Producción de alimentos y energía: ciclo de Krebs y ATP

Pasos y productos del ciclo de Kreb

Una parte de la respiración celular involucra el ciclo de Krebs , también llamado ciclo del ácido tricarboxílico (ciclo TCA) o ciclo del ácido cítrico. Todos los organismos aeróbicos utilizan el ciclo de Krebs, que es una serie de reacciones químicas, para producir energía que puede ser utilizada por células individuales. Este ciclo ocurre en la matriz de las mitocondrias , orgánulos celulares responsables de la respiración aeróbica que proporcionan energía (ATP) a las células. Los productos netos del ciclo de Krebs son hidrógeno y electrones que luego se utilizan en la cadena de transporte de electrones (que se analiza a continuación). En última instancia, este ciclo permite que los alimentos que ingerimos, como la glucosa, se conviertan en energía. Hay ocho pasos para el ciclo de Krebs (TCA o ácido cítrico): 1. La acetil coenzima A (acetil CoA) se combina con el oxaloacetato (que contiene cuatro carbonos) para dar lugar a CoA y citrato (contiene 6 carbonos). Este paso está mediado por la enzima citrato sintasa. 2. El citrato se convierte en isocitrato, lo que implica la eliminación y luego la adición de H2O. Este proceso de dos pasos está mediado por aconitasa. 3. El isocitrato es convertido por la enzima isocitrato deshidrogenasa en alfa-cetoglutarato (una molécula de 5 carbonos), y el NAD + se reduce a NADH. Este es uno de los pasos limitantes críticos del ciclo. 4. El alfa-cetoglutarato es oxidado por la enzima alfa-cetoglutarato deshidrogenasa a succinil CoA (una molécula de 4 carbonos), y otra molécula de NAD + se reduce a NADH. La enzima que media esta reacción también es fundamental para regular el ciclo de TCA. 5. La succinil-CoA sintetasa convierte la succinil CoA en succinato (4 moléculas de carbono) y el GDP se convierte en GTP. 6. El succinato se oxida mediante la succinato deshidrogenasa (en la membrana interna de las mitocondrias) a fumarato (todavía 4 moléculas de carbono), y el FAD se convierte en FADH2. 7. La fumarasa media la conversión de fumarato y agua en malato (todavía molécula de 4 carbonos). 8. La malato deshidrogenasa oxida el malato a oxaloacetato (uno de los compuestos iniciales que entran en el ciclo del TCA) y el NAD se convierte en NADH. Los productos netos de una vuelta del ciclo de Krebs (TCA) son:

• Tres moléculas de NADH y una molécula de FADH2 (portadores de electrones)
• Una molécula de ATP o GTP

Cada molécula de glucosa consumida en la dieta produce 2 moléculas de acetil CoA. Por lo tanto, cada molécula de glucosa consumida da como resultado dos vueltas del ciclo de TCA. Por lo tanto, los números anteriores deben duplicarse:

• Seis moléculas de NADH y dos moléculas de FADH2 (portadores de electrones)
• Dos moléculas de ATP o GTP

Estos productos pueden luego ingresar a la cadena de transporte de electrones para producir más energía celular.

Este diagrama muestra el paso y los productos del ciclo de Krebs (TCA).

Este es otro diagrama del ciclo de Krebs (TCA o ácido cítrico) para mostrar los productos individuales producidos en cada paso.

Cadena de transporte de electrones y producción de ATP

La cadena de transporte de electrones representa la etapa final de la respiración aeróbica y ocurre en la membrana mitocondrial interna, la cual está dispuesta en pliegues llamados crestas que aumentan la superficie total disponible para los procesos involucrados en la cadena de transporte de electrones. Este proceso libera la energía almacenada dentro de los portadores de hidrógeno reducidos (NADH y FADH2) para producir ATP. Se denomina fosforilación oxidativa , ya que la energía para producir ATP se produce a partir de la oxidación de los portadores de hidrógeno. Los pasos específicos de la cadena de transporte de electrones son: 1. Se crea un gradiente electroquímico por oxidación de los portadores de hidrógeno NADH y FADH2 (del ciclo TCA), que libera tanto electrones como protones. Los electrones entran en la cadena de transporte de electrones que incluye varias proteínas transportadoras transmembrana. El paso de electrones hace que pierdan energía que es utilizada por la cadena para bombear iones de hidrógeno (protones) desde la matriz mitocondrial. Esto da como resultado una acumulación de iones de hidrógeno en el espacio mitocondrial intermembrana que crea un gradiente electroquímico ( fuerza motriz del protón ). 2. Este paso implica la síntesis de ATP mediante quimiosmosis . Los iones de hidrógeno se difundirán por el gradiente electroquímico de modo que se difundan de nuevo a la matriz mitocondrial, también llamada quimiosmosis. Este proceso es estimulado por la ATP sintasa que atraviesa la membrana. El paso de iones de hidrógeno a través de esta enzima estimula la ATP sintasa para producir ATP. En este sentido, la enzima ATP sintasa puede considerarse como una rueda en el agua y, a medida que los iones de hidrógeno pasan a través de la enzima, alimenta a la ATP sintasa para sintetizar ATP. 3. El paso final de la cadena de transporte de electrones implica la reducción de oxígeno.. Los electrones que han perdido su energía se eliminan para permitir que continúe la cadena de transporte de electrones. El oxígeno se une a los electrones desenergizados para permitir que nuevos electrones de alta energía entren en la cadena, y también se unirá a los iones de hidrógeno libres en la matriz para producir agua. Este último paso es esencial para mantener el gradiente de hidrógeno, de manera que los iones de hidrógeno estén en mayor concentración en el espacio mitocondrial intermembrana que en la matriz. Si el oxígeno no se uniera a los iones de hidrógeno libres en la matriz, el gradiente se revertiría en el sentido de que se ubicarían más iones de hidrógeno en la matriz que en el espacio mitocondrial intermembrana, y el proceso llegaría a su fin cuando los iones de hidrógeno tuvieran que pasar. la ATP sintasa transmembrana para estimular la producción de ATP (como se detalla en el paso 2).

Este diagrama muestra los pasos de la cadena de transporte de electrones, incluido el establecimiento del gradiente electroquímico, la quimiosmosis y la reducción de oxígeno.

Resumen de la lección

El ciclo de krebs , también conocido como ciclo del ácido tricarboxílico (TCA) o del ácido cítrico, es una serie de reacciones químicas que ocurren en la matriz de las mitocondrias y proporcionan energía (ATP) a las células. El ciclo de Krebs produce iones de hidrógeno y electrones que se utilizan en la cadena de transporte de electrones . Este ciclo nos permite obtener energía de los alimentos que ingerimos, como la glucosa. Cada molécula de glucosa produce dos moléculas de acetil CoA que se combinan con oxaloacetatopara comenzar el ciclo de Krebs que es un ciclo cerrado en el que comienza y termina con oxaloacetato, una molécula de cuatro carbonos. Cada molécula de glucosa produce dos moléculas de acetil CoA, lo que da como resultado dos vueltas del ciclo de Krebs, lo que además da como resultado seis moléculas de NADH, dos moléculas de FADH2 (portadores de electrones) y dos moléculas de ATP o GTP. NADH y FADH2 se utilizan en la cadena de transporte de electrones , el paso final de la respiración aeróbica (fosforilación oxidativa), que implica tres pasos: creación de un gradiente electroquímico (fuerza motriz del protón) , síntesis de ATP a través de la quimiosmosis de iones de hidrógeno del espacio mitocondrial intermembrana. en la matriz y reducción de oxígeno de electrones desenergizados e iones de hidrógeno libres (protones) en la matriz que permite que continúe la cadena de transporte de electrones.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador