2.1.3. Flujo de electrones y fosforilación

Antes de dejar la glucólisis conviene que volvamos a fijarnos en su etapa clave, pero desde un punto de vista que nos será útil más adelante. Contemplémosla no como moléculas que reaccionan químicamente, sino como electrones que “caen” a través de una diferencia de potencial eléctrico —del mismo modo que una piedra que se suelta en el aire cae a través de una diferencia de potencial gravitatorio—. Si una sustancia puede existir en dos formas, una oxidada (por ejemplo, NAD⁺) y una reducida (NADH), es posible medir la tendencia de la primera de ellas a capturar electrones y convertirse en la segunda. Dicha medida recibe el nombre de potencial de óxido-reducción, o potencial redox, y se expresa en milivoltios (mV). Un potencial redox elevado significa alta afinidad por los electrones, de modo que estos tenderán a “caer” desde las sustancias con un potencial redox más negativo hasta las más positivas.

Ahora bien, cuando se produce dicha “caída” se desprende energía —al igual que la caída de una piedra conlleva la pérdida de energía potencial gravitatoria— que se puede utilizar para realizar trabajo. En la glucólisis el trabajo es de tipo químico, consistente en la síntesis de ATP. Sabemos que para ello se precisan 0,6 eV; por definición de electronvoltio, se libera esa energía cuando un electrón atraviesa una diferencia de potencial de 0,6 V (600 mV), o bien cuando dos electrones transitan por una diferencia de potencial de 300 mV. Como muestra la ilustración adjunta, la diferencia de potencial entre el par NAD⁺/NADH y el par PGA/G3P es de (–300) – (–606) = 306 mV = 0,306 V, con lo cual el flujo de dos electrones entre ellos genera los 2 × 0,306 = 0,612 eV de la ecuación↓ (9).

                     (9)

Estas consideraciones son completamente generales. En todas las células, el ATP nace acoplado a la “caída” de dos electrones a través de una diferencia de potencial de, al menos, 300 mV. En lo que difieren unas modalidades de fosforilación de otras es en la naturaleza del dador de electrones y en el mecanismo de acoplamiento:

• En la fosforilación a nivel de sustrato el dador es un metabolito —un sustrato de una reacción enzimática metabólica, como el G3P en la glucólisis—, y el mecanismo de acoplamiento pasa por la formación de un compuesto fosforilado de alta energía (como BPG o PEP) desde el que se transfiere un grupo fosforilo al ADP.
• En la fosforilación oxidativa y en la fotofosforilación los dadores son derivados de vitaminas, como el NADH y las quinonas, o nutrientes inorgánicos (H₂O, H₂S…). Operan según mecanismos —en conexión con el flujo de iones H⁺ o Na⁺ a través de membranas— que examinaremos más adelante, en esta y en la siguiente Unidad.