Respiración Celular: La Central Energética de la Célula
Introducción
Después de la glucólisis, el poder reductor generado se utiliza para la síntesis de ATP a través de la respiración aeróbica. Este proceso ocurre en las mitocondrias de las células eucariotas y en la membrana plasmática de las procariotas.
La Mitocondria: Un Vistazo de Cerca
La mitocondria es un orgánulo celular crucial donde se lleva a cabo la respiración aeróbica en eucariotas. Considerada la central energética de las células, está compuesta por dos membranas:
- Membrana externa: Lisa y permeable a la mayoría de las moléculas pequeñas.
- Membrana interna: Plegada formando crestas mitocondriales, impermeable a la mayoría de las moléculas e iones.
Existen dos espacios en la mitocondria:
- Espacio intermembrana: Entre la membrana externa e interna.
- Matriz mitocondrial: Contiene ADN, ARN y ribosomas mitocondriales, y enzimas necesarias para la respiración celular.
Cadena Transportadora de Electrones y Síntesis de ATP
Las enzimas en la membrana interna mitocondrial acoplan la energía de la oxidación de nutrientes a la síntesis de ATP. Estas enzimas forman la cadena transportadora de electrones (CTE), que transfiere electrones desde biomoléculas hasta el oxígeno, acoplado a la síntesis de ATP. Este proceso se conoce como respiración aeróbica o respiración celular.
La CTE está compuesta por cuatro complejos proteicos (C1, C2, C3, C4) ubicados en la membrana interna mitocondrial. Los electrones provienen de moléculas con poder reductor como NADH y FADH2, producidas en la glucólisis, la oxidación del piruvato y el ciclo de Krebs. A medida que los electrones se transfieren a través de los complejos, se bombean protones desde la matriz mitocondrial al espacio intermembrana, creando un gradiente electroquímico.
Complejos Proteicos y Moléculas Transportadoras
Los complejos proteicos de la CTE poseen grupos prostéticos que aceptan y donan electrones. Tres tipos de moléculas participan en la transferencia de electrones:
- Ubiquinona/Coenzima Q
- Citocromos (contienen grupos hemo y hierro)
- Proteínas con grupos sulfoférricos (complejos proteicos de la CTE)
El tránsito de electrones ocurre en un orden específico determinado por la afinidad electrónica creciente desde los complejos hasta el oxígeno, el aceptor final de electrones, formando agua (H2O).
Quinto Complejo: ATP Sintasa y Fosforilación Oxidativa
El quinto complejo, la ATP sintasa, permite la síntesis de ATP a partir de ADP y fosfato mediante la fosforilación oxidativa. El bombeo de protones por la CTE crea un gradiente electroquímico a través de la membrana interna mitocondrial. Los protones, con carga positiva, se acumulan en el espacio intermembrana, generando un gradiente eléctrico y una diferencia de pH.
Para restablecer el equilibrio, los protones regresan a la matriz a través de la ATP sintasa. Este flujo de protones impulsa la síntesis de ATP. La ATP sintasa es un complejo proteico con dos partes:
- F0: Inmersa en la membrana interna, contiene el canal para el paso de protones.
- F1: Ubicada hacia la matriz, sintetiza ATP a partir de ADP y Pi.
La entrada de protones desde el espacio intermembrana impulsa un movimiento rotatorio de F0, que F1 aprovecha para sintetizar ATP. Este proceso completa la fosforilación oxidativa, la etapa final de la respiración celular.