El documento describe las cuatro etapas de la respiración aerobia: 1) la glucólisis, 2) la formación de acetilcoenzima A, 3) el ciclo del ácido cítrico, y 4) la cadena de transporte de electrones y fosforilación oxidativa. En la respiración aerobia, la glucosa se oxida completamente a dióxido de carbono y agua, produciendo un total de 38 moléculas de ATP a través de estas cuatro etapas metabólicas en las mitocondrias.

1. RESPIRACIÓN AEROBIA
Las reacciones químicas de la respiración aerobia de la glucosa pueden agruparse en
cuatro etapas. En los eucariotas la primera etapa (glucólisis) se realiza en el citosol, y
el resto ocurren en el interior de las mitocondrias.
La mayor parte de las bacterias también efectúan estos procesos, pero dado que sus
células carecen de mitocondrias, todas las etapas se llevan a efecto en el citosol y en
asociación con la membrana plasmática.
1.Glucólisis.
Una molécula de glucosa, de seis carbonos, se convierte en dos moléculas de piruvato
de tres carbonos, con la formación de ATP y NADH. (consultad apuntes).
2.Formación de acetilcoenzima A .
Cada molécula del piruvato entra en la mitocondria y se oxida para convertirse en una
molécula de dos carbonos (acetato) que se combina con coenzima A y forma
acetilcoenzima A, se produce NADH y se libera dióxido de carbono como producto de
desecho.
3.Ciclo del ácido cítrico .
El grupo acetato de la acetilCoA se combina con una molécula de cuatro carbonos
(oxalacetato), y se forma una molécula de seis carbonos (citrato).
En el transcurso del ciclo ésta se recicla a oxalacetato y se libera dióxido de carbono
como producto de desecho.
Se captura energía como ATP y los compuestos reducidos de alto contenido de
energía NADH y FADH2.
4.Cadena de transporte de electrones y quimiósmosis .
Los electrones extraídos de la glucosa durante las etapas precedentes se transfieren
de NADH y FADH2 a una cadena de compuestos aceptores de electrones.
A medida que los electrones pasan de un aceptor a otro, parte de su energía se
emplea para bombear hidrogeniones ( protones ) a través de la membrana
mitocondrial interna, con lo que se forma un gradiente de protones.
En un proceso denominado quimiósmosis, la energía de este gradiente se utiliza para
producir ATP.

2. 2. FORMACIÓN DEL ACETILCOENZIMA A
En los eucariotas, las moléculas de piruvato formadas en la glucólisis entran en las
1
mitocondrias, donde se convierte en aceticoenzima A (acetilCoA). Estas reacciones
ocurren en el citosol de los procariotas aerobios .
En esta serie de reacciones el piruvato experimenta un proceso denominado
descarboxilación oxidativa .
En primer término, un grupo carboxilo se disocia en la forma de dióxido de carbono,
que se difunde hacia el exterior de la célula.
+
Luego, se oxida el fragmento residual de dos carbonos y el NAD acepta los
electrones que se disociaron durante la oxidación.
Por último, el fragmento oxidado de dos carbonos, un grupo acetilo, se une a la
coenzima A, de los que resulta acetilcoenzima A.
En este punto de la respiración aerobia, se han formado cuatro moléculas de NADH
por el catabolismo de una sola de glucosa; dos durante la glucólisis y otras tantas al
formarse acetilCoA a partir de piruvato.
1
Recuérdese que la coenzima A transfiere grupos derivados de ácidos orgánicos. En este caso se trata
de un grupo acetilo relacionado con el ácido acético. La coenzima A se sintetiza en la célula a partir de
una de las vitaminas del complejo B, el ácido pantoténico. La fijación de un grupo acetilo a la coenzima A
es catalizada por un complejo multienzimático, que incluye varias copias de cada una de tres enzimas.
dstintas.

3. 3. CICLO DE KREBS.
El ciclo del ácido cítrico, también llamado ciclo de los ácidos tricarboxílicos (ciclo TCA)
o ciclo de Krebs, ocurre en las mitocondrias.
La etapa siguiente para la obtención de energía a partir de la glucosa es la
descarboxilación oxidativa del piruvato para formar acetil-CoA. A continuación,
el grupo acetilo del acetil-CoA se oxida completamente a CO2 a través del ciclo de
Krebs. “Tanto la descarboxilación oxidativa del piruvato como las
reacciones del ciclo de Krebs se realizan en la matriz mitocondrial”.
“El ciclo de Krebs es la ruta oxidativa final de la glucosa y de la mayoría de los
combustibles metabólicos. Su función es oxidar el grupo acetilo del acetil-CoA a CO2,
+
al mismo tiempo que se reducen los transportadores de electrones NAD y FAD.
La posterior oxidación de NADH y FADH2 en la cadena respiratoria mitocondrial
genera ATP”
El ciclo de Krebs consta de una serie de reacciones catalizadas enzimáticamente que
se realizan en la matriz mitocondrial:
La reacción global del ciclo de Krebs es la siguiente:
+
Acetil- CoA + 3 NAD + FAD + GDP + Pi + 2 H 2 O
→ 2CO 2 + 3 NADH + FADH 2 + GTP + CoA-
SH

4. Así pues, una vuelta del ciclo produce las siguientes transformaciones químicas:
 Un grupo acetilo de dos átomos de carbono entra en el ciclo y salen otros
dos carbonos en forma de CO 2 . Por tanto, el grupo acetilo es oxidado
completamente a dos moléculas de CO2 .
+
 Tres moléculas de NAD son reducidas a NADH.
 Una molécula de FAD es reducida a FADH 2 .
 Se genera un enlace fosfato de alta energía de hidrólisis en forma de GTP. El
GTP es equivalente a un ATP.
A continuación, el NADH y el FADH2 se oxidan mediante la cadena de transporte
electrónico mitocondrial generando ATP.
 La oxidación en la cadena respiratoria del NADH da lugar a la formación de
3 moléculas de ATP .
 La oxidación en la cadena respiratoria del FADH2 a 2 ATP.
Por tanto, la oxidación de estos transportadores de electrones produce 11 moléculas
de ATP mediante la fosforilación oxidativa.
Como además en cada vuelta del ciclo de Krebs se forma un GTP, el rendimiento
energético total del ciclo es de 12 moléculas de ATP.
En la mayoría de las células, el funcionamiento acoplado del ciclo de Krebs y de la
cadena respiratoria es la principal fuente productora de ATP. De ahí que la velocidad
del ciclo de Krebs dependa de las necesidades energéticas de la célula.
Aunque el oxígeno molecular no interviene directamente en el ciclo de Krebs, éste sólo
+
funciona en condiciones aeróbicas porque requiere el aporte continuo de NAD y FAD.
En la mitocondria, éstos aceptores de electrones sólo se regeneran cuando el NADH y
el FADH2 transfieren sus electrones al oxígeno a través de la cadena respiratoria
mitocondrial.
El ciclo de Krebs se considera el centro del metabolismo aeróbico. Es la ruta final
común para la oxidación de los glúcidos, los ácidos grasos y los aminoácidos. El acetil-
CoA que se incorpora al ciclo procede principalmente de dos fuentes: la degradación
de los ácidos grasos y de los glúcidos. La degradación de los aminoácidos puede dar

5. lugar a acetil-CoA o a intermediarios del ciclo de Krebs, tales como oxalacetato,
succinil-CoA y α-cetoglutarato.
El ciclo de Krebs también funciona anabólicamente proporcionando intermediarios
para la biosínteis de diversas sustancias. Por tanto, el ciclo de Krebs es anfibólico ,
ya que funciona tanto catabólica como anabólicamente.
Por tanto, la oxidación completa de la glucosa a CO2 y H2O mediante la glicolisis, el
ciclo de Krebs y la cadena respiratoria produce 38ATP. La mayor parte del ATP se
genera por fosforilación oxidativa.
La reacción global es:
Glucosa + 6 O 2 → 6 CO 2 + 6 H 2 O + 38 ATP
Así pues, el metabolismo aeróbico de la glucosa produce mucha más energía que la
transformación de glucosa en lactato. En este último caso, el lactato formado contiene
todavía una gran parte de la energía de la glucosa. Sin embargo, en condiciones
aeróbicas, la glucosa se degrada por completo a CO2 y H2O, liberando así mucha más
energía de la molécula de glucosa.
No obstante, la transformación de glucosa en lactato es el principal mecanismo de
producción de ATP en condiciones anaeróbicas y en las células que no tienen o tienen
pocas mitocondrias, tales como los glóbulos rojos, los leucocitos, algunos tipos de
fibras musculares, etc.

6. TRANSPORTE DE ELECTRONES Y FOSFORILACIÓN OXIDATIVA .
Los electrones procedentes de una molécula de glucosa durante la glucólisis, la
formación de acetilCoA y ciclo del ácido cítrico, se transfirieron (como parte de átomos
+
de hidrógeno) a los aceptores primarios de hidrógeno NAD y FAD, con la formación
de NADH y FADH2.
Tales compuestos reducidos entran en este punto en la cadena de transporte de
electrones, donde los electrones de alto contenido de energía de sus átomos de
hidrógeno se transfieren de una molécula aceptora a otra.
Al ocurrir esta transferencia de electrones en una serie de reacciones redox
exergónicas, parte de su energía se utiliza para impulsar la síntesis de ATP ( un
proceso endergónico).
Como esta síntesis ( por fosforilación de ADP) está acoplada a las reacciones redoxx
en la cadena de transporte de electrones, todo el proceso se conoce como
fosforilación oxidativa.
La cadena de transporte de electrones que da lugar a la fosforilación oxidativa está
presente en muchas copias idénticas en la membrana mitocondrial interna. También
se le conoce como cadena respiratoria.
La mayoría de las proteínas de membrana que participan en la cadena mitocondrial
de transporte de electrones está agrupada en tres grandes complejos enzimáticos
respiratorios, cada uno de los cuales contiene múltiples proteínas. Cada complejo
dispone de proteínas transmembranales que anclan con firmeza todo el complejo
proteico en la membrana mitocondrial interna.

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Los tres complejos enzimáticos respiratorios son: I Complejo NADH
deshidrogenasa. II Complejo citocromo b-c 1 .III Complejo citocromo-
oxidasa.
Cada uno contiene iones metálicos y otros grupos químicos que forman una vía para
el paso de electrones a través del complejo. Los complejos respiratorios son los sitios
en los que se bombean protones a través de la membrana a medida que los
electrones son transferidos entre ellos.
El transporte de electrones comienza con la cesión de 2e- por el NADH o del FADH2,(
éste realiza la cesión después del complejo I a nivel de la ubiquinona), esta reacción
es catalizada por el primero de los complejos enzimáticos respiratorios, la NADH
deshidrogenasa, que acepta los electrones. Estos pasan después a lo largo de la
cadena por cada uno de los otros complejos enzimáticos utilizando los transportadores
móviles de electrones.
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Entre los complejos enzimáticos respiratorios aparecen Q, ubiquinona una molécula hidrofóbica
integrada en la membrana mitocondrial interna, es el único transportador que no forma parte de ninguna
proteína. Capta electrones del complejo I y los cede al complejo II. C, citocromo c, es una pequeña
proteína que hace de enlace en el transporte de electrones entre el complejo II y el III.

8. La transferencia de electrones a lo largo de la cadena es energéticamente favorable:
comienzan con un nivel elevado de energía y la van perdiendo en cada etapa del
proceso, para entrar por fin en la citocromo oxidasa donde se combinan con una
molécula de O2 y forman agua.
Este es el paso de la respiración celular en el que se necesita oxígeno y en el que se
consume casi todo el oxígeno que respiramos.
Los electrones fluirán espontáneamente desde moléculas que tienen una afinidad
relativamente baja por sus electrones disponibles, y que por lo tanto los pierden
3
fácilmente, hacia otras moléculas con mayor afinidad electrónica .
En ausencia de cualquier mecanismo para aprovechar la energía liberada por la
transferencia de electrones, ésta se pierde simplemente en forma de calor. Pero la
célula utiliza gran parte de la energía de la transferencia de electrones haciendo que
ésta tenga lugar dentro de proteínas que pueden bombear protones (H+).
Cada uno de los complejos enzimáticos respiratorios acopla la energía liberada por la
transferencia de electrones a través de ellos con la captación de protones del
agua
+ -
(H2O H + OH ) de la matriz mitocondrial, acompañada de la liberación
de protones del otro lado de la membrana dentro del espacio intermembrana .
3
Los componentes de la cadena de transporte de electrones se disponen atendiendo a su
potencial redox (reducción-oxidación), es una medida de la afinidad de un transportador de
electrones por los electrones.
Los compuestos con un potencial redox más negativo tienen menor afinidad por los electrones
y tienen una gran tendencia a donarlos, mientras que los compuestos con potencial redox más
positivo tienen mayor afinidad por los electrones y su tendencia es a aceptarlos.

9. Teoría quimiosmótica.- Como resultado, el flujo de electrones energéticamente
favorable a lo largo de la cadena de transporte de electrones bombea protones a
través de la membrana hacia fuera de la matriz y se genera un gradiente de protones
electroquímico a través de la membrana mitocondrial interna.
El bombeo activo de protones tiene por lo tanto dos consecuencias importantes:
a) Genera un gradiente de concentración de protones , es decir, un
gradiente de pH, a través de la membrana mitocondrial interna, y el pH es casi
una unidad más elevado dentro de la matriz (pH alrededor de 8) que en el
espacio intermembrana, donde tiene un valor cercano a 7.
b) Genera un potencial de membrana a través de la membrana mitocondrial
interna, en la que el interior ( del lado de la matriz) es negativo y el exterior es
positivo, como resultado de un flujo neto de protones, hacia fuera.
Como los protones tienen carga positiva, se desplazan con mayor facilidad a través de
una membrana si ésta tienen un exceso de cargas eléctricas negativas del otro lado.
En el caso de la membrana mitoocondrial interna, el gradiente de pH y el
potencial de membrana actúan en conjunto para generar un gradiente
electroquímico de protones elevado que hace energéticamente muy favorable
que los protones refluyan dentro de la matriz mitocondrial.

10. Síntesis de ATP.- El gradiente electroquímico de protones a través de la membrana
mitocondrial interna se utiliza para impulsar la síntesis de ATP mediante el proceso de
fosforilación oxidativa.
El mecanismo que hace esto posible es una gran enzima unida a la membrana
denominada ATP sintasa. Esta enzima genera una vía hidrofílica a través de la
membrana mitocondrial interna que permite a los protones fluir a favor de su gradiente
electroquímico. Como esos iones encuentran su camino mediante la ATP sintasa,
son utilizados para impulsar la reacción energéticamente desfavorable entre el ADP y
Pi que produce el ATP.
La ATP sintasa tiene un origen antiguo: la misma enzima se encuentra en las
mitocondrias de las células animales, en los cloroplastos de las plantas y las algas, y
en las membranas plasmáticas de las bacterias.
La estructura de la ATP sintasa corresponde a una proteína de gran tamaño,
formada por subunidades múltiples.
Una porción enzimática grande en forma de cabezuela, se proyecta hacia la cara de la
matriz de la membrana mitocondrial interna y se adhiere por medio de una membrana
de protones. Como los protones pasan a través de un estrecho canal del transportador
transmembrana, su desplazamiento hace que el tallo gire rápidamente dentro de la
cabeza y la induzca a forma ATP.
La sintasa actúa como un motor molecular que genera energía, ya que convierte la
energía del flujo protónico a favor de un gradiente en la energía mecánica de dos
grupos de proteínas que chocan entre sí: las proteínas del tallo giratorio impelen a las
proteínas estacionarias de la cabeza. Los cambios en la conformación proteica
inducidos por el tallo giratorio convierten luego esta energía mecánica en la energía
química de enlace para producir ATP. Este mecanismo es capaz de generar más de
100 moléculas de ATP por segundo y es necesario que pasen aproximadamente tres
protones a través de la sintasa para cada molécula de ATP.