Ciclo de Krebs
Adolf Krebs descubrió una serie de reacciones de oxidación-reducción que fueron conocidas como ciclo de Krebs. El ciclo tiene lugar en la matriz mitocondrial en las células eucariotas, constituido por un conjunto de reacciones que producen la oxidación completa del acetil-coenzima A hasta moléculas de CO2. Las coenzimas NAD+ y FAD recogen los electrones y se reducen a NADH y FADH2. Estos electrones serán cedidos a una cadena de transporte electrónico regenerándose el NAD+ y FAD para que continúe el ciclo de Krebs.
Etapas
- Cítrico (entra Acetil CoA+CH3-CO-SCoA y sale CoA)
- Isocítico
- α-cetoglutárico (entra NAD+ y sale NADH + H+)
- Succínico (entra GDP+Pi y sale GTP, entra NAD+ y sale NADH+H+, sale CO2)
- Fumárico (entra FAD y sale FADH2)
- Málico (entra H2O)
- Oxalacético (entra NAD+ y sale NADH + H+)
Funciones
- Oxidación del acetil-CoA hasta 2CO2
- Obtención de poder reductor NADH y FADH2
- Obtención de energía en forma GTP
- Obtención de precursores metabólicos para la síntesis de sustancias orgánicas
Balance
Acetil-CoA + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2H2O → 2CO2 + 3NADH + 3H+ + FADH2 + GTP + CoA
Cadena respiratoria
Se localiza en la membrana interna mitocondrial y está formada por un conjunto de enzimas y coenzimas encadenadas. Estas moléculas son capaces de oxidarse y reducirse cediendo y aceptando electrones procedentes de las coenzimas reducidas obtenidas en el ciclo de Krebs y en las reacciones de entrada en la mitocondria. Los NADH que se forman en el citoplasma durante la glucólisis no pueden atravesar la membrana interna mitocondrial. Para poder ceder los electrones a la cadena respiratoria utilizan unos sistemas lanzadera. Hay dos sistemas: el del glicerol-fosfato (G3P) que cede electrones al FAD mitocondrial y la lanzadera del malato-oxalacetato que cede los electrones al NAD+ mitocondrial. Los integrantes de la cadena transportadora se agrupan constituyendo 5 complejos que forman parte de la membrana interna mitocondrial, son los siguientes:
- Complejo 1: NADH-deshidrogenasa transfiere electrones a un FMN y después a la coenzima Q
- Complejo 2: recibe los electrones de compuestos como el succinato y los transmite también a la CoQ
- Complejo 3: Citocromo b-c1 acepta electrones de la quinona (se encuentra entre el complejo 1 y 3) y los transfiere al siguiente complejo enzimático (entre el complejo 3 y 4 se encuentra un citocromo c)
- Complejo 4: Citocromo-oxidasa transfiere los electrones al O2 para dar H2O
- Complejo 5: ATP-sintetasa actúa como un canal de paso de los protones desde el espacio intermembranoso hasta la matriz mitocondrial. Es aquí donde se genera la energía que dará lugar a la síntesis de 3 moléculas de ATP
Fosforilación oxidativa
Es la fuente de obtención de energía de la célula. Es el proceso de síntesis de moléculas de ATP ligado al transporte de electrones en la cadena respiratoria mitocondrial. La energía liberada en estas reacciones de oxidación-reducción es utilizada para dirigir la síntesis de ATP a partir del ADP. La transferencia de electrones desde el NADH hasta el O2 es una reacción que desprende mucha energía por cada par de electrones transferidos. El mecanismo de acoplamiento del transporte de electrones a la generación de ATP se explica mediante la teoría quimiosmótica. La matriz mitocondrial es electronegativa, mientras que el espacio intermembranoso es electropositivo. El pH de la matriz es 8 mientras que el del espacio intermembranoso es 7. Se trata de un gradiente electroquímico, los protones solo pueden atravesar la membrana a través de un canal de proteínas. Esto permite aprovechar la energía del gradiente electroquímico y que sea convertida en ATP mediante la intervención del complejo ATP-sintetasa. Por cada par de electrones que se transfieren desde el NADH, se sintetizan 3 ATP, mientras que por cada par de electrones que lo hacen desde el FADH2, se sintetizan 2 ATP.
Vía aerobia
La glucosa se va a degradar oxidativamente, transformándose en 2 moléculas de ácido pirúvico mediante la glucólisis aprovechando el alto contenido energético que todavía tiene el piruvato lo oxidan totalmente en la mitocondria hasta convertirlo en CO2 y H2O. El rendimiento energético que se obtiene es de 36-38 moléculas de ATP. Las etapas son: Glucólisis, reacciones de entrada a la mitocondria, ciclo de Krebs, cadena respiratoria y fosforilación oxidativa.
Vía anaerobia
Algunos organismos como ciertas bacterias utilizan otra vía de degradación del piruvato, en ausencia de oxígeno. Este se reduce a etanol utilizando los NADH de la glucólisis. El rendimiento energético produce los 2 ATP por fosforilación a nivel de sustrato en la glucólisis.