Definición de Cadena de Transporte de Electrones

La cadena de transporte de electrones es un grupo de proteínas que transfieren electrones a través de una membrana dentro de las mitocondrias para formar un gradiente de protones que impulsa la creación de trifosfato de adenosina (ATP). El ATP es utilizado por la célula como la energía para los procesos metabólicos para las funciones celulares.

¿Dónde Se Produce la Cadena de Transporte de Electrones?

Durante el proceso, se crea un gradiente de protones cuando los protones se bombean desde la matriz mitocondrial al espacio intermembrana de la célula, lo que también ayuda a impulsar la producción de ATP. A menudo, el uso de un gradiente de protones se conoce como el mecanismo quimiosmótico que impulsa la síntesis de ATP, ya que depende de una mayor concentración de protones para generar «fuerza motriz de protones». La cantidad de ATP creada es directamente proporcional al número de protones que se bombean a través de la membrana mitocondrial interna.

La cadena de transporte de electrones implica una serie de reacciones redox que se basa en complejos de proteínas para transferir electrones de una molécula donante a una molécula aceptadora. Como resultado de estas reacciones, se produce el gradiente de protones, lo que permite que el trabajo mecánico se convierta en energía química, lo que permite la síntesis de ATP. Los complejos están incrustados en la membrana mitocondrial interna llamada las cristas en los eucariotas. Encerrada por la membrana mitocondrial interna está la matriz, que es donde se encuentran las enzimas necesarias, como la piruvato deshidrogenasa y la piruvato carboxilasa. El proceso también se puede encontrar en eucariotas fotosintéticos en la membrana tilacoide de los cloroplastos y en procariotas, pero con modificaciones.

Los subproductos de otros ciclos y procesos, como el ciclo del ácido cítrico, la oxidación de aminoácidos y la oxidación de ácidos grasos, se utilizan en la cadena de transporte de electrones. Como se ve en la reacción redox general,

2 H+ + 2 e+ + ½ O2 → H2O + energía

la energía se libera en una reacción exotérmica cuando los electrones pasan a través de los complejos; se crean tres moléculas de ATP. El fosfato ubicado en la matriz se importa a través del gradiente de protones, que se utiliza para crear más ATP. El proceso de generación de más ATP a través de la fosforilación de ADP se refiere a la fosforilación oxidativa, ya que la energía de oxigenación de hidrógeno se utiliza en toda la cadena de transporte de electrones. El ATP generado a partir de esta reacción continúa alimentando la mayoría de las reacciones celulares necesarias para la vida.

Pasos de la Cadena de Transporte de electrones

En la cadena de transferencia de electrones, los electrones se mueven a lo largo de una serie de proteínas para generar una fuerza de tipo de expulsión para mover iones de hidrógeno, o protones, a través de la membrana mitocondrial. Los electrones comienzan sus reacciones en el Complejo I, continuando en el Complejo II, atravesando el Complejo III y el citocromo c a través de la coenzima Q, y finalmente al Complejo IV. Los complejos en sí son proteínas de estructura compleja incrustadas en la membrana fosfolípida. Se combinan con un ion metálico, como el hierro, para ayudar con la expulsión de protones en el espacio intermembrana, así como con otras funciones. Los complejos también experimentan cambios conformacionales para permitir aberturas para el movimiento transmembrana de protones.

Estos cuatro complejos transfieren electrones activamente de un metabolito orgánico, como la glucosa. Cuando el metabolito se descompone, dos electrones y un ion hidrógeno son liberados y luego recogidos por la coenzima NAD + para convertirse en NADH, liberando un ion hidrógeno en el citosol.

El NADH ahora tiene dos electrones que los pasan a una molécula más móvil, la ubiquinona (Q), en el primer complejo de proteínas (Complejo I). El complejo I, también conocido como NADH deshidrogenasa, bombea cuatro iones de hidrógeno de la matriz al espacio intermembrana, estableciendo el gradiente de protones. En la siguiente proteína, el Complejo II o succinato deshidrogenasa, otro portador de electrones y coenzima, el succinato se oxida en fumarato, causando que el DAF (dinucleótido de flavina-adenina) se reduzca a FADH2. La molécula de transporte, FADH2, es reoxidada, donando electrones a Q (convirtiéndose en QH2), mientras libera otro ion hidrógeno en el citosol. Mientras que el complejo II no contribuye directamente al gradiente de protones, sirve como otra fuente de electrones.

El complejo III, o citocromo c reductasa, es donde tiene lugar el ciclo Q. Hay una interacción entre Q y citocromos, que son moléculas compuestas de hierro, para continuar la transferencia de electrones. Durante el ciclo Q, el ubiquinol (QH2) producido previamente dona electrones al ISP y al citocromo b convirtiéndose en ubiquinona. El ISP y el citocromo b son proteínas que se encuentran en la matriz que luego transfiere el electrón que recibió del ubiquinol al citocromo c1. El citocromo c1 luego lo transfiere al citocromo c, que mueve los electrones al último complejo. (Nota: A diferencia de la ubiquinona (Q), el citocromo c solo puede transportar un electrón a la vez). La ubiquinona se reduce de nuevo a QH2, reiniciando el ciclo. En el proceso, otro ion de hidrógeno se libera en el citosol para crear aún más el gradiente de protones.

Los citocromos luego se extienden a la IV Compleja, o citocromo c oxidasa. Los electrones se transfieren de uno en uno al complejo desde el citocromo c. Los electrones, además del hidrógeno y el oxígeno, reaccionan para formar agua en una reacción irreversible. Este es el último complejo que trasloca cuatro protones a través de la membrana para crear el gradiente de protones que desarrolla ATP al final.

A medida que se establece el gradiente de protones, la ATP sintasa F1F0, a veces conocida como Complejo V, genera el ATP. El complejo está compuesto por varias subunidades que se unen a los protones liberados en reacciones anteriores. A medida que la proteína gira, los protones vuelven a la matriz mitocondrial, lo que permite que el ADP se una al fosfato libre para producir ATP. Por cada giro completo de la proteína, se producen tres ATP, concluyendo la cadena de transporte de electrones.

Prueba

1. El complejo IV, también conocido como citocromo oxidasa, realiza ¿qué reacción?
A. NADH + P ↔ NAD+ + QH2
B. NADH ↔ NAD+ + 2H+ + 2e–
C. 2 H+ + 2 e+ + ½ O2 → H2O + energía
D. 4 H+ + 4 e– + O2 → 2 H2O

2. ¿Qué componente(s) se pasa (n) al primer complejo de la cadena de transporte de electrones?
A. NADH + H +
B. FADH +
C. Q
D. Citocromo c

3. ¿Dónde está la mayor concentración de protones mientras se activa la cadena de transporte de electrones?
A. Capa fosfolípida
B. Matriz mitocondrial
C. Espacio intermembrana
D. Membrana celular