El documento describe los procesos de respiración celular. Explica que la respiración ocurre en la mitocondria y consta de tres etapas: 1) la conversión de piruvato a acetil-CoA a través de la piruvato deshidrogenasa, 2) el ciclo de Krebs donde el acetil-CoA se oxida completamente, y 3) la cadena de transporte de electrones y fosforilación oxidativa donde se genera ATP. También describe la estructura de doble membrana de la mitocondria y cómo esto permite la generación de

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Tipeoestructura Respiracióncelular
En el proceso respiratorio en primer lugar
nos vamos a encontrar con la presencia de
oxígeno. Y vamos a necesitar cierto
compartimiento celular, y aquí es donde
aparece un organelo que es necesario para
hacer respiración celular que es la
mitocondria. Retomando la materia de
metabolismo de carbohidratos, ahora
tomamos esos carbohidratos y los vamos a
llevar a oxidar completamente. Sin embargo,
hay que hacer énfasis que el proceso de
respiración celular es un fenómeno de una
serie de procesos metabólicos que no son
propios de los carbohidratos, pues ocurren
con carbohidratos o con derivados de
carbohidratos; pero no es una vía exclusiva
de los carbohidratos, es una vía en la cual
participan también los lípidos y compuestos
nitrogenados. La respiración celular es un
fenómeno transversal a los diferentes
metabolitos que puedan existir. De esta
manera, veremos respiración celular
enfocada a carbohidratos. Asumimos que
estábamos metabolizando glucosa. Hemos
partido con glucosa y hemos hecho un
proceso oxidativo, llegando finalmente a
piruvato. Partimos con una molécula y
llegamos a otra molécula de características
orgánicas, que va estar en el proceso de
metabolización.
En el proceso de respiración celular, el
piruvato va a entrar en la mitocondria,
debido a que hay un proceso de transporte, y
vamos a incorporar ese piruvato mediante la
formación de otras moléculas, algo que va a
hacer el ciclo de krebs. Si venimos de glucosa
la primera etapa que encontramos es el paso
de Piruvato a Acetil CoA. Posteriormente
tenemos el ciclo de krebs, y finalmente la
cadena transportadora de electronesy
fosforilzación oxidativa. De modo que
identificamos claramente 3 etapas. Hay
ciertos componente y lugares donde van a
ocurrir estas reacciones. La fase 1 que es el
paso de piruvato a Acetil CoA, ocurre en la
matriz mitocondrial, y es lo que conocemos
como descarboxilación del piruvato. El ciclo
de krebs es un proceso que ocurre al interior
de la matriz mitocondrial; y finalmente
tenemos cadena transportadora de
electrones y fosforilación oxidativa que
ocurre asociado a membrana interna de la
mitocondria.
La mitocondria es un organelo que tiene
doble membrana, tiene invaginaciones y
crestas, un espacio extramitocondrial, un
espacio intermembrana, y dos membranas
que tienen permeabilidad distinta. La
membrana externa es una membrana
permeable, y la membrana interna es
prácticamente impermeable, que sólo deja
pasar oxígeno y CO2. Donde compuestos
iónicos o moléculas más grandes no pasan.
Pero debido a que esta membrana es
impermeable se produce un gradiente de
protones. Cundo se produce el flujo de
protones desde la matriz hacia el espacio
intermembrana, estos no pueden volver por
cualquier lado, no pueden volver a través de
la membrana; y para volver van a tener que
hacerlo a través de una atp sintetasa, que es
una estructura que permite la síntesis de atp.
Vamos a encontrar después en metabolismo
de nitrogenados, que adentro se libera
amonio, pero al ser la membrana
impermeable no lo deja pasar, y esto es
bueno porque el amonio es un compuesto
altamente tóxico.
Cuando hablamos de glucólisis y
fermentación obteníamos 2 atp de ganancia,
que no es mucho. Cuando tengo la
mitocondria, esta aumenta la cantidad de
energía de producción y así a partir nosotros
a partir de una glucosa podemos llegar a
obtener 32 atp, que desde el punto de vista
de obtención de energía, es mucho más
rentable que el proceso de fermentación. Sin
embargo también es importante. Por
ejemplo es el caso de las células que no
tienen mitocondrias, como los glóbulos rojos,
que pueden pasar por procesos de hipoxia, y

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tener una disminución considerable de
oxígeno, y en esas condiciones tenemos
mecanismos alternativos que permiten
continuar generando atp para mantener el
función celular, por eso es importante la
fermentación. Sin embargo, a más largo
plazo la respiración pasa a ser importante.
Para una corrida rápida se hace
principalmente en procesos anaeróbicos,
pero si sigo corriendo es un proceso
aeróbico, acompañado de procesos de
fermentación.
Primera reacción: Corresponde al paso de
piruvato a Acetil CoA que es propio del
metabolismo de carbohidratos. Es una
reacción que parte con piruvato que tiene 3
carbonos, y termina con Acetil CoA que
transporta estos carbonos, mediada por un
complejo enzimático llamado Piruvato
deshidrogenasa, que es un complejo
bastante grande. Y además es una enzima
que requiere una serie de coenzimas
(coenzima moléculas orgánicas involucradas
en el funcionamiento de una enzima,
mientras que los cofactores son moléculas
inorgánicas o iones), derivadas de vitaminas.
¿Cómo una coenzima puede participar en el
funcionamiento enzimático? ¿Cómo una
enzima logra bajar la energía de activación? -
Midiendo la reacción en un montón de
pequeñas fases, las coenzimas tienen el rol
importante de estabilizar estados de
transición, y estabilización de intermediarios,
y esa serie de estados hacen posible que
pasemos de sustrato a producto. Analicemos
el Acetil CoA. Es una molécula que nosotros
vamos a obtener en diferentes etapas y
proveniente de diferentes procesos. Se
obtiene a partir de glucosa, y también de
oxidación de ácidos grasos y de ciertos
aminoácidos. Es un metabolito encrucijado
que lo podemos adquirir a partir de
diferentes vías, y todos los procesos son
perfectamente compatibles en las diferentes
vías de ahí hacia abajo. Por lo que podemos
decir que las rutas catabólicas son rutas
convergentes. El Acetil CoA está formado
por una coenzima A que tiene una
estructura formada por un ácido
pantoténico, adenosin difosfato y
cisteamina. Pero lo que estamos formando
acá se llama Acetil CoA, es decir, es una
coenzima A a la cual se le adhiere un grupo
acetilo, que tiene 2 carbonos CH3COO- . Los
grupos sulfhídrilos de la coenzima, pueden
ser reducidos u oxidados. La cisteína en ese
grupo que está reducida, se puede oxidar, lo
que ocurre es que esos 2 C que vienen del
piruvato, van a quedar capturados en esta
estructura Acetil CoA, y va a ser posible que
se puedan trasladar a esta estructura. La
descarboxilación del piruvato consta de un
complejo enzimático de 3 subunidades, E1,
E2 y E3. y corresponde a propiedades
catalíticas distintas. La primera subunidad se
llama Piruvato deshidrogenasa, aquí el
piruvato que ingresa interactúa con la
coenzima que es la TTP (tiamina triofosfato)
se libera CO2, y este piruvato queda pegado a
esta TTP. En el segundo proceso fíjense que
hay una Transacetilasa que toma esta
estructura y la traslada a unos residuos que
tienen grupos sulfhidrilos que se pegan, es
en esta etapa que ingresa la Coenzima A en
estado reducido y el grupo se trasfiere de un
extremo a otro generando Acetil CoA, como
aquí hay un proceso de oxido-reducción hay
electrones que quedan libres y que van a
permitir formar NADH, este complejo
enzimático toma el piruvato, libera CO2, y
obtenemos Acetil CoA y NADH (trasportador
de electrones). Aquí se generan 8 NADH ,
esta reacción ocurre dentro de la matriz
mitocondrial. Cuando se produce una fallaen
la alimentación y no se consume vitamina b1
se puede producir una enfermedad que se
llama,beri beri.
Enzima: Complejo Piruvato deshidrogenasa
(3 enzimas) Sustrato: Piruvato Producto:
Acetil Coenzima A Cofactor: Ninguno
Coenzimas: TPP, CoASH, acid lipoico, FAD
and NAD+ Tipo de Reacción: Poco reversible
Particularidades: NADH y succinil-CoA son
inhibidoresalostéricos

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Entonces el piruvato que tiene 3 carbonos,
pierde un carbono al liberar CO2 y se
transforma a Acetil CoA el que se dirige al
ciclo de krebs, y este es el que aporta los dos
primeros carbonos que se van a unir al
oxalacetatoparaproducircitrato.
Ciclode krebs
Es cíclico y vamos a continuar el proceso
oxidativo. El Acetil CoA, va a empezar el ciclo
de krebs, mediante una condensación unión
de 2 carbonos con oxalacetato y forman
citrato, que va a obtener cantidades
importantes de electrones. Llegamos al final
del ciclo de krebs, y de una glucosa que
resultaba con 2 atp en la glucolisis, por cada
vuelta en el ciclo de krebs obtiene 2 atp, y 2
gtp, y aquí lo que se hace es recolectar
electrones.Entotal son8 reacciones.
Primera reacción: Es un proceso cíclico, que
va a comenzar con la incorporación de 2
carbonos que se trasladan al oxalacetato
para formar citrato, la enzima de esta
reacciónes la citrato sintetasa. Parto con una
molécula de 4c y termino con una de 6 C.
Pierdo un CO2 quedo con 5 c, pierdo otro CO2
y quedo con 4 C, por lo que se obtienen 2
CO2, 3 NADH, 1 FADH2 , y 1 gtp (por cada
vuelta). La primera reacción es de
condensación que es fuertemente favorecida
por la termodinámica, y se regenera la
coenzima 1, y se obtiene citrato, además
existenprocesosregulatorios.
¿Qué moléculas de partida me servían para
hacer gluconeogénesis? R: Glicerol, lactato,
algunos aminoácidos, pero moléculas
piruvato y oxalacetato (puedo fabricar
glucosa).Piruvato Acetil CoA, pero no
puede hacer este camino de regreso a
piruvato, es decir no puedo volver a glucosa
a partir de Acetil CoA. El Acetil CoA no aporta
carbonos para fabricar oxalacetato, sólo
traslada2 carbonos.
Nota: Los glóbulos rojos solo hacen glucólisis
y fermentación.
Condición aeróbica: ¿Por qué se requiere
oxígeno? El oxígeno se reduce para originar
agua, el oxigeno es el último aceptor de
electrones.
Acetil CoA transportador de 2 C. La barrera
hematoencefálicanodejaingresargrasa.
Segunda Reacción de Isomerización: Pasa de
Citratoa IsocitratoEnzima:Aconitasa

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Tercera reacción: Descarboxilación oxidativa
del isocitrato a A-cetoglutarato Enzima:
Isocitrato deshidrogenasa. Tiene rol
importante en el proceso oxidativo, pues
aquí ocurre una descarboxilacion oxidativa,
proveer a-cetoglutarato y obtenemos NADH
y hay pérdida de CO2. Primera reacción que
perdemoscarbono.
Cuarta reacción: Paso de a-cetoglutarato a
Succinil CoA, Enzima: a-cetoglurato
deshirogenasa, aquí ocurre la segunda
descarboxilacion oxidativa , que permite que
obtengamos NADH y una segunda molécula
de CO2.
Quinta reacción: Paso de Succinil CoA a
Succinato Enzima: Succinil CoA sintetasa.
Aquí se obtiene gtp, nucleótido trifosfato
que tiene la misma potencialidad energética
que el atp.
Sexta reacción: Paso de Succinato a
Fumarato Enzima: Succinato deshidrogenasa.
Esta es otra reacción de oxidación, el
succinato se oxida a fumarato y se reduce el

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FAD a FADH2.
Séptima reacción: Paso de Fumarato a
Malato Enzima:Fumarasa
Octava reacción: Paso de Malato a
Oxalacetato Enzima: Malato deshidrogenasa.
Es la última reacción oxidativa. Regeneramos
el oxalacetato. El objetivo es oxidar
moléculas. Aquí terminamos de oxidar
carbohidratos, proceso de oxidación final,
obtenernosNADHyFADH2.
El ciclo de krebs es una ruta anfibólica.
Participa tanto en procesos catabólicos como
anabólicos.
Vías anapleróticas rellenan el ciclo de krebs,
son capaces a través de diferentes
reacciones de producir oxalacetato o mayor
cantidad de malato y tiene que ser
perfectamenteregulada.
Fosforilación y cadena transportadora de
electrones: Serie de complejos enzimáticos
que están incrustados en la membrana
interna de la mitocondria. Que van a
entregar sus electrones a esta cadena
transportadora de e y obtendremos atp y
agua, debido a la gran cantidad de electrones
que el oxígeno molecular está aceptando. De
modo que lo que observamos, va a tener
lugar a ocuparse el oxígeno, y es importante
la generación de agua en los procesos
metabólicos. En las plantas y algas ocurre en
los cloroplastos. Lo que ocurre es que hay
una movilización importante de electrones a
través de los complejos, y lleva consigo un
bombeo de protones que se trasladan desde
la matriz mitocondrial hasta el espacio
intermembrana, y donde la membrana
interna es impermeable no hay vuelta de
estos protones a la matriz, pero deben volver
por el desbalance de cargas que existe, y se
van a través de un canal atp sintetasa, que
genera un movimiento o fuerza
electromotriz suficiente para obtener síntesis
de atp y está fuerza está dada por adp y
fosfato inorgánico. El adp hidroliza grupo
fosfato y se libera gran cantidad de energía,
de vuelta es no espontanea, por lo que hay
que invertirenergía. Generando un balance a
tal punto y es ese punto a través hace
posible que podamos llegar a obtener atp.
Tenemos una serie de moléculas y
estructuras proteicas incrustadas en la
membrana complejo 1,2,3 y 4 + atp
sintesasa. Pero necesitamos poder reductor
NADH y FADH2, además no puedo andar con
electrones libres, pues siempre están
asociados a ciertas estructuras. Fluyen de un

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punto a otro. Necesitamos moléculas como
la ubiquinona. Y estos complejos enzimáticos
no van ser sólo aminoácidos sino también
una serie de grupos prostéticos. Los grupos
prostéticos son grupos no aminoacídicos,
que están pegados a una proteína y que son
importante para su funcionamiento. Por
ejemplo el grupo hemo asociado a la
hemoglobina, y estos grupos están unidos a
la proteína de forma covalente, de forma
estable por eso lo diferenciamos de una
coenzima o de un cofactor. El rol
fundamental de estos grupos protéticos que
van a ser capaces de capturar electrones y
entregar electrones, por lo que son
moléculas capaces de oxidarse y reducirse. El
traspaso de electrones siempre va de un
nivel superior a inferior, o de lo contrario
sería muyfácil de revertir.
De mayor energía a menor energía, lo que
encontramos es que tenemos una serie de
complejos proteicos que tienen números de
subunidadesdiversos,noesunaproteína.
Modelo quimiosmótico: Se genera un
gradiente de protones donde la
concentración de protones en el espacio
intermembrana es mayor a la concentración
de protones que hay a nivel de matriz
mitocondrial. Generando un silificación del
espacio intermembrana, con un desbalance
de carga y en donde estos protones tienen
que regresaral interior.
Complejo I: ingresa el NADH y aporta sus
electrones al complejo I, va a ser la
transmisión para llegar a entregar sus
electrones a una molécula llamada
ubiquinona que va atrasladar electrones por
dentro de la membrana al complejo III, y bajo
un serie de reacciones oxido-reducción va a
entregar los electrones al citocromo c, y de
aquí al complejo IV. Los electrones van a ser
aceptados por el oxígeno, de manera que
este se reduce para formar agua. El FADH2
por su parte va a ingresar al complejo II,
succinato fumarato, y esa reacción es dada
por una enzima que es parte integrante del
proceso II, y ocurre asociado a la membrana
interna de la mitocondria y que va a
movilizar sus electrones a una ubiquinona y
de ahí pasará a complejo II. Que curre
cuando se produce la movilización de
electrones lleva consigo un traslado de
protones desde la matriz mitocondrial al
espaciointermembrana.
El número tiene que ver con la cantidad de
energía libre en el complejo. Y nosotros
partimos con una cantidad de energía libre
más alta y terminamosen agua. ¿Qué ocurrió
con la energía en el trayecto? La energía se
utilizó en la síntesis de atp. Eso significa a
medida que ha ido avanzando en la cadena
transportadora de electrones ha ido
aumentando este gradiente, por lo que
aumenta también la posibilidad de síntesis
de atp de vuelta.
Complejo I NADH DESHIDROGENASA :
Deshidrogena l NADH; es una reacción oxido-
reductor, donde hay varios componentes.
Flavín mononucléotido (FMN) es una
estructura muy cercana a lo que es el FAD
que es capaz de aceptar electrones y
transferirlo a un complejo hierro-azufre (F-S)
y de ahí a otro complejo, a otro complejo, y
finalmente a la ubiquinona. La ubiquinona es
una molécula hidrofóbica que es capaz de
trasladarse por dentro de la membrana y
traslada electrones de un punto a otro, y esa
ubiquinona se va a reducir y va a poder

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capturar 2 electrones. Como consecuencia el
complejo I tenemos el traslado de protones
al espaciointermembrana.
Complejo II SUCCINATO-FUMARATO: El
FADH2 entrega electrones al complejo hierro-
azufre, encontramos grupos hemo parecido
a la hemoglobina que van a permitir que la
ubiquinonase reduzca.
Complejo III ubiquinona: citocromo c
oxidoreductasa y lo que haces es la
ubiquinona que venía de los complejos
anteriores se va incorporar y va a aportar
estos electrones, para obtener una proteína
reducida llama citocromo c , proteína soluble
y transversa a la diferentesespecies, tiene un
grupohemoque es ungrupo prostético.
Complejo IV: Los electrones que fueron
trasladados por el citocromo c, esta proteína
se trasladó por dentro del espacio
intermembrana para ser incorporadas en el
complejo 4, hay una serie de complejos que
se oxido-reducen, y aquí se incorpora el
oxigeno que va a aceptar los electrones y al
aceptar los electrones nos encontramos con
la formación de una molécula de agua.
Concluye esta etapa con que ha ocurrido una
transferencia a través de los diferentes
complejos.
Tenemos entonces que trasladar metabolitos
al interior de la matriz mitocondrial y
nuevamente nos encontramos con que la
membrana interna es impermeable, tenemos
movilización de piruvato hacia el interior por
un transportador, movilización de fosfato
inorgánico mediante otro transportador, y
ocurre movilización y una traslocacion de
adp hacia el interior y atp hacia afuera.
Nosotros estamos fabricando atp al interior
de mitocondria pero vamos a ocupar atp en
otro lugar. Y para poder fabricar atp yo
necesitoteneradp.
¿Cómo es la atp sintetasa? Es una estructura
proteica, que va a tener un canal que va a
hacer posible que los protones fluyan a
través de este canal, y se produce un efecto
parecido a las turbinas de una central
hidroeléctrica por donde pasa agua y al pasar
agua se genera una fuerza electromotriz, y a
través de estos imanes se mueva y se induce
corriente eléctrica. El flujo de protones
genera fuerza electromotriz capaz de
proveer energía suficiente para que este
fenómeno ocurra. Entonces esta atp
sintetasa lo que hace es un mecanismo
“mecánico” de generación de energía. El adp
es una molécula que ya está empobrecida
energéticamente y necesitamos enriquecer
esta energía recargando con fosfato
inorgánico, y este cambio de traslado de
energía es lo que observamos a través de la
atp sintetasa.
Lanzaderas
Trasladar NADH de la glucólisis a la matriz
mitocondrial. Trasladamos NADH pero no
trasladamos realmente, las lanzaderas no es
un tranpsortdor, pues sólo traslada lo que
nos interesatrasladar.
Malato-aspartato: Toma en NADH del citosol
y a través de malato lo lleva al interior. El
oxalacetato toma el NADH y forma malato,
entra a la matriz porque hay un
transportador para malato y al interior de la
matriz mitocondrial se va a revertir esta
reacción para formar oxalacetato, y formar
NADH, lo que se hace es regenerar NADH. La
encontramos en tejido de hígado y músculo
cardíaco, órganos que tienen funcionamiento
constante.
Glicerol-3-fosfato: Tiene una diferencia el
objetivo es similar, ocupa moléculas distintas
aquí lo que ocurre mediante reacción oxido-
reducción. Los electrones que están en el
NADH transfieren al complejo II, formando
FADH2, parto con NADH y termino con
FADH2. Aquí hay una pérdida de atp, que se
justifica porque es una lanzadera más rápida,
y el tejido en el que nos encontramos tejido
neuronal y músculo esquelético estriado,
tejidos que pueden cambiar bruscamente sus

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necesidades energéticas. Por lo que la
demandaenergéticaesmayor.
Regulacióne inhibidores
Rotenona: se encuentra en raíces de plantas,
golpean con esta raíces en el agua
cantidades de rotenona y ahí los peces se
bloquea la cadena no hay contracción
muscular.
Cianuro y CO: Bloquea el transporte de
electrones en la última etapa. El CO tiene
gran afinidad con la hemoglobina y desplaza
al oxígeno, por lo que es un inhibidor
competitivoyse adhiere alahemoglobina.
Antimicina: (antibiótico) inhibe el complejo
III, inhibe la reoxidación del NADH y del
FADH2.
Agente desacoplantes: lo que hacen es
incrementar la permeabilidad de la
membrana interna, ¿Qué consecuencia
tiene? Pasan protones por otro lado que no
esla atp sintetasa.
Hay otras moléculas que devuelven
protones a la matriz, sin realizar síntesis de
atp. Y es lo que hacen algunos productos
para bajar de peso. Como el 2,4-
dinitrofenol,que incrementa el canal que
está presente en la membrana y favorece el
flujo de protones de vuelta a la matriz
mitocondrial sin pasar por la atp sintetasa, y
sin producir síntesis de atp, lo que provoca
que se requieren de otros recursos para la
fabricación de energía. El problema es que
tenía efectossecundarios.
Enfermedadesmitocondriales
Hay un número variable de mitocondrias en
una célula. Pueden haber varios cientos de
mitocondrias, y son iguales en forma pero
genéticamente no. La herencia mitocondrial
es de herencia materna, y resta que dentro
de la cantidad de mitocondrias que se
trasladan puedan haber mitocondrias
defectuosas con algún tipo de alteración
génica, por lo tanto que parte de las enzimas
que están involucradas en lo que es
respiración decodificadoras mitocondrial y
otras tantas son de decodificación nuclear, y
que son fallas congénitas a nivel mitocondrial
que provocan alteración en las el
funcionamiento normal de las rutas de la
respiración celular, pero eventualmente no
se detectan en el nacimiento, como el
parkinson y el alzheimer, y la sintomatología
aparece despuésde 50 0 60 años.

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