Respiración celular

La respiración celular es el proceso mediante el cual el cuerpo almacena energía en forma de moléculas de ATP. De forma resumida, la respiración rompe los enlaces atómicos de una molécula de Glucosa, y usa la energía de estos para formar otros nuevos (la adición de una molécula de fosfato a una molécula de ADP). Así, podemos decir que la respiración celular se encarga de reordenar los enlaces atómicos.

La respiración es de vital importancia para todos los seres vivos, ya

que permite el almacenamiento de energía que luego

es utilizada para realizar las acciones necesarias para la célula. Si la energía no pudiera ser almacenada, los seres vivos tendrían que estar constantemente obteniendo alimento para suplir sus necesidades de energía.

La respiración celular puede dividirse en tres procesos:

Glucolisis, Ciclo de Krebs y Quimiósmosis. Aunque explicaremos cada uno de estos procesos por separado, los tres actúan simultáneamente y en conjunto para producir la energía necesaria para suplir al organismo.

La mitocondria

La mitocondria es un orgánulo de la mayoría de las célula eucariotas, este orgánulo tiene la función de producir energía; la energía que produce la mitocondria es la mayor parte del suministro de adenosín trifosfato (ATP) el cual es utilizado como fuente de energía química. La cantidad de mitocondrias que se encuentran en una célula depende del tipo de organismo.

La mitocondria está cubierta por dos membranas:

o Externa: Bicapa lipídica permeable que permite el paso de sustancias.

o Interna: Capa casi impermeable y rica en proteínas. Esta membrana forma unos pliegues que se llaman crestas. A nivel de la membrana interna también se encuentra la cadena transportadora de electrones y otras proteínas que permites el paso de iones y moléculas por la membrana.

El espacio intermembranoso como su nombre lo indica está delimitado por la membrana externa e interna. Este espacio está compuesto de un líquido que tiene una alta concentración de protones.

La matriz mitocondrial se encuentra dentro de la membrana interna. En esta se encuentra un ADN diferente al que se encuentra en el núcleo de la célula, generalmente muy parecido al de las bacterias, también algunos ribosomas. En la matriz mitocondrial ocurren rutas metabólicas que son esenciales para la vida como lo es el ciclo de Krebs.

Glucolisis

La glucólisis es el primer proceso de la respiración celular. A diferencia del ciclo de Krebs y la quimiósmosis, no tiene lugar dentro de la mitocondria, sino en el citoplasma.

Glucolisis es un término que significa ‘’ruptura del azúcar’’. Su función principal es de romper moléculas de glucosa en moléculas de acido pirúvico (que luego es utilizado para producir una molécula necesaria para el ciclo de Krebs), y además provee al cuerpo de unas pocas moléculas de ATP, y de NADH (molécula transportadora de electrones necesaria en la quimiósmosis).

La glucolisis puede ser divida en dos etapas: la primera, llamada fase preparatoria, donde se debe realizar una inversión de moléculas de ATP para ‘’partir’’ las moléculas de glucosa en otras moléculas más pequeñas; y la segunda, donde un proceso de reacciones REDOX transforman las sustancias anteriores en acido pirúvico.

Durante este proceso, el cuerpo gasta 2 moléculas de ATP por molécula de glucosa par producir 2 moléculas de NADH, 4 moléculas de ATP, 2 moléculas de agua y 2 moléculas de acido pirúvico. Gracias a esto, podemos ver que el cuerpo invierte dos moléculas de ATP, para luego ganar 4, por lo que se obtiene una ganancia neta de 2 moléculas de ATP.

Ciclo de Krebs

El ciclo de Krebs es el segundo paso en la respiración celular. Tiene lugar dentro de la mitocondria después de la Glucolisis.

La función principal del ciclo de Krebs es la de proveer a la célula de electrones, representados en las moléculas NADH y FADH₂, que son luego utilizados en la quimiósmosis.

El ciclo de Krebs comienza con un derivado del acido pirúvico: cuando esta molécula libera CO₂ y un hidrogena, se une con una molécula llamada Coenzima A, para formar una nueva molécula llamada Acetil Coenzima A (Acetil CoA). Esta nueva sustancia es de vital importancia para el ciclo de Krebs.

Como indica su nombre, el ciclo de Krebs es un ciclo de reacciones, el cual comienza cuando una molécula, Oxaloacetato, adquiere la parte Acetil del Acetil CoA. Cuando esto sucede, se forma una molécula llamada Citrato que posee 6 átomos de Carbono. Luego, gracias a una sucesión de enzimas específicas, esta molécula empieza a descomponerse y a perder moléculas de CO₂ y electrones (los cuales son almacenados en moléculas de NADH y FADH₂). Durante este proceso también se forma una molécula de ATP. Al final del ciclo, el citrato ha perdido dos átomos de carbono y gran cantidad de electrones, y vuelve a convertirse en Oxaloacetato para volver a empezar el ciclo con una nueva molécula de Acetil CoA.

Al final de este proceso, por cada molécula de glucosa se ha producido: 4 moléculas de CO₂, 6 moléculas de NADH, 2 Moléculas de FADH₂ y 2 moléculas de ATP.

Quimiosmosis y cadena transportadora de electrones

La última etapa de la respiración celular está conformada por la quimiosmosis y la cadena transportadora de electrones. Ambos procesos funcionan unidos para generar un gradiente de energía en la mitocondria, el cual es luego formado para producir la mayoría de las moléculas de ATP en el cuerpo.

La cadena transportadora de electrones está conformada por una secuencia de moléculas (la mayoría proteínas), que funciona para transportar electrones de una molécula a la otra hasta que los electrones llegan a una molécula de oxigeno, la cual es mas electronegativa que las demás. En cada una de las reacciones redox que se llevan a cabo para transportar las moléculas, los electrones pierden parte de su energía que puede ser utilizada por la célula.

El proceso comienza cuando una molécula transportadora de electrones, como el NADH o el FADH₂, libera sus electrones y su H⁺ en la primera molécula de la cadena. La energía que es liberada por la caída de electrones es utilizada para un transporte activo, por algunas proteínas en la membrana interna de la mitocondria, que lleva a los protones (H⁺) hasta el espacio intermembranal. Una vez allí, se genera un gradiente de energía por la diferencia de concentraciones entre el exterior de la matriz y su interior.

La energía potencial contenida por este gradiente es utilizada por la ATP sintetasa, la cual deja pasar el H⁺ de un lado de la membrana al otro. En este paso, se libera algo de energía que la ATP sintetasa utiliza para producir moléculas de ATP. Este proceso es llamado quimiosmosis.

Luego de que esto sucede, los H⁺ que fueron transportados a través del ATP sintetasa, reacción con el oxigeno al final de la cadena transportadora de electrones para formar moléculas de agua, que son luego liberadas por el cuerpo.

De esta manera, la cadena transportadora de electrones y la quimiosmosis trabajan unidos para producir la mayor cantidad de moléculas de ATP por molécula de glucosa: la cadena transportadora de electrones, impulsada por las moléculas de oxigeno, genera energía para generar el gradiente de energía, el cual es vital para la quimiosmosis.

Fermentación

La fermentación es un proceso biológico que utilizan algunos organismos para producir energía en un ambiente anaeróbico, ósea carente de oxígeno. Para producir la energía el organismo la adquiere por el proceso de glucolisis ya que esta no utiliza oxígeno. El problema de utilizar únicamente la glucolisis para la producción de energía es que no se puede mantener el suministro de NAD+ ya que esta molécula es reducida al final del proceso y esta solo produce 2 moléculas de ATP por lo tanto es muy ineficiente. Para solucionar esto está la fermentación que se puede dividir en dos clases:

La fermentación alcohólica retira el CO₂ del ácido pirúvico (resultado de la glucolisis) para así poder oxidar el NADH y producir el alcohol en forma de etanol, en este proceso el CO₂ es liberado.

La fermentación láctica es muy similar a la fermentación alcohólica pero difiere de ella en el hecho de que en la fermentación láctica se produce ácido láctico quien es el que absorbe el CO₂ del ácido pirúvico.

De estas formas algunos organismos y células son capaces de sobrevivir sin la necesidad de oxígeno, solo dependen de abundante glucosa.