Cadena de Transporte de Electrones y Producción de Energía

En biología celular, el cadena de transporte de electrones es uno de los pasos en los procesos de su célula que producen energía a partir de los alimentos que consume.

Es el tercer paso de la respiración celular aeróbica. La respiración celular es el término para describir cómo las células de su cuerpo producen energía a partir de los alimentos consumidos. La cadena de transporte de electrones es donde se genera la mayor parte de las células de energía que necesitan para funcionar. Esta "cadena" es en realidad una serie de complejos de proteínas y moléculas portadoras de electrones dentro de la membrana interna de las mitocondrias celulares, también conocida como la fuente de energía de la célula.

Se requiere oxígeno para la respiración aeróbica, ya que la cadena termina con la donación de electrones al oxígeno.

Cómo Se Produce La Energía

A medida que los electrones se mueven a lo largo de una cadena, el movimiento o impulso se utiliza para crear trifosfato de adenosina (ATP). El ATP es la principal fuente de energía para muchos procesos celulares, incluida la contracción muscular y la división celular.

La energía se libera durante el metabolismo celular cuando se hidroliza el ATP. Esto sucede cuando los electrones pasan a lo largo de la cadena de complejo de proteína a complejo de proteína hasta que se donan al agua formadora de oxígeno. El ATP se descompone químicamente en difosfato de adenosina (ADP) al reaccionar con agua. El ADP se usa a su vez para sintetizar ATP.

Con más detalle, a medida que los electrones pasan a lo largo de una cadena de complejo proteico a complejo proteico, se libera energía y los iones de hidrógeno (H+) se bombean fuera de la matriz mitocondrial (compartimento dentro de la membrana interna) y al espacio intermembrana (compartimento entre las membranas interna y externa). Toda esta actividad crea un gradiente químico (diferencia en la concentración de la solución) y un gradiente eléctrico (diferencia en la carga) a través de la membrana interna. A medida que se bombean más iones H+ al espacio intermembrana, la mayor concentración de átomos de hidrógeno se acumulará y fluirá de regreso a la matriz, impulsando simultáneamente la producción de ATP por el complejo proteico ATP sintasa.

La ATP sintasa utiliza la energía generada por el movimiento de iones H + en la matriz para la conversión de ADP en ATP. Este proceso de oxidación de moléculas para generar energía para la producción de ATP se denomina fosforilación oxidativa.

Los Primeros Pasos de la Respiración Celular

El primer paso de la respiración celular es la glucólisis. La glucólisis se produce en el citoplasma e implica la división de una molécula de glucosa en dos moléculas del compuesto químico piruvato. En total, se generan dos moléculas de ATP y dos moléculas de NADH (molécula portadora de electrones de alta energía).

El segundo paso, llamado ciclo del ácido cítrico o ciclo de Krebs, es cuando el piruvato se transporta a través de las membranas mitocondriales externas e internas hacia la matriz mitocondrial. El piruvato se oxida aún más en el ciclo de Krebs produciendo dos moléculas más de ATP, así como NADH y FADH ₂ moléculas. Electrones de NADH y FADH₂ se transfieren al tercer paso de la respiración celular, la cadena de transporte de electrones.

Complejos de Proteínas en la Cadena

Hay cuatro complejos de proteínas que forman parte de la cadena de transporte de electrones que funciona para pasar electrones por la cadena. Un quinto complejo proteico sirve para transportar iones hidrógeno de vuelta a la matriz. Estos complejos están incrustados dentro de la membrana mitocondrial interna.

Complejo I

El NADH transfiere dos electrones al complejo I, lo que da como resultado cuatro H⁺ iones que se bombean a través de la membrana interna. El NADH se oxida a NAD⁺, que se recicla de nuevo en el ciclo de Krebs. Los electrones se transfieren del Complejo I a una molécula portadora ubiquinona (Q), que se reduce a ubiquinol (QH2). El ubiquinol transporta los electrones al Complejo III.

Complejo II

FADH₂ transfiere electrones al Complejo II y los electrones se hacen pasar a lo largo de la ubiquinona (Q). Q se reduce a ubiquinol (QH2), que transporta los electrones al Complejo III.⁺ los iones se transportan al espacio intermembrana en este proceso.

Complejo III

El paso de electrones al Complejo III impulsa el transporte de cuatro H más⁺ iones a través de la membrana interna. QH2 se oxida y los electrones se pasan a otra proteína portadora de electrones, el citocromo C.

Complejo IV

El citocromo C pasa electrones al complejo proteico final de la cadena, Complejo IV.⁺ los iones se bombean a través de la membrana interna. Luego, los electrones pasan del complejo IV a un oxígeno (O₂), haciendo que la molécula se divida. Los átomos de oxígeno resultantes agarran rápidamente H⁺ iones para formar dos moléculas de agua.

ATP Sintasa

La ATP sintasa mueve H⁺ iones que fueron bombeados fuera de la matriz por la cadena de transporte de electrones de vuelta a la matriz. La energía de la afluencia de protones en la matriz se usa para generar ATP mediante la fosforilación (adición de un fosfato) de ADP. El movimiento de iones a través de la membrana mitocondrial selectivamente permeable y hacia abajo de su gradiente electroquímico se denomina quimiosmosis.

El NADH genera más ATP que el FADH₂. Por cada molécula de NADH que se oxida, 10 H⁺ los iones se bombean al espacio intermembrana. Esto produce aproximadamente tres moléculas de ATP. Porque FADH₂ entra en la cadena en una etapa posterior (Complejo II), solo seis H⁺ los iones se transfieren al espacio intermembrana. Esto representa aproximadamente dos moléculas de ATP. Se generan un total de 32 moléculas de ATP en el transporte de electrones y la fosforilación oxidativa.

Fuentes

• "Transporte de Electrones en el Ciclo Energético de la Célula." Hiperfísica, hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Biology/etrans.html.
• Lodish, Harvey, et al. "Transporte de Electrones y Fosforilación Oxidativa." Biología Celular Molecular. 4ta Edición., Biblioteca Nacional de Medicina de los Estados Unidos, 2000, www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21528/.