Respiración aeróbica
La respiración aeróbica es un tipo de respiración celular en la que se requiere el oxígeno, como aceptor final de electrones. Esta es realizada por la mayoría de las células que conforman a los seres vivos, incluidos los humanos. Los organismos que llevan a cabo este conjunto de procesos metabólicos reciben el nombre de aerobios. En otras palabras la respiración aeróbica es el metabolismo energético en el que los seres vivos obtienen energía de moléculas orgánicas, oxidando algún sustrato[Nota 1] y utilizando oxígeno (O2) como aceptor final de electrones. En otras variantes de la respiración celular, el aceptor final de electrones es distinto del oxígeno. En este caso se hablaría de la respiración anaeróbica.[1]
La respiración aeróbica la realizan todos los organismos eucariontes y algunos tipos de bacteria y arquea.
En eucariontes, el oxígeno ingresa a través de la membrana plasmática y luego atraviesa las membranas mitocondriales. En la matriz de la mitocondria se une a electrones y protones (que sumados constituyen átomos de hidrógeno) formando agua al final de todos los demás procesos. En esa reacción final y en procesos anteriores se obtiene la energía necesaria para la fosforilación del ADP, en ATP.
En presencia de oxígeno, el ácido pirúvico, obtenido durante la primera fase anaerobia[Nota 2] o glucólisis, es oxidado para proporcionar energía y dióxido de carbono. A esta serie de reacciones se las conoce como descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico. Al finalizar la reacción, se forma un radical acetilo, el cual, con la adhesión a la coenzima A, formará acetil-CoA. Mientras que en ausencia o escasez del agente oxidante, el ácido pirúvico se transforma en ácido láctico. [Nota 3]
La acetil-CoA, formada anteriormente, ingresa al ciclo de Krebs, al unirse con una molécula de cuatro átomos de carbono (oxaloacetato). Generando así otra molécula con seis átomos de carbono (citrato). En el transcurso del ciclo, el citrato se recicla a oxaloacetato, liberando dos átomos de carbono en forma de CO2. También se obtiene un GTP, tres NADH y un FADH2,[2] siendo estos últimos los que se encargaron de capturar lo equivalente a seis átomos de hidrógeno (6 electrones y 6 protones) más dos electrones.
Para finalizar, las coenzimas se dirigen a las crestas de la mitocondria, formadas por los pliegues de la membrana interna. Pero en caso de tratarse de células procariotas, se desplazan hacia la membrana plasmática.[Nota 4] En estas estructuras se ubican los complejos enzimáticos encargados de la síntesis de ATP, y de reducir el O2 a agua. Gracias a un gradiente de protones producido entre la matriz y el espacio intermembrana. Este proceso se conoce como fosforilación oxidativa, siendo la fase final de la respiración aeróbica.
La ecuación química global de la respiración aeróbica es la siguiente:[3][4]
Etapas de la respiración aeróbica
[editar]Para facilitar su estudio, la respiración aeróbica se ha subdividido en las siguientes etapas:
Glucólisis
[editar]Durante la glucólisis, una molécula de glucosa es oxidada y dividida en dos moléculas de ácido pirúvico (piruvato).[5] En esta ruta metabólica se obtienen dos moléculas netas de ATP y se reducen dos moléculas de NAD+; el número de carbonos se mantiene constante (6 en la molécula inicial de glucosa, 3 en cada una de las moléculas de ácido pirúvico). Todo el proceso se realiza en el citosol de la célula.
Existen otros compuestos, además de la glucosa, que pueden ser transformados en intermediarios de este proceso:
- La glicerina (glicerol) que se forma en la lipólisis de los triglicéridos se incorpora a la glucólisis a nivel del gliceraldehído 3 fosfato.
- La desaminación oxidativa de algunos aminoácidos también rinde piruvato; que tienen el mismo destino metabólico que el obtenido por glucólisis.
- El ácido láctico se puede convertir en glucosa, en un proceso llamado gluconeogénesis, en el hígado. Para luego participar en la glucólisis. Este mecanismo se conoce como ciclo de Cori.
Descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico
[editar]El ácido pirúvico entra en la matriz mitocondrial y se encuentra con el complejo enzimático piruvato deshidrogenasa. Donde se lleva a cabo la descarboxilación oxidativa del piruvato;[6] denominado descarboxilación porque se extrae uno de los tres carbonos del ácido pirúvico, liberado en forma de CO2. Además, al mismo tiempo se le arrancan dos átomos de hidrógeno (oxidación por deshidrogenación), que son captados por el NAD+, que se reduce a NADH. Por tanto; el piruvato se transforma en un radical acetilo (-CO-CH3, ácido acético sin el grupo oxhidrilo). Posteriormente es captado por la coenzima A (que pasa a formar acetil-CoA), que es la encargada de transportarlo a la siguiente fase.
Ciclo de Krebs
[editar]El ciclo de Krebs es una ruta metabólica cíclica que se lleva a cabo en la matriz mitocondrial. En la cual se realiza la oxidación de los dos acetilos transportados por la acetil coenzima A, hasta producir dos moléculas de CO2. Esta reacción libera energía en forma utilizable, es decir poder reductor (NADH, FADH2) y GTP.[7]
Para cada glucosa se producen dos vueltas completas del ciclo de Krebs, dado que se habían producido dos moléculas de acetil coenzima A en el paso anterior; por tanto se ganan 2 GTPs y se liberan 4 moléculas de CO2. Estas cuatro moléculas, sumadas a las dos de la descarboxilación oxidativa de ambos piruvatos, hacen un total de seis, que es el número de moléculas de CO2 que se producen en respiración aeróbica (ver ecuación general).
Cadena respiratoria y fosforilación oxidativa
[editar]Son las últimas etapas de la respiración aeróbica o anaeróbica y tienen dos finalidades básicas:
- Reoxidar las coenzimas que se han reducido en las etapas anteriores (NADH y FADH2) con el fin de que estén de nuevo disponibles para aceptar electrones y protones de nuevos substratos oxidables.
- Producir energía utilizable en forma de ATP.
Estos dos fenómenos están íntimamente relacionados y acoplados mutuamente. Se producen en una serie de complejos enzimáticos situados (en eucariotas) en la membrana interna de las mitocondrias. Donde cuatro complejos realizan la reoxidación de las mencionadas coenzimas, transportando los electrones y aprovechando su energía para bombear protones desde la matriz mitocondrial hasta el espacio intermembrana. Estos electrones solo pueden regresar a la matriz a través de la ATP sintasa, enzima que aprovecha el gradiente electroquímico creado para fosforilar el ADP a ATP, proceso conocido como fosforilación oxidativa.
Los electrones y protones, (que forman átomos de hidrógeno), implicados en estos procesos son cedidos definitivamente al O2 que se reduce a agua. Nótese que el oxígeno atmosférico obtenido por ventilación pulmonar tiene como única finalidad actuar como aceptor final de electrones y protones en la respiración aeróbica.
Notas
[editar]- ↑ Se denomina así debido a que la glucosa, es el sustrato más común para este conjunto de procesos. Pero existen otros compuestos orgánicos, como los ácidos grasos y los aminoácidos, que se degradan para el mismo propósito. Sin embargo, estos tienen una acción diferente, uniéndose en otros procesos de este tipo de metabolismo. Los ácidos grasos se degradan y forman acetil-CoA, entrando en juego en el ciclo de Krebs. Mientras que los aminoácidos, son oxidados en cetoácidos, que son utilizados al transformarse en intermediarios del mismo ciclo. También se pueden utilizar otros carbohidratos, como la fructosa y la galactosa. Requiriendo que sean transformadas en glucosa o en intermediarios del ciclo ya mencionado.
- ↑ Llamada así por su acción que se realiza dentro del citoplasma, tanto en la respiración anaeróbica como aeróbica. Sin importar la presencia o ausencia del oxígeno (O2).
- ↑ Esto suele suceder en los vertebrados por unos pocos minutos. Luego de una actividad física vigorosa, que no permite que se obtenga el oxígeno suficiente para continuar con los procesos.
- ↑ La cadena de transporte de electrones se puede llevar a cabo en cualquier lugar de la membrana mitocondrial interna, o de la membrana plasmática en celulas procariotas. Pero por la impermeabilidad de esta primera membrana con algunas coenzimas liberadas en el citoplasma (durante la glucólisis). Y debido al traslado de estas hacia el espacio intermembrana, resulta más efectivo su acción en estas zonas. Por su cercanía superficial a los límites mitocondriales externos con el citoplasma.
- ↑ La cantidad de ATP que se produzca, va a depender del tipo de célula en la que se lleven a cabo los procesos. Se obtendría más energía en bacterias que en eucariotas, debido al traslado de las coenzimas reducidas a las mitocondrias. Lugar donde también se produce un fenómeno conocido como costo de trasporte de protones, y una posible fuga de iones de hidrógeno. Restando unidades a la ganancia neta de ATP.
Referencias
[editar]- ↑ «Respiración Aerobia - Concepto, etapas y ejemplos». https://concepto.de/. Consultado el 6 de octubre de 2024.
- ↑ «Lifeder. Respiración aerobia.». 13 de septiembre de 2022. Consultado el 12 de octubre de 2024.
- ↑ Campos, Patricia (2002). Biologia/ Biology. Editorial Limusa. ISBN 9789681860783. Consultado el 13 de octubre de 2017.
- ↑ «7.2.2.2.4 Balance energético de la respiración celular». Biología-Geología.com. Consultado el 3 de noviembre de 2024.
- ↑ Lodish, Harvey (2005). Biología celular y molecular. Ed. Médica Panamericana. ISBN 9789500613743. Consultado el 13 de octubre de 2017.
- ↑ Berg, Jeremy Mark; Stryer, Lubert; Tymoczko, John L. (2007). Bioquímica. Reverte. ISBN 9788429176001. Consultado el 13 de octubre de 2017.
- ↑ Curtis, Helena; Schnek, Adriana (30 de junio de 2008). Curtis. Biología. Ed. Médica Panamericana. ISBN 9789500603348. Consultado el 13 de octubre de 2017.
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