Cadena de transporte de electrones (ETC): definición, ubicación e importancia

La mayoría de las células vivas producen energía a partir de nutrientes a través de la respiración celular, que implica la toma de oxígeno para liberar energía. La cadena de transporte de electrones o etc. es la tercera y última etapa de este proceso, las otras dos son la glucólisis y el ciclo del ácido cítrico . La energía producida se almacena en forma de atp o trifosfato de adenosina, que es un nucleótido que se encuentra en todos los organismos vivos.

Las moléculas atp almacenan energía en sus enlaces fosfato . etc. es la etapa más importante de la respiración celular desde un punto de vista energético, ya que produce la mayor cantidad de atp. en una serie de reacciones redox, la energía se libera y se usa para unir un tercer grupo fosfato a difosfato de adenosina para crear atp con tres grupos fosfato. cuando una célula necesita energía, rompe el tercer enlace del grupo fosfato y utiliza la energía resultante.

Muchas de las reacciones químicas de la respiración celular son reacciones redox. Estas son interacciones entre sustancias celulares que implican reducción y oxidación o redox al mismo tiempo. a medida que los electrones se transfieren entre las moléculas, un conjunto de productos químicos se oxida, mientras que otro conjunto se reduce. Una serie de reacciones redox conforman la cadena de transporte de electrones.

Los productos químicos que se oxidan son agentes reductores. aceptan electrones y reducen las otras sustancias tomando sus electrones. Estos otros productos químicos son agentes oxidantes. donan electrones y oxidan a las otras partes en la reacción química redox. cuando se producen una serie de reacciones químicas redox, los electrones pueden pasar a través de múltiples etapas hasta que se combinan con el agente reductor final.

Las células de organismos avanzados o eucariotas tienen un núcleo y se denominan células eucariotas. estas células de nivel superior también tienen pequeñas estructuras unidas a la membrana llamadas mitocondrias que producen energía para la célula. Las mitocondrias son como pequeñas fábricas que generan energía en forma de moléculas atp. Las reacciones en cadena de transporte de electrones tienen lugar dentro de las mitocondrias.

Dependiendo del trabajo que realice la célula, las células pueden tener más o menos mitocondrias. Las células musculares a veces tienen miles porque necesitan mucha energía. las células vegetales también tienen mitocondrias, pero su fuente de energía primaria es la luz solar a través de la fotosíntesis . este proceso produce glucosa que, a su vez, se descompone y es utilizada por las mitocondrias para almacenar energía química en forma de atp.

Las reacciones, etc., tienen lugar en y a través de la membrana interna de las mitocondrias. otro proceso de respiración celular, el ciclo del ácido cítrico, tiene lugar dentro de las mitocondrias y libera algunos de los productos químicos necesarios para las reacciones, etc. El etc. utiliza las características de la membrana mitocondrial interna para sintetizar moléculas atp.

Una mitocondria es pequeña y mucho más pequeña que una célula. Para verlo correctamente y estudiar su estructura, se requiere un microscopio electrónico con un aumento de varios miles de veces. Las imágenes del microscopio electrónico muestran que la mitocondria tiene una membrana externa lisa y alargada y una membrana interna muy doblada .

Los pliegues de la membrana interna tienen forma de dedos y se adentran en el interior de la mitocondria. El interior de la membrana interna contiene un fluido llamado matriz, y entre las membranas interna y externa hay una región llena de líquido viscoso llamada espacio intermembrana . el ciclo del ácido cítrico tiene lugar en la matriz y produce algunos de los compuestos utilizados por el etc. El etc. toma electrones de estos compuestos y devuelve los productos al ciclo del ácido cítrico. los pliegues de la membrana interna le dan una gran área de superficie con mucho espacio para las reacciones de la cadena de transporte de electrones.

la mayoría de los organismos de una sola célula son procariotas, lo que significa que las células carecen de un núcleo. estas células procariotas tienen una estructura simple con una pared celular y membranas celulares que rodean la célula y controlan lo que entra y sale de la célula. las células procarióticas carecen de mitocondrias y otras orgánulos unidos a la membrana . en cambio, la producción de energía celular tiene lugar a lo largo de la célula.

Algunas células procarióticas, como las algas verdes, pueden producir glucosa a partir de la fotosíntesis, mientras que otras ingieren sustancias que contienen glucosa. La glucosa se utiliza como alimento para la producción de energía celular a través de la respiración celular. Debido a que estas células no tienen mitocondrias, la reacción al final de la respiración celular tiene que tener lugar sobre las membranas celulares ubicadas justo dentro de la pared celular.

El etc. utiliza electrones de alta energía de productos químicos producidos por el ciclo del ácido cítrico y los lleva a través de cuatro pasos a un nivel de energía bajo. La energía de estas reacciones químicas se utiliza para bombear protones a través de una membrana. estos protones luego se difunden a través de la membrana.

Para las células procarióticas, las proteínas se bombean a través de las membranas celulares que rodean la célula. Para las células eucariotas con mitocondrias, los protones se bombean a través de la membrana mitocondrial interna desde la matriz al espacio intermembrana. Los donantes de electrones químicos incluyen nadh y fadh, mientras que el aceptor final de electrones es el oxígeno. Los productos químicos nad y fad se devuelven al ciclo del ácido cítrico, mientras que el oxígeno se combina con el hidrógeno para formar agua.

Los protones bombeados a través de las membranas crean un gradiente de protones . el gradiente produce una fuerza motriz de protones que permite que los protones se muevan hacia atrás a través de las membranas. este movimiento de protones activa atp sintasa y crea moléculas atp a partir de adp. El proceso químico general se llama fosforilación oxidativa .

Cuatro complejos químicos forman la cadena de transporte de electrones. Tienen las siguientes funciones:

• el complejo i  toma a donh de electrones nadh de la matriz y envía electrones a lo largo de la cadena mientras usa la energía para bombear protones a través de las membranas.
• complex ii  utiliza fadh como un donante de electrones para suministrar electrones adicionales a la cadena.
• el complejo iii  pasa los electrones a un químico intermedio llamado citocromo y bombea más protones a través de las membranas.
• el complejo iv  recibe los electrones del citocromo y los pasa a la mitad de una molécula de oxígeno que se combina con dos átomos de hidrógeno y forma una molécula de agua.

Al final de este proceso, el gradiente de protones es producido por cada complejo que bombea protones a través de las membranas. la fuerza motriz protónica resultante atrae a los protones a través de las membranas a través de las moléculas de atp sintasa. A medida que se cruzan en la matriz mitocondrial o en el interior de la célula procariótica, la acción de los protones permite que la molécula de la sintetasa atp agregue un grupo fosfato a una molécula de adp o difosfato de adenosina. adp se convierte en atp o trifosfato de adenosina, y la energía se almacena en el enlace fosfato adicional.

Cada una de las tres fases de la respiración celular incorpora procesos celulares importantes, pero el etc. produce, con mucho, el más atp. Dado que la producción de energía es una de las funciones clave de la respiración celular, atp es la fase más importante desde ese punto de vista. donde el etc. produce hasta 34 moléculas de atp a partir de los productos de una molécula de glucosa, el ciclo del ácido cítrico produce dos, y la glucólisis produce cuatro moléculas de atp pero consume dos de ellas.

La otra función clave del etc. es producir nad y fad a partir de nadh y fadh en los dos primeros complejos químicos. Los productos de las reacciones en el complejo I y el complejo II son las moléculas nad y fad que se requieren en el ciclo del ácido cítrico. como resultado, el ciclo del ácido cítrico depende del etc., ya que el etc. solo puede tener lugar en presencia de oxígeno, que actúa como aceptor de electrones final, el ciclo de respiración de la célula solo puede funcionar completamente cuando el organismo recibe oxígeno.

Todos los organismos avanzados necesitan oxígeno para sobrevivir. algunos animales respiran el oxígeno del aire mientras que los animales acuáticos pueden tener agallas o absorber oxígeno a través de sus pieles . en los animales superiores, los glóbulos rojos absorben oxígeno en los pulmones y lo transportan hacia el cuerpo. Las arterias y luego los pequeños capilares distribuyen el oxígeno a través de los tejidos del cuerpo.

A medida que las mitocondrias utilizan el oxígeno para formar agua, el oxígeno se difunde de los glóbulos rojos. Las moléculas de oxígeno viajan a través de las membranas celulares hacia el interior de la célula. A medida que se agotan las moléculas de oxígeno existentes, nuevas moléculas toman su lugar. Mientras haya suficiente oxígeno presente, las mitocondrias pueden suministrar toda la energía que la célula necesita.

La glucosa es un carbohidrato que, cuando se oxida, produce dióxido de carbono y agua. Durante este proceso, los electrones se introducen en la cadena de transporte de electrones. El flujo de electrones es utilizado por los complejos de proteínas en las membranas mitocondriales o celulares para transportar iones de hidrógeno, h + , a través de las membranas. la presencia de más iones de hidrógeno fuera de una membrana que dentro crea un desequilibrio de ph con una solución más ácida fuera de la membrana.

Para equilibrar el pH, los iones de hidrógeno fluyen de regreso a través de la membrana a través del complejo de proteínas sintasa atp, impulsando la formación de moléculas atp. La energía química obtenida de los electrones se cambia a una forma electroquímica de energía almacenada en el gradiente de iones de hidrógeno. cuando la energía electroquímica se libera a través del flujo de los iones de hidrógeno o protones a través del complejo atp sintasa, se convierte en energía bioquímica en forma de atp.

Las reacciones, etc. son una forma altamente eficiente de producir y almacenar energía para que la célula la use en su movimiento, reproducción y supervivencia. cuando una de las series de reacciones se bloquea, el etc. ya no funciona, y las células que dependen de él mueren. algunos procariotas tienen formas alternativas de producir energía utilizando sustancias distintas al oxígeno como aceptor final de electrones, pero las células eucarióticas dependen de la fosforilación oxidativa y de la cadena de transporte de electrones para sus necesidades energéticas.

Las sustancias que pueden inhibir la acción, etc. pueden bloquear las reacciones redox , inhibir la transferencia de protones o modificar enzimas clave. Si se bloquea un paso redox, la transferencia de electrones se detiene y la oxidación avanza a niveles altos en el extremo de oxígeno, mientras que se produce una mayor reducción al comienzo de la cadena. cuando los protones no pueden transferirse a través de las membranas o se degradan enzimas como la atp sintasa, se detiene la producción de atp. en cualquier caso, las funciones celulares se descomponen y la célula muere.

Las sustancias de origen vegetal , como la rotenona , los compuestos como el cianuro y los antibióticos, como la antimicina, se pueden usar para inhibir la reacción, etc. y provocar la muerte celular específica. por ejemplo, la rotenona se usa como insecticida y los antibióticos se usan para matar las bacterias. cuando existe la necesidad de controlar la proliferación y el crecimiento de los organismos, el etc. puede considerarse un punto de ataque valioso. interrumpir su función priva a la célula de la energía que necesita para vivir.