PARCIAL RESUELTO DE QUIMICA BIOLÓGICA (19)

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Tema XII: Vías metabólicas y de transferencia de energía 
 
Catabolismo y anabolismo. Vías catabólicas, anabólicas y anfibólicas. Ciclo de la 
energía en las células. Distribución intercelular de las enzimas y sistemas enzimáticos. 
 
El metabolismo 
 
 Es definido brevemente, como la suma total de las reacciones enzimáticas que tienen 
lugar en la célula. Cuatro son las funciones específicas del metabolismo: 
 Obtener energía química del entorno de los elementos orgánicos nutritivos o de la 
luz solar 
 Convertir los elementos nutritivos exógenos en los precursores de los 
componentes moleculares de las células. 
 Reunir los precursores para formar proteínas, ácidos nucleicos, lípidos y otros 
componentes celulares. 
 Formar y degradar aquellas biomoléculas necesarias para las funciones celulares 
especializadas. 
 
Las secuencias reacciónales del metabolismo son semejantes en todas las formas de 
vida especialmente las que se conocen como rutas metabólicas centrales. 
 
Catabolismo y anabolismo 
 
El metabolismo se divide en catabolismo y anabolismo: 
 
 El catabolismo: Es lo degradación enzimática, mediante reacciones de oxidación, 
de moléculas nutritivas relativamente grandes (carbohidratos, lípidos y proteínas) 
procedentes del entorno de la célula o de sus propios depósitos de reservas 
nutritivas, hasta transformarlas en moléculas simples y menores, por ejemplo, ácido 
láctico, ácido acético, 2CO , amoníaco o urea. El catabolismo va acompañado de 
liberación de energía libre, la cual se conserva en el ATP. 
 El anabolismo: Es la síntesis enzimática de componentes celulares relativamente 
grandes de la célula, ejemplo: polisacáridos, ácidos nucleicos, proteínas, lípidos a 
partir de moléculas precursoras sencillas. Puesto que los procesos sintéticos 
provocan un aumento en el tamaño y la complejidad de las estructuras, se necesita 
la energía proporcionada por el enlace fosfato del ATP. 
 
 Tanto el catabolismo como el anabolismo son dos procesos simultáneos e 
interdependientes, que pueden analizarse por separado. Cada uno de los procesos 
abarca la secuencia de reacciones enzimáticas mediante las cuales se degrada o se 
sintetiza el esqueleto covalente de una determinada biomolécula. Los intermediarios 
químicos de este proceso se denominan metabolitos, y este proceso metabólico: 
metabolismo intermedio. Acompañando a cada una de las reacciones químicas del 
metabolismo intermediario; tiene efecto un cambio de energía característico. En algunas 
de las etapas de las secuencias catabólicas puede conservarse la energía química, 
habitualmente en forma de energía del enlace fosfato y en ciertas etapas de las 
2 
 
secuencias anabólicas puede utilizarse esa energía del enlace fosfato. Esta fase del 
metabolismo se denomina acoplamiento energético. El metabolismo intermedio y el 
acoplamiento de energía están obligatoriamente interconectados y son 
interdependientes. Por ello, cuando examinamos los esquemas metabólicos deberemos 
analizar: 
1. Las etapas de reacción por las que la estructura covalente del precursor se 
altera para formar el producto. 
2. Los cambios de energía química que acompañan a esta conversión. 
 
Transformaciones catabólicas, anabólicas y anfibólicas 
La degradación enzimática de cada uno de los principales elementos nutritivos (hidratos 
de carbono, lípidos y proteínas) tiene lugar a través de cierto número de reacciones 
enzimáticas consecutivas que se desarrollan en tres fases: 
 Fase I: En esta fase las grandes moléculas de los elementos nutritivos se 
degradan hasta los principales componentes. Los polisacáridos son 
degradados a pentosas o hexosas, los lípidos a ácidos grasos, glicerina y 
otros componentes, y las proteínas a sus veinte aminoácidos constitutivos. 
 Fase II: Los numerosos productos distintos de la Fase I son recogidos y 
convertidos en un número pequeño de moléculas más sencillas. Así, las 
hexosas, las pentosas y la glicerina se degradan en el azúcar fosforilado de 
tres átomos de carbono, el gliceraldehído-3-fosfato y después hasta un 
compuesto sencillo de dos átomos de carbono, la acetil-coenzima A. Los 
aminoácidos diferentes son también degradados a: acetil-coenzima A, alfa-
cetoglutarato, succinato, fumarato y oxalacetato. 
 Fase III: Los productos formados en la fase II pasan a la fase III que es el 
camino común final en el cual se oxidan a CO2. 
El anabolismo tiene lugar también en tres fases, comenzando por las pequeñas 
moléculas originadas en la tercera fase del catabolismo. Por ejemplo, la síntesis 
proteica comienza en La Fase III, a partir de los alfa-cetoácidos que son los precursores 
de los aminoácidos. En la Fase II los alfa-cetoácidos son aminados por donadores de 
grupos aminos y se forman los alfa-aminoácidos y en la Fase I se reúnen los 
aminoácidos para producir cadenas peptídicas. 
Aunque los caminos del catabolismo y el anabolismo no son idénticos la Fase III 
constituye un camino central accesible a ambos. Esta senda central, que recibe el 
nombre de anfibólica, desempeña una doble función (amphi: ambos). La ruta anfibólica 
puede utilizarse catabólicamente para lograr la degradación completa de pequeñas 
moléculas producidas en la Fase II del catabolismo o puede utilizarse anabólicamente 
como precursora de moléculas para la Fase II del anabolismo. 
3 
 
Acetil - C o A
Lípidos Polisacáridos Proteínas
Ácidos grasos
glicerina
Hexosas
Pentosas
Aminoácidos
Gliceraldehído 
3-fosfato
Fosfoenol 
piruvato
Piruvato
oxalacetato
citrato
isocitrato
malato
Fumarato Alfa - cetoglutarato
succinato
CO2
Fase I
Fase II
Fase III
Ciclo de los
ácidos tricarboxilos
 
 
LA ENERGÍA EN LA CÉLULA 
 
Las moléculas orgánicas complejas, tales como la glucosa contienen mucha energía 
potencial a causa de su elevado grado de ordenación estructural; poseen una entropía 
relativamente pequeña. Cuando la molécula de glucosa se oxida y forma seis moléculas 
de 2CO y seis de OH2 , sus átomos experimentan un aumento en el desorden. Como 
resultado de esta transformación, la molécula de glucosa experimenta una pérdida de 
energía libre que es energía útil y capaz de realizar trabajo. La energía libre se conserva, 
como energía química, específicamente como ATP. Dado que el ATP formado puede 
difundirse hacia aquellos lugares en la célula en que se necesite su energía, constituye 
una forma de transportar la energía. La energía química del ATP se libera después, 
durante la transferencia de su grupo o grupos fosfatos terminales, a determinadas 
moléculas de un aceptor específico, que adquiere un nivel superior de energía y puede 
realizar trabajo. Un segundo camino para transportar la energía química de las 
reacciones de óxido-reducción del catabolismo a las reacciones anabólicas, que 
necesita de energía, es en forma de electrones. En las síntesis de algunas biomoléculas 
ricas en hidrógeno, tales como los ácidos grasos y el colesterol, se requieren electrones 
e hidrógeno para la reducción de los enlaces dobles a simples. En La célula los 
4 
 
electrones son transportados enzimáticamente desde las oxidaciones productoras de 
electrones tales como los dobles enlaces carbono-carbono o carbono-oxígeno, mediante 
coenzimas transportadoras de electrones, la más importante es la nicotinamida-adenin-
dinucleótido fosfato (NADP). El NADP desempeña de este modo, el panel de 
transportador de electrones ricos en energía desde las reacciones catabólicas hasta las 
reacciones anabólicas que los necesitan. 
 
Distribución intracelular de las enzimas y de los sistemas enzimáticos 
 
Las diferentes enzimas y sistemas enzimáticos se hallan localizados 
característicamente, en una u otra organela o estructura intracelular de las células. 
 El sistema enzimático glicolítico está localizado en el citoplasma mientras que las 
enzimas implicadas en la oxidación del piruvato, de los ácidos grasos y de algunos 
aminoácidos están en la mitocondria donde también se hallan las enzimas de la cadena 
respiratoriay de la fosforilación del ADP. 
La ventaja de la compartimentación la constituye el hecho de que separa reacciones 
químicamente incompatibles. 
Por ejemplo, una célula puede realizar, a un mismo tiempo, la oxidación de los ácidos 
grasos de cadena larga hasta el estado de ácido acético y el proceso inverso de 
reducción del ácido acético para formar ácidos grasos de cadena larga. Estos procesos 
químicamente incompatibles se producen en diferentes partes de la célula; la oxidación 
en las mitocondrias y la reducción en el citoplasma extramitocondrial. 
 
Regulación celular de las sendas metabólicas 
 
La velocidad del catabolismo de una célula no es controlada por la concentración de los 
elementos nutritivos del entorno, sino más bien por sus necesidades energéticas en 
forma de ATP. La regulación de una ruta metabólica puede llevarse a cabo a varios 
niveles. El tipo de regulación más sencilla implica los parámetros que afectan a las 
velocidades de las reacciones enzimáticas (pH, concentración de enzima, concentración 
de cada intermediario, concentración de iones metálicos y coenzimas esenciales, etc.). 
El segundo mecanismo de regulación consiste en la acción de enzimas reguladoras que 
se hallan localizadas, habitualmente, en el comienzo o en proximidades de una 
secuencia multienzimática. El tercer nivel en que se ejerce la regulación metabólica es a 
través del control genético de la velocidad de la síntesis enzimática. En organismos 
multicelulares superiores el control se ejerce a través de sistemas endocrinos. Las 
hormonas elaboradas por una glándula endocrina son mensajeros químicos que 
estimulan o inhiben actividades metabólicas específicas en otros tejidos u órganos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5 
 
TEMA XIII: PRINCIPIOS DE BIOENERGETICA Y CICLO DEL ATP 
 
Localización y propiedades del ATP y del ADP. Variación de energía libre estándar de 
las reacciones químicas. Energía libre estándar de la hidrólisis del ATP. Compuesto con 
enlace fosfato de bajo y alto nivel energético. Vías enzimáticas de la transferencia de 
fosfato. Principio del intermediario común. Otros ribonucleótidos que participan en la 
transferencia de energía en la célula 5' difosfato y 5' trifosfato. Papel del AMP y del 
pirofosfato. 
 
 El sistema ATP - ADP actúa como transportador de energía química, ya que el ADP es 
capaz de aceptar un grupo fosfato en las reacciones acopladas productoras de energía 
del catabolismo, y el ATP así formado puede ceder su grupo fosfato terminal, en otras 
reacciones acopladas que requieren energía. 
En este capítulo examinaremos los principios químicos y termodinámicos en que se 
basa el funcionamiento del sistema ATP - ADP. 
 
 
 
LOCALIZACION Y PROPIEDADES DEL ATP Y EL ADP 
 
 
El ATP fue aislado por primera vez, en 1.929 por Fiske y Subbarow, de los extractos 
ácidos de músculo. 
 Su estructura se dedujo algunos años después, mediante experimentos de degradación 
y fue definitivamente confirmada por síntesis química total realizada por Todd y sus 
colegas en 1948. Desde los inicios del descubrimiento, se sospechó que el ATP 
desempeñaba un papel en la transferencia de energía celular pero recién en 1939-1941 
Lipmann propuso que actuaba como medio principal de transferencia de la energía 
química en la célula. 
 El ATP, el ADP y el AMP no son sustancias que existen solo en trazas; la suma de sus 
concentraciones en la fase acuosa de los diversos tipos de células intactas oscila entre 2 
y 15 mM. La concentración de ATP es por lo común, muy superior a la suma de las otras 
dos concentraciones del AMP, habitualmente es la menor de las tres. 
Estos nucleótidos están presentes no sólo en el citoplasma, sino también en organelas 
tales como mitocondrias y núcleo. La compartimentación intracelular del sistema ATP 
constituye una característica importante en la regulación celular del metabolismo. 
 A pH 7,0 tanto ATP como ADP son aniones muy cargados, el ATP posee cuatro 
protones ionizables en su grupo de ácido trifosfórico. Tres de los protones poseen 
valores de pK (K = constante de disociación) bajo entre 2 y3; por lo tanto a pH 7,0 están 
completamente disociados; el cuarto protón tiene un pK' de 6,5; por consiguiente a pH 
7,0 se halla disociado en un 75%. 
 
6 
 
H : hidrógenos que cede en su disociación
ATP
N
NN
N
NH2
 
O
OHOH
H H
H
C OH2P
O
H O
O H
O P
O
O H
O P
O
O H
 
 
El ADP posee tres protones ionizables, dos de ellos están completamente disociados a 
pH 7,0 y el tercero que posee un pK' de 7,2 a pH 7,0 se halla disociado alrededor del 
39%. 
 La elevada concentración de cargas negativas en torno al grupo trifosfato del ATP 
constituye un factor importante en su naturaleza de compuesto de alto contenido 
energético. 
En la célula intacta existen muy pocas cantidades de ATP y de ADP en forma de 
aniones libres, se hallan presentes en su mayor parte en forma de complejos Mg ATP y 
Mg ADP a causa de la gran afinidad de los grupos pirofosfato para enlazar cationes 
divalentes y de la elevada concentración de ión Mg en el fluido intracelular. La afinidad 
del ATP por el Mg es unas diez veces mayor que la del ADP. 
P
O
O
-
O O P
O
O
O P
O
O
O
-
Adenina Ribosa
mg
mg-ATP
mg-ADP
mg
O P
O
O
O P
O
O
O
-
Adenina Ribosa
 
 
En muchas de las reacciones enzimáticas en que participa el ATP como dador de 
fosfato, su forma activa es la del complejo mg-ATP. 
El ADP y el ATP pueden separarse y medirse con facilidad mediante electroforesis o por 
cromatografía en capa fina. 
 
PRINCIPIOS DE TERMODINAMICA QUIMICA 
 
Una descripción de las bases físico-químicas de la función del ATP en el ciclo energético 
de la célula, requiere un breve repaso de algunos principios de la termodinámica. El 
análisis termodinámico de los intercambios energéticos se inicia por las siguientes 
definiciones: 
a. Sistema: Es el conjunto de materia que es objeto de nuestro estudio. 
7 
 
b. Entorno: Toda materia del universo, aparte del sistema que se considera. En 
el transcurso del proceso en estudio la energía puede pasar del sistema al 
entorno, o viceversa. 
c. Estado inicial: Es el contenido de energía del sistema y del entorno, al iniciar 
el proceso que se analiza. 
d. Estado final: Contenido de energía de sistema y entorno una vez que se ha 
alcanzado el equilibrio. 
El contenido de energía de cada estado es una función de diversas magnitudes 
medibles (temperatura, presión, volumen, masa, etc.) que se formulan mediante una 
ecuación de estado. A partir de las medidas de los cambios de contenido de energía del 
sistema y el entorno, a medida que el sistema evoluciona desde su estado inicial hasta 
su estado final, puede realizarse un balance de energía. 
caliente frio Estado inicial
Estado de equilibrio
(Bloques de cobre)
 
 
La primera ley de termodinámica es el principio de conservación de la energía. La 
energía no se crea ni se destruye, sino que se transforma en una u otra forma (ej. 
calorífica, química, mecánica, etc.). 
La segunda ley establece algunas limitaciones en los tipos de transformaciones 
energéticas que ocurren en los procesos físicos-químicos, y predice la dirección en que 
es probable que ocurra un proceso determinado. 
 Establece que todos los procesos tienden a evolucionar en una dirección tal que la 
entropía del sistema más la del entorno, aumenta hasta alcanzar un estado de equilibrio. 
Entropía: Se define como el grado de desorden. 
Equilibrio: Se define como aquel estado en que no ocurre ningún cambio físico o 
químico ulterior, y en el que la temperatura, la presión y la concentración son uniformes 
en todo el sistema. 
 
UN SISTEMA DE EQUILIBRIO 
 
1. Ha agotado su capacidad de realizar trabajo sobre su entorno, 
2. El proceso no puede invertirse de modo espontáneo y volver a su estado inicial, lo 
cual requerirá una disminución de entropía. Un sistema desordenado al azar no se 
reordena por si mismo espontáneamente. 
Los procesos que se realizan con aumento de entropía se denominan irreversibles.Los 
procesos que tienen lugar sin cambio de entropía son reversibles. 
 
Ejemplo: si tenemos bloques de piedra dispuestos al azar y queremos disponerlos de tal 
modo que formen un arco la entropía o sea el grado de organización disminuye y es 
reversible porque espontáneamente sin cambio de entropía puede pasar del orden al 
8 
 
desorden (arco a bloques al azar). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
En reacciones químicas los cambios de entropía (ΔS ) no siempre pueden medirse o 
calcularse con facilidad. 
Sin embargo, el cambio de entropía durante un proceso está relacionado 
cuantitativamente con los cambios de la energía total del sistema por una tercera 
función, llamada energía libre, mediante una ecuación que combina la primera y la 
segunda ley de termodinámica. Puesto que los cambios de la energía libre de las 
reacciones químicas pueden medirse con relativa facilidad, esta ecuación resulta muy 
útil para predecir la dirección y el equilibrio de las reacciones químicas. El cambio de 
energía libre (ΔG) cuando la temperatura y presión son constantes se define del 
siguiente modo: 
 
 
(1)ST.-HG 
 
En la que ΔH es la variación de entalpía, T la temperatura absoluta y ΔS variación de 
entropía. La variación de entalpía (ΔH) que también se denomina cambio calorífico, se 
define mediante la ecuación: 
(2)PVEH 
 
ΔE = variación de le energía total del sistema. 
P = presión 
V = volumen 
 
En los sistemas biológicos las reacciones químicas tienen lugar en disoluciones acuosas 
diluidas, en las que la temperatura, presión y volumen permanecen constantes. En estas 
condiciones, ΔPV es cero, por lo tanto: 
EH 
Si sustituimos en la ecuación (1) 
ST.-EG 
reordenamos la ecuación: 
ST.GE 
reversible
endotérmico
S disminuye (orden)
entropía ( S) elevada (desorden)
irreversible
espontáneo
exotérmico
S aumenta
( S) disminuye
9 
 
Con esta ecuación vemos que a temperatura y presión constantes la variación de 
energía total del sistema (ΔE) (que es equivalente al cambio calórico ΔH) es la suma de 
T.Δ. S más la variación de la energía libre. 
La variación de energía libre puede definirse como aquella fracción del cambio de 
energía total del sistema disponible para realizar trabajo a medida que el sistema 
evoluciona hacia su estado de equilibrio, a T y P constantes. Mientras el sistema se 
aproxima al equilibrio, la energía libre disminuye hasta un valor mínimo. 
 
 
VARIACION DE LA ENERGIA LIBRE ESTANDAR EN LAS REACCIONES QUIIMICAS 
 
El cambio de energía libre que tiene lugar durante las reacciones químicas se calcula 
empleando una ecuación que puede derivarse de la ley de equilibrio químico. Para una 
reacción general del tipo: 
a A + b B c C + d D (3)
 
en la que a, b, c y d son el número de moléculas de A, B, C, y D que participan en la 
reacción. El cambio de energía libre (ΔG) está dado por la ecuación: 
 
(4)
B.A
D.C
lnRTΔG ºΔG
ba
dc
 
 
en la que los términos A, B, C y D son las concentraciones molares de A, B, C, y D y a, 
b, c y d son ahora los exponentes de sus concentraciones. R es la constante de los 
gases (1.987 cal mol-1 grado-1); T la temperatura absoluta y ΔGº la variación de energía 
libre estándar. 
 Cuando la reacción (3) se halla en equilibrio, independientemente de las 
concentraciones iniciales de A, B, C y D prevalece la condición que la energía libre es 
mínima y no es posible ningún cambio ulterior; por tanto 0ΔG . Entonces: 
 
(5)
B.A
D.C
lnRTΔGº0
ba
dc
 
De donde: 
(6)
B.A
D.C
lnRTΔG º
ba
dc
 
 
Puesto que la constante de equilibrio K'eq para la ecuación (3) es: 
 
)7(
ba
dc
B.A
D.C
eqK' 
 
Podemos sustituir K'eq en la ecuación (6) y obtener la ecuación general: 
 
10 
 
eq)(K' lnRTΔGº 
O bien: 
(8)eqK'logRT2.303ΔGº 10 )( 
 
Esta ecuación nos muestra que ΔGº , la variación de energía libre estándar de una 
reacción química, puede calcularse a partir de su constante de equilibrio. La ΔGº 
constituye, por lo tanto, una constante termodinámica para una reacción química dada. 
Puede definirse de otro modo, que indica claramente su verdadero significado. La 
variación de energía libre estándar de una reacción constituye, en realidad, la diferencia 
existente entre la energía libre estándar de los reactivos y la energía libre estándar de 
los productos, hallándose cada término ajustado a la estequiometría de la ecuación de 
reacción: 
tesreaccionanGºproductosGºΔGº 
Para la reacción (3) será: 
)ºGbºGa()ºGdºGc( BADCΔGº 
La energía libre estándar de un compuesto constituye la medida de la cantidad total de 
energía libre que puede proporcionar por descomposición completa. 
Es importante comprender la diferencia que hay entre ΔGº , que es la variación de 
energía libre estándar, y ΔG que es la variación de energía libre medida o real. Esta 
diferencia puede explicarse mejor utilizando una analogía. ΔGº es un valor constante 
para una determinada reacción a una temperatura también determinada. 
Por otra parte, ΔG varía con las concentraciones de los reaccionantes y de los 
productos. 
El valor de ΔGº únicamente es igual al de ΔG cuando todos los reactivos y todos los 
productos están presentes a concentración 1,0M. 
El valor de ΔG es el que determina si una reacción química ocurrirá en la dirección 
escrita, partiendo de unas concentraciones de reaccionantes determinadas. 
Recuérdese que una reacción química solamente ocurrirá si ΔG es negativo, es decir, si 
la energía libre del sistema disminuye. 
 Las reacciones químicas con un ΔGº negativo reciben el nombre de exergónicas; se 
realizan espontáneamente en la dirección en que están escritas. Si recordamos el 
ejemplo de los bloques: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ordenado
desordenado
ΔG º disminuye, es negativo
exergónica o exotérmica
espontánea
irreversible
11 
 
 
Las reacciones con un cambio de energía libre estándar positivo reciben el nombre 
de endergónicas o endotérmicas, no se realizan de modo espontáneo en la dirección en 
que se escriben. Volviendo al ejemplo: 
ordenado
desordenado
ΔGº aumenta, es postivo
endergónica o endotérmica
no es espontánea
reversible
 
 
Ahora podemos exponer un ejemplo de la ΔGº a partir de la siguiente reacción: 
glucosa_1_fosfato glucosa_6_fosfato
 
 
eq)ln(K'TRΔGº 
Kcal1.745cal174519log2.303x298x1.987ΔGº 
 
Puesto que ΔGº es negativo, la conversión de glucosa-1-fosfato en glucosa-6-fosfato es 
exergónico. El análisis químico muestra que parte de una concentración 0,020 M de 
glucosa-1-fosfato con un exceso de enzima y permitimos que la reacción ocurra en 
sentido directo, o si partimos de la concentración 0,020 M de glucosa-6-fosfato y la 
reacción transcurre en sentido inverso, las concentraciones de la mezcla final en 
equilibrio son, en ambos casos, 0.001 M de glucosa-1-fosfato y 0,019 de glucosa -6- 
fosfato a 25º C y pH 7,0. 
Hay dos tipos de reacciones que tienen lugar con disminuciones especialmente grandes 
de ΔGº , son la hidrólisis de los anhídridos y las reacciones de oxidación. 
 
ΔGº de la hidrólisis del ATP 
 
El camino más sencillo para determinar ΔGº para la reacción: 
ATP + OH2 ADP + fosfato (10) 
Es determinar la constante de equilibrio y calcular ΔGº empleando la relación dada por 
la ecuación (8): 
eq)(K'logTR-2.303ΔGº 10 
La medida directa de la constante de equilibrio de la hidrólisis del ATP no es práctico. 
Una de las razones, y la más importante, es que los métodos analíticos que se disponen 
no son lo suficientemente precisos o sensibles para determinar con exactitud las 
concentraciones de equilibrio de ATP, ADP y el ión fosfato, porque en el estado de 
equilibrio el ATP se encuentra casi completamente hidrolizado en ADP y en ión fosfato. 
En realidad, esto constituye un problema serio para muchas reacciones que poseen 
12 
 
grandes valores negativos de ΔGº . 
Para poder medir el ΔGº de la hidrólisis del ATP, se descompone en cierto número de 
etapas menores, las cuales pueden medirse más fácilmente.Veremos un ejemplo: en primer lugar, se deja reaccionar al ATP con la glucosa, en 
presencia de hexoquinasa para formar ADP y glucosa-6-fosfato. Se mide la constante de 
equilibrio, y a partir de ella se calcula ΔGº . 
 
ATP + ADP +glucosa
hexoquinasa
glucosa_6_fosfato
K'eq = 661
Gº = - 4.00 kcal (11)
 
 
Se continúa después con la medida de la K'eq y la ΔGº de la reacción de hidrólisis de la 
glucosa-6- fosfato catalizada por una fosfatasa. 
 
+ +glucosa
fosfatasa
glucosa_6_fosfato
K'eq = 171
Gº = - 3.30 kcal (12)
OH2 fosfato Pi
 
 
La suma de las reacciones (11) y (12) es la ecuación de hidrólisis del ATP. 
+ +glucosa
fosfatasa
glucosa_6_fosfato OH2 fosfato Pi
ATP + ADP +glucosa
hexoquinasa
glucosa_6_fosfato
ATP + OH2 ADP + fosfato 
 
Puesto que los valores de ΔGº de las dos reacciones son aditivas, la ΔGº de la hidrólisis 
del ATP puede calcularse a partir de ellos: 
 
kcal7.30-(-3.30)4.00-ΔGºΔGºΔGº
 
Es importante hacer notar que este valor está basado en que pH = 7,0; T = 37º C, en 
presencia de exceso de ion Mg y concentraciones 1,0 M de los reaccionantes y de los 
productos. El grupo fosfato terminal del ADP también posee una ΔGº de hidrólisis 
relativamente grande. Es igual a -7,30 kcal. 
 
ADP + H
2
O AMP + P
i
kcal-7.3ΔGº
 
 
Sin embargo el único grupo fosfato del AMP tiene un valor mucho menor: 
13 
 
AMP + H
2
O adenosina + P
i
kcal-3.40ΔGº
 
 
Lo que sucede es que los enlaces entre grupos fosfatos adyacentes son enlaces del tipo 
de anhídrido, mientras que el enlace entre el fosfato y la ribosa en el AMP es un enlace 
éster. 
 
 
COMPUESTOS CON ENLACES FOSFATO DE ALTO Y DE BAJO NIVEL 
ENERGÉTICO 
 
En la escala termodinámica de ΔGº , el ATP es el único que posee un valor de ΔGº , 
intermedio. 
Daremos el ΔGº de algunos compuestos fosforilados. 
 
ΔGº (kcal) 
Fosfoenol piruvato ………………………. 
 
 -14.80 
ATPΔGº 
1-3 difosfoglicerato ……………………... - 11.80 
Fosfocreatina …………………………….. - 10.30 
Acetil-fosfato 
Fosfoarginina 
…………………………….. 
…………………………….. 
-10,10 
- 7.70 
 
ATP ………………………………. - 7.30 
 
Glucosa-1- fosfato ……………………... - 5.00 
ATPΔGº 
Fructosa-6-fosfato ……………………... - 3.80 
Glucosa-6-fosfato ……………………... - 3.30 
Gliceril-1-fosfato ………………………… - 2.20 
 
O sea que la función del sistema ATP-ADP, consiste en servir como transportador 
obligatorio intermedio de grupos fosfato desde los compuestos con enlaces fosfato de 
elevado nivel energético, situados por encima del ATP en la escala termodinámica, 
hasta las moléculas aceptoras que forman compuestos con enlaces fosfato de bajo nivel 
energético situados en la escala por debajo del ATP. 
 
 
COMPUESTOS FOSFATO DE ALTO NIVEL ENERGETICO 
 
Hay dos clases de compuestos fosforilados que poseen una ΔGº de hidrólisis más 
negativa que la del ATP: 
1. Los compuestos fosfato que se forman durante la ruptura enzimática de 
moléculas combustibles. 
2. Los compuestos fosfato utilizados como almacenadores de la energía del enlace 
14 
 
fosfato. 
Los dos miembros más importantes de la primera clase son el 1-3 difosfoglicerato y 
el fosfoenol piruvato, los cuales se forman durante la fermentación anaerobia de la 
glucosa (glucólisis). 
ATP + H
2
O ADP + P
i
kcal-7.3ΔGº
1-3 difosfoglicerato + ADP 3 fosfoglicerato + ATP kcal-4.5ΔGº
kcal-11.80Total 
Los compuestos fosfato de elevado nivel energético, que actúan como reservorio de la 
energía de enlaces fosfato, reciben con frecuencia el nombre de fosfágenos. Los dos 
fosfágenos principales son la fosfocreatina hallada en muchos vertebrados, y la 
fosfoarginina, presente en muchos invertebrados. Ambos se forman a partir de la 
creatina y de la arginina por transferencia de grupos fosfato desde el ATP en reacciones 
catalizadas por la creatin-fosfoquinasa y la arginin-fosfoquinasa, respectivamente. 
Ambas reacciones son reversibles pero el equilibrio se halla desplazado hacia la 
formación de ATP. 
fosfocreatina + ADP creatina + ATP
 
 
COMPUESTOS FOSFATO DE BAJO NIVEL ENERGETICO 
 
La mayoría de los compuestos fosfato pobres en energía son ésteres fosfóricos de 
alcoholes. Se conocen muchas enzimas que catalizan la transferencia de grupos fosfato 
desde el ATP a aceptores de fosfato específicos, para formar compuestos fosfato pobres 
en energía; entre las enzimas mencionadas se hallan la glicero quinasa y la 
hexoquinasa, que catalizan la transferencia de fosfato desde el ATP a la glicerina y 
desde el ATP a la D-glucosa, respectivamente. 
ADP + D.glucosa_6_fosfato kcal-7.3ΔGº
ATP + glicerina kcal-4.5ΔGº
ATP + D-glucosa
ADP + glicerol_3_fosfato
 
RUTAS ENZIMATICAS DE LA TRANSFERENCIA DE FOSFATO 
 
 
P
Fosfoenol piruvato
1-3 difosfoglicerato
Dadores de P de alta energía
Reservorio de fosfocreatina
ATP
Glucosa_6_fosfato
Glicerol_3_fosfato
Aceptores de P
de baja energía
P
P
P
P
15 
 
La figura es un esquema de las reacciones enzimáticas de transferencia de fosfato en la 
célula. Constituye un rasgo importante que el sistema ATP-ADP sea el nexo de unión 
obligado entre los compuestos fosfato de elevado y de bajo nivel energético. Los grupos 
fosfato se transfieren, en primer lugar, mediante la acción de fosfotransferasas 
específicas, desde compuestos de alto nivel energético al ADP, como en el ejemplo: 
fosfoenol piruvato + ADP
piruvato -
piruvato + ATP
quinasa
 
 
El ATP así formado se transforma entonces en el dador de fosfato específico de una 
segunda reacción enzimática, para formar compuestos fosfato de baja energía. 
ATP + D-glucosa
hexoquinasa
ADP + D-glucosa_6_fosfato
 
La reacción global es la siguiente: 
fosfoenol piruvato + D-glucosa piruvato + D-glucosa_6_fosfato
 
 
El resultado final es la transferencia de un grupo fosfato desde un donador de energía 
elevado a un aceptor de bajo nivel energético, a través del sistema ATP-ADP, que actúa 
como intermediario. El contenido de energía de la D-glucosa se ha elevado al 
fosforilarse, la glucosa-6-fosfato puede considerarse una forma de glucosa que ha 
recibido energía. En el flujo principal de reacciones transferidoras de energía de la 
célula, la transferencia del fosfato nunca se produce directamente desde un compuesto 
de elevado nivel energético como el 1-3 difosfoglicerato a un aceptor de fosfato de bajo 
nivel energético, como por ejemplo, la glicerina, no se han encontrado enzimas capaces 
de catalizar tales transferencias directas de fosfato. Esencialmente, todas las reacciones 
de transferencia de fosfato en la célula tienen que efectuarse a través del sistema ATP-
ADP. 
La figura también muestra el papel de reservorio desempeñado por la fosfocreatina, que 
se forma por transferencia enzimática directa de un grupo fosfato desde el ATP a la 
creatina; no existe ningún otro camino para su formación. Además, la única ruta principal 
conocida para su desfoforilación es la inversa de la reacción por la que se forma. El 
sistema reservorio de la fosfocreatina es muy importante en el músculo esqueletal. 
También se encuentra en el músculo liso y en las células nerviosas, y en pequeñas 
cantidades en el hígado, riñón y otros tejidos de mamíferos. 
 
 
PRINCIPIO DEL INTERMEDIARIO COMUN 
 
En dos reacciones consecutivas en que un producto de la primera es un sustrato de la 
segunda, como ocurre en las siguientes reacciones: 
 
A + B
D + E
C + D
F + G
 
 
16 
 
ambas reacciones están ligadas por un intermediario común, en este caso el 
componente D. 
 El único camino mediante el cual la energía química puede ser transferida desde una 
reacción a otra en condiciones isotérmicas es el de que ambas reacciones posean un 
intermediario de reacción común. Casi todas las reacciones metabólicas de la célula se 
realizan mediante secuencias de esta clase. 
En las reacciones consecutivas,responsables de la transferencia de energía a través del 
ATP, la energía química se transfiere desde un dador fosfato de elevada energía hasta 
el ADP, y se conserva en forma de ATP como producto de reacción. En la reacción 
subsiguiente, el ATP se comporta como un sustrato, y cuando pierde su grupo fosfato 
terminal, que cede a la molécula del aceptor, ésta última aumenta su contenido 
energético. Por lo tanto, el ATP es el intermediario común. 
En realidad, la transferencia de intermediarios comunes constituye un atributo general de 
las reacciones químicas consecutivas y no necesita por fuerza, ni grupos fosfatos, ni 
ATP. 
 En efecto, veremos que muchos grupos funcionales distintos del fosfato, por ejemplo, 
átomos de hidrógeno, grupos acetilo, se transfieren enzimáticamente mediante 
reacciones consecutivas que poseen intermediarios comunes, tales reacciones pueden 
analizarse termodinámicamente por los mismos métodos que se han desarrollado para 
el caso especial de las transferencias del grupo fosfato. 
 
CANALIZACION DE GRUPOS FOSFATO POR LA VIA DE OTROS NUCLEOSIDOS 5' 
TRIFOSFATO 
 
Aunque el sistema ATP-ADP constituye el transportador obligado de fosfato en el flujo 
principal de transferencia de energía en la célula, también participan en dichas 
transferencias los 5' di y trifosfatos de otros ribonucleósidos y los 2 
desoxirribonucleósidos. 
Los 5' di y trifosfatos de diversos ribonucleósidos no solamente actúan como precursores 
en la síntesis de ARN, sino también canalizan los grupos fosfato de alto contenido en 
energía hacia reacciones biosintéticas específicas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
P
ATP
P
P
P
P
P
P
P
P
P
P
UTP
ATP
GTP
ATP
CTP
ATP
CTP
GTP
UTP
ATP
d ATP
d GTP
d TTP
d CTP
Polisacáridos
Proteínas
Lípidos
ARN
ADN
17 
 
Todas estas canalizaciones conectan con el ATP mediante la enzima nucleósidos 
difosfoquinasa presente en las mitocondrias y en el citoplasma de la célula, cataliza las 
reacciones del tipo mostrado en el esquema. 
 Cada tipo de nucleósido trifosfato posee una función especializada. Por ejemplo: el 
UTP es el dador de fosfato inmediato, y por lo tanto el donador de energía de reacciones 
que conducen a la síntesis de polisacáridos. 
 
PAPEL DEL AMP Y DEL PIROFOSFATO 
 
Aunque el ADP constituye el producto de muchas reacciones celulares que emplean el 
ATP, y el ADP es el aceptor directo del fosfato en las reacciones productoras de energía 
de la glicólisis y de la fosforilación oxidativa de la mitocondria; en muchas de las 
reacciones que utilizan el ATP en la célula los dos grupos fosfato terminales de éste se 
separan conjuntamente en forma de pirofosfato y se libera AMP como producto. 
 
ATP AMP + PPi
 
 
El pirofosfato inorgánico es un compuesto fosfato de nivel energético elevado que posee 
un ΔGº de hidrólisis comparable al fosfato terminal del ATP. Para regenerar el ATP a 
partir de PPi y AMP intervienen dos enzimas auxiliares: la pirofosfatasa inorgánica y la 
adenilato-quinasa. La primera cataliza la hidrólisis del pirofosfato inorgánico (PPi). 
 
PP
i
 + H
2
O 2 P
i
 
 
Esta hidrólisis secundaria del pirofosfato constituye una etapa valiosa de liberación de 
energía, la cual se utiliza para asegurar que ciertas reacciones biosintéticas se realicen 
por completo. 
El Pi formado se utiliza para la regeneración del ATP a partir de ADP. La adenilato-
quinasa cataliza la refosforilación del AMP a ADP. 
 
ATP + AMP ADP + ADP
 
 
El ATP, el ADP y el AMP de la célula existen en concentraciones constantes. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
18 
 
TEMA XIV: GLUCOLISIS 
 
Vamos a considerar los mecanismos por los que las moléculas combustibles se 
degradan y su energía se conserva en forma de energía de enlace fosfato ATP. 
 Se estudiarán los procesos conocidos como fermentación, mediante el cual muchos 
organismos extraen energía química de la glucosa y otros combustibles en ausencia de 
oxígeno molecular. 
Nos referimos primeramente el proceso de fermentación para luego poder hablar de 
respiración. 
 
 
FERMENTACION Y RESPIRACION 
 
Los organismos inferiores que viven en condiciones anaerobias (ciertas bacterias, 
invertebrados inferiores) obtienen su energía de la fermentación de la glucosa. Los 
organismos que viven en condiciones aerobias (hongos, bacterias, mayoría de los 
animales y plantas superiores) degradan sus combustibles por la ruta anaerobia pero 
después oxidan los productos de la fermentación utilizando el oxígeno molecular. 
En esta fermentación el oxidante final o aceptor final es una molécula orgánica 
producida en el proceso fermentativo. 
 En los organismos superiores la ruta anaerobia es una primera etapa de la fase aerobia 
de la respiración. 
 
 
Utilización de la glucosa por los organismos inferiores superiores: 
 
La ruta de la fermentación es común tanto en la utilización anaerobia de la glucosa como 
en la aerobia. 
Anaerobios
glucosa
sin O
2
fermentación
productos de la fermentación
Aerobios
glucosa
sin O
2
fermentación
productos de la fermentación
CO
2
 + H
2
O
con CO 2
 
 
Entre las clases de fermentación nombraremos la fermentación homoláctica y la 
alcohólica. 
 
 La fermentación homoláctica: La molécula de glucosa de 6 átomos de carbono 
se degrada a dos moléculas de ácido láctico de tres átomos de carbono. Este 
19 
 
proceso se denomina glucólisis que significa lisis de la glucosa. 
 
 La fermentación alcohólica: La molécula de glucosa de 6 átomos de carbono se 
degrada a dos moléculas de etanol de 2 átomos de carbono y 2 de 2CO . 
C C C C C C
triosas
C C C C C C
ácido
láctico
ácido
láctico
CH3
CH
COOH
OH
CH3
CH
COOH
OH
1. Glucosa
C C C C C C
triosas
C C C C C C
etanol etanol
2. Glucosa
CH3
CH2OH
+
CO 2
CH3
CH2OH
+
CO 2 
 
En estas reacciones tenemos que hablar de las reacciones de óxido reducción que se 
producen en todo organismo donde el agente oxidante recibe los electrones y el agente 
reductor entrega electrones. 
En este caso de la fermentación alcohólica el etanol es una molécula relativamente 
reducida rica en 2H , pobre en 2O . La molécula de 2CO es relativamente oxidada, pobre 
en 2H . 
En el caso de la fermentación homoláctica el grupo metilo se halla más reducido que el 
grupo carbonilo. Veamos la reacción completa: 
 
C
O
H
CH
C
CH
CH
CH2
OH
OH
OH
OH H
OH
+ 2 Pi + 2 ADP 2
CH3
CH
COOH
OH + 2 ATP + 2 H
2
O
1. Glucosa Ácido láctico
2. Glucosa + 2 P
i 
 + 2 ADP CH3
CH2OH
2 + 2 CO
2
 + 2 ATP + 2 H
2
O
 
 
 Etanol 
 
20 
 
ANALIZAREMOS LA REACCION ENERGETICA DE LA GLUCOLISIS 
 
1) La conversión de glucosa en lactato es exergónica y 2) la formación de ATP a 
partir de ADP y de Pi es endergónica. 
 
Se deduce de estos datos que la transformación de glucosa en lactato proporciona 
energía para producir la fosforilación de 2 moléculas de ADP a ATP. Esta reacción es 
irreversible. Lo demuestra el ΔGº negativo. 
 
 
ETAPA DE LA GLUCOLISIS: 
 
La glucólisis es catalizada por la acción de un grupo de 11 enzimas. Se cree que están 
localizadas en la porción soluble del citoplasma. Se pueden considerar dos etapas o 
fases. En la primera fase la glucosa se fosforila y se escinde pare formar gliceraldehído 
3 P; y en la segunda fase éste se convierte en ácido láctico. 
 LA FASE I: Constituye un proceso preparativo o de congregación en el que cierto 
número de hexosas penetran en el esquema, después de fosforilarse a expensas 
del ATP, y dan un producto común, el gliceraldehído 3 P. 
 LA FASE II: Es la ruta común para todos los azúcares, se produce la fosforilación 
del ADP y se llevan a cabo las reacciones de óxido reducción, obteniéndose el 
lactato. 
 
En este proceso hay tres tipos de transformaciones interconectadas. 
1º.- La ruta de los átomos de carbono: o sea degradación de la glucosa para 
formar ácido láctico.2º.- La ruta del fosfato: o sea que el Pi (fósforo inorgánico) se transforma en P 
del ATP. 
3º.- La ruta de los electrones: o sea las reacciones del óxido-reducción. 
 
21 
 
glucosa-6-P
fructosa-6-P
fructosa-1-6-di P
glicealdehído-3-P (2)
1,3 difosfoglicerato (2)
3 difosfoglicerato (2)
2 difosfoglicerato (2)
fosfoenolpiruvato (2)
piruvato (2)
2 lactato
galactosa
manosa
pentosa
glucosa almidón
glucogeno
glucosa-1-P
P
i
ATP
ADP
ATP ADP
P
i
2 ADP
2 ATP
2 ADP
2 ATP
2 NAD+
2 NADH
2 NAD+
FASE I
Congregación de azúcares sencillos y 
su conversión en fosfato de 
gliceraldehído; entrada de ATP
FASE II
Oxidación - reducción y formación 
acoplada de ATP; salida de lactato
22 
 
1. Fosforilación de glucosa por el ATP: catalizada por dos enzimas: la 
hexoquinasa y glucoquinasa. 
 
 
ATP + glucosa ADP + glucosa-6-P kcal4ºG
Mg++
 
 
Es una reacción irreversible. 
La hexoquinasa es de mayor afinidad que la glucoquinasa por la glucosa. La 
glucoquinasa solo actúa cuando hay alta concentración de glucosa en sangre; las 
dos enzimas necesitan del catión Mg ó Mn para formar el verdadero sustrato que 
es ATPMnMg . La hexoquinasa actúa también fosforilando otras hexosas. La 
reacción es irreversible. 
 
 
O
OH
OH
OH
OH
CH2OH
H
H
H
H
H
glucosa
+ ATP ADP +
O
OH
OH
OH
OH
CH2 OPO 3=
H
H
H
H
H
kcal-4ΔGº
glucosa-6-fosfato
 
 
2. Conversión de glucosa-6-P a fructosa-6-P: Catalizada por la 
fosfoglucoisomerasa. 
 
 
O
OH
OH
OH
OH
CH2 OPO 3=
H
H
H
H
H
O
OH
OH
OH
OH
CH2
H
H
CH2
OPO 3=
OH
glucosa-6-P fructosa-6-P
kcal0.4ΔGº
(reacción reversible)
 
 
3. Fosforilación de la fructosa-6-fosfato a fructosa 1-6 difosfato. Interviene una 
segunda molécula de ATP. Esta reacción es catalizada por la fosfofructoquinasa. 
 
 
+ ATP ADP + kcal-3.4ΔGº
O
OH
OH
OH
OH
CH2
H
H
CH2
OPO 3=
OPO 3=
(reacción irreversible)
O
OH
OH
OH
OH
CH2
H
H
CH2
OPO 3=
OH
 
23 
 
4. Escisión de la fructosa 1 - 6 difosfato por una aldosa (la fructosa-1-6-difosfato 
gliceraldehído 3-liasa) dando fosfato de dihidroxiacetona + gliceraldehído-3-
fosfato. 
 
 
CH2
C
C
C
C
CH2
OPO 3=
O
OH
OH
OH
OPO 3=
H
H
H
1.
2.
3.
4.
5.
6.
CH2
C
OPO 3=
O
CH2 OH
1.
2.
3.
+
C
C
CH2
O
OH
OPO 3=
H
H
4.
5.
6.
kcal5.73ΔGº
fructosa 1-6-di P
(cadena abierta)
fosfato de
dihidroxiacetona
gliceraldehído 3-P
 
 
 
 
INTERCONVERSION DE LOS FOSFATOS DE TRIOSA 
 
Solamente uno de los dos fosfatos de triosa, el gliceraldehído 3-fosfato, puede ser 
directamente degradado en las reacciones posteriores de la glucólisis. El otro, el 
fosfato de dihidroxiacetona, se convierte reversiblemente en gliceraldehído-3-fosfato 
por acción de la enzima triosa fosfato isomerasa. 
CH2
C
CH2
OPO 3=
O
OH
C
O
H
C
CH2
OH
OPO 3=
H
kcal83.1ΔGº
 
 
Así en la primera fase una molécula de glucosa da dos moléculas de gliceraldehído 
3 P. 
 
SEGUNDA FASE 
1. Oxidación del gliceraldehído 3 P a 1-3 difosfoglicerato. 
 La enzima que actúa es G_3_fosfato deshidrogenasa, o gliceraldehído 3 fosfato 
deshidrogenasa. 
 
 
2 gliceraldehído-3-P + 2 NAD+ + 2 P
i
(2) 1,3 di-fosfoglicerato + 2 NADH + 2 H+
 
24 
 
 
 
C
C
CH2
O
H
H OH
OPO 3=
2 + NAD
+ + P
i
C
C
CH2
O
H OH
O PO 3=
O PO 3=2 + NADH + H
+ kcal5.1ΔGº
 
 
El NAD+ y el NADH transportan los electrones. 
 
2. Transferencia de fosfato desde el 1-3 difosfoglicerato al ADP. 
 El 1-3 difosfoglicerato + ADP da 3-fosfoglicerato + 2 ATP; es catalizada la 
reacción por la enzima fosfogliceratoquinasa. 
 
 
1.
2.
3.
C
C
CH2
O
OH
OPO 3=
H
O PO 3=
kcal50.4ΔGº+ ADP
CH2
C
COO
-
OHH
OPO 3=3.
1.
2. + ATP
(reacción irreversible)
 
 
 
3. Conversión del 3-fosfoglicerato dando 2-fosfoglicerato. 
Actúa la fosfogliceratomutasa. 
 
CH2
C
COO
-
OPO 3=
OHH
CH2
C
COO
-
OH
OH PO 3=
kcal06.1ΔGº
3-fosfoglicerato 2-fosfoglicerato
 
 
4. El 2-fosfoglicerato da fosfoenolpiruvato + H20 por medio de una enzima, la 
enolasa, en un proceso de deshidratación. 
 
 
25 
 
CH2
C
COO
-
OH
OH PO 3=
kcal44.0ΔGº
2-fosfoglicerato
enolasa
C
CH2
COO
-
O PO 3=
fosfoenolpiruvato
+ H
2
O
 
 
5. Transferencia de fosfato desde el fosfoenolpiruvato al ADP. 
El fosfoenolpiruvato da piruvato por una enzima piruvato quinasa en presencia de 
ADP y Mg . 
 
 
CH3
C
COO
-
O
kcal5.7ΔGº
C
CH2
COO
-
O PO 3=
fosfoenolpiruvato
+ ADP ATP +
(reacción irreversible)
piruvato
 
 
 
6. Reducción de piruvato a lactato. Piruvato da lactato por medio de lactato 
deshidrogenasa. 
 
 
CH3
C
COO
-
O kcal0.6ΔGº+ NADH + H+ + NAD
+
piruvato
C
CH3
COO
-
OHH
lactato
 
 
 
En condiciones anaerobias el lactato es producto final de la glucólisis el cual difunde 
a través de la membrana plasmática de la célula hacia el entorno como producto de 
desecho. Cuando las células musculares de los animales superiores actúan de 
manera anaerobia durante cortos esfuerzos de actividad vigorosa 
(excepcionalmente) el lactato escapa desde las células musculares a la sangre y es 
transformado nuevamente en glucosa en el hígado. 
 
 
 
26 
 
 
 
BALANCE GLOBAL 
 
glucosa + 2 ATP + 2 NAD+ + 2 P
i
 + 4 ADP + 2 NADH+ + 2 H+ 2 lactato + 2 ADP + 
+ 2 ATP + 2 NADH + 4 ATP + 2 H
2
O + 2 H+ + 2NAD+
2 ADP
glucosa + 2 P
i
 + 2 ADP 2 lactato + 2 ATP + 2 H
2
O
 
 
ENTRADA DE LOS OTROS HIDRATOS DE CARBONO 
 
Los polisacáridos de reserva el glucógeno, almidón, azúcares sencillos distintos de 
la glucosa penetran en la primera fase de la glucólisis. 
 El glucógeno y el almidón penetran por la acción de dos enzimas que actúan sobre 
los extremos terminales no reductores de la molécula, escindiendo los enlaces alfa 
(1-4). Otra enzima actúa sobre las ramificaciones alfa (1-6) dando glucosa-1-fosfato 
para luego dar glucosa-6-fosfato. Los azúcares sencillos una vez fosforilados, por ej. 
: manosa-6-P, fructosa-6-P recién penetran al ciclo. 
manosa + ATP
fructosa + ATP
manosa-6-P + ADP
fructosa-6-P + ADP
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
27 
 
TEMA XV: CICLO DE LOS ACIDOS TRICARBOXILICOS Y VIA DEL 
FOSFOGLUCONATO 
 
Energética de la fermentación y respiración. Plan de organización de la respiración. 
Oxidación del piruvato a acetil CoA. Ciclo de Krebs. Vías del fosfogluconato. 
 
Las células aerobias obtienen la mayor parte de su energía de la respiración, esto 
es, gracias a una transferencia de electrones desde les moléculas orgánicas 
combustibles hasta el oxigeno molecular. La respiración es mucho más compleja 
que la glicólisis. 
En este tema se esboza el plan general de le respiración y después se considera 
con detenimiento el ciclo del ácido tricarboxílico de Krebs, que es la ruta catabólica 
común por la que finalmente se degradan todas las moléculas combustibles de la 
célula (carbohidratos, ácidos grasos y aminoácidos). 
También se describe la ruta del fosfogluconato de oxidación de la glucosa, 
mecanismo que genera potencial de reducción para las reacciones biosintéticas. 
 
 
ENERGETICA DE LA FERMENTACION Y LA RESPIRACION 
 
En la glicólisis se libera solamente una fracción muy pequeña de la energía química 
potencialmente asequible en la estructura de la molécula de glucosa. Se libera más 
energía cuando ésta se oxida completamente a 2CO y OH2 como se pone de 
manifiesto al comparar las variaciones de energía libre estándar de la conversión 
anaerobia de la glucosa en lactato y de su oxidación a 2CO y OH2 . 
glucosa
glucosa + 6 O
2
2 lactato
6 CO
2
 + 6 H
2
O
kcal47ΔGº
kcal686ΔGº
 
 
Cuando las células fermentan a la glucosa anaerobiamente, los productos que ya no 
son susceptibles de ulterior empleo, y por ello abandonan la célula, todavía 
contienen la mayor parte de la energía de la molécula de glucosa original. Poresta 
razón, las células que viven anaerobiamente, para obtener una misma cantidad de 
energía utilizable tienen que consumir mucho más glucosa que cuando viven en 
condiciones aerobias. 
 
¿Por qué rinde la respiración mucho más energía que la glicólisis? 
 
En primer lugar, el producto de la glicólisis, el ácido láctico, es una molécula casi tan 
compleja como la de glucosa y sus átomos de carbono todavía se hallan en un 
mismo estado de oxidación. El 2CO , producto de la respiración, es una molécula 
mucho más sencilla y pequeña que la glucosa, y su átomo de carbono está 
completamente oxidado. En segundo lugar, la cantidad de energía que se libera en 
la transferencia de un par de electrones desde una molécula combustible 
determinada a un aceptor electrónico, varía con la naturaleza del aceptor. Puede 
liberarse mucha más energía cuando el aceptor electrónico el oxígeno molecular, 
como ocurre en la respiración, que cuando es el piruvato el que actúa como aceptor, 
que es el caso de la glicólisis. 
28 
 
ORGANIGRAMA RESPIRATORIO 
 
En la figura se muestra un diagrama de la respiración. lkk 
Los grupos acetilo procedentes de los carbohidratos, de los lípidos y de los 
aminoácidos en la fase II del catabolismo, en la siguiente fase III se incorporan al 
ciclo de Krebs, que en las aerobias constituye la ruta común final del catabolismo 
oxidativo de todas las moléculas combustibles. En este ciclo los grupos acetilo se 
desintegran para formar 2CO y átomos de hidrógeno. Estos últimos (o sus electrones 
equivalentes) posteriormente se incorporan a la cadena respiratoria constituída por 
una serie de transportadores electrónicos. 
 El proceso subsiguiente de transporte de electrones hasta el oxígeno molecular se 
realiza con un descenso muy grande de energía libre, gran parte de la cual se 
conserve en forma de ATP, gracias a la fosforilación oxidativa acoplada del ATP. 
 La reacción global catalizada por el ciclo de Krebs es la siguiente: 
CH
3
COOH + 2 H
2
O 2 CO
2
 + 8 H
+
 
Como puede verse en la ecuación, no participan en el ciclo ni el oxígeno molecular, 
ni el fosfato inorgánico, ni el ATP. 
Su función primaria consiste en la deshidrogenación del ácido acético para formar, 
en último término, dos moléculas de 2CO y cuatro pares de átomos de hidrógeno. 
Este proceso es catalizado en una serie cíclica de reacciones consecutivas, en 
contraste con la secuencia glicolítica, que es lineal. 
En cada vuelta del ciclo de Krebs se incorpora una molécula de ácido acético (dos 
átomos de carbono) por condensación con una molécula del compuesto de cuatro 
carbonos, el ácido oxal acético, para formar el ácido cítrico de seis átomos de 
carbono. 
 Posteriormente, el ácido cítrico se degrada con producción de dos moléculas de 
CO2 y ácido succínico, compuesto de cuatro átomos de carbono. Finalmente, este 
último se oxida a ácido oxalacético, con lo que puede iniciarse de nuevo una vuelta 
del ciclo. En cada una de las vueltas se incorpora una molécula de ácido acético y se 
eliminan dos moléculas de 2CO , en cada giro completo se emplea también una 
molécula de oxal acetato para formar citrato, pero aquel se regenera al final del 
ciclo. 
Por tanto, cuando el ciclo funciona no hay pérdida neta de oxalacetato, basta con 
una molécula para llevar a cabo la oxidación de un número infinito de moléculas de 
acetato. 
Las reacciones enzimáticas del ciclo de Krebs tienen lugar en el compartimiento 
interno de la mitocondria (a diferencia de la glucolisis que tiene lugar en el 
citoplasma celular). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
29 
 
 
Carbohidrato
Piruvato
Amino-
acidos
Ácidos
grasos
2H CO2
Acetil-CoA
oxalacetato citrato
malato
fumarato
cis-aconitato
isocitrato
-oxoglutarato
succinato
CO
2
CO
2
2H 2H 2H 2H
NAD
flavoproteina
coenzima Q
citocromo a + a
3
ADP + P
i
ATP
ADP + P
i ATP
2 H+ + 1/2 O
2
H
2
O
ADP A P
i
+
ATP
Movilización del
acetil CoA
Ciclo del ácido
tricarboxilo
Transporte electrónico 
y fosforilación 
oxidativa
citocromo b
citocromo c2H
+
30 
 
CH2
S
S
CH
CH2
(CH2)4
COOH
Oxidación del Piruvato a acetil CoA 
 
Piruvato
Acetil-CoA
NAD+ NADH
2
HS-CoA CO2
CCH3 COOH
O
CCH3 S
O
CoA + CO 2
 
 
La ecuación global es: 
 
 
Piruvato + NAD + + HSCoA acetil-S-CoA+ NADH2 + CO 2 
 
 
 
kcal0.8ºG 
 
La oxidación de piruvato a acetil-SCoA, catalizada por el sistema piruvato-
deshidrogenasa, en realidad constituye un proceso muy complejo. 
 A causa del gran descenso de energía libre estándar, la reacción es esencial-
mente irreversible. Aunque en si misma no forma parte del ciclo del ácido 
tricarboxílico, constituye una etapa obligatoria, mediante le cual los hidratos de 
carbono se incorporan al ciclo. 
 En este proceso participan dos coenzimas importantes: CoA y ácido lipoico. 
 CoA: Actúa como transportador de grupos acilo, efectuando una función análoga 
a la que desempeña el ATP como transportador de grupos fosfato. La forma 
acetilada de la coenzima A (acetil CoA) es un tioéster del ácido acético. El 
tioéster es un enlace de elevado contenido energético, es decir, posee un ºG 
fuertemente negativo. 
 
acetil-S-CoA + H
2
O acetato + CoA - SH kcal52.7ºG
 
 
 Ácido lipoico: es un factor de crecimiento para algunos microorganismos, un 
ácido graso saturado de 8 átomos de carbono, en el que los carbonos 6 y 8 están 
unidos por un grupo disulfuro formando un anillo de cinco términos. 
 
31 
 
La decarboxilación oxidante del piruvato a acetil 2COCoA necesita tres enzimas 
diferentes y 5 coenzimas que constituyen el: 
Piruvato-deshidrogenasa
dihidrolipoil-transacetilasa
dihidrolipoil-deshidrogenasa
Coenzima A
ácido lipoico
Pirofosfato de tiamina (TPP)
NAD
FAD
enzimas
coenzimas
Sistema de la 
piruvato-deshidrogenasa
 
 
REACCIONES INDIVIDUALES DEL CICLO DEL ACIDO TRICARBOXILICO 
 
La acetil-CoA formada como producto final de la piruvato-deshidrogenasa se 
encuentra ahora dispuesta para incorporarse al ciclo de Krebs. 
1. Se produce la condensación de la acetil-CoA con el oxalacetato, para formar 
citrato. La reacción es catalizada por la citrato-sintetasa. 
 
 
CH3 C S CoA
O
CoA SH
COOH
C
CH2
COOH
O COH
CH2
COOH
CH2
COOH
COOH citrato
Acetil - CoA
oxalacetato
 
 
En esta reacción el grupo metilo )CH( 3 de la acetil CoA se condensa con el átomo 
de carbono carbonílico del oxalacetato con la hidrólisis del enlace tioéster y 
formación de la SHCoA libre. 
C
O
 
 
2. Actúa una enzima, la aconitasa que cataliza la formación de isocitrato con 
formación de un compuesto intermedio el cis-aconitato. En esta reacción se 
produce pérdida, y posterior adición de agua. 
 
CCH2COOH CH2 COOH
OH
COOH
OH2
CCH2COOH CH COOH
COOH
citrato cis-aconitato
 
32 
 
OH2
isocitrato
CHCH2COOH
COOH
CH COOH
OH
 
 
3. Se produce una oxidación del isocitrato y pérdida de 2CO . La reacción es 
catalizada por la isocitrato-deshidrogenasa ligada al NAD , que requiere Mg ó 
Mn para su actividad. 
 
isocitrato
CHCH2COOH
COOH
CH COOH
OH
CH2CH2COOH C COOH
O
alfa-cetoglutarato
CO
2
NAD+
NADH
2
 
 La reacción transcurre con gran descenso de ºG es una reacción altamente 
exergónica. 
 
4. La oxidación de alfa-cetoglutarato a succinato se produce en dos etapas. 
a. En la primera el alfa-cetoglutarato experimenta una decarboxilacíón oxidativa 
para formar succinil-S-CoA y 2CO . 
 
Esta reacción es comparable a la de la oxidación del piruvato a CoA y se 
produce por el mismo mecanismo con intervención de: 
 NAD
+
pirofosfato de tiamina ácido lipoico FAD
+
 
 
que participan como cofactores necesarios ligados a la enzima succinil-CoA-
sintetasa. 
b. El producto final de la reacción la succinil-CoA que es un tioéster de elevado 
contenido energético, experimenta pérdida de su grupo CoA,pero no por una 
simple reacción de hidrólisis sino por una reacción con el GDP y fosfato en el 
que se conserva la energía. 
 
succinil-CoA + P
i
 + GDP succinato + + GTPCoA SH
 
 A continuación el GTP formado en esta reacción cede terminal al ADP para 
formar ATP. 
GTP + ADP GDP + ATP
 
 
La reacción es catalizada por la nucleósido-difosfoquinasa. Este tipo de 
fosforilación se designa como fosforilación a nivel de sustrato, para distinguirla 
de las fosforilaciones ligadas a la cadena respiratoria. 
5. El succinato es oxidado a fumarato en una reacción catalizada por la succinato-
deshidrogenasa que contiene FAD como coenzima que actúa como aceptor de 
33 
 
hidrógeno. 
CH2CH2COOH COOH CHCHCOOH COOH+ FAD + FADH2
succinato fumarato
 
6. Se produce una hidratación del fumarato dando malato, actuando coma catali-
zador la fumarasa. 
CHCHCOOH COOH + H2O CCOOH CH2 COOH
OH
H MalatoFumarato 
7. En la última reacción del ciclo la malato-deshidrogenasa dependiente del NAD 
cataliza la oxidación del malato a oxalacetato. 
 
 
C CH2 COOHCOOH
OH
H
+ NAD+ C CH2 COOHCOOH
O
+ NADH
2
Malato Oxalacetato 
 
Podemos ahora resumir los productos producidos en una vuelta del ciclo del ácido 
tricarboxílico. 
Dos átomos de carbono aparecen en forma de 2CO equivalentes, aunque no 
idénticos, a los dos átomos de carbono del grupo acetilo que ingresa en el ciclo. Por 
deshidrogenación enzimática se producen cuatro pares de átomos de hidrógeno, 
tres pares se utilizan para reducir el NAD y uno para reducir el FAD. 
 En último término, estos cuatro pares de átomos de hidrógeno y electrones se 
combinan con el oxígeno, una vez realizado su transporte a lo largo de la cadena 
respiratoria. 
 
RUTA DEL FOSFOGLUCONATO O VIA DE LAS PENTOSAS 
 
Muchas células disponen, además del ciclo del ácido tricarboxílico, de otra ruta de 
degradación de la glucosa cuya primera reacción es la oxidación de la glucosa-6-
fosfato a 6-fosfato gluconato. 
La ruta del fosfogluconato, conocida como ruta de los fosfatos de pentosa o 
desviación del monofosfato de hexosa, no es una ruta principal de oxidación de la 
glucosa. 
Su objetivo primordial, en la mayor parte de las células, es obtener NADP reducido 
en el citoplasma extramitocondrial. 
Una segunda función es la producción de pentosas en especial D-ribosa, que se 
emplea en la síntesis de ácidos nucleicos. 
Otra función importante consiste en participar en la formación de glucosa, a partir del 
2CO , en las reacciones de fotosíntesis. 
Las diversas etapas de la ruta del fosfogluconato tienen lugar en la porción soluble 
del citoplasma extramitocondrial de la célula. 
34 
 
 
1. La primera reacción de la ruta del fosfogluconato es la deshidrogenación 
enzimática de la glucosa-6-fosfato por la glucosa-6-fosfato deshidrogenasa 
para formar 6-fosfogluconato. 
 
C
C
C
C
C
CH2OPO 3=
H
H
H
H
H
O
OH
OH
OH
OH
+ NADP+
C
C
C
C
C
CH2OPO 3=
H
H
H
H
O
OH
OH
OH
O
COOH
C
C
C
C
CH2
H
H
H
H
OH
OH
OH
OH
O PO 3=
glucosa-6-fosfato 6-fosfogluconato-lactona 6 Fosfogluconato
+NADPH 2
 
La enzima es específica para el NADP como aceptor electrónico. 
Realiza la deshidrogenación del átomo de carbono 1 de la forma piranosa de 
la glucosa-6-fosfato y rinde la 6-fosfogluconato lactona. Esta última es 
inestable y experimenta hidrólisis espontánea a ácido libre en presencia de 
una lactonasa. 
 
2. En la etapa siguiente el 6-fosfogluconato experimenta una decarboxilación 
oxidativa por acción de la 6-fosfogluconato-deshidrogenasa y se forma una 
pentosa la D-ribulosa-5-fosfato, reacción que produce una segunda molécula 
de 2NDAHP . 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3. Por acción de la fosfo-pentosaepimerasa la ribulosa-5-fosfato se transforma 
reversiblemente en xilulosa-5-fosfato, su epímero en el átomo de carbono 3. 
 Por acción de la fosfo-pentosa-isomerasa, la ribulosa-5-fosfato, puede 
convertirse, también reversiblemente, en su isómero aldo, la ribosa-5-fosfato 
que puede emplearse en la síntesis de los nucleótidos que contienen pentosa 
y el ARN. 
 
C
C
C
C
CH2OPO 3=
H
H
H
H
OH
OH
OH
OH
COOH
+ NADP+
6-fosfogluconato
CH2
C
C
C
CH2OPO 3=
OH
O
OH
OH
H
H + NADPH
2
 + CO
2
ribulosa-5-fosfato
35 
 
CH2
C
C
C
CH2OPO 3=
OH
O
OH
OH
H
H
isomerasa
ep
im
era
sa
CH2
C
C
C
CH2OPO 3=
OH
O
OH
OHH
H
CHO
CH
C
C
CH2OPO 3=
OH
OH
OHH
H
ribulosa-5-fosfato
xilulosa-5-fosfato
ribosa-5-fosfato
 
 
En ciertas circunstancias, la ruta del fosfogluconato finaliza en este punto, y 
entonces su ecuación global se escribe así: 
glucosa-6-fosfato + 
2
NADP+ + H
2
O ribosa-5-fosfato + CO
2
 + 
2
NADPH
2
 
 
El resultado neto es la producción del NADPH necesario para las reacciones 
biosintéticas de reducción en el citoplasma extramitocondrial, y la formación de 
ribosa como precursor para la síntesis de nucleótidos. 
 En otras circunstancias, sin embargo, la ruta del fosfogluconato continúa más allá, 
ya que las pentosas-5-fosfato pueden experimentar otras transformaciones que son 
posibles gracias a dos enzimas adicionales: la transcetolasa y la transaldolasa. 
*La transcetolasa que contiene pirofosfato de tiamina íntimamente unido como 
coenzima y Mg , realiza la transferencia de un grupo glicoaldehído desde la 
xilulosa-5-fosfato a la ribosa 5 fosfato. En este proceso el grupo glicolaldehído (
COOHCH2 ) se transfiere en primer lugar al pirofosfato de tiamina unido a la 
enzima, que actúa como transportador intermediario del grupo glicolaldehído, que a 
continuación es transferido a la molécula del aceptor, la ribosa-5-fosfato. El resultado 
neto consiste en la formación de un ceto-azúcar de 7 átomos de carbono, la sedo 
heptulosa-7-fosfato, y un azúcar de 3 átomos de carbono, el glicer aldehído-3-
fosfato. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Debe observarse que uno de los productos de la acción de la transcetolasa es el 
CH2
C
C
C
CH2OPO 3=
OH
O
OH
OH
H
H
CHO
CH
C
C
CH2OPO 3=
OHH
OH
OHH
CH2
C
C
CH
OH
O
OH H
OH
CH
CH
CH2
OH
OH
O PO 3=
CHO
CH
CH2
OH
O PO 3=
++
sedoheptulosa-7-Pribosa-5-Pxilulosa-5-P gliceraldehído-3-P
36 
 
gliceraldehído-3-P que es un intermediario de la secuencia glicolítica. Su formación 
constituye un lazo de conexión entre la vía glicolítica y la del fosfogluconato. 
 
*La segunda enzima que participa en transformaciones ulteriores de la vía del 
fosfogluconato es la transaldolasa, que actúa sobre los productos de la reacción 
catalizada por la transcetolasa Cataliza la transferencia del grupo dihidroxiacetona 
correspondiente a los átomos de carbono 1-2-3 de la sedoheptulosa para formar un 
azúcar de 6 átomos de carbono, la fructosa-6-fosfato, y otro azúcar de 4 átomos de 
carbono, la eritrosa-4-fosfato. 
 
 
CH2
C
C
C
C
C
CH2
OH
O
H
H
H
H
OH
OH
OH
OH
O PO 3=
C
CHO
CH2O PO 3=
OHH+
CH2
C
C
C
C
OH
O
H
H
H
OH
OH
OH
CH2O PO 3=
CH
CHO
CH
OH
OH
CH2O PO 3=
+
 
 
La fructosa-6-fosfato, es también un intermediario de la glicólisis y por lo tanto, el 
segundo punto de conexión entra las dos rutas: glicolítica y fosfogluconato. 
 
Otra reacción destacada que cataliza la transcetolasa es: 
 
xilulosa-5-P + eritrosa-4-P fructosa-6-P + gliceraldehído-3-P
 
 
En la que dos intermediarios de la vía del fosfogluconato pueden convertirse en 
intermediarios de la vía glicolítica. 
Una consecuencia importante de la acción de las dos enzimas, consiste en que 
hacen posible, junto con las enzimas de la secuencia glicolítica la interconversión de 
los azúcares. 
La última parte de la vía del fosfogluconato no es bien definida, no conduce a un 
único producto final, sino a una ruta ramificada, capaz de gran flexibilidad 
metabólica. 
Es probable que la ruta del fosfogluconato normalmente se reúna con el ciclo 
glicolítico por interconversión en intermediarios de la glicólisis.37 
 
TEMA XVI: TRANSPORTE DE ELECTRONES Y FOSFORILACION OXIDATIVA 
 
Reacciones de óxido reducción. Enzimas de óxido-reducción. Vía de transporte de 
electrones: la cadena respiratoria. Energética del transporte de electrones. 
Fosforilación oxidativa. Acoplamiento de la fosforilación oxidativa al transporte de 
electrones. 
 
Veremos en este capítulo que los pares de electrones derivados de los inter-
mediarios del ciclo del ácido tricarboxílico fluyen a lo largo de una cadena de varios 
eslabones, constituidos por enzimas de transporte electrónico, con niveles de 
energía sucesivamente inferiores hasta reducir al oxígeno molecular, que es el 
último aceptor electrónico, en la respiración. Durante este proceso se conserva gran 
parte de la energía libre de estos electrones en forma de energía del enlace fosfato 
del ATP; el proceso se denomina fosforilación oxidativa. 
El transporte electrónico y la fosforilación oxidativa suceden en casi todas las células 
aerobias, las enzimas que catalizan estas reacciones se hallan localizadas en la 
membrana interna de las mitocondrias. 
 
Reacciones de oxidación-reducción 
 
Antes de referirnos a oxidaciones biológicas, veremos que se entiende por oxidación 
y reducción. 
a. Si el hierro (Fe) reacciona con el oxígeno 
 
4
Fe + 
3
O
2 2
Fe
2
 O
3
 
Este proceso de ganancia de oxigeno se denomina oxidación y lo inverso o sea 
la pérdida de oxígeno, reducción. 
b. Si se combina un elemento con otro distinto al oxígeno. 
 
Znº + Cu++ SO
4
= Zn++ SO
4
= + Cu
 
 
Lo que ocurrió es lo siguiente: el Zn es neutro, de él se desprenden una pareja 
de electrones y se convierte en ión Zn. 
Zn
carga 0
Zn++
carga 2
 
Se produce una oxidación del Zn porque de carga 0 pasa a carga 2. A su vez el 
ión Cu capta los electrones. 
Cu++ + 2e- Cu metalico
carga 2 carga 0
 
 
El cobre se reduce de carga 2 pasa a 0. 
 
 
 
38 
 
Resumiendo: 
 
1. La pérdida de electrones se denomina oxidación. 
2. La ganancia de electrones se denomina reducción. 
 
c. En compuestos orgánicos el proceso de oxidación se acompaña de pérdida de 
hidrógeno o ganancia de oxígeno. 
 
C
H
H
HH
metano
OH2
-2H
C
H
H
OHH
metanol
-2H
C
H
OH
metanal
OH2
-2H
C
H
OH
ácido
metanoico
-2H
CO2
anhídrido
carbónico
 
 
El carbono llega a su grado máximo de oxidación. 
 
O sea que la pérdida de átomos de hidrógeno o deshidrogenación equivale también 
a una oxidación y el proceso inverso a una reducción. 
ganancía de oxígeno
pérdida de electrones
pérdida de hidrógeno
pérdida de oxígeno
ganancia de electrones
ganancia de hidrógeno
oxidación
reducción
 
 
Las reacciones de oxidación-reducción son aquellas en que tiene lugar una 
transferencia de electrones, desde un dador electrónico (el reductor) hasta un 
aceptor electrónico (el agente oxidante u oxidante). Es decir que siempre que hay 
pérdida de electrones por un átomo se produce una transferencia de electrones a 
otro átomo. O sea que la oxidación y la reducción son simultáneas. 
A
red.
 + B
oxid.
A
oxid.
 + B
red.
 
 
Al equilibrio entre la forma reducida y oxidada se llama sistema de óxido reducción o 
sistema redox. 
 La tendencia de un agente reductor a perder electrones se puede expresar me-
diante el potencial de reducción estándar. Es decir colocando la especie oxidante y 
reductora a concentración 1.0 M, pH = 7, y a 25º C. Para medir el potencial se 
establece como patrón de referencia el potencial de reducción del 2H en la siguiente 
reacción. 
H2 2H+ + +2e-
 
 
El cual por convención se ha establecido que es igual a 0,0 voltios, cuando la 
39 
 
presión de 2H gaseoso es de 1,0 atmósfera, la concentración 1,0 M, el pH 0,0 y 
temperatura 25º C. Cuando se corrige este valor a pH 7,0 el potencial estándar del 
sistema hidrógeno-ión hidrógeno es de -0,42 voltios. 
 
Potenciales de reducción estándar de algunos pares redox 
 
 
Reductor Oxidante E’ voltios 
Acetaldehído Acetato - 0.60 
2H H2 - 0.42 
Isocitrato 
α cetoglutarato + 
2CO 
- 0.38 
NAD + H NAD - 0.32 
Lactato Piruvato - 0.19 
NADH – 
deshidrogenasa 
(reducida) 
Oxidada - 0.11 
Citocromo b 
Fe (II) Fe (III) 0.00 
Citocromo c 
Fe (II) Fe (III) + 0.26 
OH2 ½ 2O + 0.82 
 
Los sistemas que poseen un potencial estándar de reducción más negativo que el 
del par H2 2H
+
 muestran mayor tendencia a perder electrones que el hidrógeno. 
Los que poseen potencial más positivo tienen menor tendencia a perder electrones. 
Obsérvese la pareja agua-oxígeno: posee un potencial estándar de reducción 
fuertemente positivo. 
1/2 O2 + 2 H+ + +2e-H2O 
 
Por dicha razón el agua muestra muy poca tendencia a perder electrones y a formar 
oxígeno molecular. Dicho de otro modo, el oxígeno molecular tiene gran afinidad por 
los electrones, superior que la de aceptores biológicos de electrones tales como el 
NAD , las flavoproteínas y los citocromos. 
 
Cadena respiratoria: 
 
 
NAD+
NADH2
FADH2
FAD+
CoQ
CoQH2
Fe++
Fe+++
Fe+++
Fe++
Fe++
Fe+++
ATP
cit. b c a+ a3
ATP
Sustrato reducido
Sustrato oxidado
2H
2H+ + 1/2 O2 H2O
ATP
H
+
40 
 
En el proceso un sustrato que se va a oxidar entrega sus electrones H al primer 
constituyente de la cadena que es el NAD y se reduce. El HNADH entrega sus 
hidrógenos y respectivos electrones a una flavoproteína y ésta a la coenzima Q, que 
desempeña el papel de transportador electrónico entre las deshidrogenases ligadas 
al NAD y FAD y los citocromos. 
 De aquí en adelante lo que se transfieren ya son electrones y los H irán al medio. 
 Los electrones son captados por el citocromo b, c y a + a3. Este último es 
autooxidable y entrega los electrones al 2O2/1 que con los H formará OH2 . 
 
 
Enzimas de óxido-reducción: 
 
 Tres son las clases principales de enzimas que participan de la corriente del 
transporte electrónico desde los sustratos orgánicos hasta el oxígeno molecular. 
 De acuerdo al orden en que participan son los siguientes: 
1. Deshidrogenasas ligadas a la piridina que requieren NAD o NADP como coen-
zima. Participan en la primera parte del eslabón: 
 
NAD+
NADH + H+
Sustrato reducido
Sustrato oxidado
 
 
2. Deshidrogenasas ligadas a la flavina que tienen como grupo prostético al FAD 
o al FMN. Participan en la segunda parte del eslabón 
 
 
FADH + H
FAD
CoQ
CoQH + H+
 
 
3. Los citocromos que contienen un sistema nuclear ferroporfirínico. Participan 
en la última parte del eslabón 
 
 
Fe++
Fe+++
Fe+++
Fe++
Fe++
Fe+++
cit. b c a+ a3
2H+ + 1/2 O2 H2O
 
 
Analizamos cada una de las enzimas con sus respectivas coenzimas: 
41 
 
Deshidrogenasa ligada a la piridina: 
 
Se conocen alrededor de 150 y catalizan la siguiente reacción: 
Sustrato reducido + NAD+ Sustrato oxidado + NADH + H+
 
 
Las deshidrogenases ligadas a la piridina transfieren reversiblemente dos 
equivalentes de reducción desde el sustrato a la forma oxidada del nucleótido 
piridínico; uno de ellos aparece en el nucleótido reducido como un átomo de 
hidrógeno. El otro átomo de hidrógeno separado del sustrato aparece en forma de 
H libre en el medio. Veamos la estructura del NAD: 
 
adenina
O
P
+
O
OOH CH2
O
OHOH
N
+
H H
CONH 2
P
+
O
OOH CH2
O
OHOH
H H
 
 
La parte activa de los nucleótidos piridínicos es la nicotinamida, ya que ésta es la 
porción de la molécula que va a recibir el hidrógeno del sustrato. Es importante 
destacar que la nicotinamida es una vitamina del complejo B. O sea que por su 
participación en los mecanismos de óxido-reducción cumplen un papel fundamental 
en la célula. El mecanismo de óxido-reducción se realiza según el siguiente 
esquema: 
 
N
+
R
CONH 2
N
R
CONH 2
H H
+ 2H + H+
 
 
42 
 
Deshidrogenases ligadas a la flavina: 
 
Esta clase de enzimas contienen flavín-adenín-dinucleótido (FAD) o bien flavín-
mononucleótido (FMN) comogrupos prostéticos. En la mayor parte de las flavín-
deshidrogenasas el nucleótido flavínico se halla firmemente unido y no se separa de 
la enzima durante el ciclo catalítico. 
Veamos la estructura del FMN: 
6-7 dimetil-iso-aloxacina
adenina
riboflavina
(vitamina B2)
FDN
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
O
P
+
O
OH O
OH
P
O
OCH2
O
OHOH
H H
H
 
 
FDN: resulta de la unión pirofosfórica entre el FMN y el AMP. La parte activa del 
FAD y del FMN es el anillo de isoaloxacina. 
N
NN
N
CH3
CH3
H
R
O
O
N
NN
N
CH3
CH3
H
R
O
OH
H 
 
En cuanto a la coenzima Q o ubiquinona existen controversias. Importantes 
experimentos recientes permiten creer que la CoQ es realmente uno de los 
transportadores de la cadena respiratoria, y que funciona, posiblemente, como una 
molécula liposoluble que actúa a modo de nexo de unión entre las flavoproteínas y el 
sistema de los citocromos. 
 
Citocromos: Los citocromos son un grupo de ferroproteínas transferidoras de 
43 
 
electrones en las células aerobias, que actúan secuencialmente transfiriendo 
electrones desde las flavoproteínas al oxígeno molecular .Todas ellas contienen 
grupos prostéticos ferroporfirínicos; en este aspecto se parecen a la hemoglobina y a 
la mioglobina. Los citocromos experimentan cambios de valencia reversibles, Fe (II) - 
Fe (III), durante el ciclo catalítico. El citocromo terminal de la cadena, que puede 
reaccionar con el oxígeno, es la citocromo-oxidasa. Las formas reducidas de los 
demás citocromos no pueden reoxidarse directamente por el oxígeno molecular. 
 
Estructura: Los citocromos tienen grupos prostéticos hierro porfirínicos. El anillo 
porfirínico deriva del compuesto tetrapirrólico llamado porfina que se designa según 
sus cadenas laterales sustituyentes. 
N
CHCH
N NH
CH CH
N
Fe
++
Fe
+++
 
 
Forman quelatos (literalmente, cuatro dientes) con iones metálicos como el hierro, 
por ejemplo. En los citocromos, el átomo de Fe experimenta cambios reversibles 
entre las formas Fe (II) y Fe (III); su función real es la de desempeñar el papel de 
transportadores electrónicos. 
 
Potencial estándar de óxido-reducción en la cadena respiratoria 
 
 Los potenciales de reducción de los diferentes transportadores electrónicos, se 
hacen más positivos a medida que los electrones pasan desde el sustrato el 
oxígeno. Es decir, que el transportador electrónico más próximo el extremo inicial de 
la cadena, o sea el NAD es el término más reducido, mientras que los 
transportadores situados en el extremo del oxígeno (citocromo a + a3) están casi por 
completo en la forma oxidada. Los transportadores intermedios en estados 
sucesivamente más oxidados, según una escala que va desde el sustrato hasta el 
oxígeno. 
 
Energética del transporte electrónico-Fosforilación oxidativa 
 
Hemos visto que el ºG que se produce en el transcurso de cualquier reacción 
química es función de su constante de equilibrio. 
eqnkRTºG I 
44 
 
 
Puede utilizarse una forma modificada de esta expresión para calcular la ºG 
que se produce cuando reaccionan entre sí dos pares de óxido-reducción cuyos 
potenciales de reducción estándar son conocidos. 
0'º EnFTG 
 
 ºG = variación de energía libre estándar expresada en calorías; 
 n = número de electrones transferidos; 
 F = equivalente calorífico de Faraday; 
 0'E = la diferencia entre los potenciales de reducción estándar del aceptor del 
dador electrónico. 
Se supone que todos los componentes se hallan a concentraciones 1, 0 M, a 25º C y 
pH = 7,0 
Mediante esta relación, podemos calcular la ºG cuando se transfiere un par 
equivalentes electrónicos desde el NADH al oxigeno molecular, es decir a lo largo de 
toda la cadena respiratoria. 
kcal7.52kcal700.5232.082.0230622ºG 
Se produce, por tanto, una variación de energía libre muy grande durante el proceso 
de transporte electrónico desde el NADH hasta el oxígeno molecular, a través de la 
cadena respiratoria. Este valor puede compararse con la energía libre estándar de 
formación de ATP a partir del ADP y el fosfato. 
ADP + FOSFATO ATP + H2O kcal3.7ºG
 
 
Puede verse que la transferencia de un par de electrones, desde el NADH al oxígeno 
va acompañada de una disminución de energía libre lo suficientemente grande para 
que resulte posible la síntesis de varias moléculas de ATP, a partir de ADP y de 
fosfato, en las condiciones estándar, siempre que se disponga de un mecanismo de 
acoplamiento. 
Mediante cálculos semejantes se obtienen las ºG que tienen lugar en cada una de 
las etapas principales de transferencia electrónica en la cadena respiratoria, cuyos 
potenciales de reducción estándar son conocidos. 
 Tres de los pasos de la cadena respiratoria muestran ºG relativamente grandes; 
ellos son: 
1. Entre NAD y FAD 
2. Entre citocromo b y c 
3. Entre citocromo a y el oxígeno 
 
En cada uno de ellos se produce una disminución de energía libre suficientemente 
grande para que se origine la formación acoplada del ATP a partir de ADP y de 
fosfato. 
 Las ºG en otros puntos de la cadena son pequeñas y, por ello resultan 
insuficientes para provocar la formación de una molécula de ATP. 
 
 
 
45 
 
Acoplamiento de la fosforilación oxidativa al transporte electrónico 
 
 La fosforilación del ADP acoplado a la respiración representa un mecanismo de 
recuperación aerobia de energía y recibe el nombre de fosforilación oxidativa. 
La ecuación global para las fosforilaciones de la cadena respiratoria puede escribirse 
como sigue: 
NADH + H+ + 3 ADP + 3 Pi + +1/2 O2 NAD
+ + 4 H2O + 3 ATP
 
 
que podemos analizar desde el punto de vista de su componente exergónico. 
NADH + H+ + 1/2 O2 NAD
+ + H2O kcal7.52ºG
 
 
y de su componente endergónico: 
3 ADP + 3 Pi 3 ATP + 3 H2O kcal9.213.73ºG
 
 
La fosforilación oxidativa acoplada de tres moléculas de ATP conserva por lo tanto 
21,9/52,7 x 100, es decir, alrededor del 40% del descenso total de energía libre. 
Sólo se formarán 3 moléculas de ATP si el sustrato se oxida a nivel del NAD. Puede 
ocurrir que el sustrato entregue sus electrones a la flavoproteina (por ej. succinato) 
en este caso se producen 2 moléculas de ATP; y si entrega sus electrones al 
citocromo a, (por ej. ácido ascórbico) se forma solamente una molécula de ATP. 
 
Balance energético de un proceso de respiración 
 
 Es decir, el ºG , cuando la glucosa se oxida completamente hasta OHCO 22 por la 
secuencia glicocolítica y el ciclo del ácido tricarboxílico. 
1. 
 
glucosa 2 piruvato
glucosa + 2 P
i
 + 2 ADP + 2 NAD+ 2 piruvato + 2 NADH + H+ + 2 ATP + 2 H
2
O
a
 
2. 
 
2 piruvato 2 acetil CoA
2 (piruvato + NAD+ + HS - CoA) 2 acetil CoA + 
2
NADH + 
2
H+ + 
2
CoA
2
 
 
HNADH se reoxida en la cadena respiratoria y se producen 3 ATP; como 
son 2 moleculas de NADH + H+  3 ATP x 2 = 6 ATP 
 
3. Ciclo de Krebs se producen 24 ATP 
 
a. 2 isocitrato 2 alfa-cetoglutarato hay deshidrogenación, los 2H son 
captados por el NAD que se reoxida en la cadena respiratoria y se 
46 
 
producen 6 ATP. 
b. 2 alfa-cetoglutarato 
OH2
 2 succinato, ocurre lo mismo, o sea que 
también se producen 6 ATP. 
c. 2 malato 
H2
 2 oxalacetato 6 ATP. 
d. 2 succinato 
H2
 2 fumarato. En este caso los hidrógenos son 
captados por el FAD. Se producen 4 ATP. 
e. 2 succinato CoA 2 succinato, hay una fosforilación a nivel de 
sustrato de producen 2 ATP. 
 
 
Resumiendo: 
a ………….. 6 ATP 
b ………….. 6 ATP 
c ………….. 6 ATP 
d ………….. 4 ATP 
e ………….. 2 ATP 
 24 TP 
4. El HNAD que se produce en la glicólisis en el pasaje de gliceraldehído 
gliceratoP3P3 , cuando el proceso es anaerobio se reoxida en el pasaje de 
lactatopiruvato . 
Cuando el proceso es aerobio el HNADH se reoxida en la cadena respiratoria, por 
lo tanto se producen 2 ATP x 2 (porque son dos moléculas de HNADH ) = 4 ATP. 
O sea que el balance global será: 
 
1. ………….. 2 ATP 
glucosa + 6 O
2
 + 36 P
i
 + 36 ADP
6 CO
2
 + 36 ATP + 42 H
2
O
 
2. .…………..