En el mundo vivo, las plantas aprovechan la luz solar para producir glucosa mediante la fotosíntesis, y los animales, las plantas y muchos microorganismos convierten esa glucosa en energía utilizable mediante la respiración celular. Este proceso genera trifosfato de adenosina (ATP), la moneda energética universal de todas las células.
Las plantas absorben energía luminosa, dióxido de carbono y agua para sintetizar glucosa y liberar oxígeno. La ecuación general es:
6 CO₂ + 12 H₂O + energía luminosa → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ + 6 H₂O
La glucosa almacena energía química, pero la mayoría de las células no la pueden utilizar directamente.
La respiración celular transforma la glucosa y el oxígeno en dióxido de carbono, agua y ATP:
C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + ATP
El proceso se produce en tres etapas, cada una de las cuales ocurre en el citoplasma o las mitocondrias.
La glucólisis tiene lugar en el citoplasma. Una molécula de glucosa (seis carbonos) se divide en dos moléculas de piruvato (tres carbonos cada una). Se invierten dos moléculas de ATP, pero se producen cuatro, lo que supone una ganancia de dos ATP por glucosa.
El piruvato se transporta a las mitocondrias y se convierte en acetil-CoA, que ingresa al ciclo del ácido cítrico. Cada vuelta del ciclo libera dos moléculas de CO₂, produce un ATP y genera NADH y FADH₂ al reducir NAD⁺ y FAD.
La membrana mitocondrial interna alberga la cadena de transporte de electrones (ETC). Los electrones del NADH y FADH₂ fluyen a través de complejos proteicos, bombeando protones al espacio intermembrana y creando un gradiente de protones.
El oxígeno actúa como aceptor final de electrones y se combina con los protones para formar agua. El gradiente de protones impulsa a la ATP sintasa a producir la mayor parte de ATP:aproximadamente 32 moléculas por glucosa.
El ATP consta de una base de adenina unida a tres grupos fosfato. Los enlaces de alta energía entre los fosfatos almacenan energía química. Cuando una célula necesita energía, hidroliza el ATP a ADP y fosfato inorgánico, liberando energía que alimenta los procesos celulares.
Comprender estos pasos ilustra cómo cada célula de su cuerpo, desde las fibras musculares hasta las neuronas, obtiene la energía necesaria para la vida.
