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Todos los organismos hacen uso de una molécula llamada glucosa y un proceso llamado glucólisis para satisfacer algunas o todas sus necesidades energéticas. Para los organismos procariotas unicelulares, como las bacterias, este es el único proceso disponible para generar ATP (trifosfato de adenosina, la "moneda energética" de las células).
Los organismos eucariotas (animales, plantas y hongos) tienen maquinaria celular más sofisticada y pueden obtener mucho más de una molécula de glucosa, de hecho, más de quince veces más ATP. Esto se debe a que estas células emplean la respiración celular, que en su totalidad es glucólisis más respiración aeróbica.
Una reacción que involucra descarboxilación oxidativa en la respiración celular llamada el reacción del puente sirve como centro de procesamiento entre las reacciones estrictamente anaeróbicas de la glucólisis y los dos pasos de la respiración aeróbica que ocurren en las mitocondrias. Esta etapa puente, más formalmente llamada oxidación de piruvato, es por lo tanto esencial.
Acercarse al puente: glucólisis
En la glucólisis, una serie de diez reacciones en el citoplasma celular convierte la glucosa de la molécula de azúcar de seis carbonos en dos moléculas de piruvato, un compuesto de tres carbonos, mientras produce un total de dos moléculas de ATP. En la primera parte de la glucólisis, llamada fase de inversión, en realidad se necesitan dos ATP para mover las reacciones, mientras que en la segunda parte, la fase de retorno, esto es más que compensado por la síntesis de cuatro moléculas de ATP.
Fase de inversión: La glucosa tiene un grupo fosfato unido y luego se reorganiza en una molécula de fructosa. Esta molécula a su vez tiene un grupo fosfato agregado, y el resultado es una molécula de fructosa doblemente fosforilada. Esta molécula se divide y se convierte en dos moléculas idénticas de tres carbonos, cada una con su propio grupo fosfato.
Fase de retorno: Cada una de las dos moléculas de tres carbonos tiene el mismo destino: tiene otro grupo fosfato unido, y cada uno de estos se usa para producir ATP a partir de ADP (difosfato de adenosina) mientras se reorganiza en una molécula de piruvato. Esta fase también genera una molécula de NADH a partir de una molécula de NAD+.
El rendimiento energético neto es, por lo tanto, 2 ATP por glucosa.
La reacción del puente
La reacción del puente, también llamada reacción de transición, consta de dos pasos. El primero es el descarboxilación de piruvato, y el segundo es la fijación de lo que queda a una molécula llamada coenzima A.
El extremo de la molécula de piruvato es un carbono con doble enlace a un átomo de oxígeno y un solo enlace a un grupo hidroxilo (-OH). En la práctica, el átomo de H en el grupo hidroxilo se disocia del átomo de O, por lo que se puede pensar que esta porción de piruvato tiene un átomo de C y dos átomos de O. En la descarboxilación, esto se elimina como CO2o dióxido de carbono.
Luego, el remanente de la molécula de piruvato, llamado grupo acetilo y que tiene la fórmula CH3C (= O), se une a la coenzima A en el lugar previamente ocupado por el grupo carboxilo de piruvato. En el proceso, NAD+ se reduce a NADH. Por molécula de glucosa, la reacción puente es:
2 CH3C (= O) C (O) O- + 2 CoA + 2 NAD+ → 2 CH3C (= O) CoA + 2 NADH
Después del puente: respiración aeróbica
Ciclo de Krebs: La ubicación del ciclo de Krebs está en la matriz mitocondrial (el material dentro de las membranas). Aquí, el acetil CoA se combina con una molécula de cuatro carbonos llamada oxaloacetato para crear una molécula de seis carbonos, el citrato. Esta molécula se reduce a oxaloacetato en una serie de pasos, comenzando el ciclo nuevamente.
El resultado es 2 ATP junto con 8 NADH y 2 FADH2 (portadores de electrones) para el siguiente paso.
Cadena de transporte de electrones: Estas reacciones ocurren a lo largo de la membrana mitocondrial interna, en la que están integrados cuatro grupos especializados de coenzimas, llamados complejos I a IV. Estos usan la energía en los electrones en NADH y FADH2 para impulsar la síntesis de ATP, siendo el oxígeno el receptor de electrones final.
El resultado es 32 a 34 ATP, poniendo el rendimiento energético total de la respiración celular en 36 a 38 ATP por molécula de glucosa.