Respiração Celular e Glucólise

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Aprovechamiento de la energía: glucólisis y respiración celular 1 3 3
De cerca Reacciones de la m atriz m itocondriaI
Las reacciones de la m atriz m ltocondrla l s e p roducen en 
dos etapas: la form ación d e ace til coenzim a A y e l c ic lo de 
Krebs (F IG U R A E8-2). A qu i se m uestran só lo los esqueletos 
d e ca rbono d e las m oléculas, la s flech as azu les representan 
reacciones enz im áticas. Recuerda que la g lucó lis is produce 
dos plruvatos por cada m o lécu la d e g lucosa , a s i que cada 
g rup o d e reacciones que se realizan en la m atriz ocurre 
dos veces duran te la degradación de un a so la m o lécu la de 
glucosa.
P r im e r a e t a p a : f o r m a c ió n d e a c e t i l c o e n z im a A 
El piruvato se degrada para form ar CO , y un grupo acetilo. El 
grupo acetilo se une al C o A para form ar acetil CoA. 
Sim ultáneam ente, NAD* recibe dos e lectrones energizados y 
un lón hidrógeno para form ar NADH. El acetil C o A en tra en el 
ciclo d e Krebs.
S e g u n d a e t a p a : e l c i c lo d e K r e b s
O B acetil CoA dona su grupo acetilo a una m olécula de 
(Kaloacetato . que tiene cuatro carbonos. Se libera C oA . El 
agua dona hidrógeno a la m olécula d e C o A y ox igeno a la 
del citrato .
0 B citrato se reorganiza para form ar isodtrato.
O B isocltrato libera C O ; y forma acctog lu tarato . El NAD ' 
capta dos electrones energéticos y un H* para form ar 
NADH.
O El acetog lutarato desprende C O ; y forma succtnato. El
NAD* capta dos electrones energizados y un H ' para form ar 
NADH y una molécula de A T P capta energía adicional.
En este punto, los tres carbonos del p iruvato original se 
Iberaron como CO,.
0 E) succlnato se convierte en fumarato. El FAD capta dos 
dectrones energizados y dos H ’ para form ar FADH,.
© B fumarato se convierte e n malato, q ue contiene otros dos 
Hdrógenos y un oxigeno adicional, tom ado del agua.
O B m alato se convierte en oxaloacctato . El N A D ' capta dos 
electrones energizados y un H ' para form ar NADH.
Por cada ace til CoA, e l c ic lo de Krebs p roduce dos C O ,, un 
ATP. tres N A D H y un FA D H ,. l a fo rm ac ión de ca d a ace til CoA 
an tes d e l c ic lo d e Krebs p roduce tam b ién un C O , y un NADH . 
A s i, por ca d a m olécula d e p iru vato p roducida por g lucó lis is , 
las reacciones e n la m atriz d e la m itocondria producen tres 
C O ,, un A T P , cu a tro NADH y un FA D H ,. Com o ca d a molécula 
d e g lucosa produce dos p iruvatos, la cantidad de productos 
energéticos y C O , por m o lécu la d e g lucosa 
será e l d ob le q ue e l de un so lo p iruvato . Las m oléculas 
portadoras d e e lectrones energizados N A D H y FADH, 
entregan su s e lec tro nes a la cadena d e transporte de 
e lectrones, donde su energ ía serv irá para s in te tiza r ATP 
por quim iósm osis.
form ación da 
a c e t l C o A
Q G - C o A
acetil CoA
GGGG
malato
isocitrato
0
H j O - / O
^ ® c o ,
N A D '
NADH
Q Q Q G
fumarato
FA D H ,
GGGG
auccinato
Q G G G Q
u-cetog hitar ato
N AD * 
► NADH
° - G c o ?
/ succtnato v A D P
F A D < A TP ¡
A F IG U R A E8-2 R e a c c io n e s d e l a m a tr iz m ito c o n d r ia !
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1 3 4 La vida de la célula
C O , pasa p o r d ifu s ión d e ias cé lu las a la sangre, q ue lo lleva a los 
p u lm on es para que lo exhalen.
En la sagunda e tap a d e la resp irac ión celular, 
e lectrones en e rg irad o s reco rren la cadena 
d e tran sp o rte d e electrones
A l fina l d e las reaedones d e la m atriz m itocon d ría l la célu la ganó 
cuatro A T P de la m o lécu la d e glucosa o rig ina l (una ganancia neta 
d e dos duran te la g lucó lisis y dos duran te e l á d o de K rebs). S in 
em bargo, durante la g lucólisis y las reaedones d e la m atriz d e la 
m itocondria , la célu la cap tó m uchos electrones energbados e n m o ­
léculas portadoras: e n to ta l 10 N A D H y dos F A D I I , p o r cada 
m o lécu la d e glucosa que se degrada. Estos portadores liberan dos 
electrones energ irados e n un a caden a d e tra n s p o rte d e e le c tro ­
nes (C 1 C ) , d e la cual se insertan m uchas copias e n la m em brana in ­
terna d e la m itocondria (F IG U R A 8-6 0 ) . lo s portadores agotados 
quedan listos para recargarse por g lucólisis y e n e l c id o d e Krebs.
El fu n c io n am ien to d e la s C T E d e la m em brana d e la m ito ­
condria es m u y sem ejante a l de aquellas insertadas e n la m em ­
brana tila co id a l d e lo s clo rop lastos q ue se v io e n e l ca p ítu lo 7. 
Electrones energ irados sa ltan de un a m o lécu la a o tra p o r la CTT* 
y e n cada p aso p ierden un a p eq ueñ a can tid ad de energía. A unque 
p a ite de la energ ía se p ierde co m o ca lor, o tra parte se aprovecha 
para b om bear H * de la m atriz a través d e la m em brana interna 
hasta e l e s p a d o in te rm em branoso (F IG U R A 8-6 0 ) . E s to produce 
u n grad iente d e con cen trac ión de H * q u e se usa para generar A T P 
duran te la qu im iósm osis , co m o se verá e n la s igu ien te sección .
Po r ú lt im o , al f in a l d e la cadena de transporte d e e lectro ­
nes, los q ue n o tienen energ ía se transfieren al oxígeno, q u e actúa 
co m o el aceptor f in a l d e electrones. Este p aso despeja la cadena 
d e transporte d e e lectrones y la deja lista para aceptar m ás. Ix » 
e lectrones s in energ ía, ox ígeno y ion es h id ró gen o se co m b in an 
para fo rm a r agua. Se p roduce un a m o lécu la d e agua p o r cada dos 
e lectrones q ue cruzan la C T E (F IG U R A 8-6 0).
S in e l ox ígeno q u e ob tenem os d e l a ire q ue resp iram os, los 
e lectrones n o se m o ve ría n por la C T E y n o sería posib le b om bear 
e l H * a través d e la m em brana in terna . E l g rad iente de H * se d i­
s ipa ría y se detendría la síntesis de A T P p o r qu im iósm osis . C o m o 
nuestras célu las tienen un m etab o lism o ta n ac tivo , n o pueden 
so b rev iv ir s in sum in is tro co n tin uo d e oxígeno para q u e la p ro ­
d ucc ión d e A T P continúe.
c o n t i n u a c i ó nE s tu d io de caso 
Cuando los deportistas alteran su 
conteo sanguíneo: ¿los tramposos 
se salen con la suya?
Cuando las personas y otros an im ales se ejercitan 
vigorosam ente no pueden llevar suficiente aire a los pulmones, 
oxígeno a la sangre n i és ta a los m úscu los para q ue la 
respiración ce lu lar cubra to d as sus necesidades d e energía. 
Cuando la dem anda de oxigeno supera el suministro, los 
m úsculos deben recurrir a la g lucó lisis (que produce mucho 
m enos A T P ) para periodos breves d e ejercicio intenso. Por eso 
los deportistas, desesperados por tener una venta ja , podrían 
recurrir a l Ilegal dopaje sanguíneo con el fin de aum entar la 
capacidad d e su sangre d e transportar oxígeno.
E n la te rce ra e tap a d e la resp irac ión ce lu la r 
se p rod uce A T P p o r qu im iósm osis
j Para q ué se bom bean ion es h id rógeno por una m em brana? C o m o 
recordarás del cap ítu lo 7, la q u im ió sm o s is es el consum o ¡n id a l
► F IG U R A 8-6 C a d e n a d e 
t r a n s p o r te d e e le c tro n e s la cadena 
de transporte de electrones está 
insertada e n la membrana interna d e la 
rrttocondrla. O NADH y FADH, donan 
sus electrones energirados y iones 
hidrógeno a la CTE. A medida que los 
electrones pasan por la cadena (flechas 
grises gruesas), parte de su energía 
sirve para bombear Iones hidrógeno de 
la matriz al espacio Intermembranoso 
(flechas rojas delgadas). 0 Esto 
genera un gradiente de Iones que 
impulsa la síntesis d e ATP. 0 A)
Una) de la cadena de transporte de 
electrones, los que no tienen energfa 
se combinan con los iones hidrógeno y 
el oxigeno de la matrizy form an agua. 
O Los iones hidrógeno pasan por su 
gradiente de concentración del espado 
Intermembranoso a la matriz a través de 
los canales de ATP slntasa y producen 
ATP a partir del ADP y e l fosfato.
P R E G U N T A ¿Qué efecto tendría la 
falta de oxigeno en la velocidad de 
producción d e ATP?
A D P ATP
m ira iim iii
n te m a )
(e s p a c io in te rm e m b ra n o s o )
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