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9.6: Respiración aeróbica, Parte 2 - Oxidación del piruvato y El Ciclo del Ácido Cítrico

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    Si hay oxígeno disponible, la respiración aeróbica seguirá adelante. En las células eucariotas, las moléculas de piruvato producidas al final de la glucólisis son transportadas a las mitocondrias (Figura\(\PageIndex{1}\)), que son los sitios de respiración celular. Para que el piruvato, producto de la glucólisis, ingrese a la siguiente vía, debe sufrir varios cambios. La conversión es un proceso de tres pasos.

    Estructura de las mitocondrias
    Figura\(\PageIndex{1}\): Diagrama de una mitocondria humana. Recordemos que las mitocondrias tienen dos membranas: una interna y una externa. Entre las dos membranas se encuentra una región conocida como el espacio intermembrana. La matriz mitocondrial se localiza dentro de la membrana interna. Crédito de la foto PSchemp, Wikimedia.

    Oxidación de piruvato

    En las células eucariotas, las moléculas de piruvato producidas al final de la glucólisis son transportadas a la matriz mitocondrial (la región media de las mitocondrias) (Figura\(\PageIndex{1}\)). En la matriz mitocondrial, el piruvato se transformará en un grupo acetilo de dos carbonos al eliminar una molécula de dióxido de carbono. Esto también produce NADH. El grupo acetilo es recogido por un compuesto portador llamado coenzima A (CoA), que está hecho de vitamina B5. El compuesto resultante se llama acetil CoA (Figura\(\PageIndex{2}\)). El acetil CoA puede ser utilizado de diversas maneras por la célula, pero su función principal es entregar el grupo acetilo derivado del piruvato a la siguiente vía en el catabolismo de la glucosa.

    oxidación de piruvato
    Figura\(\PageIndex{2}\): Al ingresar a la matriz mitocondrial, un complejo multienzimático convierte el piruvato en acetil CoA. En el proceso, se libera dióxido de carbono y se forma una molécula de NADH.

    Acetílico CoA a CO 2

    En presencia de oxígeno, el acetil CoA entrega su grupo acetilo a una molécula de cuatro carbonos, el oxaloacetato, para formar citrato, una molécula de seis carbonos con tres grupos carboxilo; esta vía cosechará el resto de la energía extraíble de lo que comenzó como una molécula de glucosa. Esta vía única se llama con diferentes nombres: el ciclo del ácido cítrico (para el primer intermedio formado, ácido cítrico o citrato, cuando el acetato se une al oxaloacetato), el ciclo de TCA (ya que el ácido cítrico o citrato e isocitrato son ácidos tricarboxílicos) y el ciclo de Krebs , después de Hans Krebs, quien identificó por primera vez los pasos en el camino en la década de 1930 en los músculos del vuelo de las palomas.

    Al igual que la conversión del piruvato en acetil CoA, el ciclo del ácido cítrico en las células eucariotas también tiene lugar en la matriz de las mitocondrias (Figura\(\PageIndex{1}\)). A diferencia de la glucólisis, el ciclo del ácido cítrico es un ciclo cerrado: la última parte de la vía regenera el compuesto utilizado en el primer paso. Los ocho pasos del ciclo son una serie de reacciones químicas que producen lo siguiente a partir de cada una de las dos moléculas de piruvato producidas por molécula de glucosa que originalmente entró en glucólisis (Figura\(\PageIndex{3}\)):

    • 2 moléculas de dióxido de carbono
    • 1 molécula de ATP (o equivalente)
    • 3 NADH y 1 FADH 2, que llevan energía a la última parte de la vía respiratoria aeróbica.

    Parte de esto se considera una vía aeróbica (que requiere oxígeno) porque el NADH y el FADH 2 producidos deben transferir sus electrones a la siguiente vía en el sistema, que utilizará oxígeno. Si el oxígeno no está presente, esta transferencia no ocurre. El ciclo del ácido cítrico NO ocurre en la respiración anaeróbica.

    Dos átomos de carbono entran en el ciclo del ácido cítrico de cada grupo acetilo. Dos moléculas de dióxido de carbono se liberan en cada giro del ciclo; sin embargo, estas no contienen los mismos átomos de carbono aportados por el grupo acetilo en ese giro de la ruta. Los dos átomos de acetil-carbono eventualmente se liberarán en giros posteriores del ciclo; de esta manera, los seis átomos de carbono de la molécula de glucosa original se liberarán eventualmente como dióxido de carbono. El dióxido de carbono es un producto de desecho en la mayoría de las células animales y se liberará fuera del organismo. Se necesitan dos vueltas del ciclo para procesar el equivalente de una molécula de glucosa. Cada giro del ciclo forma tres moléculas de NADH de alta energía y una molécula FADH 2 de alta energía. Estos portadores de alta energía se conectarán con la última porción de la respiración aeróbica para producir moléculas de ATP. También se hace un ATP (o un equivalente) en cada ciclo. Varios de los compuestos intermedios en el ciclo del ácido cítrico pueden ser utilizados en la síntesis de aminoácidos no esenciales; por lo tanto, el ciclo es tanto anabólico como catabólico.

    ciclo del ácido cítrico
    Figura\(\PageIndex{3}\): En el ciclo del ácido cítrico, el grupo acetilo del acetil CoA se une a una molécula de oxaloacetato de cuatro carbonos para formar una molécula de citrato de seis carbonos. A través de una serie de etapas, el citrato se oxida, liberando dos moléculas de dióxido de carbono por cada grupo acetilo alimentado al ciclo. En el proceso, tres moléculas NAD+ se reducen a NADH, una molécula de FAD se reduce a FADH 2 y se produce un ATP o GTP (dependiendo del tipo de célula) (por fosforilación a nivel de sustrato). Debido a que el producto final del ciclo del ácido cítrico es también el primer reactivo, el ciclo transcurre continuamente en presencia de suficientes reactivos. (crédito: modificación de obra por “Yikrazuul” /Wikimedia Commons)

    Resumen de la Sección

    En presencia de oxígeno, el piruvato de 3 carbonos se convierte en un grupo acetilo de 2 carbonos, que se une a una molécula portadora de la coenzima A. El acetil CoA resultante puede entrar en varias vías, pero la mayoría de las veces, el grupo acetilo se suministra al ciclo del ácido cítrico para un mayor catabolismo (descomposición). Durante la conversión del piruvato en el grupo acetilo, se eliminan una molécula de dióxido de carbono y dos electrones de alta energía. Debido a que se produjeron dos piruvatos a partir de cada molécula de glucosa durante la glucólisis, la producción de dos moléculas de dióxido de carbono (que se liberan como desechos) representa dos de los seis carbonos de la molécula de glucosa original. Los otros cuatro carbonos se liberan como dióxido de carbono durante dos giros del ciclo del ácido cítrico. Los electrones son captados por NAD +, y el NADH lleva los electrones a una vía posterior para la producción de ATP. En este punto, la molécula de glucosa que originalmente ingresó a la respiración celular se ha descompuesto por completo. La energía potencial química almacenada dentro de la molécula de glucosa se ha transferido a portadores de electrones o se ha utilizado para sintetizar algunos ATP.

    ¿Qué se produjo (por molécula de glucosa)?

    • Oxidación de piruvato: 2 CO 2, 2 NADH, 2 acetilo (2 moléculas de carbono)
    • Productos del ciclo del ácido cítrico: 4 CO 2, 6 NADH, 2 FADH 2, 2 ATP

    Consulta\(\PageIndex{1}\)

    Referencias

    A menos que se indique lo contrario, las imágenes de esta página están bajo licencia CC-BY 4.0 de OpenStax.

    OpenStax, Conceptos de Biología. OpenStax CNX. mayo 18, 2016 http://cnx.org/contents/b3c1e1d2-839...9a8aafbdd@9.10

    OpenStax, Biología. OpenStax CNX. 16 de septiembre de 2017. https://cnx.org/contents/GFy_h8cu@10.118:weAHBat1@7/Oxidation-of-Pyruvate-and-the -

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