Las Intrincaciones de la Glucólisis y el Ciclo de Krebs en la Respiración Celular

A partir de una molécula de glucosa con 6 átomos de carbono, la glucólisis puede producir dos moléculas de piruvato o acetil-CoA. Cada molécula de piruvato contiene tres átomos de carbono. La glucólisis puede ocurrir con o sin oxígeno, generando una ganancia neta de 2 ATP y 2 moléculas de NADH.

La glucólisis implica dos fases: una fase de inversión que requiere 2 moléculas de ATP y una fase de recompensa que produce 4 moléculas de ATP. La ganancia neta es de 2 moléculas de ATP y la producción de 2 moléculas de NADH.

Dentro de una célula eucariota, la glucólisis tiene lugar en el citosol. Las mitocondrias, conocidas como el centro de energía de la célula, contienen membranas internas y externas con crestas. El citosol, donde ocurre la glucólisis, es el espacio lleno de líquido entre los organelos.

El ciclo de Krebs, también llamado ciclo del ácido cítrico, ocurre en la membrana interna de las mitocondrias. La membrana interna de las mitocondrias contiene crestas, que están involucradas en la producción de ATP.

La matriz mitocondrial es un compartimento interno de las mitocondrias donde ocurren procesos como la oxidación del piruvato. Para preparar el piruvato para entrar en el ciclo de Krebs, sufre oxidación para formar acetil CoA. Este proceso implica la eliminación de un átomo de carbono del piruvato, lo que resulta en un compuesto de dos carbonos conocido como acetil CoA.

La oxidación del piruvato a acetil CoA es un paso crucial en la preparación para el ciclo de Krebs. Este proceso implica la formación de acetil CoA a partir de piruvato, lo que resulta en la eliminación de un átomo de carbono y la producción de NADH. El acetil CoA, con su estructura de dos carbonos, es esencial para reacciones metabólicas posteriores.

Las enzimas juegan un papel vital en catalizar las reacciones del ciclo de Krebs. Las proteínas actúan como enzimas para facilitar la unión de moléculas como el acetil CoA y el ácido oxalacético. Estas reacciones enzimáticas son esenciales para el correcto funcionamiento de las vías metabólicas, asegurando que los procesos bioquímicos ocurran de manera eficiente.

La combinación de acetil CoA y ácido oxalacético catalizada por enzimas resulta en la formación de ácido cítrico. El ácido cítrico, también conocido como citrato, es un intermediario clave en el ciclo de Krebs, desempeñando un papel crucial en reacciones metabólicas posteriores para generar energía.

El proceso de oxidación del ácido cítrico implica varios pasos en los que se eliminan dos átomos de carbono, lo que resulta en la formación de dióxido de carbono. Esta oxidación conduce a la conversión del ácido cítrico de nuevo a ácido oxálico y ácido acético. Los átomos de carbono perdidos durante el proceso se transforman en dióxido de carbono y salen del sistema.

Por cada molécula de glucosa, se liberan tres moléculas de dióxido de carbono. Dado que hay dos moléculas de piruvato, un total de seis moléculas de dióxido de carbono son liberadas. Esto significa que por cada dos moléculas de piruvato, se eliminan seis moléculas de dióxido de carbono durante el proceso.

En el ciclo de Krebs, además del dióxido de carbono, se producen otras moléculas como NADH, FADH2 y ATP. El ciclo implica la reducción de NAD+ a NADH y la conversión de ADP a ATP. Además, hay la reducción de FAD a FADH2 y la regeneración de ácido oxalacético para continuar el ciclo.

La discusión comienza con una visión general de la respiración celular, donde el lado izquierdo representa la glucólisis y el lado derecho se considera el ciclo de Krebs. Hay una fase preparatoria antes de entrar en el ciclo de Krebs, comenzando con la conversión de acetil a ácido cítrico, lo que lleva a la producción de ATP ya sea directa o indirectamente en la cadena de transporte de electrones.

En la glucólisis, hay una producción neta de ATP y 2NADH. Pasando al ciclo de Krebs, la oxidación del piruvato resulta en 1NADH por piruvato, que luego se duplica debido a los dos piruvatos de la glucólisis. Esto lleva a un total de 2NADH. Además, el ciclo de Krebs produce 3NADH, que se duplica a 6NADH. También hay producción de 1ATP, duplicado a 2ATP, y 1FADH2, duplicado a 2FADH2.

Resumiendo la producción de ATP y NADH, se generan 4ATP (2 de la glucólisis y 2 del ciclo de Krebs), junto con un total de 12NADH (2 de la glucólisis, 2 de la fase preparatoria y 6 del ciclo de Krebs). Esto resulta en un total de 4ATP y 12NADH en el proceso de respiración celular.

El proceso de producción de ATP implica la oxidación de moléculas en la cadena de transporte de electrones. Las moléculas de NADH producen 30 ATP, mientras que las moléculas de FADH producen 4 ATP en la cadena de transporte de electrones. Combinando el ATP de la glucólisis, el ciclo de Krebs y la cadena de transporte de electrones se obtiene un total de 38 ATP, que es el rendimiento máximo teórico en la respiración celular.

La discusión se centra principalmente en el catabolismo de la glucosa para producir ATP. Sin embargo, se señala que los animales, incluidos los humanos, también pueden metabolizar proteínas y grasas para la producción de energía. El ciclo de Krebs sirve como punto de entrada para el catabolismo de proteínas y grasas, ya que el acetil-CoA actúa como intermediario independientemente de la fuente de combustible inicial.

El Acetil-CoA juega un papel crucial como intermediario en el ciclo de Krebs, permitiendo la utilización de diversas fuentes de combustible como carbohidratos, proteínas y grasas. Esta flexibilidad en la utilización de combustible resalta la adaptabilidad del metabolismo celular a diferentes aportes de nutrientes.

El ciclo de Krebs, representado en un diagrama de Wikipedia, muestra la complejidad de la respiración celular. Aunque el diagrama puede parecer abrumador, la idea principal es la conversión secuencial de piruvato a acetil-CoA, lo que lleva a la generación de ATP a través de una serie de reacciones bioquímicas que involucran dióxido de carbono e iones de hidrógeno.

El proceso implica la reacción del ácido oxálico y la acetil coenzima para producir ácido cítrico. El ácido cítrico luego se oxida a través de múltiples pasos en el ciclo de Krebs con la asistencia de enzimas. Durante este proceso, se producen moléculas de NH, con un total de 4 NH generados, 3 directamente del ciclo de Krebs. Además, GTP se convierte en ATP, y un grupo Q gana hidrógeno para producir FADH2.

Para cada piruvato, el proceso produce 4 NADH, 1 ATP y 1 FADH2. Esto resulta en un total de 3 NADH del ciclo de Krebs, junto con uno de la etapa preparatoria. El proceso de conversión también genera ATP y FADH2, como se observa en el diagrama.