se produce la oxidación de los ácidos grasos hasta dar acetil-CoA. Se produce en la matriz mitocondrial.
• Transaminación y desaminación: Conjunto de procesos en los que se degradan los aminoácidos mediante la separación del grupo amino.
• Ciclo de Krebs: Se forma acetil-CoA y se une al ciclo de Krebs. En él tienen lugar descarboxilaciones oxidativas que liberan CO₂ e hidrógenos. Se realiza en la matriz mitocondrial.
• Fosforilación oxidativa: Se sintetiza ATP. Los hidrógenos de las reacciones anteriores son conducidos hasta la cadena respiratoria para que se transporten hasta el O₂, al que se unen para formar H₂O. En el transporte se libera energía que se emplea en formar los enlaces fosfato del ATP.

Glucólisis

Ocurre en el citosol. Es una secuencia de reacciones en la que una molécula de glucosa se transforma en dos moléculas de ácido pirúvico.

GLUCOSA + 2ADP + 2Pi + 2NAD⁺ ———— 2 ÁC. PIRÚVICO + 2ATP + 2NADH + 2H⁺ + 2H₂O

El pirúvico puede seguir dos rutas: fermentación o descarboxilación oxidativa.

Ciclo de Krebs

Consiste en una cadena cíclica de reacciones que se producen en la matriz mitocondrial. El acetil-CoA se incorpora al ciclo de Krebs al unirse con una molécula de ácido oxalacético, separándose del CoA y obteniéndose una molécula de ácido cítrico.

ACETIL-CoA + 3NAD⁺ + FAD + GDP + Pi + 2 H₂O + ÁC. OXALACÉTICO ———— 2 CO₂ + 3NADH + 3H⁺ + FADH₂ + GTP + CoA-SH + ÁC. OXALACÉTICO

Cadena respiratoria y fosforilación oxidativa

La molécula de glucosa se encuentra completamente oxidada. Parte de su energía se ha utilizado en la síntesis de ATP, pero la mayor parte se encuentra en los electrones que fueron aceptados por el NAD⁺ y el FAD y que se encuentran en un nivel energético alto. Estos electrones van a ser transportados desde los coenzimas reducidos hasta el oxígeno a través de una cadena de moléculas transportadoras de electrones que existe en la membrana interna de la mitocondria. Estos transportadores son citocromos organizados en forma de 4 complejos enzimáticos. Cada transportador es capaz de aceptar electrones a un nivel energético inferior al precedente, liberando así energía. Esta energía se emplea para fabricar ATP a partir de ADP en un proceso denominado fosforilación oxidativa. Cada 2 electrones que pasan del NADH al oxígeno se forman 3 moléculas de ATP y cada 2 electrones que pasan por el NADH₂ se forman 2 moléculas de ATP.