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1. Glucólisis

   • Es una serie de reacciones que extraen energía de la glucosa al romperla en dos moléculas de tres carbonos llamadas piruvato, tiene diez pasos y se puede dividir en dos fases principales: la fase en que se requiere energía, sobre la línea punteada en la siguiente imagen, y la fase en que se libera energía, debajo de la línea punteada.
     • La enzima más importante para la regulación de la glucólisis es la fosfofructocinasa, que cataliza la formación de la inestable molécula de azúcar con dos fosfatos, fructuosa-1,6-bifosfato. La fosfofructocinasa acelera o frena la glucólisis en respuesta a las necesidades energéticas de la célula.
     • En esta fase, la molécula inicial de glucosa se reordena y se le añaden dos grupos fosfato que causan inestabilidad a la molécula fructosa-1,6-bifosfato, lo que permite que se divida en dos mitades y forme dos azúcares fosfatados de tres carbonos. Puesto que los fosfatos utilizados en estos pasos provienen de ATP, se deben utilizar dos moléculas de ATP.
       • Fase en que se libera energía. En esta fase, cada azúcar de tres carbonos se convierte en otra molécula de tres carbonos, piruvato, mediante una serie de reacciones. Estas reacciones producen dos moléculas de ATP y dos de NADH (ocurre dos veces)
     • Convierte una molécula de glucosa de seis carbonos en dos moléculas de piruvato de tres carbonos. El producto neto de este proceso son dos moléculas de ATP (4 ATP producidos- 2 atp invertidos) y 2 moléculas de NADH

2. Oxidación del piruvato

   • La oxidación del piruvato es el siguiente paso en la recolección de energía restante en forma de ATP, aunque no se genera ATP de manera directa.
     • En eucariontes, este paso sucede en la matriz, el compartimento más interno de la mitocondria.
     • En procariontes, sucede en el citoplasma.
     • Los pasos los realiza un enorme complejo enzimático llamado el complejo piruvato deshidrogenasa, el cual consiste en tres enzimas interconectadas e incluye más de 60 subunidades.
       • Dos moléculas de piruvato se convierten en dos moléculas de acetil-CoA Se liberan dos carbonos como dióxido de carbono (de los seis que originalmente se encontraban en la glucosa) y una molécula de NADH.

3. Ciclo del ácido cítrico

   • En el primer paso del ciclo, el acetil-CoA se combina con una molécula aceptora de cuatro carbonos, el oxaloacetato, para formar una molécula de seis carbonos llamada citrato. Después de un rápido rearreglo, esta molécula de seis carbonos libera dos de sus carbonos como moléculas de dióxido de carbono en un par de reacciones similares, a la vez que produce una molécula de NADH. Las enzimas que catalizan estas reacciones son reguladores clave del ciclo del ácido cítrico y lo aceleran o desaceleran según las necesidades energéticas de la célula.
     • La molécula de cuatro carbonos resultante se somete a una serie de reacciones adicionales: primero, se genera ATP o, en algunas células, una molécula similar llamada GTP luego se reduce el acarreador de electrones FAD a FADH, por último, se genera otra molécula de NADH.
       • En general, una vuelta del ciclo del ácido cítrico libera dos moléculas de dióxido de carbono y produce tres NADH, un FADH, y un ATP o GTP. El ciclo del ácido cítrico ocurre dos veces por cada molécula de glucosa que entra en la respiración celular, porque se obtienen dos piruvatos (y, por lo tanto, dos acetil-CoA) por glucosa.
     • En el tercer paso, el isocitrato se oxida y libera una molécula de dióxido de carbono, con lo que queda una molécula de cinco carbonos (el α-cetoglutarato). Durante este paso NAD se reduce a NADH. La enzima que cataliza este paso, la isocitrato deshidrogenasa, es un importante regulador de la velocidad del ciclo del ácido cítrico.
       • El cuarto paso es similar al tercero. En este caso, es el α-cetoglutarato que se oxida, lo que reduce un NAD en NADH y en el proceso libera una molécula de dióxido de carbono. La molécula de cuatro carbonos resultante se une a la coenzima A y forma el inestable compuesto succinil-CoA. La enzima que cataliza este paso, α-cetoglutarato deshidrogenasa, también es importante en la regulación del ciclo del ácido cítrico.
   • En eucariontes, el ciclo del ácido cítrico tiene lugar en la matriz de la mitocondria al igual que la conversión del piruvato en acetil-CoA (en procariontes, todos estos pasos suceden en el citoplasma). El ciclo del ácido cítrico es un circuito cerrado de ocho etapas principales en el que la última parte de la vía regenera la molécula utilizada en el primer paso.

4. Fosforilación oxidativa

   • Quimiosmosis
     • Los electrones pasan de un miembro de la cadena de transporte al siguiente en una serie de reacciones redox. La energía liberada en estas reacciones se captura como un gradiente de protones, el cual se utiliza a su vez para para formar ATP
   • La cadena de transporte de electrones
     • La cadena de transporte de electrones es una serie de proteínas y moléculas orgánicas que se encuentran en la membrana interior de la mitocondria.
       • En eucariontes, muchas copias de estas moléculas se encuentran en la membrana mitocondrial interna. En procariontes, los componentes de la cadena de transporte de electrones están en la membrana plasmática.
   • 1. Entrega de electrones por NADH y FADH. Los acarreadores de electrones (NADH y FADH) reducidos en otros pasos de la respiración celular transfieren sus electrones a las moléculas cercanas al inicio de la cadena de transporte. En el proceso se convierten en NAD y FAD
     • 2. Transferencia de electrones y bombeo de protones. Conforme se mueven los electrones en la cadena, se desplazan de un nivel de energía más alto a uno más bajo, lo que libera energía.
       • 3. Separación de oxígeno molecular para formar agua. Al final de la cadena de transporte de electrones, los electrones se transfieren a una molécula de oxígeno, la cual se rompe a la mitad y recolecta hidrógeno para formar agua
         • Síntesis de ATP impulsada por un gradiente. Cuando fluyen por el gradiente de regreso hacia la matriz, los iones de hidrógeno pasan a través de una enzima llamada ATP sintasa, la cual aprovecha el flujo de protones para sintetizar ATP.

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