La oxidación de la glucosa es un proceso químico que proporciona energía para que un organismo lleve a cabo todas sus actividades requeridas. Durante este proceso, la glucosa, una simple molécula de azúcar obtenida de los alimentos, se descompone en dióxido de carbono y agua. Esta reacción libera energía y la almacena en forma química para que la use la célula. Hay tres etapas separadas de oxidación de la glucosa: la glucólisis, el ciclo del ácido cítrico y el sistema de transporte de electrones.
Glucosa
Las moléculas de glucosa se utilizan para construir carbohidratos más complejos, como almidón y celulosa. La fórmula química de esta molécula es C6H12O6, lo que significa que está formada por seis átomos de carbono, 12 átomos de hidrógeno y seis átomos de oxígeno. La glucosa, que se encuentra en las plantas y en muchos tipos de alimentos, se absorbe en el torrente sanguíneo durante la digestión.
Oxidación
La oxidación de la glucosa es un proceso aeróbico, una reacción química que requiere oxígeno. El término «oxidación», de hecho, se refiere a cualquier reacción en la que el oxígeno se combina con otra molécula, que luego se dice que está oxidada. Durante el proceso, una molécula de glucosa se combina con seis moléculas de oxígeno para producir seis moléculas de dióxido de carbono, seis moléculas de agua y trifosfato de adenosina (ATP), una molécula que las células utilizan para almacenar o transferir energía.
Glicólisis
El primer paso en el proceso de oxidación es la glucólisis, que tiene lugar dentro del citoplasma de una célula, la sustancia gelatinosa que llena la célula y rodea los otros órganos celulares. Durante esta etapa, la molécula de glucosa se descompone en dos moléculas de piruvato, un ácido orgánico que puede suministrar energía a las células. Esta descomposición también libera energía, que se utiliza para agregar un ion fosfato al difosfato de adenosina (ADP) para crear ATP. El ADP, a su vez, se forma con el ATP que se descompone para liberar su energía.
La glucólisis de una sola molécula de glucosa consume dos moléculas de ATP y produce cuatro en total, lo que lleva a una ganancia neta de energía de dos ATP. La energía del proceso también se usa para producir dos NADH, una forma de enzima que se usa para transferir electrones para impulsar reacciones químicas celulares.
El ciclo del ácido cítrico
Para comenzar el ciclo del ácido cítrico, también llamado ciclo de Krebs, las moléculas de piruvato producidas por la glucólisis se mueven a las mitocondrias, un órgano celular involucrado en los procesos metabólicos. Una vez allí, las moléculas se convierten en acetil CoA, la molécula que impulsa el ciclo del ácido cítrico. El acetil CoA está compuesto por carbono del piruvato y la coenzima A, una molécula que ayuda en los procesos biológicos. El proceso de conversión produce un NADH.
El acetil CoA libera la porción de carbono de la molécula en el ciclo del ácido cítrico, que funciona constantemente y produce ATP, electrones de alta energía y dióxido de carbono. La mayor parte de la energía producida se almacena en forma de electrones de alta energía, y una vuelta del ciclo dará como resultado tres NADH y un FADH2. Como NADH, FADH2 almacena los electrones capturados. El ciclo también produce dos ATP y emite el resto de la energía en forma de calor.
El sistema de transporte de electrones
La etapa final de la oxidación de la glucosa también tiene lugar dentro de las mitocondrias, donde un grupo de proteínas, llamado sistema de transporte de electrones, ayuda a transformar la energía de los electrones capturados por NADH y FADH2 en ATP. Este proceso está modelado por la teoría quimiosmótica, que describe la forma en que estos electrones pasan a lo largo del sistema de transporte, liberando energía a medida que avanzan.
La energía liberada se utiliza para mover iones de hidrógeno cargados positivamente hacia adelante y hacia atrás a través de la membrana que separa dos partes de la mitocondria. La energía de este movimiento se almacena en ATP. Este proceso se llama fosforilación oxidativa, porque el oxígeno es necesario para el paso final, aceptando electrones y átomos de hidrógeno para convertirse en H2O o agua. El rendimiento energético de esta etapa es de 26 a 28 ATP.
Energía ganada
Cuando se oxida una sola molécula de glucosa, la célula gana entre 30 y 32 ATP. Este número puede variar, porque a menudo una mitocondria no funciona a plena capacidad. Es posible que se pierda algo de energía a medida que las moléculas de NADH formadas en la glucólisis transfieren sus electrones a través de la membrana que separa las mitocondrias y el citoplasma.
ATP
El ATP está presente en todos los organismos vivos y desempeña un papel fundamental en el metabolismo celular, ya que es la principal forma en que las células almacenan y transfieren energía. Las plantas lo producen por fotofosforilación, un proceso que convierte la luz solar en energía. El ATP también se puede producir en un proceso anaeróbico, una reacción que no requiere oxígeno. La fermentación, por ejemplo, puede tener lugar sin oxígeno presente, pero este y otros procesos metabólicos anaeróbicos tienden a ser formas mucho menos eficientes de producir esta molécula.
Una gran cantidad de funciones celulares requieren ATP. La célula descompone estas moléculas en iones ADP y fosfato, liberando la energía almacenada. Esta energía luego se usa para hacer cosas como mover moléculas grandes dentro y fuera de la célula o para ayudar a crear proteínas, ADN y ARN. El ATP también participa en el movimiento muscular y es esencial para mantener el citoesqueleto de la célula, la estructura dentro del citoplasma que sostiene la célula y la mantiene unida.