La mayoría de las células vivas producen energía a partir de nutrientes a través de la respiración celular que implica la absorción de oxígeno para liberar energía. La cadena de transporte de electrones o ETC es la tercera y última etapa de este proceso, las otras dos son glucólisis y el ciclo del ácido cítrico.
La energía producida se almacena en forma de ATP o trifosfato de adenosina, que es un nucleótido que se encuentra en los organismos vivos.
Las moléculas de ATP almacenan energía en sus enlaces de fosfato. El ETC es la etapa más importante de la respiración celular desde el punto de vista energético porque produce la mayor cantidad de ATP. En una serie de reacciones redox, se libera energía y se utiliza para unir un tercer grupo fosfato al difosfato de adenosina para crear ATP con tres grupos fosfato.
Cuando una célula necesita energía, rompe el tercer enlace del grupo fosfato y usa la energía resultante.
¿Qué son las reacciones redox?
Muchas de las reacciones químicas de la respiración celular son reacciones redox. Estas son interacciones entre sustancias celulares que involucran
reducción y oxidación (o redox) al mismo tiempo. A medida que los electrones se transfieren entre moléculas, un conjunto de sustancias químicas se oxida mientras que otro conjunto se reduce.Una serie de reacciones redox componen el cadena de transporte de electrones.
Los productos químicos que se oxidan son agentes reductores. Aceptan electrones y reducen las otras sustancias tomando sus electrones. Estos otros productos químicos son agentes oxidantes. Donan electrones y oxidan a las otras partes en la reacción química redox.
Cuando tienen lugar una serie de reacciones químicas redox, los electrones pueden pasar a través de múltiples etapas hasta que terminan combinados con el agente reductor final.
¿Dónde se encuentra la reacción en cadena de transporte de electrones en eucariotas?
Las células de organismos avanzados o eucariotas tienen un núcleo y se llaman células eucariotas. Estas celdas de nivel superior también tienen pequeñas unido a la membrana estructuras llamadas mitocondrias que producen energía para la célula. Las mitocondrias son como pequeñas fábricas que generan energía en forma de moléculas de ATP. Las reacciones en cadena de transporte de electrones tienen lugar dentro del mitocondrias.
Dependiendo del trabajo que realice la célula, las células pueden tener más o menos mitocondrias. Células musculares a veces tienen miles porque necesitan mucha energía. Las células vegetales también tienen mitocondrias; producen glucosa a través de la fotosíntesis y luego se utiliza en la respiración celular y, finalmente, en la cadena de transporte de electrones en las mitocondrias.
Las reacciones ETC tienen lugar sobre y a través de la membrana interna de las mitocondrias. Otro proceso de respiración celular, el ciclo del ácido cítrico, tiene lugar dentro de las mitocondrias y libera algunas de las sustancias químicas necesarias para las reacciones ETC. El ETC utiliza las características del membrana mitocondrial interna sintetizar Moléculas de ATP.
¿Qué aspecto tiene una mitocondria?
Una mitocondria es diminuta y mucho más pequeña que una célula. Para verlo correctamente y estudiar su estructura, se requiere un microscopio electrónico con un aumento de varios miles de veces. Las imágenes del microscopio electrónico muestran que la mitocondria tiene una membrana externa lisa y alargada y una muy doblado membrana interna.
Los pliegues de la membrana interna tienen forma de dedos y penetran profundamente en el interior de la mitocondria. El interior de la membrana interna contiene un líquido llamado matriz, y entre las membranas interna y externa hay una región llena de líquido viscoso llamada matriz. Espacio Intermembrano.
El ciclo del ácido cítrico tiene lugar en la matriz y produce algunos de los compuestos utilizados por el ETC. El ETC toma electrones de estos compuestos y devuelve los productos al ciclo del ácido cítrico. Los pliegues de la membrana interna le dan una gran superficie con mucho espacio para reacciones en cadena de transporte de electrones.
¿Dónde tiene lugar la reacción ETC en procariotas?
La mayoría de los organismos unicelulares son procariotas, lo que significa que las células carecen de núcleo. Estas células procariotas tienen una estructura simple con una pared celular y membranas celulares que rodean la célula y controlan lo que entra y sale de la célula. Células procariotas carecen de mitocondrias y otros orgánulos contenidos por membrana. En cambio, la producción de energía celular tiene lugar en toda la célula.
Algunas células procariotas, como las algas verdes, pueden producir glucosa a partir de fotosíntesis, mientras que otros ingieren sustancias que contienen glucosa. Luego, la glucosa se usa como alimento para la producción de energía celular a través de la respiración celular.
Debido a que estas células no tienen mitocondrias, la reacción ETC al final de la respiración celular debe tener lugar en y a través de las membranas celulares ubicadas justo dentro de la pared celular.
¿Qué sucede durante la cadena de transporte de electrones?
El ETC utiliza electrones de alta energía de los productos químicos producidos por el ciclo del ácido cítrico y los lleva a través de cuatro pasos a un nivel de energía bajo. La energía de estas reacciones químicas se utiliza para bombear protones a través de una membrana. Estos protones luego se difunden a través de la membrana.
Para las células procariotas, las proteínas se bombean a través de las membranas celulares que rodean la célula. Para las células eucariotas con mitocondrias, los protones se bombean a través de la membrana mitocondrial interna desde la matriz hacia el espacio intermembrana.
Los donantes de electrones químicos incluyen NADH y FADH mientras que el aceptor final de electrones es el oxígeno. Los químicos NAD y FAD se devuelven al ciclo del ácido cítrico, mientras que el oxígeno se combina con el hidrógeno para formar agua.
Los protones bombeados a través de las membranas crean una gradiente de protones. El gradiente produce una fuerza motriz de protones que permite que los protones retrocedan a través de las membranas. Este movimiento de protones activa la ATP sintasa y crea moléculas de ATP a partir de ADP. El proceso químico general se llama fosforilación oxidativa.
¿Cuál es la función de los cuatro complejos del ETC?
Cuatro complejos químicos componen la cadena de transporte de electrones. Tienen las siguientes funciones:
- Complejo I toma el NADH donante de electrones de la matriz y envía electrones por la cadena mientras usa la energía para bombear protones a través de las membranas.
- Complejo II utiliza FADH como donante de electrones para suministrar electrones adicionales a la cadena.
- Complejo III pasa los electrones a una sustancia química intermedia llamada citocromo y bombea más protones a través de las membranas.
- Complejo IV recibe los electrones del citocromo y los pasa a la mitad de una molécula de oxígeno que se combina con dos átomos de hidrógeno y forma una molécula de agua.
Al final de este proceso, el gradiente de protones es producido por cada complejo que bombea protones a través de las membranas. La resultante fuerza motriz de protones atrae los protones a través de las membranas a través de las moléculas de ATP sintasa.
A medida que cruzan hacia la matriz mitocondrial o el interior de la célula procariota, la acción del Los protones permiten que la molécula de ATP sintasa agregue un grupo fosfato a un ADP o difosfato de adenosina. molécula. El ADP se convierte en ATP o trifosfato de adenosina y la energía se almacena en el enlace fosfato extra.
¿Por qué es importante la cadena de transporte de electrones?
Cada una de las tres fases de la respiración celular incorpora importantes procesos celulares, pero el ETC produce, con mucho, la mayor cantidad de ATP. Dado que la producción de energía es una de las funciones clave de la respiración celular, el ATP es la fase más importante desde ese punto de vista.
Donde la ETC produce hasta 34 moléculas de ATP a partir de los productos de una molécula de glucosa, el ciclo del ácido cítrico produce dos y la glucólisis produce cuatro moléculas de ATP, pero consume dos de ellas.
La otra función clave del ETC es producir NAD y MODA de NADH y FADH en los dos primeros complejos químicos. Los productos de las reacciones en el complejo I y II de ETC son las moléculas de NAD y FAD que se requieren en el ciclo del ácido cítrico.
Como resultado, el ciclo del ácido cítrico depende del ETC. Dado que el ETC solo puede tener lugar en presencia de oxígeno, que actúa como el aceptor final de electrones, el ciclo de respiración celular solo puede funcionar completamente cuando el organismo absorbe oxígeno.
¿Cómo llega el oxígeno a las mitocondrias?
Todos los organismos avanzados necesitan oxígeno para sobrevivir. Algunos animales respiran oxígeno del aire, mientras que los animales acuáticos pueden tener branquias o absorber oxígeno a través de su Pieles.
En animales superiores, los glóbulos rojos absorben oxígeno en el pulmones y llevarlo al cuerpo. Las arterias y luego los capilares diminutos distribuyen el oxígeno por los tejidos del cuerpo.
A medida que las mitocondrias consumen oxígeno para formar agua, el oxígeno sale de los glóbulos rojos. Las moléculas de oxígeno viajan a través de las membranas celulares hacia el interior de la célula. A medida que se agotan las moléculas de oxígeno existentes, nuevas moléculas toman su lugar.
Siempre que haya suficiente oxígeno presente, las mitocondrias pueden suministrar toda la energía que necesita la célula.
Una descripción química de la respiración celular y el ETC
La glucosa es un carbohidrato que, cuando se oxida, produce dióxido de carbono y agua. Durante este proceso, los electrones se introducen en la cadena de transporte de electrones.
El flujo de electrones es utilizado por complejos de proteínas en las membranas mitocondriales o celulares para transportar iones de hidrógeno, H +, a través de las membranas. La presencia de más iones de hidrógeno fuera de una membrana que dentro crea una desequilibrio de pH con una solución más ácida fuera de la membrana.
Para equilibrar el pH, los iones de hidrógeno fluyen de regreso a través de la membrana a través del complejo de proteína ATP sintasa, impulsando la formación de moléculas de ATP. La energía química recolectada de los electrones se cambia a una forma electroquímica de energía almacenada en el gradiente de iones de hidrógeno.
Cuando la energía electroquímica se libera a través del flujo de iones de hidrógeno o protones a través del complejo de ATP sintasa, se cambia a energía bioquímica en forma de ATP.
Inhibición del mecanismo de transporte de la cadena de electrones
Las reacciones ETC son una forma altamente eficiente de producir y almacenar energía para que la célula la utilice en su movimiento, reproducción y supervivencia. Cuando se bloquea una de las series de reacciones, el ETC deja de funcionar y las células que dependen de él mueren.
Algunos procariotas tienen formas alternativas de producir energía mediante el uso de sustancias distintas al oxígeno como electrón final. aceptor, pero las células eucariotas dependen de la fosforilación oxidativa y de la cadena de transporte de electrones para su energía necesidades.
Las sustancias que pueden inhibir la acción de ETC pueden bloquear reacciones redox, inhiben la transferencia de protones o modifican enzimas clave. Si se bloquea un paso redox, la transferencia de electrones se detiene y la oxidación avanza a niveles altos en el extremo del oxígeno mientras se produce una mayor reducción al comienzo de la cadena.
Cuando los protones no se pueden transferir a través de las membranas o las enzimas como la ATP sintasa se degradan, la producción de ATP se detiene.
En cualquier caso, las funciones de la célula se rompen y la célula muere.
Sustancias de origen vegetal como rotenona, compuestos como cianuro y antibióticos como antimicina se puede utilizar para inhibir la reacción ETC y provocar la muerte celular dirigida.
Por ejemplo, la rotenona se usa como insecticida y los antibióticos se usan para matar bacterias. Cuando existe la necesidad de controlar la proliferación y el crecimiento de organismos, el ETC puede verse como un valioso punto de ataque. Alterar su función priva a la célula de la energía que necesita para vivir.