Respiración celular
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Respiración celular. Todos los procesos exergónicos producidos en la célula, por medio de los cuales las sustancias se oxidan y se libera la energía química, se agrupan bajo el nombre de respiración celular, pero para descomponer una molécula orgánica las células emplean, principalmente deshidrogenaciones que pueden ser llevadas a cabo en presencia o ausencia del oxígeno O2 atmosférico. Existen por lo tanto dos tipos de respiración: la respiración aerobia y la respiración anaerobia. Esta última también llamada fermentación.
Sumario
Diferencias entre respiración aerobia y anaerobia
Respiración aerobia
(fosforilación oxidativa)
- Usa O2 molecular.
- Degrada la glucosa a CO2 y H2O
- Exergónica.
- Recupera cerca del 50% de energía química
- Presente en la mayoría de los organismos.
- Utiliza enzimas localizadas en las mitocondrias.
Respiración anaerobia
(fermentación)
- No usa O2 molecular.
- Degrada glucosa en triosas y otros compuestos orgánicos.
- Exergónica.
- Recupera menor proporción de energía química.
- Presente en algunos microorganismos e importante en células embrionarias y neoplásicas.
- Enzimas localizadas en la matriz citoplasmática.
Respiración anaerobia. Fermentación
Esta denominación se aplica a las reacciones exergónicas por medio de las cuales se pueden degradar moléculas complejas sin participación de oxígeno molecular. Ya que el proceso mejor conocido es el de la degradación de la glucosa, este proceso se denomina también glucólisis anaerobia. El término fermentación es más usado para microorganismos y vegetales.
La cadena de seis carbonos de la glucosa puede ser degradada en diferentes moléculas más pequeñas. Por ejemplo, en el músculo, cada molécula de glucosa puede ser convertida en dos de ácido láctico. Cuando se utiliza la levadura los principales productos son el etanol y el CO2; tal como se observa en la siguiente reacción general denominada fermentación alcohólica.
C6H12O62C2H5OH + 2CO2
En otros microorganismos los productos resultantes de la fermentación pueden ser: butanol, acetona, ácido acético, entre otros. En 1861 Louis Pasteur demostró que la levadura puede producir alcohol en ausencia completa de oxígeno. Postuló que las células vivientes pueden derivar energía, ya sea empleando oxígeno, es decir en aerobiosis; o el mecanismo de fermentación, es decir en anaerobiosis.
En el caso del músculo la reacción general de la glucólisis es:
C6H12O6 2C3H6O3 + 58, 000 calorías
La hexosa es descompuesta en dos triosas con la liberación de menos del 10% de la energía contenida en la glucosa. El producto más importante de la glucosa es el ácido pirúvico, que puede convertirse en ácido láctico o puede entrar en el ciclo aeróbico de la respiración.
Esencialmente en la glucólisis la molécula de glucosa es sometida a una serie de fosforilaciones antes de ser degradada a dos moléculas de triosa. La molécula de seis carbonos de glucosa sufre dos fosforilaciones por el ATP, seguida de la ruptura en dos moléculas de triosa que serán finalmente convertidas en piruvato y lactato. Por cada molécula de glucosa se emplean dos de ATP y se producen 4 de ATP con un balance positivo de dos nuevas moléculas de ATP.
Aspectos a tener en cuenta
- En toda la cadena glucolítica no existe empleo de oxígeno molecular.
- El piruvato puede entrar en el ciclo aerobio o de Krebs para completar la oxidación de la molécula a CO2 y H2O.
Si la fuente de hidratos de carbono es el glucógeno, la glucólisis comienza por la despolimerización con la incorporación directa del fosfato dando glucosa-1-fosfato, que es convertida en glucosa-6-fosfato y luego sigue el ciclo. En este caso se ahorra una molécula de ATP y el balance final es de 3ATP por cada molécula de glucosa.
En la glucólisis, como en otros caminos bioquímicos, tenemos una serie de reacciones en las cuales los cambios son graduales y aún reversibles. La energía es liberada en pequeñas cantidades y al mismo tiempo se pueden iniciar nuevas cadenas sintéticas a través de muchos compuestos intermediarios. Ya que en la serie de reacciones de la glucólisis se forman dos o tres nuevas moléculas de ATP se comprende que a partir de las 58 000 calorías liberadas por cada molécula de glucosa, alrededor del 30% se acumula en uniones de alta energía.
La glucólisis anaeróbica es el principal camino exergónico en algunos microorganismos y es importante en células embrionarias y neoplásicas (es decir, cancerosas). En las células superiores también está presente, pero normalmente es menos importante que la respiración aerobia.
Respiración aerobia
La respiración aerobia es el grupo de reacciones por las cuales sustancias orgánicas son degradadas a CO2 y H2O con la intervención de oxígeno molecular, este proceso tiene lugar en las mitocondrias y en íntima relación con su estructura molecular.
La respiración aerobia está directamente relacionada con la glucólisis anaerobia. En realidad, después de la degradación de glucosa en ácido pirúvico, este metabolito puede entrar en el ciclo aeróbico para ser finalmente degradado en CO2 y agua.
Las diversas reacciones constituyen el ciclo del ácido cítrico, también denominado ciclo de Krebs o tricarboxílico.
Importancia
Esta serie de reacciones son de importancia fundamental no solo para la degradación de los hidratos de carbono sino para el metabolismo de las proteínas y lípidos. En realidad, el ciclo de Krebs, no solo es empleado para la oxidación de los productos de la glucólisis, sino también para los ácidos grasos y los aminoácidos. El ciclo del ácido cítrico es el camino final común en el metabolismo.
La molécula de piruvato es primero descarboxilada perdiendo CO2 y convertida por oxidación en acetato. Esta molécula combinada con la coenzima A es la que realmente penetra en el ciclo del ácido cítrico.
El primer paso del ciclo de Krebs consiste en la condensación de acetato con oxalacetato (un compuesto de cuatro carbonos) para producir citrato con seis carbonos. A ésta sigue una serie de reacciones en el curso de las cuales la molécula de acetato es degradada a CO2 y se produce H+ (con electrones). La molécula de oxalacetato se regenera para recomenzar un nuevo ciclo.
