Cadena de Transporte de Electrones y Fosforilación Oxidativa
¿Qué es y para qué sirve?
Es la etapa final de la respiración celular. Utiliza los electrones del NADH y FADH₂ para generar ATP a través de un gradiente de protones.
¿Qué es la cadena de transporte de electrones y la fosforilación
oxidativa?
La cadena de transporte de electrones (CTE) es una serie de complejos proteicos ubicados
en la membrana interna de la mitocondria que transfieren electrones desde moléculas
reducidas como NADH y FADH₂ hasta el oxígeno molecular (O₂), el aceptor final de
electrones. Este flujo de electrones genera un gradiente electroquímico de protones (fuerza
protón-motriz) a través de la membrana mitocondrial. La fosforilación oxidativa es el
proceso acoplado en el cual la enzima ATP sintasa utiliza este gradiente para sintetizar ATP
a partir de ADP y fosfato inorgánico (Pi). En conjunto, estos procesos constituyen la etapa
final y más eficiente en la obtención de energía a partir de nutrientes (Nelson y Cox, 2021).
¿Cuál es la función de la cadena de transporte de electrones?
La función principal de la CTE es la generación de ATP mediante el uso del poder reductor
transportado por NADH y FADH₂. Este sistema convierte la energía química de estos
transportadores en energía electroquímica (gradiente de protones), que luego se transforma
en energía química útil en forma de ATP. Además, es clave para mantener el equilibrio
redox celular y participa en procesos como la producción de especies reactivas de oxígeno
(ROS), regulación de la apoptosis y biosíntesis mitocondrial (Baynes y Dominiczak, 2019).
¿Dónde ocurre la cadena de transporte de electrones?
La cadena de transporte de electrones se lleva a cabo en la membrana interna de la
mitocondria. En esta ubicación, los complejos proteicos están estratégicamente
organizados para transferir electrones y bombear protones hacia el espacio intermembranal.
Este entorno cerrado es esencial para establecer el gradiente electroquímico necesario para
la síntesis de ATP. En células que carecen de mitocondrias, como los eritrocitos, este
proceso no ocurre, lo que limita su capacidad energética a la glucólisis (Champe y Harvey,
2011).
¿Cuáles son los pasos de la cadena de transporte de electrones y la
fosforilación oxidativa?
La CTE y la fosforilación oxidativa comprenden los siguientes pasos:
- Complejo I (NADH deshidrogenasa): Recibe electrones del NADH y los transfiere
a la ubiquinona (CoQ), mientras bombea protones hacia el espacio intermembrana. - Complejo II (succinato deshidrogenasa): Oxida FADH₂ y transfiere sus electrones
a la ubiquinona, sin bombear protones. - Ubiquinona (Coenzima Q): Transporta electrones de los complejos I y II hacia el
complejo III. - Complejo III (citocromo bc₁): Transfiere electrones a la citocromo c y bombea
protones. - Citocromo c: Proteína móvil que lleva electrones del complejo III al complejo IV.
- Complejo IV (citocromo c oxidasa): Transfiere electrones al oxígeno molecular,
reduciéndolo a agua. También bombea protones. - ATP sintasa (Complejo V): Utiliza el gradiente de protones generado para sintetizar
ATP desde ADP + Pi, en un proceso llamado quimiosmosis (Rodwell, 2018).
4 etapas funcionales de la cadena de transporte de electrones y
fosforilación oxidativa: - Entrega de electrones por NADH y FADH₂:
○ Los electrones se transfieren desde NADH (en el complejo I) y FADH₂ (en el
complejo II) hacia la cadena de transporte. - Transporte de electrones a través de los complejos I-IV:
○ Los electrones pasan por una serie de complejos (I, II, III y IV) y
transportadores móviles (como coenzima Q y citocromo c).
○ Esta transferencia libera energía. - Bombeo de protones y formación del gradiente de protones:
○ Los complejos I, III y IV usan la energía liberada para bombear protones (H⁺)
desde la matriz mitocondrial al espacio intermembrana.
○ Esto crea un gradiente electroquímico o fuerza protón-motriz. - Síntesis de ATP mediante ATP sintasa (fosforilación oxidativa):
○ Los protones regresan a la matriz a través de la ATP sintasa, lo que permite
la fosforilación de ADP a ATP.
○ Este paso se llama quimiosmosis.
¿Por qué es importante la cadena de transporte de electrones?
La cadena de transporte de electrones es esencial porque representa la fuente principal de
producción de ATP en células aeróbicas. La eficiencia energética de este proceso es
notable: por cada NADH se generan aproximadamente 2.5 ATP, y por cada FADH₂, 1.5 ATP.
Además, su funcionamiento adecuado garantiza la reducción completa del oxígeno,
previniendo la acumulación de radicales libres. Disfunciones en esta cadena están
asociadas con múltiples enfermedades, incluidas enfermedades mitocondriales,
envejecimiento prematuro, daño celular por estrés oxidativo, y condiciones como Parkinson
o Alzheimer (Baynes y Dominiczak, 2019). En la fisiología celular, este proceso permite una
vida multicelular eficiente y mantiene el equilibrio energético necesario para funciones como
el movimiento, la biosíntesis y la señalización.-
Glosario
● ATP (Adenosín trifosfato): Molécula energética principal de la célula, utilizada para
realizar funciones celulares.
● NADH / FADH₂: Moléculas transportadoras de electrones que se generan en rutas
como la glucólisis y el ciclo de Krebs.
● Electrón: Partícula subatómica con carga negativa; en bioquímica, su transferencia
entre moléculas libera energía.
● Gradiente electroquímico de protones: Diferencia de concentración y carga de
protones (H⁺) a través de una membrana, que almacena energía potencial.
● Membrana mitocondrial interna: Estructura donde se encuentra la cadena de
transporte de electrones.
● Fuerza protón-motriz: Energía almacenada en el gradiente de protones que
impulsa la síntesis de ATP.
● Oxígeno molecular (O₂): Aceptor final de electrones en la cadena; se reduce para
formar agua (H₂O).
● Quimiosmosis: Proceso mediante el cual la ATP sintasa usa el gradiente de
protones para generar ATP.
● Citocromo: Proteínas con grupos hemo que transfieren electrones en la CTE.
● Ubiquinona (Coenzima Q): Molécula lipofílica que transporta electrones entre los
complejos I/II y el complejo III.
● Fosforilación oxidativa: Proceso de síntesis de ATP acoplado a la transferencia de
electrones y consumo de oxígeno.
● ROS (Especies reactivas de oxígeno): Moléculas altamente reactivas derivadas
del oxígeno, que pueden dañar estructuras celulares si no se controlan
-
¿Dónde ocurre?
En la membrana interna mitocondrial.
Etapas:
1. Electrones de NADH y FADH₂ pasan por complejos I-IV
2. Se bombea H⁺ al espacio intermembrana
3. El oxígeno acepta los electrones formando H₂O
4. El complejo V (ATP sintasa) genera ATP a medida que los protones regresan
Rendimiento:
• ~2.5 ATP por NADH
• ~1.5 ATP por FADH₂
• Hasta ~28 ATP por glucosa
Regulación / Inhibidores:
• Requiere oxígeno (limitante)
• Inhibidores: cianuro (bloquea complejo IV), oligomicina (bloquea ATP sintasa), rotenona (complejo I)
Material de complemento, créditos al canal de YouTube:
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Repaso de Cadena de Transporte de Electrones y Fos. Oxidativa
¿Qué tanto aprendiste de fosforilación oxidativa y cadena de transporte de electrones?
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Me pareció muy útil para estudiar los temas que estoy repasando en clase.