Respiracion

Respiración

La respiración celular es el proceso de conversión de la energía química de las moléculas combustibles en energía utilizable en las células vivas. La respiración celular es una forma de combustión en la cual los enlaces químicos de las moléculas orgánicas se rompen y la energía del enlace queda disponible para realizar un trabajo celular.

El combustible celular por excelencia es la glucosa. La combustión de la glucosa se inicia en el citosol, en una etapa que recibe el nombre de glucólisis (ruptura de la glucosa). Las etapas finales de la respiración celular tienen lugar en un organoide citoplasmático, la mitocondria. Otros combustibles diferentes de la glucosa, (los ácidos grasos y los aminoácidos) también pueden ingresar a la respiración celular en la etapa mitocondrial.

Durante la respiración celular las moléculas combustibles son transformadas y ocurren tres procesos simultáneos e interrelacionados:

1) Descomposición: los combustibles son degradados hasta dióxido de carbono. Los procesos que transforman las sustancias complejas (como los combustibles) en sustancias más simples (como el dióxido de carbono) se denominan procesos catabólicos.

Como la energía química de las moléculas se encuentra almacenada en sus enlaces, todo proceso catabólico, en el cual se rompen enlaces químicos, va acompañado de una liberación de energía. Los fenómenos en los cuales la energía es liberada reciben el nombre de procesos exergónicos.

2) Oxidación: la oxidación consiste en una pérdida de hidrógeno (H+ y e-) o bien en una ganancia de oxígeno. La oxidación de los combustibles tiene lugar mediante un proceso de deshidrogenación. Los átomos de hidrógeno separados del combustible son transferidos temporariamente a coenzimas transportadoras de hidrógeno, las cuales los ceden a un aceptor final. El proceso contrario a la oxidación se denomina reducción. Las moléculas que actúan como aceptoras de protones y electrones se reducen.

En la respiración celular, el oxígeno es el aceptor final que resulta reducido al recibir los protones y electrones transportados por las coenzimas. Esta es la razón por la cual las células necesitan un suministro constante de oxígeno, proveniente del exterior.

El oxígeno se combina con el hidrógeno transferido desde las coenzimas, formando agua. Esto último ocurre en la etapa mitocondrial.

Los procesos de oxidación son exergónicos. Por lo tanto, durante la transferencia de hidrógeno desde los combustibles hasta el oxígeno, se libera una gran cantidad de energía.

3) Transferencia de energía: en los procesos exergónicos, inevitablemente una parte de la energía se convierte en calor. La energía calórica no es útil, pues no puede ser empleada para propulsar trabajos celulares. Dicha energía se disipa en el ambiente. Así se pierde aproximadamente el 60% de la energía que se libera en los procesos de descomposición y oxidación del combustible.

Pero el 40% restante de la energía se utiliza para la síntesis de ATP. La energía almacenada en el ATP es energía fácilmente utilizable por las células. El ATP puede ser considerado el principal producto de la respiración celular.

En conclusión, la respiración celular es un proceso catabólico, oxidativo y exergónico. Los sustratos de la respiración celular son los combustibles y el oxígeno, más ADP y P, en tanto que sus productos finales son dióxido de carbono, agua, ATP y calor.

Glucólisis

La glucólisis (“ruptura de la glucosa”) es la primera etapa de la oxidación, tanto aeróbica como anaeróbica. Durante la glucólisis no se requiere la presencia de oxígeno. Esta etapa se lleva a cabo en elcitosol.

La glucólisis consta de 9 pasos, al cabo de los cuales la molécula de glucosa resulta parcialmente catabolizada. Cada paso es catalizado por una enzima diferente.

Paso 1. La molécula de glucosa es fosforilada. Una molécula de ATP se hidroliza y su grupo fosfato es transferido al C 6 de la glucosa. Se obtienen glucosa 6-fosfato y ADP.

Paso 2. La glucosa 6-fosfato es convertida a su isómero, la fructosa 6-fosfato.

Paso 3. La fructosa 6-P es fosforilada en el C 1. El grupo fosfato es donado por una molécula de ATP. Se obtienen fructosa 1,6-difosfato y ADP.

Paso 4. La molécula de fructosa 1,6-difosfato es escindida en dos triosas: 3-fosfogliceraldehído y dihidroxiacetona fosfato. Esta última se isomeriza rápidamente a 3-fosfogliceraldehído. Ambas moléculas de 3-fosfogliceraldehído siguen la misma ruta de transformaciones. Por lo tanto, de aquí en adelante, al realizar el balance, todas las reacciones deben contarse 2 veces.

Paso 5. El 3-fosfogliceraldehído se fosforila en el C 1, adicionando un grupo fosfato inorgánico. Simultáneamente el 3-fosfogliceraldehído se deshidrogena con la concomitante reducción del NAD+. El producto de ambas transformaciones es el 1,3-difosfoglicerato (forma ionizada del ácido fosfoglicérico). La unión del grupo fosfato en posición 1 se convierte en una unión de alta energía.

Paso 6. El grupo fosfato de alta energía es transferido desde el 1,3 difosfoglicerato al ADP. Los productos de la reacción son ATP y 3-fosfoglicerato. La fosforilación directa del ADP se denomina “fosforilación a nivel de sustrato”. Esta es la primera reacción de la glucólisis en la que se cosecha ATP.

Paso 7. El 3-fosfoglicerato se isomeriza a 2-fosfoglicerato.

Paso 8. El 2-fosfoglicerato pierde una molécula de agua. El grupo fosfato del C 2 se convierte en un grupo fosfato de alta energía. La molécula obtenida se denomina fosfoenolpiruvato.

Paso 9. Es la segunda fosforilación a nivel de sustrato. De la misma resultan ATP y piruvato.

En conclusión, durante la glucólisis una molécula de glucosa es dividida en dos triosas, que luego se oxidan, convirtiéndose en dos moléculas de ácido, el piruvato, también de 3 carbonos. Dos moléculas de NAD+ se reducen cuando las triosas se oxidan.

Además, la hexosa inicial es fosforilada dos veces a expensas del ATP. Después de la escisión, cada molécula de tres carbonos es fosforilada una vez más, en este caso, a partir de fosfato inorgánico. Las uniones de todos los fosfatos incorporados son llevadas a uniones de alta energía y los fosfatos son transferidos al ATP. Las dos fosforilaciones a nivel de sustrato rinden 4 ATP. Descontando los dos ATP invertidos en los pasos 1 y 3, la glucólisis produce una ganancia neta de 2 ATP.

Balance de la glucólisis

Sustratos Productos

glucosa 2 piruvato

2 NAD+ 2

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