1Ubicación y organización general
La cadena de transporte de electrones (cadena respiratoria) está formada por cuatro complejos multienzimáticos, incrustados en la membrana mitocondrial interna, más dos transportadores móviles que conectan a los complejos entre sí. Recibe electrones del NADH y el FADH2 generados en el citosol (glucólisis, vía lanzaderas específicas) y en la matriz mitocondrial (piruvato deshidrogenasa y ciclo de Krebs, capítulo V.1; β-oxidación, capítulo VI.2), y los transfiere secuencialmente de complejo en complejo hasta el aceptor final: el oxígeno molecular, que se reduce a agua.
2Los complejos multienzimáticos
| Complejo | Nombre | Entrada de electrones | Comentario |
|---|---|---|---|
| I | NADH-Q oxidorreductasa (NADH deshidrogenasa) | Del NADH | El más grande de los cuatro; bombea protones hacia el espacio intermembrana |
| II | Succinato-Q oxidorreductasa (succinato deshidrogenasa) | Del FADH2 | La misma enzima del ciclo de Krebs (paso 6, capítulo V.1) — no bombea protones, por eso el FADH2 rinde menos ATP que el NADH (capítulo V.3) |
| III | Q-citocromo c oxidorreductasa (complejo citocromo bc1) | De la ubiquinona reducida | Bombea protones; contiene citocromos b y c1 (capítulo III.4) |
| IV | Citocromo c oxidasa | Del citocromo c | El paso final: reduce el O2 a H2O; bombea protones; contiene citocromos a y a3, con centro de cobre — el sitio donde actúa el cianuro (sección 4) |
Dos transportadores móviles conectan a estos complejos en la secuencia:
- Ubiquinona (coenzima Q): una molécula liposoluble que se mueve libremente dentro de la membrana, transportando electrones desde los complejos I y II hacia el complejo III.
- Citocromo c: una proteína hidrosoluble pequeña, unida periféricamente a la cara externa de la membrana mitocondrial interna, que transporta electrones desde el complejo III hacia el complejo IV.
3Secuencia del flujo electrónico
| Ruta | Secuencia |
|---|---|
| Desde NADH | NADH → Complejo I → ubiquinona → Complejo III → citocromo c → Complejo IV → O2 |
| Desde FADH2 | FADH2 → Complejo II → ubiquinona → Complejo III → citocromo c → Complejo IV → O2 |
Nótese que el FADH2 entra a la cadena en el complejo II, rodeando al complejo I —de ahí que el FADH2 rinda menos energía transferida a lo largo de la cadena que el NADH, desarrollado en detalle en el capítulo V.3—. Cada complejo tiene un potencial redox progresivamente más positivo que el anterior, lo que impulsa el flujo espontáneo (exergónico, capítulo III.3) de electrones en una única dirección, desde el NADH/FADH2 (donantes) hasta el O2 (aceptor final, el más electronegativo de la cadena).
4Inhibidores del transporte electrónico
Cada complejo puede bloquearse selectivamente con un inhibidor específico —herramientas experimentales clásicas para estudiar la cadena, y algunos de relevancia toxicológica real—:
| Inhibidor | Complejo bloqueado | Comentario |
|---|---|---|
| Rotenona (un pesticida) | Complejo I | Bloquea la entrada de electrones desde el NADH |
| Antimicina A | Complejo III | Bloquea el flujo hacia el citocromo c |
| Cianuro, monóxido de carbono, azida | Complejo IV | Se unen al centro de cobre/hemo a3, bloqueando la reducción final del O2 — el cianuro es letal precisamente porque detiene la respiración celular en todos los tejidos simultáneamente, pese a que la sangre siga transportando O2 con normalidad (hipoxia histotóxica, distinta de la hipoxia hipóxica por falta de O2 disponible) |
Un inhibidor de cualquiera de estos complejos detiene todo el flujo aguas abajo, y por retroceso también aguas arriba (los transportadores previos no pueden ceder sus electrones y se acumulan en forma reducida) — el NADH y FADH2 dejan de reoxidarse, lo que a su vez detiene al ciclo de Krebs y a la glucólisis (por falta de NAD⁺ disponible, el mismo problema ya visto en el contexto de la fermentación, capítulo IV.2).
5Vinculación con el gradiente de protones
Los complejos I, III y IV, al transferir electrones, simultáneamente bombean protones (H⁺) desde la matriz mitocondrial hacia el espacio intermembrana, en contra de su gradiente de concentración — un proceso que consume la energía liberada por el flujo electrónico exergónico. El resultado es un gradiente electroquímico de protones a través de la membrana mitocondrial interna (más H⁺ y más positivo en el espacio intermembrana, menos H⁺ y más negativo en la matriz) — la energía potencial almacenada en ese gradiente es lo que impulsa la síntesis de ATP en la fosforilación oxidativa, desarrollada en detalle en el capítulo siguiente.
6Trampas de examen
| Trampa | Por qué confunde | Aclaración |
|---|---|---|
| Pensar que el FADH2 entra a la cadena por el mismo punto que el NADH | Ambos "entran a la cadena respiratoria" | El NADH entra por el Complejo I; el FADH2 entra por el Complejo II, rodeando al Complejo I — esta diferencia de punto de entrada es la base de por qué el FADH2 genera menos ATP por molécula (capítulo V.3) |
| Pensar que el cianuro impide que la sangre transporte oxígeno | La intoxicación por cianuro causa hipoxia tisular grave | El cianuro bloquea al Complejo IV mitocondrial, no a la hemoglobina — la sangre puede seguir saturada de O2 con normalidad, pero las células no pueden usarlo porque su cadena respiratoria está detenida (hipoxia histotóxica, no hipóxica) |
| Pensar que el Complejo II es equivalente en importancia energética al Complejo I | Ambos "reciben electrones de un cofactor reducido" | El Complejo II no bombea protones (a diferencia de I, III y IV) — por eso la vía del FADH2, que entra por el Complejo II, contribuye a un gradiente de protones menor que la del NADH |
7Puntos clave
- La cadena respiratoria (4 complejos + ubiquinona + citocromo c) está en la membrana mitocondrial interna y transfiere electrones desde NADH/FADH2 hasta el O2, el aceptor final.
- NADH entra por el Complejo I; FADH2 entra por el Complejo II (que no bombea protones) — ambas rutas convergen en ubiquinona → Complejo III → citocromo c → Complejo IV.
- Inhibidores específicos (rotenona: I; antimicina A: III; cianuro/CO: IV) detienen todo el flujo, con efecto retrógrado sobre el ciclo de Krebs y la glucólisis.
- Los Complejos I, III y IV bombean protones hacia el espacio intermembrana, generando el gradiente electroquímico que impulsa la síntesis de ATP (capítulo V.3).