Transporte de Electrones en el Ciclo de la Energía de la Célula

El camino más eficiente de la célula eucariota para la producción del vital ATP, es la respiración aeróbica que tiene lugar en las mitocondrias. Después de la glucólisis, el producto piruvato es tomado en la mitocondria, y oxidado adicionalmente en el ciclo TCA. Este ciclo deposita energía en las coenzimas reducidas, que la transfieren a través de lo que se llama la cadena de transporte de electrones.

La energía dada a los electrones de la coenzima reducida NADH y al succinato, por el ciclo TCA, se transfiere en pequeños pasos en la membrana interna de la mitocondria a través de una cadena de cinco complejos de proteínas. Estos pequeños pasos de oxidación logran la conversión del ADP en la molécula de la divisa de energía ATP. Esta serie de reacciones acopladas, son referidas a menudo como fosforilación oxidativa.

La energía utilizada en el transporte de electrones, bombea los protones a través de la membrana mitocondrial interna de la matriz interior, al espacio intermembrana, produciendo un fuerte gradiente de concentración de hidrógeno. Este proceso lo llamó su descubridor Peter Mitchell, quimiosmosis. Esta diferencia en la concentración de protones produce tanto un potencial eléctrico, como un potencial de pH a través de las membranas. Luego, el complejo de proteínas de la sintasa ATP, hace uso de este potencial de membrana para llevar a cabo la fosforilación del ADP en ATP.

Los Complejos de Proteínas de la Cadena de Transporte de Electrones

Se han dedicado muchos años de esfuerzo, al estudio de los procesos destacables en la mitocondria. La cadena de transporte de electrones es la etapa final de la respiración aeróbica, que conduce a la formación de la ATP en la membrana interna de la mitocondria. La imagen que surge es la de reacciones acopladas a través de cinco estructuras de proteínas asociadas con la membrana interna.

Complejo I (coenzima-NADH oxidorreductasa Q). La coenzima reducida NADH se une al Complejo I y lleva a cabo la reducción de la coenzima Q10. Los electrones se transfieren a través del Complejo I, usando el FMN (mononucleótido de flavina) y una serie de grupos Fe-S. El proceso logra el bombeo de cuatro protones a través de la membrana mitocondrial interna al espacio intermembrana. Mas detalle

El complejo II (succinato-Q oxidorreductasa). Este complejo forma un segundo punto de entrada a la cadena de transporte de electrones, utilizando el producto succinato del ciclo TCA. Mas detalle

Complejo III (Q-citocromo c oxidorreductasa). Este complejo lleva a cabo la oxidación del ubiquinol y la reducción de dos moléculas de citocromo-c. Son bombeados cuatro hidrógenos a través de la membrana hacia el espacio intermembrana. Mas detalle

Complejo IV (Citocromo c oxidasa). Este complejo final en la cadena de transporte de electrones lleva a cabo la transferencia final de los electrones al oxígeno, y bombea dos protones a través de la membrana. Esto hace un total de 10 protones a través de la membrana, para una molécula de NADH en la cadena de transferencia de electrones. Mas detalle

Sintasa ATP. Este complejo hace uso del potencial de protones creado por la acción de la cadena de transporte de electrones. Transporta un protón hacia abajo del gradiente y utiliza la energía para completar la fosforilación de ADP en ATP. El modelo actual de esta acción se denomina mecanismo de unión, y parece que parte de este gran complejo proteico, lleva a cabo una rotación mecánica en el proceso de la fosforilación, y la liberación de la molécula de ATP. Así que parte de su acción es como la de un motor molecular. Más sobre la Sintasa ATP