La cadena de transporte de electrones (ETC) es el proceso bioquímico que produce la mayor parte del combustible de una célula en organismos aeróbicos. Esto implica la acumulación de una fuerza motriz de protones (PMF), que permite la producción de ATP, el principal catalizador de las reacciones celulares. El ETC es una serie de reacciones redox en las que los electrones se transfieren de los reactivos a las proteínas mitocondriales. Esto le da a las proteínas la capacidad de mover protones a través de un gradiente electroquímico, formando el PMF.
El ciclo del ácido cítrico se incorpora al ETC
•••Photos.com/AbleStock.com/Getty Images
Los principales reactivos bioquímicos del ETC son los donadores de electrones succinato y nicotinamida adenina dinucleótido hidratado (NADH). Estos se generan mediante un proceso llamado ciclo del ácido cítrico (CAC). Las grasas y los azúcares se descomponen en moléculas más simples, como el piruvato, que luego ingresan al CAC. El CAC extrae energía de estas moléculas para producir las moléculas densas en electrones que necesita el ETC. El CAC produce seis moléculas de NADH y se superpone con el ETC propiamente dicho cuando forma succinato, el otro reactivo bioquímico.
NADH y FADH2
La fusión de una molécula precursora pobre en electrones llamada dinucleótido de nicotinamida y adenina (NAD +) con un protón forma NADH. El NADH se produce dentro de la matriz mitocondrial, la parte más interna de la mitocondria. Las diversas proteínas de transporte de la ETC se encuentran en la membrana interna mitocondrial, que rodea la matriz. NADH dona electrones a una clase de proteínas ETC llamadas NADH deshidrogenasas, también conocidas como Complejo I. Esto descompone NADH nuevamente en NAD + y un protón, transportando cuatro protones fuera de la matriz en el proceso, aumentando el PMF. Otra molécula llamada dinucleótido de flavina adenina (FADH2) desempeña un papel similar como donante de electrones.
Succinato y QH2
La molécula de succinato se produce mediante uno de los pasos intermedios del CAC y posteriormente se degrada en fumarato para ayudar a formar el donante de electrones de dihidroquinona (QH2). Esta parte del CAC se superpone con el ETC: QH2 alimenta una proteína de transporte llamada Complejo III, que actúa para expulsar protones adicionales de la matriz mitocondrial, aumentando la PMF. El Complejo III activa un complejo adicional llamado Complejo IV, que libera aún más protones. Por tanto, la degradación del succinato a fumarato da como resultado la expulsión de numerosos protones de la mitocondria a través de dos complejos de proteínas que interactúan.
Oxígeno
•••Justin Sullivan / Getty Images Noticias / Getty Images
Las células aprovechan la energía a través de una serie de reacciones de combustión lentas y controladas. Moléculas como el piruvato y el succinato liberan energía útil cuando se queman en presencia de oxígeno. Los electrones en el ETC finalmente pasan al oxígeno, que se reduce a agua (H2O), absorbiendo cuatro protones en el proceso. De esta manera, el oxígeno actúa como un receptor terminal de electrones (es la última molécula en obtener los electrones ETC) y como un reactivo esencial. El ETC no puede ocurrir en ausencia de oxígeno, por lo que las células privadas de oxígeno recurren a una respiración anaeróbica altamente ineficiente.
ADP y Pi
El objetivo final del ETC es producir la molécula de trifosfato de adenosina (ATP) de alta energía para catalizar reacciones bioquímicas. Los precursores de ATP, difosfato de adenosina (ADP) y fosfato inorgánico (Pi) se importan fácilmente a la matriz mitocondrial. Se necesita una reacción de alta energía para unir ADP y Pi, que es donde funciona el PMF. Al permitir que los protones regresen a la matriz, se produce energía de trabajo, lo que obliga a la formación de ATP a partir de sus precursores. Se estima que 3,5 hidrógenos deben ingresar a la matriz para la formación de cada molécula de ATP.
