Portadores de electrones en la respiración celular

¿Cómo producimos energía?

Mientras lee esto, probablemente esté sentado bastante quieto, ¿verdad? Sin embargo, solo para sentarse y leer, todavía necesita cientos de músculos en su cuerpo. Los músculos diminutos de los ojos ajustan los lentes, los músculos grandes de la espalda mantienen el cuerpo erguido y el diafragma permite que los pulmones se expandan y contraigan, absorbiendo oxígeno.

¡Tienen que pasar muchas cosas para quedarse quieto! Y no olvides que todas estas cosas requieren energía. Obtenemos toda nuestra energía de los alimentos que comemos. Esa comida se divide en pedazos más pequeños llamados macromoléculas, como el azúcar, en nuestro estómago. Luego, el azúcar se somete a un proceso llamado respiración celular.

La respiración celular toma glucosa (azúcar) y el oxígeno que respiramos y produce energía, llamada ATP, dióxido de carbono y agua. Pero al igual que una fábrica necesita trabajadores para producir el producto final, la respiración celular necesita portadores de electrones para generar ATP. Averigüemos más.

¿Qué son los portadores de electrones?

La respiración celular se puede dividir en tres pasos principales, glucólisis, ciclo del ácido cítrico y fosforilación oxidativa. Durante los dos primeros pasos, las moléculas llamadas portadoras de electrones recolectan electrones de la glucosa.

Los portadores de electrones existen en dos formas: oxidados y reducidos. Cuando un portador tiene menos electrones, está en forma oxidada y cuando transporta electrones, está en forma reducida . El proceso de conversión entre las formas oxidadas y reducidas se denomina reacciones redox y son la base para mover electrones durante la respiración celular.

A continuación, veamos qué papel juegan las reacciones redox y los portadores de electrones en cada uno de los pasos de la respiración celular.

Glucólisis

La glucólisis comienza llevando glucosa a la célula. A partir de ahí, se debe gastar un poco de energía para activar la glucosa y dividirla en dos moléculas de gliceraldehído 3-fosfato (G3P). A continuación, aparece un portador de electrones llamado NAD + , que es la forma oxidada. Una molécula de NAD + toma dos electrones de una molécula de G3P. Después de que el NAD + toma los electrones, también toma un ión de hidrógeno y, por lo tanto, se convierte en la forma reducida NADH. Dado que el G3P pierde electrones, se oxida y forma un nuevo compuesto, piruvato, que puede iniciar el siguiente paso, el ciclo del ácido cítrico.

Ciclo del ácido cítrico

El ciclo del ácido cítrico es un centro de reacciones redox, y la mayoría de los portadores de electrones que usamos para la respiración celular obtendrán sus electrones aquí. Antes de comenzar, el piruvato se convierte en acetil-CoA en el citoplasma y luego se transporta a las mitocondrias , o central eléctrica de la célula. La acetil-CoA pasa por varias reacciones y se regenera al final, de ahí la parte del ciclo del nombre.

En tres pasos diferentes, NAD + se reduce a NADH. Como hicimos dos moléculas de piruvato a partir de una molécula de glucosa, nuestra ganancia neta de NADH es seis en este paso.

Otro portador de electrones también se reduce en este paso, llamado FAD . Durante el ciclo del ácido cítrico, se crean dos FADH 2 (la forma reducida) cuando FAD recoge dos electrones y dos iones de hidrógeno. FADH 2 deja caer electrones en un punto diferente en el siguiente paso en comparación con NADH, que veremos a continuación.

Fosforilación oxidativa

La fosforilación oxidativa es el último paso en la respiración celular. Este es el paso en el que usamos el oxígeno que respiramos. Todos los portadores de electrones llevan sus electrones a la cadena de transporte de electrones , una serie de proteínas incrustadas en la membrana interna de las mitocondrias.

En la cadena de transporte de electrones, a cada proteína le gustan más los electrones que a la anterior, por lo que los electrones continúan descendiendo por la cadena. En el complejo de proteínas dos, FADH 2 pierde sus electrones y los electrones del complejo de proteínas I se mueven al complejo de proteínas II.

Los electrones continúan moviéndose a través de reacciones redox por la cadena de transporte de electrones, y cada complejo de proteínas bombea iones de hidrógeno hacia ese espacio intermembrana. La última parada es el complejo proteico IV. Aquí, los electrones se transfieren al último aceptor de electrones de la cadena, el oxígeno. El oxígeno recoge dos electrones y dos iones de hidrógeno para convertirse en agua.

Ahora, bombeamos todos esos iones de hidrógeno al espacio intermembrana. Cuando crea un gradiente de concentración, donde un lado de una barrera tiene más de algo que el otro, está almacenando energía química. Piense en ello como una presa. La presa almacena agua, y si la abrieras, el agua se precipitaría por la pendiente con mucha fuerza, liberando mucha energía.

Solo hay una forma para que los iones de hidrógeno se muevan de esta manera «cuesta abajo» y es a través de una proteína llamada ATP sintasa. A medida que los iones de hidrógeno descienden por su gradiente, la ATP sintasa canaliza la energía liberada para producir ATP.

Resumen de la lección

La respiración celular es el proceso que utilizan las células para convertir la glucosa y el oxígeno en dióxido de carbono y ATP. Lo hacen mediante el uso de portadores de electrones , o moléculas que recolectan electrones de la glucosa, que se reducen (o cuando transporta electrones) en reacciones redox (o el proceso de conversión entre las formas oxidada y reducida) a medida que captan electrones. La sustancia de la que obtienen los electrones se oxida cuando pierde electrones.

Hay tres pasos en la respiración celular:

1. Glucólisis , que produce dos NADH a partir de NAD +
2. El ciclo del ácido cítrico , que produce seis NADH y dos FADH 2 . Estos portadores llevan sus electrones a la cadena de transporte de electrones , lo que crea un gradiente de iones de hidrógeno en la intermembrana de las mitocondrias. La mitocondria es la fuente de energía de la célula. Los iones de hidrógeno regresan por el gradiente a través de la ATP sintasa , que utiliza la energía resultante para producir ATP.
3. Fosforilación oxidativa , que es el último paso en la respiración celular. Este es el paso en el que usamos el oxígeno que respiramos.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador