Catabolismo de glúcidos: cadena de electrones y ATP sintasa

» Serie dedicada al catabolismo de los glúcidos. En este artículo aprenderás el final de la vía aerobia, donde los productos de la glucólisis y el ciclo de Krebs son utilizados por la cadena de electrones y ATP-sintasa para conseguir energía.

Cadena de transporte electrónico

Y al fin llegamos a la última explicación. El artículo que despejará todas nuestras dudas sobre catabolismo de glúcidos. La solución a todos los enigmas que se nos han planteado en esta serie. Hoy, por fin, hablaremos de la cadena de electrones y su función. Pero antes, un poco de introducción.

NADH y FADH2: la importancia del poder reductor

Hasta el momento no lo hemos explicado, pero lo que hemos estado observando durante los diferentes artículos siempre que se formaba una molécula de NADH o de FADH2 era una reacción de óxido-reducción. Estas reacciones se basan en que mientras uno de los productos se oxida, el otro se reduce. Pero, ¿en qué consiste exactamente dicha reacción? Muy sencillo, este tipo de reacciones se basan en una transferencia de electrones. El elemento que transmite los electrones es el que se oxida, mientras que el que lo recibe se reduce. Por tanto, el elemento que se oxida es el reductor, puesto que reduce al otro. Mientras que el elemento oxidante, es el que se reduce, puesto que oxida al otro.

Por tanto, durante todo este proceso, tanto el NADH como FADH2 han sido reducidos mediante diferentes procesos, adquiriendo electrones que podrán transmitir a otros componentes y por tanto ejercer su poder reductor. Pero, ¿dónde transmitirán estos electrones? Aquí es cuando entra en juego la famosa cadena de electrones.

La cadena de electrones: una cascada a favor del gradiente reductor

La cadena de electrones o cadena respiratoria será un conjunto de proteínas que se encuentran en la membrana interna de la mitocondria. Estás proteínas, mediante la energía de los electrones que le transferirán el NADH y el FADH2 bombearán protones desde la matriz mitocondrial hasta el espacio intermembrana. Además, a fin de que los electrones se vayan moviendo de forma pasiva de una proteína a otra, estas se encuentran ordenadas en función de menor a mayor potencial de reducción, siendo el último aceptor, el oxígeno, que generará agua. Las proteínas que la componen, son:

  • NADH deshidrogenasa (Complejo I): recibirá los electrones cedidos de NADH y los pasará a la ubiquinona. Durante el proceso, bombeará protones al espacio intermembrana.
  • Succinato deshidrogenasa (Complejo II): recibirá los electrones de otros sustratos que no sean el NADH, como pueda ser el FADH2, y los transmitirá a la ubiquinona.
  • Ubiquinona: la ubiquinona recibe los electrones del complejo I y II, y los cederá al complejo III.
  • Citocromo bc1 (Complejo III): el complejo III transmitirá los electrones de la ubiquinona al citocromo c –por eso a veces también recibe el nombre de citocromo c-reductasa–. Durante el proceso, bombeará protones al espacio intermembrana.
  • Citocromo c: el citrocromo C transmite los electrones desde el complejo III hasta el complejo IV.
  • Citocromo c-oxidasa (Complejo IV): la citocromo c-oxidasa recibirá los electrones del citocromo c y los transmitirá al oxígeno. Durante el proceso, bombeará protones al espacio intermembrana. Cabe recordar que la fórmula del oxígeno es O2 y que por tanto, con una molécula de oxígeno tendremos para generar dos moléculas de agua. Además, necesitaremos dos H+ de la matriz por cada molécula de agua.

Por tanto, como hemos podido observar, por cada NADH que llegue a la cadena de electrones, bombearán tres complejos diferentes (I, III y IV). Mientras que si llega una molécula de FADH2, bombearán tan solo dos complejos (III y IV).

Mitocondria

ATP-sintasa: la generadora de energía

Pero, ¿qué función tienen estos protones bombeados al espacio intermembrana? Los protones, por cuestión de concentraciones, intentarán volver a la matriz mitocondrial, puesto que en ella hay menor cantidad que en el espacio intermembrana. A fin de poder travesar la membrana interna mitocondrial, los protones deberán pasar por una proteína llamada ATP-sintasa. Esta proteína transmembrana de la mitocondria utilizará la energía que le proporcionen estos protones de vuelta a la matriz para realizar lo que se conoce como fosforilzación oxidativa.

La fosforilazión oxidativa consiste en la formación de moléculas de ATP gracias a la energía proporcionada por los protones bombeados por la cadena de electrones. Si recordáis, el ATP, era la moneda energética de la célula. Por tanto, por cada molécula de NADH que haya transmitido sus electrones a la cadena de transporte, la ATP-sintasa creará tres ATPs –uno por cada uno de los complejos que bombean protones–, mientras que en el caso del FADH2, tan solo creará 2 ATPs.

Por tanto, si recapitulamos todos los productos obtenidos de la catabolización de una simple molécula de glucosa, recordaremos que:

  • En la glucólisis generamos dos moléculas de NADH y dos moléculas de ATP.
  • En la descarboxilación oxidativa del piruvato mediante la acción de la piruvato deshidrogenasa obtuvimos dos moléculas de NADH.
  • Y en el ciclo de Krebs obtuvimos seis moléculas de NADH, dos moléculas de FADH2 y dos moléculas de ATP –en realidad eran GTP, pero las contamos igual–.

Es decir, que contamos con un total de diez moléculas de NADH que generarán cada una tres moléculas de ATP, dos moléculas de NADH2 que generarán cada una dos moléculas de ATP y cuatro moléculas de ATP. Si realizamos los cálculos observaremos que contamos con un total de 38 moléculas de ATP al final del proceso de catabolismo aeróbico.

Fin de la vía aerobia

Con este pequeño relato, como si de una novela se tratara, llegamos al final de la vía aerobia. Un último capítulo que desvela el papel de sus personajes. Sin embargo, no todo está dicho, pues dejamos la puerta abierta al final de la glucólisis a otro desenlace en el catabolismo de glúcidos. Aún queda historia por contar y procesos por entender en la vía del catabolismo anaerobio.

Así que os espero en el siguiente artículo, para seguir descifrando juntos los enigmas de la vida.

Bibliografía:

  • García, M.; García, M.A. & Furió, J. (2010). Biologia. 2n de Batxillerat. Paterna: Editorial Ecir.
  • Peretó, J.; Sendra, R.; Pamblanco, M. & Bañó, C. (2005). Fonaments de bioquímica. 5ª Edició. València: Universitat de València