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ATP requerido para procesos celulares


No he podido encontrar nada que me diga cuánto ATP se necesita para la replicación, transcripción y traducción del ADN en humanos, solo artículos que mencionen el ATP utilizado en esos procesos.

Necesito saber cuánto ATP se necesita para estos procesos porque una vez que mi célula está viva, le doy a cada célula 50 nanogramos de glucosa, lo que produce 5 billones de ATP. Si utilizo estos números más los números para otros procesos metabólicos, obtengo aproximadamente la cantidad de ATP necesaria por célula antes de la mitosis. Si sé esto, sabré si necesito alimentar a mis células con más glucosa o si 50 nanogramos es suficiente.

Entonces, ¿cuánto ATP se necesita para la replicación, transcripción y traducción del ADN? Lo quiero en términos de por nucleótido y por aminoácido para poder multiplicar eso por la cantidad de ADN total, la cantidad de ADN en cualquier gen dado y la cantidad de aminoácidos en cualquier proteína dada.


Para la replicación y transcripción del ADN, necesita NTP. En un dsDNA, el contenido de purina será el mismo que el de pirimidina. Estoy considerando que todos los nucleótidos se sintetizan. de novo que consumiría más ATP que obtener nucleótidos de la vía de rescate.


Fig 1: Síntesis de pirimidina. Tomado de Wikipedia.


Fig 2: Síntesis de purinas. Tomado de Wikipedia.


La síntesis de CTP requiere un ATP adicional:

UTP + Glutamina + ATP + H2O → CTP + ADP + PI

La síntesis de UTP requiere 2 (Paso 1; Fig 1) + 1 (Paso 5; Fig 1: PRPP requiere 1 ATP para formarse) +
2 (UMP → UTP) = 5 ATP

CTP requiere 6 ATP

GTP requiere 8 ATP (Fig. 2) (la síntesis de ATP también requeriría 8 ATP, pero para simplificar, supongamos que el ATP ya está presente).

La conversión de dNTP de NTP requiere tiorredoxina, que a su vez requiere NADP, pero olvidemos eso.

Suponiendo un contenido de GC del 50%, un par de bases de ADN requeriría en un promedio de 10 ATP (suponga un tramo de 4nt - ACTG, esto requeriría 1 + 6 + 5 + 8 ATP; es decir, 5 ATP por nt; 10 ATP por bp)

Para el ARN, el consumo de ATP sería de 5 ATP por nt.

Para la síntesis de proteínas, para cada codón, el factor de elongación requiere una molécula de GTP y la aminoacil-tRNA sintetasa requiere 1 molécula de ATP. Entonces, el consumo neto por aminoácido sería de 9 ATP.

Estoy ignorando la reacción de iniciación que también requiere ATP para fosforilar el factor de iniciación. Además, supongo que los aminoácidos se obtienen de la dieta y no son sintetizados por el organismo.


Energía para procesos biológicos: ATP, fotosíntesis y respiración.

Todos los organismos necesitan energía. La vida depende de la transferencia de energía. El ATP es una fuente importante de energía para los procesos biológicos. La energía se transfiere de moléculas como la glucosa a una fuente de energía intermedia, el ATP.

El ATP es un reservorio de energía química potencial y actúa como un intermediario común en el metabolismo, vinculando las reacciones que requieren energía y las que producen energía. Los biólogos de nivel necesitan conocer la estructura del ATP, sus usos y su papel en los procesos biológicos.

En la fotosíntesis, la energía se transfiere al ATP en la etapa dependiente de la luz y el ATP se utiliza durante la síntesis en la etapa independiente de la luz. Los estudiantes deben conocer en detalle el proceso químico de la fotosíntesis. Este tema a menudo resulta muy desafiante para los estudiantes y pueden confundirse fácilmente, cometiendo errores simples, como que los pigmentos absorben la luz en lugar de absorber la energía de la luz.

En la respiración celular, la glucólisis tiene lugar en el citoplasma y los pasos restantes en las mitocondrias. La síntesis de ATP está asociada con la cadena de transferencia de electrones en las membranas de las mitocondrias. Los estudiantes deben ser capaces de explicar el proceso de la glucólisis, con la producción resultante de ATP y NAD reducido. Luego deben ser capaces de describir y explicar los pasos restantes, en términos de reacción de enlace, ciclo de Krebs y cadena de transporte de electrones.

Si bien esta lista proporciona una fuente de información e ideas para el trabajo experimental, es importante tener en cuenta que las recomendaciones pueden fecharse muy rápidamente. NO siga las sugerencias que entren en conflicto con los consejos actuales de CLEAPSS, SSERC u otras guías de seguridad recientes. Los usuarios de eLibrary son responsables de que cualquier actividad, incluidos los trabajos prácticos, que realicen sea coherente con la normativa vigente en materia de Seguridad y Salud y que lleven una adecuada evaluación de riesgos. Se proporciona más información en nuestra guía de salud y seguridad.


El ciclo de energía asombroso: ATP-ADP

Trifosfato de adenosina, también conocido como ATP, contiene energía almacenada. Una sola molécula de ATP contiene diez átomos de carbono, dieciséis de hidrógeno, cinco de nitrógeno, trece de oxígeno y tres de fósforo. La fórmula taquigráfica es C10H16norte5O13PAG3. Observe en el diagrama que hay tres grupos fosfato unidos a un conglomerado que llamamos adenosina. Los dos últimos enlaces de los grupos fosfato contienen una energía especialmente alta y, por lo tanto, son muy útiles para trabajar dentro de las células vivas.

Para aprovechar los enlaces de alta energía en el ATP, hay dentro de muchas células una sustancia llamada ATPasa. Este es realmente un divisor de ATP. Corta el último grupo fosfato de la molécula de ATP convirtiéndolo en adenosina difosfato. (Tenga en cuenta que el prefijo "di-" significa "dos"). En el proceso de esta división, se libera una gran cantidad de energía y se usa en la célula para trabajar, mover cosas y construir cosas.

Cuando el cuerpo consume carbohidratos y otros alimentos, también contienen energía. Cuando se descomponen, la energía se libera y, en muchos casos, la energía se usa para volver a unir la molécula de fosfato al ADP, convirtiéndola nuevamente en ATP. Luego, el ciclo de ruptura y creación de vínculos comienza de nuevo, liberando y almacenando energía alternativamente, según sea necesario. ¡Una forma conveniente de recordar el ciclo es ATP = ADP + P + Energía 1!

La adición y sustracción de un fosfato al ADP es un proceso metabólico. Los procesos metabólicos se pueden dividir en dos fases catabolismo es el proceso de descomposición (descomposición de los alimentos para producir ATP), y anabolismo es el proceso de acumulación (usando la energía creada al convertir ATP en ADP para construir células o mover moléculas alrededor de la célula). El ciclo ATP-ADP ocurre en plantas (en fotosíntesis) y animales.


¿Qué es el proceso de transporte activo?

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Entonces, ¿cómo se desarrolla el proceso de transporte activo? Cuando una sustancia tiene que ser transportada activamente hacia y desde una célula, existen proteínas transmembrana especializadas que reconocen la sustancia y le permiten acceder a través de la membrana cuando de otro modo no lo haría. Esto sucede porque es una a la que la bicapa lipídica de la membrana es impermeable o porque se mueve en contra de la dirección del gradiente de concentración. El último caso, conocido como transporte activo primario, generalmente tiene proteínas involucradas como bombas y utiliza la energía química del ATP. Los otros casos, que suelen derivar su energía mediante la explotación de un gradiente electroquímico, se conocen como transporte activo secundario e involucran proteínas que se separan para formar canales o poros a través de la membrana celular para permitir el paso de sustancias a través de ella.

A veces, el sistema transporta una sustancia en una dirección, mientras que al mismo tiempo co-transporta otra sustancia en la otra dirección. Esto se conoce como & # 8220antiport & # 8221. & # 8220Symport & # 8221 es el nombre que se le da a un proceso de transporte en el que dos sustratos se transportan simultáneamente en la misma dirección a través de la membrana. Antiport y symport están asociados con el transporte activo secundario, es decir, una de las dos sustancias se transporta en la dirección de su gradiente de concentración, utilizando la energía derivada del transporte de la segunda sustancia, generalmente un protón, en su gradiente de concentración.

Las partículas que se mueven desde áreas de baja concentración a áreas de alta concentración, es decir, en la dirección opuesta a la del gradiente de concentración, requieren la presencia de proteínas transportadoras transmembrana específicas. Estas proteínas tienen receptores que se unen a moléculas específicas, como la glucosa, y así las transportan al interior de la célula. Como se requiere energía para que este proceso tenga lugar, se lo conoce como transporte activo. Los ejemplos de transporte activo incluyen el transporte de sodio fuera de la célula y de potasio a la célula, que se lleva a cabo mediante la bomba de sodio-potasio.

El transporte activo es un proceso muy importante, ya que es requerido por las células para mantener su estado normal de homeostasis. Este proceso a menudo tiene lugar dentro del revestimiento interno del intestino delgado. En las plantas, existe la necesidad de absorber las sales minerales del suelo, pero estas sales existen en una concentración mínima. El transporte activo permite que estas células absorban sales de esta concentración diluida en contra de la dirección del gradiente de concentración.

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Para estudiantes y profesores de amplificador

Solo para profesores

COMPRENSIÓN PERMANENTE
ENE-2
Las células tienen membranas que les permiten establecer y mantener ambientes internos que son diferentes de sus ambientes externos.

OBJETIVO DE APRENDIZAJE
ENE-2.J
Describe los procesos que permiten que los iones y otras moléculas se muevan a través de las membranas.

CONOCIMIENTOS ESENCIALES
ENE-2.J.1
Una variedad de procesos permiten el movimiento de iones y otras moléculas a través de las membranas, incluido el transporte pasivo y activo, la endocitosis y la exocitosis.


4.4 ATP: trifosfato de adenosina

Casi todas las reacciones químicas en las células humanas requieren energía. Dentro de la célula, ¿de dónde proviene la energía para impulsar tales reacciones? La respuesta está en una molécula proveedora de energía que los científicos llaman trifosfato de adenosina , o ATP . Esta es una molécula pequeña y relativamente simple ( Figura 1 ), pero dentro de algunos de sus enlaces, contiene el potencial de una rápida explosión de energía que se puede aprovechar para realizar un trabajo celular. Piense en esta molécula como la moneda de energía primaria de las células de la misma manera que el dinero es la moneda que la gente cambia por las cosas que necesita. El ATP potencia la mayoría de las reacciones celulares que requieren energía.

Figura 1. ATP es la moneda de energía primaria de la célula. Tiene un esqueleto de adenosina con tres grupos fosfato unidos.

Como su nombre indica, el trifosfato de adenosina se compone de adenosina unida a tres grupos fosfato (Figura 1). La adenosina es un nucleósido que consta de la base nitrogenada adenina y un azúcar de cinco carbonos, la ribosa. Los tres grupos fosfato, en orden de más cercano a más alejado del azúcar ribosa, son alfa, beta y gamma. Juntos, estos grupos químicos constituyen una fuente de energía. Sin embargo, no todos los enlaces dentro de esta molécula existen en un estado particularmente de alta energía. Ambos enlaces que unen los fosfatos son enlaces igualmente de alta energía (enlaces de fosfoanhídrido) que, cuando se rompen, liberan suficiente energía para impulsar una variedad de reacciones y procesos celulares. Estos enlaces de alta energía son los enlaces entre el segundo y tercer grupo (o beta y gamma) fosfato y entre el primer y segundo grupo fosfato. Estos enlaces son de "alta energía" porque los productos de dicha ruptura de enlaces: difosfato de adenosina (ADP) y un grupo fosfato inorgánico (PI) —Tienen una energía libre considerablemente menor que los reactivos: ATP y una molécula de agua. Debido a que esta reacción tiene lugar utilizando una molécula de agua, es una reacción de hidrólisis. En otras palabras, el ATP se hidroliza en ADP en la siguiente reacción:

ATP + H2O → ADP + Pi + energía libre

Como la mayoría de las reacciones químicas, la hidrólisis de ATP a ADP es reversible. La reacción inversa regenera ATP a partir de ADP + PI. Las células dependen de la regeneración de ATP al igual que las personas dependen de la regeneración del dinero gastado a través de algún tipo de ingreso. Dado que la hidrólisis de ATP libera energía, la regeneración de ATP debe requerir una entrada de energía libre. Esta ecuación expresa la formación de ATP:

ADP + Pi + energía libre → ATP + H2O

El ATP es una molécula muy inestable. A menos que se utilice rápidamente para realizar un trabajo, el ATP se disocia espontáneamente en ADP + P I y la energía libre liberada durante este proceso se pierde en forma de calor. Las células pueden aprovechar la energía liberada durante la hidrólisis de ATP mediante el uso de acoplamiento de energía, donde el proceso de hidrólisis de ATP está vinculado a otros procesos en la célula. Un ejemplo de acoplamiento de energía usando ATP involucra una bomba de iones transmembrana que es extremadamente importante para la función celular. Esta bomba de sodio-potasio (bomba de Na + / K +) expulsa el sodio de la célula y el potasio hacia la célula ( Figura 2 ). Un gran porcentaje del ATP de una célula impulsa esta bomba, porque los procesos celulares introducen una cantidad considerable de sodio en la célula y de potasio. La bomba trabaja constantemente para estabilizar las concentraciones celulares de sodio y potasio. Para que la bomba gire un ciclo (exportando tres iones Na + e importando dos iones K +), una molécula de ATP debe hidrolizarse. Cuando el ATP se hidroliza, su gamma fosfato no simplemente flota, sino que en realidad se transfiere a la proteína de bombeo. Los científicos llaman fosforilación a este proceso de unión de un grupo fosfato a una molécula. Como en la mayoría de los casos de hidrólisis de ATP, un fosfato de ATP se transfiere a otra molécula. En un estado fosforilado, la bomba de Na + / K + tiene más energía libre y se activa para sufrir un cambio conformacional (un cambio en la forma de la proteína). Este cambio le permite liberar Na + a la célula y al exterior. Luego se une al K + extracelular, que, a través de otro cambio conformacional, hace que el fosfato se desprenda de la bomba. Esta liberación de fosfato hace que el K + se libere en la célula y en el interior. Esencialmente, la energía liberada por la hidrólisis de ATP se acopla con la energía requerida para impulsar la bomba y transportar iones Na + y K +. El ATP realiza el trabajo celular utilizando esta forma básica de acoplamiento de energía a través de la fosforilación.

CONEXIÓN VISUAL Figura 2. La bomba de sodio-potasio es un ejemplo de acoplamiento de energía. La energía derivada de la hidrólisis de ATP exergónica bombea iones de sodio y potasio a través de la membrana celular.

A menudo, durante las reacciones metabólicas celulares, como la síntesis y descomposición de nutrientes, ciertas moléculas deben alterar ligeramente su conformación para convertirse en sustratos para el siguiente paso de la serie de reacciones. Un ejemplo es durante los primeros pasos de la respiración celular, cuando una molécula de azúcar y glucosa se descompone en el proceso de glucólisis. En el primer paso, se requiere ATP para fosforilizar la glucosa, creando un intermedio de alta energía pero inestable. Esta reacción de fosforilación impulsa un cambio conformacional que permite que la molécula de glucosa fosforilada se convierta en fructosa de azúcar fosforilada. La fructosa es un intermedio necesario para que la glucólisis avance. Aquí, la hidrólisis de ATP y la reacción exergónica # 8217 se acopla con la reacción endergónica de convertir la glucosa en un intermedio fosforilado en la vía. Una vez más, la energía liberada al romper un enlace fosfato dentro del ATP se utilizó para fosforilizar otra molécula, creando un intermedio inestable y provocando un cambio conformacional importante.


¿Cómo funcionan los ensayos de ATP bioluminiscentes?

Los ensayos de ATP bioluminiscente aprovechan la reacción enzimática de luciferasa de luciérnaga, que utiliza ATP de células viables para generar fotones de luz. Las células viables se lisan para liberar el ATP para la detección, y se añaden reactivos que contienen la enzima luciferasa de luciérnaga y el sustrato para catalizar una reacción de dos pasos.

El primer paso de reacción es la activación de luciferina con ATP para dar un adenilato de luciferilo y pirofosfato. En el segundo paso, el luciferil-adenilato reacciona con el oxígeno molecular para producir oxiluciferina en un estado excitado electrónicamente y CO2. La oxiluciferina en estado excitado luego regresa al estado fundamental con la liberación de luz luminiscente verde a amarilla (550–570 nm). La intensidad de la señal luminiscente se detecta mediante un luminómetro.

Cuando el ATP es el componente limitante en la reacción de luciferasa, la luminiscencia es proporcional a la concentración de ATP. Una señal luminiscente más alta indica niveles de ATP más altos.

Correlación lineal de luminiscencia y concentración de ATP

En los primeros ensayos de ATP, la reacción de luciferasa liberó un breve "destello" de luz que duró solo unos segundos. La detección de una señal tan corta requería un luminómetro con capacidad de dispensación automática, ya sea un lector de placa de un solo tubo o de varios pocillos.

Para mejorar el flujo de trabajo experimental y reducir la variabilidad de los resultados del ensayo, los científicos de Promega obtuvieron una forma estable de luciferasa recombinante (Ultra-Glo ™ rLuciferasa) que no se ve afectada por detergentes fuertes utilizados para lisar células y puede coexistir con inhibidores de ATPasa, que estabilizan ATP una vez liberado de las células lisadas. La estabilidad y flexibilidad mejoradas de la rLuciferasa Ultra-Glo ™ permitió el desarrollo de ensayos de ATP con una señal luminiscente que "brilla" durante horas en comparación con los ensayos históricos "flash" que duran sólo unos segundos.

Los ensayos de ATP de tipo incandescente ofrecen a los investigadores un flujo de trabajo más flexible, lo que permite evaluar un número significativamente mayor de muestras en un experimento y no requieren dispensadores automáticos para ningún paso del protocolo.


¿Cómo funcionan los ensayos de ATP bioluminiscentes?

Los ensayos de ATP bioluminiscente aprovechan la reacción enzimática de luciferasa de luciérnaga, que utiliza ATP de células viables para generar fotones de luz. Las células viables se lisan para liberar el ATP para la detección, y se añaden reactivos que contienen la enzima luciferasa de luciérnaga y el sustrato para catalizar una reacción de dos pasos.

El primer paso de reacción es la activación de luciferina con ATP para dar un adenilato de luciferilo y pirofosfato. En el segundo paso, el luciferil-adenilato reacciona con el oxígeno molecular para producir oxiluciferina en un estado excitado electrónicamente y CO2. La oxiluciferina en estado excitado luego regresa al estado fundamental con la liberación de luz luminiscente verde a amarilla (550–570 nm). La intensidad de la señal luminiscente se detecta mediante un luminómetro.

Cuando el ATP es el componente limitante en la reacción de luciferasa, la luminiscencia es proporcional a la concentración de ATP. Una señal luminiscente más alta indica niveles de ATP más altos.

Correlación lineal de luminiscencia y concentración de ATP

En los primeros ensayos de ATP, la reacción de luciferasa liberó un breve "destello" de luz que duró solo unos segundos. La detección de una señal tan corta requirió un luminómetro con capacidad de dispensación automática, ya sea un lector de placa de un solo tubo o de varios pocillos.

Para mejorar el flujo de trabajo experimental y reducir la variabilidad de los resultados del ensayo, los científicos de Promega obtuvieron una forma estable de luciferasa recombinante (Ultra-Glo ™ rLuciferasa) que no se ve afectada por detergentes fuertes utilizados para lisar células y puede coexistir con inhibidores de ATPasa, que estabilizan ATP una vez liberado de las células lisadas. La estabilidad y flexibilidad mejoradas de la rLuciferasa Ultra-Glo ™ permitió el desarrollo de ensayos de ATP con una señal luminiscente que "brilla" durante horas en comparación con los ensayos históricos "flash" que duran sólo unos segundos.

Los ensayos de ATP de tipo incandescente ofrecen a los investigadores un flujo de trabajo más flexible, lo que permite evaluar un número significativamente mayor de muestras en un experimento y no requieren dispensadores automáticos para ningún paso del protocolo.


Fosforilación

Recuerde que, en algunas reacciones químicas, las enzimas pueden unirse a varios sustratos que reaccionan entre sí en la enzima, formando un complejo intermedio. Un complejo intermedio es una estructura temporal y permite que uno de los sustratos (como el ATP) y los reactivos reaccionen más fácilmente entre sí en reacciones que involucran ATP, el ATP es uno de los sustratos y el ADP es un producto. Durante una reacción química endergónica, el ATP forma un complejo intermedio con el sustrato y la enzima en la reacción. Este complejo intermedio permite que el ATP transfiera su tercer grupo fosfato, con su energía, al sustrato, un proceso llamado fosforilación. Fosforilación se refiere a la adición del fosfato (

PAG). Esto se ilustra con la siguiente reacción genérica:

A + enzima + ATP → [A - enzima -

P] → B + enzima + ADP + ion fosfato

Cuando el complejo intermedio se rompe, la energía se utiliza para modificar el sustrato y convertirlo en un producto de la reacción. La molécula de ADP y un ion fosfato libre se liberan en el medio y están disponibles para su reciclaje a través del metabolismo celular.

Figura 2. En las reacciones de fosforilación, el gamma fosfato de ATP se une a una proteína.


Tres etapas de la respiración aeróbica

La respiración aeróbica tiene lugar en tres fases: glucólisis, ciclo de Krebs y fosforilación oxidativa (también llamada cadena de transporte de electrones). El resultado final de estas etapas es ATP.

ATP es una abreviatura de adenosina-5 y # 8242-trifosfato, compuesto por: 3 grupos fosfato, azúcar de 5 carbonos (también llamado ribosa) y adenina. Es un nucleótido multifuncional o un compuesto químico que libera energía para ayudar a realizar funciones importantes en una célula.

Glucólisis

El proceso de glicólisis (glico significa & # 8216 azúcar & # 8217 y lisis significa & # 8216 romper & # 8217 o & # 8216 dividir & # 8217) tiene lugar en el citosol o citoplasma de una célula. Este proceso puede tener lugar sin oxígeno. El objetivo de este proceso es descomponer la glucosa y formar ATP, NADH y piruvatos (el piruvato o ácido pirúvico es el producto final de la glucólisis, que puede convertirse en diferentes biomoléculas). La glucólisis utiliza 2 moléculas de ATP como energía para alimentar todo este proceso.

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En esta etapa, la glucosa se oxida parcialmente. 1 molécula de glucosa (C 6 H 12 O 6 ) se descompone en dos moléculas de azúcar de 3 carbonos. Se añaden 2 NAD a estas moléculas de azúcar de carbono. Simultáneamente, también se agrega un grupo fosfato a cada molécula de 3 carbonos.

Así, este proceso de glucólisis produce energía: 2 moléculas de ATP (netas), 2 NADH (dinucleótido de nicotinamida y adenina) y 2 piruvatos. Cada molécula de NADH transporta 2 electrones de energía. Las células luego usan estos electrones. El propósito principal de los electrones NADH es transportar electrones a la cadena de transferencia de electrones, para obtener más energía de ellos.

Por lo tanto, al final de la glucólisis, tenemos: glucosa & # 8212-2 piruvatos + 2 ATP (neto) + 2 NADH

Ciclo de Krebs

Esta es la siguiente etapa de la respiración celular aeróbica. Este proceso tiene lugar en las mitocondrias de una célula. Con una ganancia neta de 2 ATP solo en la etapa anterior, es decir & # 8216glicólisis & # 8217, existe la necesidad de recolectar más energía. Por tanto, el principal objetivo de esta etapa es utilizar los piruvatos para producir más ATP. Es en esta etapa que el oxígeno juega un papel fundamental. El primer proceso tiene como objetivo convertir el piruvato en una forma química que lo ayudará a ingresar a la siguiente etapa.

El piruvato ingresa a la mitocondria, en esta etapa también pierde un átomo de carbono, que se libera como dióxido de carbono.

NAD se reduce a NADH, después de perder un átomo de carbono.

Ahora, una enzima llamada CoA, (una enzima involucrada en el metabolismo de los azúcares de carbono), se une a las 2 moléculas de carbono restantes en el piruvato.

Después de esta fusión, se forma una molécula llamada acetil-CoA (también conocida como la forma activada de ácido acético).

Ahora esta molécula entra en el ciclo del ácido cítrico. Los 2 átomos de carbono en acetil-CoA se combinan con 4 átomos de carbono más, que ya están presentes en este ciclo. Entonces, tenemos un total de 6 átomos de carbono, 2 de acetil-CoA y 4 que ya estaban presentes. Estos 6 átomos forman ácido cítrico.

2 NAD (que se produjeron a partir de la descomposición de la glucosa en la glucólisis), se reducen aún más y forman 2 NADH. Aquí, perdemos 2 átomos más de carbono (de los 6 en ácido cítrico), que también se libera como dióxido de carbono.

Ahora se produce un proceso llamado fosforilación a nivel de sustrato. Se agrega fosforilo (PO3) o fosfato al ADP. Esto convierte ADP (difosfato de adenosina) en ATP (trifosfato de adenosina).

En el siguiente conjunto de reacciones químicas, los 4 átomos de carbono restantes (de los 6 átomos, 2 se liberaron como dióxido de carbono) se vuelven a sintetizar. Esto conduce a otro NAD presente en el ciclo para formar NADH y FAD, que forma FADH2. Ahora tenemos 1 ATP, NADH y FADH2.

Cada CA (ciclo) utiliza 1 piruvato de los 2 piruvatos formados durante la glucólisis. Entonces, esto significa que tienen lugar 2 ciclos de CA para una descomposición de 2 piruvatos.

Al final de este ciclo, tenemos un total de 4 ATP & # 8211 2 de la glucólisis y 2 del ciclo del ácido cítrico o ciclo de Krebs.

Cadena de transporte de electrones

Esta es la etapa final del ciclo respiratorio celular aeróbico. Durante la glucólisis y el ciclo de Krebs, la glucosa no libera toda la energía. En esta etapa de la respiración aeróbica, la cadena de transporte de electrones libera la energía restante de la glucosa. Los electrones se transportan paso a paso en una vía, que se denomina cadena de transporte de electrones.

Del ciclo de Krebs y la glucólisis, tenemos un total de 4 ATP, 2NADH y 2FADH 2 . En este paso, 2 NADH y 2 FADH 2 trabajar con las enzimas, y se lleva a cabo un proceso llamado reducción de oxidación. Aquí, NADH y FADH 2 (podemos llamarlos donantes de electrones, en esta etapa) aportan sus electrones a las enzimas (aceptores de electrones) (ya presentes en la membrana de una célula) a través de un gradiente o camino electroquímico. Esto se denomina sistema de transporte de electrones.

Después de esto, el NADH y FADH 2 pierden sus electrones y se reducen a NAD y FAD. Estos regresan para ser procesados ​​nuevamente al ciclo de Krebs o ciclo cítrico.

Los electrones pierden parte de su energía como protones (iones de hidrógeno), que son bombeados en el espacio entre membranas de la mitocondria externa. Esto hace girar un gradiente de protones formado por la liberación de iones de hidrógeno en el espacio entre membranas. Es este gradiente de protones el que alimenta la síntesis de ATP.

¿Cómo se hace esto? Bueno, NADH y FADH, ambos pierden electrones, en la mitocondria, reduciendo así la concentración de energía (H +) en la mitocondria. En el compartimento exterior de la membrana o espacio entre membranas, tiene lugar la formación constante de protones (iones de hidrógeno). Esto crea una alta concentración de H + (protones) en el espacio entre membranas.

Este estado de altas y bajas energías en la célula tiene un potencial muy alto de producción de energía. Esto les permite viajar desde el gradiente de alta energía (membrana externa) al gradiente de baja energía que es la mitocondria. En este proceso, pasan a través de la ATP sintasa.

La ATP sintasa (también llamada partícula F1) aprovecha esta energía potencial de los protones y tiene lugar un proceso llamado fosforilación oxidativa. Esto ayuda a la conversión de ADP en ATP, lo que se denomina quimiosmosis.

El oxígeno juega un papel importante en la respiración celular aeróbica, porque es un gran aceptor de electrones. Desempeña un papel activo en la prevención de la acumulación de electrones en el sistema de transporte de electrones. El oxígeno extrae los electrones de la última etapa del sistema de transporte de electrones. Entonces, los electrones se combinan con los protones y forman hidrógeno. Esto además se combina con el oxígeno que produce agua (H 2 O).

Cada 2 electrones donados por NADH que pasan a través de la F1 (ATP sintasa) crea 1 molécula de ATP. Por lo tanto, cada NADH que pasa 6 electrones en la cadena de transporte de electrones, nos da 3 ATP.

Del mismo modo, FADH 2 dona 4 electrones en la cadena de transporte de electrones. Esto se debe a que, FADH 2 entra en el sistema de transporte de electrones más tarde o después de que NADH dona electrones. Entonces genera menos energía. De los 4 electrones que dona, se producen 2 ATP.

El número máximo de ATP es generado por la cadena de transporte de electrones a través de la quimiosmosis (es decir, el proceso de la ATP sintasa). Da a las células un total de 32 & # 8211 34 ATP.

Un punto que vale la pena mencionar aquí es que, mientras que la glucólisis tiene lugar en el citoplasma de una célula, el ciclo de Krebs y el transporte de electrones tiene lugar en las mitocondrias de una célula. Además, el oxígeno es el componente más importante de la respiración celular aeróbica. Sin oxígeno, los electrones permanecerán estancados en la cadena de transporte de electrones, deteniendo la producción de ATP. Eventualmente, la célula morirá, ¡y el organismo también! Por lo tanto, la respiración aeróbica es un proceso vital para el funcionamiento celular y la vida de un organismo.

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