Cadena de transporte de electrones para niños
La cadena de transporte de electrones es como una serie de máquinas diminutas que se encuentran en las células. Estas máquinas están en la membrana interna de las mitocondrias (que son como las centrales de energía de nuestras células), en las membranas de las bacterias, o en las membranas tilacoidales de las plantas. Su trabajo principal es producir trifosfato de adenosina (ATP), que es la "moneda de energía" que usan todos los seres vivos para funcionar.
Los seres vivos obtienen energía de dos maneras principales:
- Mediante reacciones químicas llamadas de reducción-oxidación (redox). Los organismos que usan esto se llaman quimioautótrofos.
- Usando la luz del sol, como en la fotosíntesis. Estos se llaman fotoautótrofos.
Ambos tipos de organismos usan sus cadenas de transporte de electrones para transformar la energía en ATP.
Contenido
¿Cómo funciona la cadena de electrones?
La cadena de transporte de electrones tiene una misión muy importante: crear una diferencia de carga eléctrica y de partículas (protones) a través de una membrana. Imagina que es como construir una "pila" de energía. Esta "pila" se usa luego para fabricar ATP.
Para lograr esto, ocurren tres cosas principales:
- Los electrones se mueven de una sustancia a otra en la cadena.
- La energía que se libera de ese movimiento de electrones se usa para "bombear" protones a un lado de la membrana, creando esa diferencia de carga.
- Finalmente, esa diferencia de carga (o "pila" de energía) se usa para producir ATP.
¿De dónde vienen los electrones?
Las reacciones redox son reacciones químicas donde los electrones se mueven de una molécula a otra. Piensa en ellas como un "intercambio" de electrones. La energía que impulsa estas reacciones es la energía disponible para hacer un trabajo.
La transferencia de electrones desde moléculas con mucha energía hacia moléculas con menos energía puede ocurrir en varios pasos. Estos pasos forman la cadena de transporte. Los sistemas biológicos usan estructuras complejas, como las proteínas de la cadena, para que estas reacciones ocurran de manera controlada y eficiente.
La cadena de transporte de electrones produce energía para mover sustancias a través de la membrana. Esta energía se usa para funciones vitales, como la rotación de una cola bacteriana (flagelo) o, lo más importante, la fabricación de ATP. La cadena está formada por varias proteínas que trabajan una tras otra, aceptando y donando electrones.
Aunque el ATP también se puede obtener de otras formas, la cadena de transporte de electrones es la manera más común de producir grandes cantidades de energía en la mayoría de los organismos.
La cadena de electrones en las mitocondrias
Las mitocondrias son orgánulos dentro de nuestras células que producen la mayor parte del ATP. Cuando comemos, la energía de alimentos como la glucosa se procesa en el citoplasma y luego en la mitocondria. Allí, se usan rutas metabólicas como el ciclo de los ácidos tricarboxílicos para obtener "portadores de electrones" llamados NADH y FADH2.
Los electrones de NADH y FADH2 pasan por la cadena de electrones hasta llegar al oxígeno, que se convierte en agua. Este proceso ocurre en la membrana interna de la mitocondria. Las proteínas que realizan estas reacciones también "bombean" protones a través de la membrana, creando una gran cantidad de energía que se usará para producir ATP.
A veces, un pequeño porcentaje de electrones se escapa y forma una molécula dañina llamada superóxido. Para que el transporte de electrones sea más rápido y eficiente, las proteínas de la cadena a menudo se agrupan formando estructuras más grandes llamadas "supercomplejos respiratorios".
Es interesante saber que las mitocondrias se parecen mucho a las bacterias. Se cree que hace mucho tiempo, las células primitivas "incorporaron" bacterias, y con el tiempo, estas bacterias se convirtieron en las mitocondrias que conocemos hoy. Esto se llama origen endosimbiótico.
Las "estaciones" de la cadena mitocondrial
Hay cuatro grupos de proteínas principales, como "estaciones", en la membrana interna de la mitocondria. Tres de ellas pueden "bombear" protones. El camino de los electrones es así:
NADH → Complejo I → Q → Complejo III → Citocromo c → Complejo IV → H2O ↑ Complejo II
Complejo I
El complejo I toma dos electrones del NADH y los pasa a una molécula llamada ubiquinona (Q). Esta molécula se mueve libremente por la membrana. Al mismo tiempo, el Complejo I bombea cuatro protones a través de la membrana, ayudando a crear la "pila" de energía.
Complejo II
El Complejo II no bombea protones. Este complejo recibe electrones de otra molécula, el FADH2, y los pasa también a la ubiquinona (Q).
Complejo III
El complejo III toma dos electrones de la ubiquinona (QH2) y los pasa a dos moléculas de citocromo c, que se mueven en el espacio entre las membranas de la mitocondria. Mientras tanto, bombea cuatro protones a través de la membrana.
Complejo IV
El complejo IV toma cuatro electrones de las moléculas de citocromo c y los pasa al oxígeno (O2), formando dos moléculas de agua (H2O). También bombea cuatro protones al espacio entre las membranas.
Complejo V: La fábrica de ATP
El complejo V, o ATP sintasa, es la máquina que usa la "pila" de protones creada por los otros complejos para fabricar ATP. Imagina que los protones quieren volver al otro lado de la membrana, y al pasar por el ATP sintasa, hacen que esta máquina gire y produzca ATP. Este proceso es clave para obtener mucha energía.
A veces, las células pueden "desconectar" la producción de ATP para generar calor. Esto ocurre en tejidos especiales, como la grasa parda, que ayuda a los animales a mantenerse calientes en invierno o durante la hibernación.
Resumen de la cadena mitocondrial
La cadena de transporte de electrones en las mitocondrias usa electrones de NADH o FADH2 y los pasa al oxígeno. Estas reacciones están conectadas a la creación de una diferencia de protones por los complejos I, III y IV. Esa diferencia se usa para generar ATP gracias al ATP sintasa.
La cadena de electrones en las bacterias
En las bacterias y arqueas, la cadena de transporte de electrones es más variada. Pueden usar muchos tipos diferentes de moléculas para donar y aceptar electrones.
Las bacterias pueden tener varias cadenas de transporte de electrones funcionando al mismo tiempo. También pueden usar diferentes donadores de electrones. Por ejemplo, una bacteria común como Escherichia coli puede usar varias formas de la cadena de transporte de electrones dependiendo de las condiciones.
Las bacterias también generan una diferencia de protones para producir ATP, al igual que las mitocondrias. Siempre necesitan al menos una "bomba" de protones para crear esa diferencia de energía.
Donadores de electrones en bacterias
Los donadores de electrones más comunes son las moléculas orgánicas (como los azúcares). Los organismos que las usan se llaman organotrofos. Pero algunas bacterias pueden usar fuentes inorgánicas, como el hidrógeno, el amonio o el sulfuro. A estos se les llama litotrofos. Es fascinante pensar que este tipo de metabolismo pudo haber sido muy importante en la historia temprana de la vida en la Tierra.
Deshidrogenasas
Las bacterias usan diferentes proteínas llamadas deshidrogenasas para tomar electrones de sus donadores. Algunas de estas deshidrogenasas también bombean protones, mientras que otras solo pasan los electrones a otras partes de la cadena. Las bacterias pueden activar o desactivar la producción de estas deshidrogenasas según lo que necesiten en su ambiente.
Transportadores de quinona
Las quinonas son moléculas que se mueven en la membrana y transportan electrones, de forma similar a la ubiquinona en las mitocondrias.
Bombas de protones
Cualquier proceso que cree una diferencia de protones a través de la membrana se considera una "bomba de protones". Los protones pueden moverse físicamente o pueden desaparecer de un lado y aparecer en el otro. Muchas proteínas de la cadena de transporte en bacterias actúan como bombas de protones.
Citocromos
Los citocromos son proteínas que contienen hierro y transportan electrones. Algunos se mueven libremente y otros están unidos a las grandes proteínas de la cadena.
Oxidasas y reductasas terminales
Cuando una bacteria vive en un ambiente con oxígeno, el oxígeno es el último aceptor de electrones y se convierte en agua gracias a una enzima llamada oxidasa. Si no hay oxígeno, las bacterias usan otras enzimas llamadas reductasas para pasar los electrones a otros aceptores, como el nitrato o el sulfato.
Aceptores de electrones
Así como hay muchos donadores, también hay muchos aceptores de electrones, tanto orgánicos como inorgánicos. Si hay oxígeno, las bacterias lo usarán porque les da más energía. Pero si no hay, pueden usar otras moléculas como el nitrato o el sulfato.
Resumen de la cadena bacteriana
Las cadenas de transporte de electrones en las bacterias son muy adaptables. Las bacterias pueden cambiar las proteínas que usan en su cadena de transporte según el ambiente en el que se encuentren, para obtener energía de la manera más eficiente.
La cadena de electrones en la fotosíntesis
En la fotofosforilación, que es parte de la fotosíntesis, la energía de la luz solar se usa para crear un donador de electrones con mucha energía. Luego, estos electrones se mueven a través de una cadena de transporte diferente a la de las mitocondrias.
Esta cadena fotosintética también tiene transportadores que se mueven, transportadores que están en la membrana y "bombas" de protones. Todo esto sirve para crear una diferencia de protones que, al igual que en las mitocondrias, se usa para producir ATP.
Véase también
En inglés: Electron transport chain Facts for Kids
