Este documento presenta un resumen de los principales procesos metabólicos que tienen lugar en las células, incluyendo la glucolisis, el ciclo de Krebs, la cadena de transporte de electrones y la fosforilación oxidativa. También describe brevemente la fermentación, el metabolismo en general, el papel del ATP como transportador de energía, y los transportadores de electrones como el NADH. El objetivo general del documento es proporcionar una visión de alto nivel de los procesos fundamentales del metabolismo celular.

1. Antonio Campo Buetas
Biología 2º Bachillerato

2. ÍNDICE
• Esquema general y finalidad del metabolismo
• Glucolisis: localización e interpretación global del proceso.
(Reconocer la vía metabólica en un esquema, aunque no tengan que aprender
las reacciones y moléculas concretas)
• El ciclo de Krebs: localización e interpretación global del
proceso. (Reconocer la vía metabólica en un esquema, aunque no tengan que
aprender las reacciones y moléculas concretas)
• Cadena respiratoria y fosforilación oxidativa: localización e
interpretación global del proceso. (Reconocer el proceso en un
esquema). Fosforilación oxidativa: idea general de funcionamiento
de ATPasa (la diferencia de concentración de protones impulsa la síntesis de
ATP).
• La fermentación. Fermentación alcohólica y láctica. Sus
aplicaciones industriales
• Rendimiento global energético de la respiración y fermentación
(solo comparación).

3. ESQUEMA GENERAL Y FINALIDAD DEL METABOLISMO
• Las células vivas son estructuras muy ordenadas que, aparentemente, no cumplen la segunda ley de la
termodinámica, según la cual, todos los procesos tienden hacia un estado de máximo desorden. Pero las
células no se pueden considerar aisladamente, ya que son sistemas abiertos que intercambian materia y
energía con el exterior. Así, al valorar conjuntamente las células y su entorno, si se cumple aquella ley: las
células al desprender calor, crean y aumentan su orden interior a expensas de su entorno, al que hacen, cada
vez, más desordenado.
• La primera ley de la termodinámica establece que la energía ni se crea ni se destruye. Si es así, ¿cómo se
compensa la continua pérdida de calor que experimenta? Mediante un aporte energético constante, cuya
última fuente es el sol.
• En los organismos fotosintetizadores, la energía solar permite la formación de moléculas orgánicas. Los
animales obtienen su energía oxidando estas moléculas orgánicas.
• Las células transforman la energía, que toman del entorno, en la energía química que utilizan para realizar
trabajo químico (biosíntesis), transporte, y trabajo mecánico como la locomoción y contracción.

4. METABOLISMO
=
CATABOLISMO
+
ANABOLISMO
EL METABOLISMO
Es el conjunto de reacciones
de reacciones bioquímicas
que tienen lugar en los seres
vivos.
Estas reacciones las
podemos agrupar en dos
grandes grupos:
• Reacciones catabólicas
de degradación.
• Reacciones anabólicas
de síntesis.

5. EL CATABOLISMO
• Comprende el conjunto de reacciones de
degradación de moléculas complejas a
otras más sencillas. Se trata de
reacciones de oxidación que liberan
energía y poder reductor. Parte de esa
energía se conserva en el enlace fosfato del
ATP.
• El catabolismo sucede en tres fases:
• En la fase I las grandes macromoléculas
se degradan a sus monómeros (sucede
fuera de la célula: digestión).
• En la fase II, los distintos monómeros
son transformados en el grupo acetilo
del acetil-CoA, con desprendimiento de
cierta cantidad de ATP y NADH.
• En la fase III tiene lugar la oxidación del
grupo acetilo a H2O y CO2,
produciéndose gran cantidad de NADH,
que proporciona mucho ATP a través de
la cadena de transporte de electrones.

6. EL ANABOLISMO
• Comprende el conjunto de reacciones de síntesis de moléculas
complejas a partir de moléculas más sencillas. Se trata de reacciones de
reducción que requieren energía y poder reductor. Los procesos de
síntesis necesitan un aporte energético que es proporcionado por la energía
del enlace fosfato del ATP.
• El anabolismo también sucede en tres fases.
• Comienza en la fase III por los pequeños compuestos originados en la
tercera fase del catabolismo.
• En la fase II se forman los monómeros
• En la fase I los monómeros se unirán para originar los distintos
polímeros.
• El catabolismo y el anabolismo suceden simultáneamente y son
interdependientes, pero las etapas que originan la degradación de un
producto y su síntesis no suelen ser idénticas, a causa de diferentes razones:
• Algunas reacciones catabólicas son irreversibles, porque en sentido
contrario (anabólico) resultan energéticamente imposibles.
• Las rutas catabólicas y anabólicas pueden estar localizadas en
distintos orgánulos celulares. Esto permite que sucedan
independientemente y de modo simultáneo.
• La regulación de las rutas catabólicas y anabólicas puede ser diferente.
• Sin embargo, la fase III es una ruta anfibólica que desempeña una doble
función: catabólica, para degradar totalmente las moléculas producidas en la
fase II del catabolismo, y anabólica, con el fin de producir precursores para la
fase II del anabolismo.

8. REACCIONES DE ÓXIDO-REDUCCIÓN EN LAS CÉLULAS
Las células obtienen energía mediante la oxidación de moléculas orgánicas. Debido a la gran cantidad de oxigeno contenido
en la atmósfera, las formas más estables del carbono y del hidrógeno son, respectivamente, el CO2 y el H2O. Por ello, una
célula puede conseguir energía de las moléculas orgánicas permitiendo que sus átomos de carbono e hidrógeno se combinen
con el oxígeno, produciendo CO2 y H2O.
La célula oxida las moléculas a través de un gran número de reacciones que sólo raras veces implican la adición directa de
oxígeno. La oxidación hace referencia a la pérdida de electrones, no sólo a la adición de átomos de oxígeno, y la
reducción implica la ganancia de electrones.
En las células, los átomos de carbono y de hidrógeno de las moléculas orgánicas, que se encuentran en un estado rico en
electrones (es decir, reducido), se convierten en CO2 y H2O que han cedido electrones y, por tanto, están muy oxidados. Esta
es su forma más estable y, por ello, la transformación es energéticamente favorable.
La deshidrogenación es equivalente a la oxidación, cuando se transfieren electrones mediante intercambio de hidrógenos.
Por el contrario, la hidrogenación es equivalente a la reducción, como ocurre en la reducción del carbono inorgánico (CO2)
a carbono de moléculas orgánicas (glucosa, C6H12O6).
Reacciones de oxidación de moléculas orgánicas

9. EL TRASIEGO DE ENERGÍA EN EL METABOLISMO
En conjunto se libera mayor cantidad de energía en las reacciones
exergónicas, que la que se utiliza en las reacciones endergónicas. El
proceso global del metabolismo es energéticamente favorable, y la
energía extra se libera como calor.
Las células obtienen energía útil de la degradación de compuestos
orgánicos porque la realizan de una forma compleja y controlada, a
través de secuencias de reacciones catalizadas por enzimas. Las
reacciones de síntesis (anabólicas) están estrechamente acopladas a las
reacciones de degradación (catabólicas) que proporcionan la energía.
Las enzimas acoplan la combustión de los alimentos a reacciones que
generan ATP y evitan, así, que toda la energía liberada se desprenda
como calor. El ATP actúa como dador de energía, impulsando muchas
reacciones químicas diferentes necesarias para las células.
Las células utilizan constantemente la energía liberada en las reacciones
exergónicas del catabolismo para producir las reacciones endergónicas
del anabolismo.
El transporte de esta energía se puede llevar a cabo en forma de: ATP,
que transporta grupos fosfato, en forma de coenzimas transportadoras
de electrones, en ambos casos moléculas ricas en energía, y, a veces
transitoriamente, en forma de gradientes iónicos transmembrana.

10. EL ADENOSÍN TRIFOSFATO (ATP)
El ATP es la molécula transportadora de energía química más
abundante de las células. Las enzimas acoplan las reacciones
exergónicas a la producción de ATP. Así, el adenosín difosfato (ADP)
puede aceptar un grupo fosfato en las reacciones acopladas
productoras de energía del metabolismo y formar ATP. Éste puede
ceder su grupo fosfato terminal en otras reacciones acopladas que
requieren energía. ADP + Pi ATP + Energía
En el ATP, los dos grupos fosfato terminales están unidos al resto de
la molécula por enlaces tipo anhidro denominados enlaces de alta
energía, mientras que el enlace entre el fosfato y la ribosa es un
enlace éster. La hidrólisis del ATP, en la que se libera fosfato
inorgánico (Pi) sucede con mucha facilidad y la gran cantidad de
energía liberada se debe, fundamentalmente, a la elevada estabilidad
del fosfato en su forma libre (Pi) y a la desaparición de la repulsión de
cargas desfavorables entre dos fosfatos adyacentes de una molécula
de ATP. La energía liberada en la hidrólisis del ATP puede impulsar
otras reacciones, siempre que se acoplen a este proceso.
En la hidrólisis del ATP, el fosfato terminal se separa, produciendo,
según las condiciones intracelulares, entre 11 y 13 Kcal/mol de
energía utilizable.
El ATP interviene en todas las reacciones de transferencia de fosfato
en la célula y, por tanto, en la mayor parte de las transformaciones
energéticas.

11. EL ADENOSÍN TRIFOSFATO (ATP)
La energía liberada en la hidrólisis del ATP puede
impulsar otras reacciones, siempre que se acoplen
a este proceso.
En la hidrólisis del ATP, el fosfato terminal se
separa, produciendo, según las condiciones
intracelulares, entre 11 y 13 Kcal/mol de energía
utilizable.
El ATP interviene en todas las reacciones de
transferencia de fosfato en la célula y, por tanto, en
la mayor parte de las transformaciones energéticas.
El sistema ATP-ADP es el transportador de los
grupos fosfato desde los compuestos fosforilados
de alto nivel energético, producidos durante el
catabolismo, hasta los receptores de fosfato de bajo
nivel energético, producidos durante el catabolismo,
hasta los receptores de fosfato de bajo nivel
energético, que así resultan enriquecidos.
Otros nucleótidos 5´-trifosfatos, tales como el GTP,
UTP, CTP, etc., participan también como
transportadores de grupos fosfato, ricos en energía,
a los que canalizan hacia rutas biosintéticas
específicas por la acción de la enzima nucleósido-
difosfoquinasa.

12. LOS TRANSPORTADORES DE ELECTRONES
En ciertas reacciones exergónicas, como algunas del metabolismo
de la glucosa o de la fotosíntesis, la energía es transportada
mediante electrones. Los electrones energéticos (a veces, forman
parte de un átomo de hidrógeno) pueden ser capturados por
transportadores de electrones que, a su vez, pueden donarlos juntos
con su energía a otras moléculas.
La energía química de las reacciones exergónicas se puede utilizar
para formar el enlace de alta energía que se establece entre el H y
el anillo de nicotinamida del NAD+, originando el NADH. Este enlace
de alta energía proporciona la energía que se precisa para
reacciones enzimáticas desfavorables, transfiriendo el hidrógeno y el
electrón a otra molécula. Por ello se dice que el NADH y el NADPH
son transportadores de poder reductor. Los transportadores de
electrones más frecuentes son los siguientes:
• El Nicotinaminadenin-dinucleótido (NADH)
• El Nicotinaminadenin-dinucleótido fosfato (NADPH)
• El Flavinadenin-dinucleótido (FADH2)

13. NADH / NAD+ (Nicotinaminadenin-dinucleótido)
La energía química de las reacciones exergónicas se puede utilizar para formar el enlace de alta energía que se establece
entre el H y el anillo de nicotinamida del NAD+, originando el NADH. Este enlace de alta energía proporciona la energía que se
precisa para reacciones enzimáticas desfavorables, transfiriendo el hidrógeno y el electrón a otra molécula. Por ello se dice
que el NADH y el NADPH son transportadores de poder reductor

14. EL CATABOLISMO
Es el conjunto de reacciones de degradación
de moléculas orgánicas complejas. Tiene
lugar en todos los organismos y su finalidad
es proporcionar energía, poder reductor y
precursores metabólicos.
• Energía utilizable por la célula. El
catabolismo es un proceso de
degradación oxidativa de moléculas
orgánicas, cuya finalidad primaria es la
obtención de la energía contenida en los
enlaces fosfato de alta energía presentes
en la molécula del ATP.
• Poder reductor para ser empleado en
procesos anabólicos. El NADH, FADH2 y
NADPH son moléculas con poder
reductor, derivadas de nucleótidos. Estos
compuestos se forman en las rutas
catabólicas o en la fase luminosa de la
fotosíntesis.
• Precursores metabólicos. Son
moléculas sencillas a partir de las cuales
la célula realiza la biosíntesis de sus
componentes.

15. OXIDACIÓN DE LOS COMPUESTOS
BIOLÓGICOS
La oxidación de los compuestos biológicos se
puede realizar de dos formas distintas:
• Mediante la fermentación. Consiste en
una oxidación incompleta de los
compuestos orgánicos en la que el aceptor
final de electrones es otro compuesto
orgánico. El ATP se forma por
fosforilación a nivel de sustrato. Tiene
lugar en el citoplasma.
Compuesto-P* + ADPCompuesto + ATP
• Mediante la respiración celular. Proceso
de oxidación completa de compuestos
orgánicos en el que el aceptor final de
electrones es un compuesto inorgánico. Si
es el oxígeno molecular se llama
respiración aerobia, y si es cualquier otro,
respiración anaerobia. El ATP se forma
por fosforilación asociada a un gradiente
quimiosmótico, en un proceso conocido
como fosforilación oxidativa. Tiene lugar
en las mitocondrias.

16. CATABOLISMO DE GLÚCIDOS
Los procesos clave del catabolismo de los glúcidos son
los siguientes:
• Glucólisis. Es una ruta metabólica en la que, a
partir de glucosa y sin que se requiera oxígeno, se
forman piruvato y ATP, aunque esta última molécula
con bajo rendimiento. Tiene lugar en el citoplasma
celular.
• Respiración celular. Es un proceso que tiene lugar
tras la glucólisis. En él se produce una oxidación
completa de los átomos de carbono mediante el
ciclo de Krebs. Los electrones procedentes de estas
oxidaciones son transferidos a las cadenas de
transporte electrónico. La síntesis de ATP se
produce mediante las ATPasas en la membrana
mitocondrial interna.
• Fermentación. Este proceso, que ocurre también
después de la glucólisis, tiene una fase de
reducción para regenerar el NAD+. Esta fase origina
varios productos finales según el tipo de
fermentación. Se trata, por tanto, de una oxidación
incompleta que tiene lugar en el citoplasma celular.

17. LA GLUCÓLISIS.
• El conjunto de reacciones que constituyen la glucólisis es, probablemente una de
las rutas metabólicas más antiguas, ya que, según se cree, pudo darse
perfectamente en un ambiente anaerobio, como la atmósfera primitiva, y servir
como sistema biológico de obtención de energía celular a partir de la glucosa.
• Por otra parte, es una ruta prácticamente universal, pues la realizan casi todos
los seres vivos, lo cual apoya la hipótesis de su antigüedad.
• La glucosa se transforma en dos moléculas de ácido pirúvico (piruvato)
• Además, la síntesis de ATP tiene lugar exclusivamente mediante fosforilación a
nivel de sustrato.
CLAVES DE LA GLUCÓLISIS
• Tiene lugar en el citoplasma.
• Produce ATP por fosforilación a nivel de
sustrato.
• Su eficacia energética es baja (2 ATP por
molécula de glucosa).
• Genera poder reductor 2 NADH
• Suministra a la célula precursores metabólicos.
• No requiere la presencia de oxígeno.
• Al parecer es una ruta metabólica muy antigua.
RENDIMIENTO ENERGÉTICO DE LA GLUCÓLISIS
La eficacia de la glucólisis como ruta energética
es muy baja, puesto que únicamente tiene un
rendimiento neto de:
• 2 moléculas de ATP por molécula de
glucosa.
• 2 moléculas de NADH. Estas originarán
más ATP, en el caso de que se siga
posteriormente un proceso de
respiración.

18. LA GLUCÓLISIS.
La glucólisis produce dos moléculas de
piruvato por cada molécula de glucosa de
partida. Este proceso se realiza en tres
etapas:
1. Etapa de fosforilación que requiere
aporte energético. Consiste en la conversión
de la molécula de glucosa en dos moléculas
de gliceraldehido-3-fosfato con tres átomos de
carbono cada una. Para que la escisión del
esqueleto carbonado pueda producirse, es
preciso activar la molécula de glucosa
mediante fosforilaciones. Para ello, es
necesaria la hidrólisis de moléculas de ATP de
la reserva celular. La molécula de glucosa se
une a un grupo fosfato, procedente de una
molécula de ATP. Tras sufrir una isomerización
a fructosa-6-fosfato, vuelve a reaccionar con
ATP, con lo que consigue la activación
necesaria al incorporar un segundo grupo
fosfato y se forma fructosa-1,6-difosfato. Estas
dos fosforilaciones de la molécula de hexosa
proporcionan la energía necesaria para el
desarrollo de las etapas siguientes.

19. LA GLUCÓLISIS.
La glucólisis produce dos moléculas de
piruvato por cada molécula de glucosa de
partida. Este proceso se realiza en tres etapas:
2. Etapa de oxidación que rinde energía y
poder reductor. En esta etapa tiene lugar la
oxidación del grupo aldehído a un grupo
carboxilo. El gliceraldehido-3-fosfato se oxida
hasta 1,3-difosfoglicerato. Esta etapa requiere
la incorporación de fosfato inorgánico en una
reacción catalizada por la gliceraldehido-3-
fosfato-deshidrógenasa, una enzima del grupo
de las deshidrogenasas, que emplean NAD+
como coenzima. La energía liberada en esta
oxidación se almacena en el enlace fosfato rico
en energía de la molécula de 1,3-
difosfoglicerato. Además, se obtiene poder
reductor en forma de NADH. En la última
reacción de esta etapa se produce la primera
síntesis de ATP: el grupo fosfato de la molécula
de 1,3-difosfoglicerato que está unido por el
enlace de alta energía se transfiere al ADP
mediante una fosforilación a nivel de sustrato
para sintetizar ATP y dar 3-fosfoglicerato.

20. LA GLUCÓLISIS.
La glucólisis produce dos moléculas
de piruvato por cada molécula de
glucosa de partida. Este proceso se
realiza en tres etapas:
3. Etapa en la que se restituye a
la célula el ATP consumido en la
primera fase. El 3-fosfoglicerato se
transforma en piruvato y se libera
un grupo fosfato de cada una de las
moléculas. Los dos fosfatos se
emplean para producirse dos
moléculas de ATP mediante
fosforilaciones a nivel de sustrato.
De esta forma, la energía
almacenada en estos enlaces
fosfato y utilizada inicialmente para
activar las hexosas, se devuelve a
la reserva energética de la célula.

24. ESTRUCTURA DE LAS MITOCONDRIAS
• Membrana mitocondrial externa. Contiene un reducido
número de proteínas con actividad enzimática y porinas
(proteínas intermembranales que permiten el paso de
moléculas pequeñas) en abundancia.
• Espacio intermembrana. Se localiza entre ambas
membranas mitocondriales y está ocupado por una matriz
de composición semejante a la del citosol.
• Membrana mitocondrial interna. Posee la estructura
trilaminar típica del resto de las membranas celulares y
presenta invaginaciones o crestas mitocondriales que se
introducen en la matriz. Las crestas pueden ser aplanadas
(vesiculares) o tubulares y, por lo general, se disponen
perpendicularmente al eje mayor de la mitocondria. En
cuanto a su composición, esta membrana carece de
colesterol y es más impermeable a los iones que la
membrana externa. En ella se encuentran las cadenas de
transporte electrónico y enzimas como la ATPasa.
• Matriz mitocondrial. Contiene ADN mitocondrial circular,
ARN y ribosomas 70S como las bacterias. Incluye, además,
diversas enzimas responsables del ciclo de Krebs, y
transportadores de electrones como el NADH.

25. LA RESPIRACIÓN AEROBIA
Los organismos eucariotas y una gran parte de los
procariotas efectúan la respiración aerobia, en la cual
los electrones que se obtienen de la glucosa son
cedidos al oxígeno. Este proceso se realiza mediante
la participación de muchas reacciones encadenadas,
de forma que los electrones de la glucosa se
transfieren a ciertas coenzimas (NAD+, FAD). Estas,
posteriormente, cederán los electrones a unos
transportadores electrónicos. Su destino final es el
oxígeno. Vamos a considerar la respiración como el
conjunto de procesos catabólicos que tienen lugar
después de la glucólisis. Por lo tanto, la respiración
aerobia, es la oxidación total del piruvato. Este se
descarboxila para formar acetil-CoA, compuesto que
en el interior de la mitocondria se incorpora al ciclo
de Krebs para su oxidación total hasta CO2. Las
etapas de la respiración aerobia son las siguientes:
1. Formación del acetil-CoA.
2. Ciclo de Krebs o de los ácidos
tricarboxílicos.
3. Fosforilación oxidativa:
• Transporte electrónico.
• Formación del gradiente quimiosmótico.
• Síntesis de ATP.

26. 1. FORMACIÓN DEL ACETIL-COA
• Para que la molécula de piruvato generada durante la glucólisis
continúe su oxidación incorporándose al llamado ciclo de los ácidos
tricarboxílicos ciclo del ácido cítrico o ciclo de Krebs, debe sufrir
previamente una reacción de descarboxilación oxidativa y
convertirse en un resto acetilo en forma de acetil-CoA.
• Todas las biomoléculas que sirven de combustible a la célula, como
los glúcidos, los ácidos grasos (beta oxidación de los ácidos
grasos) y algunos aminoácidos, tienen que convertir sus esqueletos
carbonados en grupos acetilo, en forma de acetil-CoA, para poder
incorporarse al ciclo de Krebs y ser oxidados hasta CO2 y H2O.
• El piruvato es conducido desde el citoplasma celular hasta el
interior de la mitocondria, uniéndose para ello a transportadores
específicos que le permiten a travesar las dos membranas
mitocondriales. Una vez en el interior de la mitocondria, se produce
la descarboxilación oxidativa, una reacción catalizada por un
complejo multienzimático, la piruvato-deshidrogenasa, que actúa en
dos etapas:
• Pérdida del grupo carboxilo en forma de CO2.
• Oxidación del grupo ceto a grupo carboxilo. La energía
liberada en esta reacción queda atrapada en forma de enlace
de alta energía entre el resto acetilo y la coenzima A, y se
origina acetil-CoA. Esta oxidación proporciona una molécula
de NADH.
coenzima A

27. 2. CICLO DE KREBS
• El ciclo de Krebs, del ácido cítrico o de los ácidos
tricarboxílicos es un conjunto cíclico de reacciones que producen
la oxidación completa del acetil-CoA hasta CO2. Los electrones
cedidos en esta oxidación son captados por las coenzimas NAD+ y
FAD, liberándose las correspondientes moléculas reducidas, NADH
y FADH2.
• El ciclo de Krebs se lleva a cabo en la matriz mitocondrial y
desempeña las siguientes funciones:
• Obtención de poder reductor: NADH y FADH2.
• Obtención de precursores metabólicos.
• Obtención de energía en forma de GTP por fosforilación a
nivel de sustrato.
• El Ciclo de Krebs consta de ocho pasos:
1. Formación de citrato. 2. Formación de isocitrato.
3. Oxidación del isocitrato a α-cetoglutarato y CO2.
4. Oxidación del α-cetoglutarato a succinil-CoA y CO2.
5. Conversión del succinil-CoA en succinato.
6. Oxidación del succinato a fumarato.
7. Hidratación del fumarato a malato.
8. Oxidación del malato a oxalacetato

28. 2. CICLO DE KREBS
• El acetil-CoA se une a una molécula de cuatro carbonos, el
oxalacetato, que se regenera al completarse el ciclo. La energía
necesaria para llevar a cabo esta unión la suministra la hidrólisis
de la molécula de coenzima A que estaba unida al resto acetilo. Se
obtiene el citrato, molécula de seis carbonos.
• Después de la conversión del citrato en su isómero, el isocitrato,
este compuesto experimenta una descarboxilación oxidativa. En
ella se libera un carbono carboxílico en forma de CO2 y se
produce un cetoácido, el α-cetoglutarato. En esta oxidación se
genera también poder reductor en forma de NADH.
• El α-cetoglutarato sufre, asimismo, una descarboxilación oxidativa
semejante a la del piruvato, que da lugar a CO2, NADH y un resto
acilo de cuatro carbonos, que se une a la coenzima A para formar
succinil-CoA. La energía de la oxidación se conserva en el enlace
de alta energía establecido con la CoA.
• La hidrólisis del succinil-CoA libera la energía del enlace, que se transfiere a un nucleótido, el GDP, obteniéndose GTP
(equivalente energéticamente al ATP), mediante una fosforilación a nivel de sustrato. Como productos de esa hidrólisis se
obtienen succinato y CoA.
• La transformación del succinato en fumarato está catalizada por una enzima del tipo deshidrogenasa, que utiliza FAD como
coenzima. Esta reacción consiste en la formación de un doble enlace entre los carbonos centrales. Los átomos de hidrógeno
son captados por la coenzima, que se convierte en FADH2. A continuación, el fumarato se hidrata y se obtiene malato.
• Finalmente, la oxidación del malato por la transformación de un grupo alcohol en un grupo carbonilo rinde más NADH y
regenera el oxalacetato, con lo que el ciclo llega a su fin.

29. EN UNA VUELTA DEL CICLO DE KREBS SE OBTIENE:
• 1 molécula de GTP (convertible en ATP)
• 3 moléculas de NADH y 1 de FADH2. Estas moléculas permiten, posteriormente, la
formación de moléculas de ATP durante el proceso de fosforilación oxidativa.
• 2 moléculas de CO2, que corresponden a los carbonos de una molécula de acetil-CoA
completamente oxidados.

30. EL CICLO DE KREBS
Es el núcleo del metabolismo
intermediario. Algunos compuestos
procedentes de otras rutas catabólicas
se incorporan a este ciclo para su
degradación. Por otra parte, algunas
moléculas del ciclo de Krebs sirven
como punto de partida para las rutas
biosintéticas. Es, por consiguiente, una
ruta anfibólica, lo que significa que
resulta clave tanto en los procesos
catabólicos como en los anabólicos.

31. 3. FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
La fosforilación oxidativa es el mecanismo de
síntesis de ATP en la respiración. Tiene lugar
en la mitocondria, concretamente en la
membrana interna mitocondrial, a nivel de
las partículas elementales F1. La enzima
ATP sintetasa o ATPsintasa o ATPasa
translocadora de protones es la enzima que
cataliza la síntesis de ATP.
La síntesis de ATP se realiza por la unión de
un grupo fosfato al ADP mediante un enlace
de alta energía. Esta reacción de síntesis es
endergónica, es decir, requiere un aporte
energético importante para producirse, el
cual es suministrado por el transporte de los
electrones liberados en las oxidaciones que
han tenido lugar previamente en la cadena
de transporte de electrones o cadena
respiratoria, y la formación de un gradiente
de protones en el espacio intermembrana
de la mitocondria.
I
II
III
IV
FI

32. 3. FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
TRANSPORTE ELECTRÓNICO
En este proceso, los electrones presentes
en las moléculas de NADH y FADH2 son
cedidos a unas moléculas
transportadoras de electrones y pasan
de unas a otras a favor de un gradiente
de potenciales de oxido-reducción hasta
un compuesto aceptor final de electrones,
que en la respiración aerobia es el
oxígeno. Es este descenso a niveles
energéticos más bajos, liberan energía,
que se emplea en establecer un
gradiente quimiosmótico en el espacio
intermembrana.
II

33. 3. FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
TRANSPORTE ELECTRÓNICO
En La cadena transportadora de electrones
que interviene en la respiración mitocondrial
está formada por un conjunto de moléculas,
asociadas a la membrana interna de la
mitocondria, capaces de reducirse y oxidarse,
es decir, de aceptar electrones de una
molécula anterior y cedérselos a la siguiente.
Para que este proceso tenga lugar
espontáneamente, las moléculas
transportadoras deben estar situadas según
un gradiente de potenciales de oxido-
reducción, de manera que, al pasar de una
molécula de la cadena a la siguiente, los
electrones descienden a niveles energéticos
inferiores. Los transportadores de electrones
de la cadena respiratoria están organizados
en cuatro grandes complejos (I, II, III y IV)
que se encuentran insertos en la membrana
mitocondrial interna.
II

34. 3. FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
TRANSPORTE ELECTRÓNICO
• Complejo I. Complejo NADH-deshidrogenasa mitocondrial. Este
complejo enzimático acepta electrones del NADH, al que oxida hasta
NAD+, y los pasa a la ubiquinona, que constituye el siguiente
componente de la cadena.
• Complejo II. Ubiquinona o coenzima Q. Esta molécula liposoluble se
encuentra situada en la zona hidrofóbica de la membrana mitocondrial.
Acepta electrones del complejo NADH-deshidrogenasa y se oxida
cuando los cede al siguiente complejo enzimático de la cadena.
También acepta directamente los electrones que proceden del otro
dador de electrones del ciclo de Krebs, el FADH2, sin pasar por el
complejo I
• Complejo III. Complejo citocromo b-c1. Acepta los electrones cedidos
por la ubiquinona y los cede al siguiente complejo enzimático de la
cadena transportadora.
• Complejo IV. Complejo citocromo-oxidasa. Constituye el último
complejo enzimático de la cadena respiratoria. Este complejo
enzimático transfiere los electrones recibidos del complejo b-c1 al
oxígeno molecular, que se reduce formando agua.
El oxígeno actúa, por consiguiente, como aceptor final de electrones, ya
que, en último término, recoge todos los electrones que se han liberado en
las diferentes etapas de la oxidación de la glucosa y de otras moléculas
donadoras de electrones. El 90% del consumo celular de oxígeno de debe
a este proceso.

35. 3. FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
FORMACIÓN DEL GRADIENTE QUIMIOSMÓTICO
La energía que los electrones van perdiendo al pasar por estas moléculas transportadoras se emplea en bombear protones (H+)
a través de la membrana mitocondrial interna, que se acumulan en el espacio intermembrana de la mitocondria originando un
potencial quimiosmótico (eléctrico) de membrana. De esta forma, entre las dos caras de la membrana mitocondrial interna se
produce una diferencia de concentración de protones y, también, una separación de cargas eléctricas; esta situación de
gradiente electroquímico de protones es un almacenamiento temporal de energía denominada fuerza protón-motriz. Por
cada NADH que transfiere se realiza un bombeo de tres protones (uno en cada complejo I, III y IV), mientras que por cada
FADH2, que cede sus electrones al complejo II sólo se realizan dos bombeos de protones ( III y IV).
ATP
SINTASA

36. 3. FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
SÍNTESIS DE ATP
La fuerza protón-motriz constituye el motor energético de la fosforilación del ADP en la síntesis de ATP. En la membrana
mitocondrial interna se encuentran situadas las enzimas ATPsintasas, ATP sintetasas o ATPasas, proteínas
transmembranales que contienen un canal en su interior, a través del cual los protones pueden volver a entrar en la matriz
mitocondrial. El paso de los protones a favor de gradiente permite que las ATP-sintetasas actúen para formar ATP. De esta
manera, el paso de los protones disipa el gradiente electroquímico, como si la membrana se descargase, y la energía
almacenada en él se acopla a la fosforilación del ADP para formar ATP. Esta síntesis de ATP se conoce como fosforilación
oxidativa.
ATP
SINTASA

37. 3. FOSFORILACIÓN OXIDATIVA
SÍNTESIS DE ATP
La fuerza protón-motriz constituye el motor energético de la fosforilación del ADP en la síntesis de ATP. En la membrana
mitocondrial interna se encuentran situadas las enzimas ATPsintasas, ATP sintetasas o ATPasas, proteínas
transmembranales que contienen un canal en su interior, a través del cual los protones pueden volver a entrar en la matriz
mitocondrial. El paso de los protones a favor de gradiente permite que las ATP-sintetasas actúen para formar ATP. De esta
manera, el paso de los protones disipa el gradiente electroquímico, como si la membrana se descargase, y la energía
almacenada en él se acopla a la fosforilación del ADP para formar ATP. Esta síntesis de ATP se conoce como fosforilación
oxidativa.
ATP
SINTASA
ATPsintetasa

40. RENDIMIENTO ENERGÉTICO DE LA RESPIRACIÓN AEROBIA
La respiración celular aerobia es un proceso extraordinariamente eficiente si lo consideramos desde el punto de vista del
rendimiento energético, ya que por molécula de glucosa se obtienen 36 ATP (18 veces más que la fermentación anaerobia).
En la fosforilación oxidativa, cada par de electrones que son cedidos desde el NADH hasta la molécula de oxígeno proporciona
energía para formar 3 ATP. Cuando los electrones proceden del FADH2, se obtienen 2 ATP.
Solo dos moléculas de ATP y dos de GTP se producen por fosforilación a nivel de sustrato.
Los 32 ATP restantes se originan por fosforilación oxidativa, a partir de las coenzimas reducidas NADH y FADH2.
Los NADH formados fuera de la mitocondria (producidos en la glucólisis) solamente originan dos ATP en lugar de tres. Esto es
debido al gasto de un ATP en el funcionamiento de la lanzadera que los introduce en la mitocondria.

41. LA FERMENTACIÓN
Las primeras células que aparecieron en nuestro
planeta vivieron durante millones de años en una
atmósfera anaerobia y desarrollaron diversas
estrategias para obtener energía en ausencia de
oxígeno. Una de dichas estrategias es la fermentación.
Estas condiciones de anaerobias se dan también en la
actualidad en ciertos hábitats donde viven bacterias
anaerobias, o en situaciones concretas en algunos
organismos superiores cuando no hay un suministro de
oxígeno suficiente para las células. En esas
circunstancias se producen los procesos fermentativos.
El metabolismo fermentativo es un proceso de
oxidación incompleta de los compuestos orgánicos,
ya que no se libera toda la energía química que
contienen y ocurre en el citoplasma. Las reacciones de
oxidación se producen en ausencia de oxígeno. La
síntesis de ATP tiene lugar exclusivamente por
fosforilación a nivel de sustrato, es decir, no
intervienen mecanismos quimiosmóticos.
Los sustratos de fermentación son, generalmente,
glúcidos, en particular, la glucosa. No obstante, las
bacterias responsables de la putrefacción de materia
orgánica son capaces de llevar a cabo una
fermentación tanto de proteínas como de aminoácidos.

42. LA FERMENTACIÓN
• En las fermentaciones tienen lugar varias etapas de
oxidación del sustrato hasta obtener un producto
intermediario. Esta oxidación inicial genera poder reductor,
en forma de NADH, y se produce ATP por fosforilación a
nivel de sustrato.
• Posteriormente, se consume el NADH obtenido,
oxidándose a NAD+, y se reduce el producto intermediario
hasta los productos finales del proceso de la fermentación.
• Las fermentaciones de los glúcidos comienzan con la
glucólisis. Sin embargo, la vía glucolítica se interrumpiría
en poco tiempo, ya que el NAD+ utilizado no se recupera al
no existir cadena respiratoria. La solución es la
regeneración del NAD+ acoplando la oxidación del NADH
a la reducción del piruvato formado en la glucólisis.
Por tanto, tienen lugar dos etapas:
• Etapa de oxidación de la glucosa hasta piruvato. Se
consume NAD+ y se produce NADH.
• Etapa de reducción del piruvato para dar los productos
finales. Se regenera el NAD+.
• La reducción del piruvato da lugar a diversos productos
finales. Si se origina lactato tiene lugar la fermentación
láctica, mientras que si se produce etanol y CO2 se trata
de la fermentación alcohólica.

43. LA FERMENTACIÓN LÁCTICA
• La degradación fermentativa de la glucosa sigue la glucolisis hasta
dar 2 piruvatos, 2 NADH y 2 ATP, obtenidos por fosforilación a
nivel de sustrato. Tiene lugar en el citoplasma de las células.
• La reducción del piruvato implica que este acepta electrones del
NADH, para originar lactato, regenerando el NAD+ en una reacción
catalizada por la enzima lactato-deshidrogenasa.
• Este proceso lo realizan muchas bacterias (bacterias lácticas),
hongos, algunos protozoos y muchos tejidos animales; en efecto, la
fermentación láctica también se verifica en el tejido muscular
cuando, a causa de una intensa actividad motora, no se produce una
aportación adecuada de oxígeno que permita el desarrollo de la
respiración aeróbica. Cuando el ácido láctico se acumula en las
células musculares produce síntomas asociados con la fatiga
muscular.
• Un ejemplo de este tipo de fermentación es la acidificación de la
leche. Ciertas bacterias (Lactobacillus, Streptococcus), al
desarrollarse en la leche utilizan la lactosa (azúcar de leche) como
fuente de energía. La lactosa, al fermentar, produce energía que es
aprovechada por las bacterias y el ácido láctico es eliminado. La
coagulación de la leche (cuajada) resulta de la precipitación de las
proteínas de la leche, y ocurre por el descenso de pH debido a la
presencia de ácido láctico. Este proceso es la base para la obtención
del yogur y del queso y otras leches acidificadas. El ácido láctico,
dado que otorga acidez al medio, tiene excelentes propiedades
conservantes de los alimentos.

44. FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA
• En la fermentación alcohólica, que también tiene lugar en el
citoplasma, se produce la escisión del esqueleto carbonado del
piruvato, originándose CO2 y acetaldehído. Esta molécula se reduce
con el NADH, gracias a la enzima alcohol-deshidrogenasa, y como
producto final se obtiene etanol y se regenera el NAD+. El
rendimiento energético de esta reacción es el mismo que en la
fermentación láctica, 2 ATP.
• La fermentación alcohólica es realizada principalmente por las
levaduras, y entre ellas la más conocida y utilizada es
Saccharomyces cerevisiae. Hay estirpes de esta levadura
seleccionadas para la producción de bebidas alcohólicas, como
vino y cerveza, y otras estirpes que se usan en la fabricación del
pan.
• Saccharomyces cerevisiae sigue un metabolismo fermentativo
cuando está en condiciones anaerobias, pero cuando hay oxígeno
hace una respiración aerobia y, por tanto, no produce alcohol. Este
fenómeno se conoce como efecto Pasteur, y es importante en la
industria de bebidas alcohólicas, pues para que la producción de
alcohol sea correcta las levaduras deben desarrollarse en ausencia
de oxígeno.

45. RENDIMIENTO DE LAS FERMENTACIONES
• El rendimiento energético de las fermentaciones a
partir de glucosa es muy bajo (2 ATP), sobre todo
si se compara con el rendimiento de un
respiración aerobia que actúe sobre el mismo
sustrato (36 ATP).
• Al tratarse de una oxidación incompleta del
sustrato, los productos finales son moléculas
orgánicas que todavía conservan un contenido
energético considerable (lactato o etanol)
• Por otra parte, la obtención de ATP por
fosforilación a nivel de sustrato implica el
consumo previo de ATP en las reacciones iniciales
de activación de las hexosas.

46. RENDIMIENTO DE LAS FERMENTACIONES
• El rendimiento energético de las fermentaciones a
partir de glucosa es muy bajo (2 ATP), sobre todo
si se compara con el rendimiento de un
respiración aerobia que actúe sobre el mismo
sustrato (36 ATP).
• Al tratarse de una oxidación incompleta del
sustrato, los productos finales son moléculas
orgánicas que todavía conservan un contenido
energético considerable (lactato o etanol)
• Por otra parte, la obtención de ATP por
fosforilación a nivel de sustrato implica el
consumo previo de ATP en las reacciones iniciales
de activación de las hexosas.