Respiración celular: cadena respiratoria
Summary
TLDREl profesor de Biología Verny López explica la etapa de la respiración celular conocida como la Cadena Respiratoria o Cadena Transportadora de Electrones, que ocurre en la mitocondria. Se describe cómo, después de las etapas de glucólisis, formación de Acetil Coenzima A y el Ciclo de Krebs, las moléculas NADH y FADH transportan electrones energéticos a través de la membrana mitocondrial. Este proceso genera una diferencia de concentración de iones hidrógeno que se utiliza para sintetizar ATP a través de la enzima sintetizadora de ATP, resultando en una producción de 38 ATP por glucosa respirada completamente, aunque en algunas células puede ser 36 ATP.
Takeaways
- 🧬 La cadena respiratoria es una etapa crucial del metabolismo celular que ocurre en la mitocondria y es fundamental para la producción de energía en forma de ATP.
- 🔋 Antes de la cadena respiratoria, se han generado electrones en forma de NADH y FADH2 durante la glucólisis, la formación de Acetil Coenzima A y el Ciclo de Krebs.
- 📉 En las etapas anteriores a la cadena respiratoria, solo se ha generado un total de 4 moléculas de ATP por glucosa metabolizada.
- ⚡ La cadena respiratoria es donde ocurre la mayor parte de la producción de ATP, aprovechando los electrones de NADH y FADH2 para generar energía.
- 💧 La molécula de oxígeno actúa como el último receptor de electrones en la cadena respiratoria, formando agua como producto final.
- 🚀 La diferencia de concentración de iones hidrógeno entre la matriz mitocondrial y el espacio intermembranal es clave para la producción de ATP.
- 🔋 Cada molécula de NADH puede generar aproximadamente 2.5 ATP, mientras que cada FADH2 puede generar aproximadamente 1.5 ATP.
- 🔗 La producción de ATP en la cadena respiratoria es un proceso altamente eficiente que permite a las células obtener la energía necesaria para sus funciones.
- 🌟 La cantidad total de ATP que se puede generar a partir de una molécula de glucosa es de 38 moléculas, aunque esto puede variar dependiendo del tipo de célula.
- ♻️ La respiración celular es un proceso complejo que involucra múltiples etapas y componentes, cada uno con un papel esencial en la producción de energía.
Q & A
¿Qué es la Cadena Respiratoria y qué relación tiene con la producción de energía celular?
-La Cadena Respiratoria, también conocida como Cadena Transportadora de Electrones, es un proceso celular que ocurre en la mitocondria y es crucial para la producción de energía en forma de ATP. Se lleva a cabo en la membrana interna mitocondrial y es donde los electrones energéticos capturados en NADH y FADH2 son utilizados para generar ATP adicional.
¿Cuál es el propósito de los electrones en la Cadena Respiratoria?
-Los electrones en la Cadena Respiratoria son transportados por moléculas como NADH y FADH2, los cuales son depositados en la membrana mitocondrial. Estos electrones energéticos son esenciales para la producción de ATP, ya que su desplazamiento a través de la cadena respiratoria permite la creación de una diferencia de concentración de iones hidrógeno que eventualmente se utiliza para sintetizar ATP.
¿Cuántos iones hidrógeno puede transportar una molécula de NADH y cómo afecta esto la producción de ATP?
-Una molécula de NADH puede transportar aproximadamente 6 iones hidrógeno. Esto significa que por cada NADH, se pueden producir tres ATP, ya que la energía liberada por la deslocalización de estos iones a través de la membrana mitocondrial es utilizada por la enzima sintetizadora de ATP para la síntesis de ATP.
¿Qué es la membrana interna mitocondrial y qué ocurre allí durante la respiración celular?
-La membrana interna mitocondrial, también conocida como las crestas mitocondriales, es el lugar donde se lleva a cabo la Cadena Respiratoria. Aquí, los electrones de NADH y FADH2 son utilizados para generar una diferencia de concentración de iones hidrógeno, que a su vez es utilizada para sintetizar ATP.
¿Cómo se forma el agua en el proceso respiratorio y cuál es su papel en la cadena de electrones?
-El agua se forma cuando los electrones agotados energéticamente son removidos por una molécula de oxígeno, que se combina con dos iones hidrógeno para formar una molécula de agua. Este proceso es parte del último paso de la Cadena Respiratoria y es crucial para mantener el flujo de electrones y la producción de ATP.
¿Qué es una gradiente de concentración y cómo se relaciona con la producción de ATP en la respiración celular?
-Una gradiente de concentración es una diferencia en la concentración de una sustancia entre dos lugares. En la respiración celular, la gradiente de concentración de iones hidrógeno entre la matriz mitocondrial y el espacio intermembranal es utilizada para acumular energía potencial que es liberada cuando los iones hidrógeno pasan a través de la enzima sintetizadora de ATP, resultando en la producción de ATP.
¿Cuál es la diferencia entre los electrones transportados por NADH y FADH2 en la Cadena Respiratoria?
-Los electrones transportados por NADH son capaces de producir más ATP que los de FADH2. Mientras que una molécula de NADH puede transportar 6 iones hidrógeno y producir 3 ATP, una molécula de FADH2 transporta 4 iones hidrógeno y produce 2 ATP.
¿Cuántos ATP se producen en total a partir de una molécula de glucosa en el proceso respiratorio completo?
-En un proceso respiratorio completo, una molécula de glucosa puede producir un total de 38 moléculas de ATP. Esto incluye la producción directa y indirecta a través de la Glucólisis, la formación de Acetil Coenzima A y el Ciclo de Krebs, así como la Cadena Respiratoria.
¿Por qué la cantidad de ATP producida puede variar en diferentes tipos de células?
-La cantidad de ATP producida puede variar en diferentes tipos de células debido a factores como la eficiencia de las enzimas involucradas, la expresión genética específica de la célula y las necesidades energéticas particulares de cada tipo de célula.
¿Cómo se puede comparar el proceso de la respiración celular con el funcionamiento de una bomba de agua?
-El proceso de la respiración celular se puede comparar con la bomba de agua en el sentido de que ambos utilizan una fuente de energía para mover sustancias a través de una gradiente de concentración. En la respiración celular, los electrones de NADH y FADH2 actúan como la bomba, moviendo iones hidrógeno y generando energía potencial que luego se convierte en ATP.
Outlines
🌿 Introducción a la Cadena Respiratoria
El profesor Verny López nos presenta la etapa de la respiración celular conocida como la Cadena Respiratoria o Cadena Transportadora de Electrones. Esta etapa es crucial para la producción de ATP en condiciones aeróbicas, ocurriendo principalmente en la membrana interna de la mitocondria. Se enfatiza la importancia de comprender las etapas previas como la Glucólisis, la formación de Acetil Coenzima A y el Ciclo de Krebs. Se explica que, aunque en estas etapas se generan solo 4 moléculas de ATP, se producen moléculas como NADH y FADH2 que transportan electrones de alta energía, esenciales para la cadena respiratoria. Se describe el proceso de desplazamiento de iones de hidrógeno y la forma en que estos contribuyen a la producción de ATP.
🔋 Producción de ATP a través de la Gradiente de Concentración
En este párrafo, se detalla cómo la energía transferida por los electrones de las moléculas NADH y FADH2 es utilizada para transportar iones hidrógeno a través de la membrana mitocondrial, creando una gradiente de concentración. La acumulación de estos iones hidrógeno en el espacio intermembranal genera energía potencial que es utilizada por la enzima sintetizadora de ATP para producir ATP a partir de ADP. Se explica que cada par de iones hidrógeno que pasa por la enzima puede producir una molécula de ATP. Además, se usa un ejemplo de una bomba de agua para ilustrar cómo las gradientes de concentración funcionan, comparándolos con el transporte de iones hidrógeno y la producción de ATP.
🔗 Resumen de la Producción de ATP en la Respiración Celular
El tercer párrafo ofrece un resumen de la producción total de ATP a lo largo de los procesos respiratorios celulares. Se menciona que en la Glucólisis se producen 8 moléculas de ATP (2 directamente y 6 indirectamente a través de la cadena respiratoria), la formación de Acetil Coenzima A aporta 6 ATP indirectos, y el Ciclo de Krebs resulta en 24 ATP (2 directamente y 22 indirectos). Se destaca que la respiración completa de una molécula de glucosa puede generar entre 36 a 38 moléculas de ATP, dependiendo del tipo de célula. Además, se incluye la corrección de la cuenta ATP total después de considerar los 2 ATP invertidos en la Glucólisis, llegando a un total de 40 moléculas de ATP como ganancia bruta.
Mindmap
Keywords
💡Cadena Respiratoria
💡Mitocondria
💡NADH
💡FADH2
💡Gradiente de Concentración
💡ATP
💡Glucólisis
💡Ciclo de Krebs
💡Acetil Coenzima A
💡Energía Potencial
Highlights
La etapa de la respiración celular llamada Cadena Respiratoria o Cadena Transportadora de Electrones es explicada.
Se recomienda ver videos de etapas anteriores como la Glucólisis y el Ciclo de Krebs para comprender mejor.
La cadena respiratoria ocurre en la membrana interna mitocondrial, también conocida como las crestas mitocondriales.
Las células solo han ganado 4 moléculas de ATP a partir de la glucosa hasta el momento.
Las moléculas NADH y FADH son transportadoras de electrones de alta energía.
Las moléculas NADH depositan sus electrones y transportan iones de hidrógeno desde la matriz mitocondrial al espacio intermembranal.
Las moléculas FADH depositan sus electrones en el segundo componente de la cadena transportadora.
La molécula de oxígeno combina con iones hidrógeno para formar agua, removidos los electrones agotados energéticamente.
Se forma una diferencia de concentración de iones hidrógeno entre la matriz mitocondrial y el espacio intermembranal.
La enzima sintetizadora de ATP utiliza la energía potencial de los iones hidrógeno para producir ATP.
Cada par de iones de hidrógeno que pasan por la molécula sintetizadora de ATP produce una molécula de ATP.
Los NADH producen 6 iones hidrógeno y por cada NADH se van a producir tres ATP.
Los FADH producen 4 iones hidrógeno y por cada FADH se van a producir dos ATP.
Se explica la gradiente de concentración con un ejemplo de un tanque de captación de agua y una bomba.
En resumen, la Glucólisis produce 2 ATP directos y 6 indirectos, la formación de Acetil Coenzima A produce 6 ATP indirectos, y el ciclo de Krebs produce 2 directos y 22 indirectos.
Una molécula de glucosa que ha sido respirada completamente puede producir 38 moléculas de ATP.
La ganancia bruta al respirar completamente una molécula de glucosa es de 40 moléculas de ATP, considerando los 2 ATP invertidos en la Glucólisis.
Transcripts
Hola, ¿Qué tal?, les saluda el profe de Biología Verny López
hoy le hablaré de la etapa de la respiración celular llamada Cadena
Respiratoria o Cadena Transportadora de Electrones.
Para comprender mejor este proceso
se les recomienda ver los videos de las etapas anteriores que son:
la Glucólisis, La formación del Acetil Coenzima A y el Ciclo de Krebs
vamos a ver la cadena respiratoria que se llevará a cabo en la mitocondria y en
condiciones aeróbicas, específicamente en la membrana interna mitocondrial
o las crestas mitocondriales como también se le conoce,
pero antes recuerda que en las etapas anteriores
las células sólo han ganado 4 moléculas de ATP, a partir de la
molécula mitcondrial de la glucosa.
Sin embargo,
ha capturado muchos electrones energéticos
en la formación de dos moléculas portadoras
el NADH y la FADH2. Recuerden que el proceso respiración celular es un
proceso
donde se implica la formación de energía a partir de moléculas de ATP.
Sin embargo, hasta este momento
en las tres etapas que hemos visto anteriormente, sólo se han formado
4 moléculas de ATP, esas moléculas no son suficientes para que la
célula pueda obtener toda la energía necesaria para poder trabajar.
Sin embargo, a partir de los procesos anteriores se han formado una serie de
moléculas
como son los NADH y los FADH, que son moléculas transportadoras de electrones de
alta energía; cada una de ellas había recogido dos de estos electrones.
Sin embargo, estas moléculas se formaron en la matríz mitocondrial que es esta parte que
está aquí.
En la parte de abajo vamos a reconocer lo que es la cresta mitocondrial y aquí
tenemos la membrana externa mitocondrial
en medio de los dos espacios
de la cresta mitocondrial y la membrana externa
vamos a encontrar un espacio que vamos llamar espacio intermembranal.
Aquí lo que va a pasar es que las moléculas del NADH
van a depositar sus dos electrones
y esos dos electrones cargados energéticamente van hacer este recorrido
conforme van haciendo este recorrido
se van desplazando iones de hidrógeno de la matriz mitocondrial al espacio
intermembranal.
Cuando hay un salto de este par de electrones a un componente
nuevo como es éste
se vuelven a pasar
otro par de iones hidrógeno
y cuando saltamos al último sucede lo mismo. Al final
una molécula de NADH
tiene la capacidad de transportar alrededor de 6
iones hidrógenos.
Las moléculas de FADH deposita sus electrones también
pero en el segundo componente de la cadena transportadora, de tal manera que van a
hacer este recorrido
y van a dejar estos dos electrones aquí
también estos dos componentes van a aportar
dos iones hidrógeno cada uno,
de tal manera
que las moléculas de FADH
sólo tienen la posibilidad de producir 4 iones hidrógeno.
Ahora hay un punto muy importante
estos dos electrones que quedaron aquí
están ya agotados energéticamente hablando
y si se quedan ahí
tienen que ser removidos
para que pueda
este proceso continuarse.
En ese momento entra una molécula de oxígeno
y se los lleva,
y se combinan con dos iones hidrógeno
para formar
una molécula de agua.
Lo que tenemos en este momento
es una diferencia de concentraciones de iones hidrógeno.
en esta parte, que es la matriz moticondrial
vamos a encontrar pocos iones hidrógeno,
mientras que en el espacio intermembranal
vamos a encontrar mayor concentración de ellos, esto lo que va a originar
es una herramienta de concentración
que va hacer que
se acumule
energía potencial de este lado
esa energía potencial va a ser aprovechada para
que una molécula muy especial, en este caso
una enzima, que tenemos en este lado que es
la enzima sintetizadora de ATP
permite el paso de estos iones de hidrógeno, que tienen una energía acumulada
hacia el espacio intermembranal.
Entonces ellos van a recorrer ese camino va a ser ese camino,
en el momento que van haciendo ese camino
van soltando su energía
y en ese momento
entra una molécula de ADP
el Adenosín Trifosfato
para produicr una molécula de ATP,
es decir,
aquí lo que vamos a ver es que por cada par de iones de hidrógeno que pasen por
la molécula sintetizadora
de ATP
se produce una molécula de ATP.
Entonces recordemos algo,
recordemos que los NADH
producían 6
iones hidrógeno,
entonces al pasar en pares, lo que vamos a obtener es que por cada NADH se van a producir
tres ATP.
Recordemos también,
que los FADH
que tenemos aquí,
sólo tenían capacidad para producir 4
iones hidrógeno
y cómo pasan en pares por aquí
el FADH, nada más tiene la posibilidad de producir 2 ATP.
Para entender que es una gradiante de concentración
vamos a tratar de explicarlo
con un ejemplo muy sencillo,
aquí tenemos representados: un tanque de captación de agua
y aquí abajo vamos a suponer que esto es una bomba
para llevar el agua hacia arriba
esa bomba necesita
de una fuente de energía,
esa fuente de energía puede ser
el mismo combustible que se usa para hacerla funcionar
o sí es una bomba eléctrica, la electricidad misma,
eso lo que va a hacer es que
va a llevar el agua en este recorrido
y aquí se va a ir almacenando.
Esa agua va a alcanzar cierto nivel y además está a un poco más de altura
de la toma
y este va adquirir
lo que se llama energía potencial.
Cuando esa energía se libera
se transforma en energía cinética,
es decir, cuando soltamos esta agua y adquiere velocidad por la fuerza de gravedad.
Esa energía tiene la particularidad de que la podemos transformar en otras fuentes
de energía diferente,
como meter una turbina
y generar energía eléctrica
y así es como
realmente funcionan las gradiantes de concentración
como el caso de los electrones aportados por las moléculas de NADH,
ellos aportaron la energía
que hizo pasar los iones hidrógeno de la matriz mitocondrial al espacio
intermembranal.
En este caso los electrones representan
la bomba de agua
que proporciona la energía
para que esos iones se fueran acumulando
en el espacio intermembranal, luego
esos iones fueron acumulando energía, por la la gradiente de concentración que
se formó ahí,
y esa energía es la energía potencial, que se liberó
cuando ellos fueron pasando a través de la molécula
sintetizadora de
ATP
que vimos en el esquema anterior,
una vez entendido el proceso de cómo se producen las moléculas del ATP a partir
de los NADH y los FADH que llegaron
a la cadena respiratoria
podemos resumir toda la información en este cuadro.
Vamos a recordar lo siguiente: en el proceso Glucólisis, encontramos la
formación de 2 ATP directamente
en la formación Acetil Coenzima A no se produce ninguno
Mientras que en el ciclo de Krebs vamos a encontrar 2.
Si vamos al recuento de los NADH producidos, en la Glucólisis se obtenían
2
y en la formación de Acetil Coenzima A encontrábamos otros 2.
En el ciclo de Krebs, por el contrario, vamos a encontrar 6
y en las etapas de producción de FADH
el único que participó fue el ciclo de Krebs aportándonos 2 moléculas.
Ahora si, ya con esas tres columnas llenas podemos ver
como participan estos procesos en la formación de la ATP, cuando llegan
a la cadena respiratoria,
entonces aquí hay que recordar algo muy importante
que por cada molécula NADH,
se producían 3 moléculas de ATP cuando entraban
a la cadena respiratoria, entonces en la Glucólisis tenemos 2
y si cada una de ellas produce 3 ATP
entonces lo multiplicamos por tres esos dos
y vamos a obtener 6 moléculas de ATP producidos por la Glucólisis en la
cadena respiratoria.
Igualmente va pasar con los 2 de la formación de la Acetil Coenzima A
entonces vamos a poner un 6 ahí también.
En el caso del ciclo de Krebs
vamos a encontrar 6 NADH
y cada uno de ellos va a producir 3 moléculas de ATP
teniendo al final
18
ATP, producto de esos 6.
Recordemos también que el ciclo de Krebs
es el único proceso que produce FADH
y produce 2
entonces
vamos a multiplicar esos 2 que están ahí por
por 2 más
y esto nos va a dar
4 ATP.
Entonce a partir del ciclo Krebs se tiene 22 moléculas de ATP
producto de los FADH y los NADH que llegaron a la cadena respiratoria.
Ahora sí vamos a totalizar todo el proceso
vamos a hacer un recuento
de la columna de los AT¨P
incluyendo esta columna que está aquí y esta
para sumar todos los
ATP totales.
En la Glucólisis se producen dos ATP directos
más 6
que fueron indirectos producidos por la cadena
vamos a obtener
8 ATP
en el caso de la
formación de Acetil Coenzima A
sólo tenemos 6
que son indirectos porque se produjeron la cadena respiratoria.
y en el ciclo de Krebs vamos a encontrarnos
2 que fueron de producción directa
más 22 que fueron indirectos producidos en la cadena respiratoria,
que al final nos van a totalizar 24.
Ahora sí totalizamos todo esta columna
vamos a obtener 38 moléculas de ATP totales.
Quiero decir que una molécula de glucosa que ha sido respirada completamente
se le puede obtener
38 moléculas de ATP,
pero eso no quiere decir que este sea el caso para todas las células,
hay células donde
sólo se producen 36 ATP
eso depende del tipo de célula y el lugar
y la función que cumple esta célula dentro de nuestro cuerpo.
También es importante rescatar
que en la Glucólisis
se habían gastado 2 moléculas de ATP
si sumamos estas dos moléculas que se gastaron
y se las sumamos a las 38 vamos a tener un total de 40,
esta es la ganancia bruta que se obtiene al respirar completamente una molécula
de glucosa.
Espero que esta información le haya sido útil para ampliar sus
conocimientos sobre los procesos respiratorios
si quiere más información
acceda al Portal del MEP
en la sección de Educatico.
¡Hasta pronto!
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