Ciclo ATP

La principal forma en que la célula consigue energía para su funcionamiento es mediante la molécula de ATP (Adenosin Trifosfato).Sin embargo, antes de poder disponer de la cantidad necesaria se tiene que sintetizar mediante una serie de reacciones que comienzan con Glucosa.

Glucólisis

Regulación de la glucolisis .svg

La glucólisis es el primer paso en el ciclo de ATP, es donde una molécula de glucosa será convertida en ácido pirúvico. Tiene diez pasos:

• la molécula de glucosa es fosforilada usando una enzima llamada hexoquinaza, la cual usa una molécula de ATP para llevar a cabo la transformación, dando como resultado glucosa 6 fosfato y una molécula de ADP.
• la glucosa 6 fosfato es transformada por la fosfoglucosa isomerasa en fructosa 6 fosfato.
• la fructosa 6 fosfato es fosforilada por la enzima fosfofructoquinasa y una molécula de ATP, lo que forma fructosa 1,6 fosfato
• mediante la enzima aldolasa la fructosa 1,6 fosfato puede dividirse en 2 azucares, dihidroxiacetona fosfato y gliceraldehido 3 fosfato
• La triosa fosfato isomerasa convierte a la dihidroxiacetona fosfato en gliceraldehido 3 fosfato, haciendo posible que siga el recorrido.
• Los gliceraldehido 3 fosfato son deshidrogenados y se le agrega un fosfato inorgánico; formando 1,3 difosfoglicerato. El hidrógeno es usado para reducir una molécula de NAD para dar lugar a una de NADH.
• La 1,3 difosfoglicerato transfiere un grupo fosfato a un ADP mediante la fosfogliceratoquinasa para forma un ATP y 3 fosfoglicerato.
• Por la acción de la fosfoglicerato mutasa se forma 2 fosfoglicerato.
• La enolasa forma fosfoenol-piruvato a partir del 2 fosfoglicerato.
• Finalmente el fosfoenol-piruvato es desfosforilado por la piruvato quinasa, lo que forma una molécula de ATP y piruvato.

En esta ruta metabólica se obtienen dos moléculas netas de ATP y se reducen dos moléculas de NAD⁺; el número de carbonos se mantiene constante (6 en la molécula inicial de glucosa, 3 en cada una de las moléculas de ácido pirúvico). Todo el proceso se realiza en el citosol de la célula.

Descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico

El ácido pirúvico entra en la matriz mitocondrial donde es procesado por el complejo enzimático piruvato deshidrogenasa, el cual realiza la descarboxilación oxidativa del piruvato; descarboxilación porque se arranca uno de los tres carbonos del ácido pirúvico (que se desprende en forma de CO₂) oxidativa porque, al mismo tiempo se le arrancan dos átomos de hidrógeno (oxidación por deshidrogenación), que son captados por el NAD, que se reduce a NADH. Por tanto; el piruvato se transforma en un radical acetilo que es captado por el coenzima A (que pasa a acetil-CoA), que es el encargado de transportarlo al ciclo de Krebs.

Ciclo de Krebs

Se realiza la oxidación de los dos acetilos transportados por el acetíl coenzima A, provenientes del piruvato, hasta producir dos moléculas de CO₂, liberando energía en forma utilizable, es decir poder reductor (NADH, FADH2) y GTP. Al término del ciclo mismo, los dos átomos de carbono introducidos por el acetil-CoA serán oxidados en dos moléculas de CO2, regenerando de nuevo oxalacetato capaz de condensar con acetil-CoA. La producción relevante desde el punto de vista energético, sin embargo, se produce a partir de una molécula de GTP (utilizada inmediatamente para regenerar una molécula de ATP), de tres moléculas de NADH y una de FADH₂.

Ciclo de Krebs en la matriz mitocondrial.

	Sustratos	Productos	Enzima	Importancia
0 / 10	Oxaloacetato + Acetil CoA + H2O	Citrato + CoA-SH	Citrato sintetasa	irreversible,
1	Citrato	Ácido acontico + H2O	Aconitasa	Isomerización reversible
2	Ácido aconitico + H2O	Ácido isocítrico
3	Ácido isocítrico + NAD+	Oxalosuccinato + NADH + H +	Isocitrato deshidrogenasa	genera NADH
4	Oxalosuccinato	Ácido α cetoglutarico + CO2		reacción irreversible, genera una molecula de 5 C
5	Ácido α cetoglutarico + NAD+ + CoA-SH	Succinil-CoA + NADH + H+ + CO2	α cetoglutarato deshidrogenasa	reacción irreversible, genera NADH,
6	Succinil-CoA + GDP + [[Pi]]	Succinato + CoA-SH + GTP	Succinil coenzima A sintetasa	genera 1 ATP
7	Succinato + ubiquinona (Q)	Fumarato + ubiquinol (QH2)	Succinato deshidrogenasa	genera 1 ATP
8	Fumarato + H2O	Acido malico	Fumarasa
9	Ácido malico + NAD+	Oxaloacetato + NADH + H+	Malato deshidrogenasa	genera NADH
10 / 0	Oxaloacetato + Acetil CoA + H2O	Citrato + Coenzima A	Citrato sintetasa	Reacción irreversible

Cadena Transportadora de Electrones

Cadena de transporte de electrones

Los electrones que se desprenden del ciclo de Krebs son transportados por el NADH y el FADH₂. Se desprenden grandes cantidades de energía que impulsan el bombeo de protones ,iones H⁺, hacia el exterior de la matriz mitocondrial. En la cadena transportadora hay portadores de electrones, cada portador esta en un nivel mas bajo de energía que el anterior y la energía que se libera se usa para formar ATP.

Fosforilación Oxidativa

En esta última etapa un complejo enzimático llamado ATP sintetasa produce el ATP. Los protones que van quedando en el espacio intermembrana crean una diferencia de potencial electroquímico ,hay más cargas positivas fuera que dentro, por lo que son inducidos a pasar hacia la matriz para compensarlo. Los protones no pueden atravesar la membrana, así que viajarán dentro a través del complejo ATP sintetasa. El paso de protones por ese complejo enzimático proporciona la energía suficiente como para fosforilar, es decir, añadir una molécula de P inorgánico, a una molécula de ADP para formar ATP : ADP + P = ATP

Referencias

• Nelson, D. & Cox, M.. (2005). Lehninger Principios de Bioquímica. Barcelona: Omega.
• Chang, Raymond Química, 6ª ed McGraw-Hill, México, 1999.
• Alberts y col., 2002, "Molecular Biology of the Cell" (4ª ed.), Garland Publishing, New York.