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8.12: Rendimiento energético del ATP

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ATP Yield

8.12: ATP Yield

8.12: Rendimiento energético del ATP

Cellular respiration produces 30-32 ATP molecules per glucose molecule. Although most of the ATP results from oxidative phosphorylation and the electron transport chain (ETC), 4 ATP are gained beforehand (2 from glycolysis and 2 from the citric acid cycle).

The ETC is embedded in the inner mitochondrial membrane and comprises four main protein complexes and an ATP synthase. NADH and FADH2 pass electrons to these complexes, which in turn pump protons into the intermembrane space. This distribution of protons generates a concentration gradient across the membrane. The gradient drives the production of ATP when protons flow back into the mitochondrial matrix via the ATP synthase.

For every 2 input electrons that NADH passes into complex I, complexes I and III each pump 4 protons and complex IV pumps 2 protons, totaling 10 protons. Complex II is not involved in the electron chain initiated by NADH. FADH2, however, passes 2 electrons to complex II, so a total of 6 protons are pumped per FADH2; 4 protons via complex III and 2 via complex IV.

Four protons are needed to synthesize 1 ATP. Since 10 protons are pumped for every NADH, 1 NADH yields 2.5 (10/4) ATP. Six protons are pumped for every FADH2, so 1 FADH2 yields 1.5 (6/4) ATP.

Cellular respiration produces a maximum of 10 NADH and 2 FADH2 per glucose molecule. Since a single NADH produces 2.5 ATP and a single FADH2 produces 1.5 ATP, it follows that 25 ATP + 3 ATP are produced by oxidative phosphorylation. Four ATP are produced before oxidative phosphorylation, which yields a maximum of 32 ATP per glucose molecule.

Importantly, glycolysis occurs in the cytosol and the ETC is located in the mitochondria (in eukaryotes). The mitochondrial membrane is not permeable to NADH, hence the electrons of the 2 NADH that are produced by glycolysis need to be shuttled into the mitochondria. Once inside the mitochondrion, the electrons may be passed to NAD+ or FAD. Given the different ATP yield depending on the electron carrier, the total yield of cellular respiration is 30 to 32 ATP per glucose molecule.

La respiración celular produce 30-32 moléculas de ATP por molécula de glucosa. Aunque la mayoría de los resultados de ATP de la fosforilación oxidativa y la cadena de transporte de electrones (ETC), 4 ATP se ganan de antemano (2 de la glucólisis y 2 del ciclo de ácido cítrico).

El ETC está incrustado en la membrana mitocondrial interna y comprende cuatro complejos proteicos principales y una ATP sintasa. NADH y FADH2 pasan electrones a estos complejos, que a su vez bombean protones en el espacio intermembrano. Esta distribución de protones genera un gradiente de concentración a través de la membrana. El gradiente impulsa la producción de ATP cuando los protones fluyen de vuelta a la matriz mitocondrial a través de la ATP sintasa.

Por cada 2 electrones de entrada que NADH pasa al complejo I, complejos I y III cada bomba 4 protones y bombas IV complejas 2 protones, con un total de 10 protones. El Complejo II no participa en la cadena de electrones iniciada por NADH. FADH2, sin embargo, pasa 2 electrones al complejo II, por lo que un total de 6 protones se bombean por FADH2; 4 protones a través del complejo III y 2 vía complejo IV.

Se necesitan cuatro protones para sintetizar 1 ATP. Dado que 10 protones se bombean por cada NADH, 1 NADH produce 2.5 (10/4) ATP. Seis protones se bombean por cada FADH2,por lo que 1 FADH2 produce 1.5 (6/4) ATP.

La respiración celular produce un máximo de 10 NADH y 2 FADH2 por molécula de glucosa. Dado que un solo NADH produce 2.5 ATP y un solo FADH2 produce 1.5 ATP, se deduce que 25 ATP + 3 ATP son producidos por fosforilación oxidativa. Cuatro ATP se producen antes de la fosforilación oxidativa, que produce un máximo de 32 ATP por molécula de glucosa.

Es importante destacar que la glucólisis se produce en el citosol y el ETC se encuentra en las mitocondrias (en eucariotas). La membrana mitocondrial no es permeable a NADH, por lo tanto, los electrones de los 2 NADH que son producidos por glucólisis necesitan ser llevados a las mitocondrias. Una vez dentro del mitocondrión, los electrones pueden pasarse a NAD+ o FAD. Dado el diferente rendimiento de ATP dependiendo del portador de electrones, el rendimiento total de la respiración celular es de 30 a 32 ATP por molécula de glucosa.

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