¿Qué es la cadena respiratoria?

definición

La cadena respiratoria es un proceso para generar energía en las células de nuestro cuerpo. Se une al ciclo del ácido cítrico y es el último paso en la descomposición del azúcar, las grasas y las proteínas. La cadena respiratoria está ubicada en la membrana interna de las mitocondrias. En la cadena respiratoria, los equivalentes de reducción (NADH + H + y FADH2) que se han formado mientras tanto se oxidan nuevamente (se desprenden electrones), por lo que se puede establecer un gradiente de protones. Esto se utiliza en última instancia para formar el portador de energía universal ATP (trifosfato de adenosina). También se requiere oxígeno para que la cadena respiratoria pueda funcionar completamente.

Secuencia de la cadena respiratoria

La cadena respiratoria está integrada en la membrana mitocondrial interna y consta de un total de cinco complejos enzimáticos. Es la continuación del ciclo del ácido cítrico, en el que se forman los equivalentes de reducción NADH + H + y FADH2. Estos equivalentes de reducción almacenan energía temporalmente y se oxidan nuevamente en la cadena respiratoria. Este proceso tiene lugar en los dos primeros complejos enzimáticos de la cadena respiratoria.

Complejo 1: NADH + H + alcanza el primer complejo (ubiquinona oxidorreductasa de NADH) y libera dos electrones. Al mismo tiempo, se bombean 4 protones desde el espacio de la matriz hacia el espacio intermembrana.

Complejo 2: FADH2 libera sus dos electrones en el segundo complejo enzimático (succinato-ubiquinona-oxidorreductasa), pero ningún protón ingresa al espacio intermembrana.

Complejo 3: los electrones liberados pasan al tercer complejo enzimático (ubiquinona-citocromo c-oxidorreductasa), donde otros 2 protones se bombean desde el espacio de la matriz al espacio intermembrana.

Complejo 4: finalmente, los electrones llegan al cuarto complejo (citocromo c oxidasa). Aquí los electrones se transfieren al oxígeno (O2), de modo que con dos protones adicionales, se crea agua (H2O). En el proceso, dos protones ingresan nuevamente al espacio intermembrana.

Complejo 5: ahora se bombearon un total de ocho protones desde el espacio de la matriz hacia el espacio intermembrana. El requisito básico para la cadena de transporte de electrones es la creciente electronegatividad del complejo enzimático. Esto significa que la capacidad de los complejos enzimáticos para atraer electrones negativos es cada vez más fuerte.
Además del primer producto final, el agua, se acumuló un gradiente de protones en el espacio intermembrana a través de la cadena respiratoria. Esto almacena energía que se usa para acumular ATP (trifosfato de adenosina). Este es el trabajo del quinto y último complejo enzimático (ATP sintasa). El quinto complejo atraviesa la membrana mitocondrial como un túnel. A través de esto, impulsados ​​por la diferencia de concentración, los protones fluyen de regreso al espacio de la matriz. Esto crea ATP a partir de ADP (difosfato de adenosina) y fosfato inorgánico, que está disponible para todo el organismo.

¿Qué hace la bomba de protones?

La bomba de protones es el quinto y último complejo enzimático de la cadena respiratoria. A través de esto, los protones fluyen desde el espacio intermembrana hacia el espacio de la matriz. Esto solo es posible gracias a la diferencia de concentración previamente establecida entre los dos espacios de reacción. La energía almacenada en el gradiente de protones se utiliza para sintetizar finalmente ATP (trifosfato de adenosina) a partir de fosfato y ADP.
El ATP es el portador de energía universal de nuestro cuerpo y es esencial para una variedad de reacciones. Dado que se genera en la bomba de protones, también se conoce como ATP sintasa.

Equilibrio de la cadena respiratoria

El producto final decisivo de la cadena respiratoria es el ATP (trifosfato de adenina), que es un portador de energía universal en el cuerpo. El ATP se sintetiza con la ayuda de un gradiente de protones que surge durante la cadena respiratoria. NADH + H + y FADH2 tienen una eficacia diferente. NADH + H + se oxida de nuevo a NAD + en la cadena respiratoria en el primer complejo enzimático y bombea un total de 10 protones al espacio intermembrana. Cuando se oxida FADH2, el rendimiento es menor, porque solo se transportan 6 protones al espacio intermembrana. Esto se debe a que FADH2 se introduce en la cadena respiratoria en el segundo complejo enzimático y, por lo tanto, evita el primer complejo. Para sintetizar un ATP, deben fluir 4 protones a través del quinto complejo.
En consecuencia, por NADH + H + 2.5 ATP (10/4 = 2.5) y por FADH2 se producen 1.5 ATP (6/4 = 1.5).
Cuando una molécula de azúcar se descompone a través de la glucólisis, el ciclo del ácido cítrico y la cadena respiratoria, se puede generar un máximo de 32 ATP, que está disponible para el organismo.

¿Qué papel juegan las mitocondrias?

Las mitocondrias son orgánulos celulares que se encuentran en organismos animales y vegetales. En las mitocondrias tienen lugar varios procesos energéticos, incluida la cadena respiratoria. Dado que la cadena respiratoria es el proceso decisivo para generar energía, las mitocondrias también se denominan "plantas de energía de la célula". Tienen una doble membrana, por lo que se crean un total de dos espacios de reacción separados. En el interior está el espacio de la matriz y el espacio intermembrana entre las dos membranas. Estos dos espacios son fundamentales para el flujo de la cadena respiratoria. Solo de esta manera se puede construir un gradiente de protones, que es importante para la síntesis de ATP.

Lea más sobre el tema en este artículo: Estructura de la mitocondria

¿Qué hace el cianuro en la cadena respiratoria?

Los cianuros son toxinas peligrosas, incluidos los compuestos de cianuro de hidrógeno. Son capaces de detener la cadena respiratoria.
Específicamente, el cianuro se une al hierro del cuarto complejo de la cadena respiratoria. Como resultado, los electrones ya no se pueden transferir al oxígeno molecular. Como resultado, la cadena respiratoria completa ya no puede funcionar.
El resultado es una falta de la fuente de energía ATP (trifosfato de adenosina) y se produce la llamada "asfixia interna". Los síntomas como vómitos, pérdida del conocimiento y calambres ocurren muy rápidamente después de la intoxicación por cianuro y, si no se tratan, conducen a una muerte rápida.

¿Qué es un defecto de la cadena respiratoria?

Un defecto de la cadena respiratoria es una enfermedad metabólica rara que a menudo se manifiesta en la niñez. La causa son cambios en la información genética (ADN). Las mitocondrias están restringidas en su función y la cadena respiratoria no funciona correctamente. Esto es particularmente notable en los órganos que consumen mucha energía en forma de ATP (trifosfato de adenosina).
Un síntoma típico es, por ejemplo, dolor o debilidad muscular.
La terapia para esta enfermedad es difícil porque es una enfermedad hereditaria. Debe asegurarse de que haya un suministro suficiente de energía (por ejemplo, a través de la glucosa). De lo contrario, es apropiado un tratamiento puramente sintomático.