2. Indique que es el Ciclo de Krebs, la cadena transportadora de electrones y Fosforilación oxidativa. Dibuje cada uno de estos mecanismos.

El ciclo de Krebs, la cadena transportadora de electrones y la fosorilación conforman las tres etapas del metabolismo oxidativo de glúcidos, grasas y proteínas:

El ciclo de Krebs es una sucesión de reacciones químicas, que forma parte de la respiración celular en todas las células aeróbicas. En las células eucariotas se realiza en la matriz mitocondrial y en las procariotas, se realiza dentro del citoplasma.

Después del proceso de la glucolisis, el producto llamado ácido pirúvico es transportado hacia la matriz mitocondrial. Antes de ingresar en el ciclo de Krebs, la molécula de tres carbonos del ácido pirúvico se oxida. Los átomos de carbono y de oxígeno del grupo carboxilo se eliminan en forma de dióxido de carbono y queda un grupo acetilo de dos carbonos. (Curtis, H., 2000)

Estos grupos acetilo son aceptados por un compuesto conocido como coenzima A. La combinación del grupo acetilo y la CoA se abrevia acetil-CoA. La formación de este compuesto es el nexo entre la glucólisis y el ciclo de Krebs.

Al entrar en este ciclo, el grupo acetilo de dos carbonos se combina con un compuesto de cuatro carbonos (el ácido oxalacético) para producir un compuesto de seis carbonos (el ácido cítrico).En el curso de este ciclo se oxidan dos de los seis carbonos a CO2 y se regenera el ácido oxalacético, y esta serie continua cíclicamente. (Curtis, H., 2000)

En el curso de estos pasos, parte de la energía liberada por la oxidación de los enlaces C-H y C-C se usa para convertir ADP a ATP (una molécula por ciclo), y parte se usa para producir NADH y H+ a partir de la NAD. Además, una fracción de la energía se utiliza para reducir un segundo transportador de electrones, la flavina adenina dinucleótido, FAD. Por cada giro del ciclo, se forma una molécula de FADH2 a partir de FAD. No se requiere O2 para el ciclo de Krebs: los electrones y protones eliminados en la oxidación del carbono son aceptados por la NAD+ y la FAD. (Curtis, H., 2000)

Ácidooxalacético+acetli l−¿CoA+ADP+P+3NAD+FAD→ácido oxalacético+ 2CO2+CoA+ATP+3 NADH+FADH 2+3 H

+¿+H 2O ¿¿

Se aclara que la molécula de ácido oxalacético con la cual finaliza el ciclo no es la misma con la cual comenzó.

La cadena transportadora de electrones está conformada por una serie de citocromos, cada uno de los cuales mantiene los electrones a un nivel ligeramente

inferior al precedente. Los electrones son mantenidos transitoriamente en la cima de la colina energética por la NADH y la FADH2, la mayor parte de la energía de glucosa reside en estos aceptores de electrones. (Curtis, H., 2000)

El ciclo de Krebs produce dos moléculas de FADH2, y seis de NADH por cada molécula de glucosa. La oxidación del ácido pirúvico a acetil-CoA produce dos moléculas de NADH. Además, durante la glucolisis se producen dos moléculas de NADH las cuales también son transportadas a la mitocondria, donde ingresan en la cadena de transporte de electrones. En este proceso se regenera NAD+ en el citoplasma, permitiendo que la glucólisis continúe. (Curtis, H., 2000)

Los citocromos están formados principalmente por una proteína y un grupo hemo, análogo al de la hemoglobina, en la cual hay un átomo de hierro encerrado en un anillo de porfirina. Aunque son iguales, las estructuras proteínicas de los citocromos individuales difieren lo suficiente como para permitirles mantener electrones en diferentes niveles de energía. (Curtis, H., 2000)

El átomo de hierro de cada citocromo acepta y libera alternadamente un electrón, transfiriéndolo al siguiente citocromo que se encuentra en un nivel de energía ligeramente inferior, hasta que los electrones, en el nivel más bajo de energía, son aceptados por el oxígeno. La energía liberada en este pasaje cuesta abajo es utilizada, para formar moléculas de ATP a partir de ADP. (Curtis, H., 2000)

Los principales transportadores de la cadena reciben los nombres de flavina mononuleótido (FMN), coenzima Q (CoQ) y los citocromos b,c, a y a3. Además de estas otras nueve moléculas transportadoras funcionan como intermediarias. Los electrones transportados por la NADH entran en la cadena cuando son transferidos a la FMN, que entonces se reduce. Casi instantáneamente, la FMN cede los electrones a la CoQ. La FMN vuelve así a su forma oxidad, lista para recibir otro par de electrones, y la CoQ se reduce. (Curtis, H., 2000)

La CoQ entonces pasa los electrones al siguiente aceptor y vuelve a su forma oxidada. Este proceso se repite en forma descendente. Los electrones, al pasar por la cadena respiratoria, van saltando a niveles energéticos sucesivamente inferiores. Los electrones que son trasportados por la FADH2 se encuentran en un nivel energético ligeramente inferior que los de la NADH. En consecuencia entran en la cadena de transporte más abajo, a la altura de la CoQ. Los electrones finalmente son aceptados por el oxígeno, que se combina con protones (iones hidrógeno) en solución para formar agua. (Curtis, H., 2000)

La Fosforilación oxidativa es el proceso por el cual se forma ATP a partir de ADP y fosfato a medida que los electrones descienden por la cadena de transporte. El acoplamiento quimiosmótico es un mecanismo donde ocurren proceso tanto químicos como procesos de transporte a través de una membrana selectivamente permeable. En el acoplamiento quimiosmótico ocurren dos acontecimientos distintos: en el primero se establece un gradiente electroquímico de protones a través de la membrana selectivamente permeable y en el segundo la energía de este gradiente se utiliza para la formación de ATP a partir de ADP y fosfato. (Curtis, H., 2000)

De acuerdo con la teoría quimiosmótica, los protones son bombeados hacia fuera de la matriz mitocondrial, a medida que los electrones descienden a lo largo de la cadena de transporte electrónico, que se encuentra en la membrana mitocondrial interna. (Curtis, H., 2000)

Es decir la cadena de transporte de electrones establece el gradiente de protones, parte de la energía liberada como electrones pasa por la cadena transportadora de electrones que se utiliza para mover protones (H+) a través de una membrana. En las eucariotas los protones se mueven a través de la membrana mitocondrial interna en el espacio intermembranoso. Por tanto, la membrana mitocondrial interna se encuentra separando un espacio con una mayor concentración de protones (la matriz mitocondrial). (Solomon, 2013)

Los protones se mueven a través de la membrana mitocondrial interna, por tres de los cuatro complejos de transporte de electrones (complejos I, III, y IV). El gradiente de protones resultante es una forma de energía potencial que se puede aprovechar a fin de proporcionar la energía para la síntesis de ATP. (Solomon, 2013)

La difusión de protones desde el espacio intermembranoso, donde están altamente concentrados, a través de la membrana mitocondrial interna, hacia la matriz de la mitocondria se limita a canales específicos formados por un quinto complejo enzimático, la ATP sintasa, una proteína transmembrana. La evidencia experimental sugiere fuertemente que la ATP sintasa actúa como un motor molecular altamente eficiente: Durante la producción de ATP a partir del ADP y del fosfato inorgánico, una estructura central de la ATP sintasa gira, posiblemente en respuesta a la fuerza de protones que se mueven a través del complejo enzimático. Aparentemente la rotación altera la conformación de las subunidades catalíticasde manera que impulsa la síntesis de ATP. (Solomon, 2013)

Bibliografia

-Curtis H, et al. 2000. Biología. Sexta Edición. Editorial Médica Panamericana. Buenos Aires, Argentina. 1160 pp.

-Solomon E, Berg L. 2013. Biología. Novena Edición. Editorial Cengage Learning. México D.F, México. 1269 pp.