El ciclo de la respiración celular
La respiración celular es un fenómeno que básicamente es el proceso de extraer la energía química almacenada en moléculas de diferentes sustancias orgánicas como los hidratos de carbono y lípidos. En este proceso, es la oxidación o combustión de compuestos orgánicos de alto contenido energético, como el dióxido de carbono y agua, además de la liberación de energía que se utiliza para que puedan ocurrir por diversas formas de trabajo celular.
En este contexto, conviene precisar que el dióxido de carbono y el agua son productos finales de la oxidación de compuestos orgánicos energéticos, no las moléculas ricas en energía que sirven como sustrato. Esos sustratos incluyen, de forma destacada, la glucosa y los ácidos grasos, cuyas uniones químicas almacenan la energía que la célula aprovecha.
Importancia de la respiración celular
En los organismos aeróbicos, la ecuación se simplifica y la respiración celular se puede representar de la siguiente manera:
C 6 H 12 O 6 + O 2 -> 6 CO 2 + 6 H 2 O + energía
Para la glucosa, la ecuación estequiométrica completa es C6H12O6 + 6 O2 -> 6 CO2 + 6 H2O, con transferencia controlada de electrones hacia el oxígeno. En células eucariotas, la oxidación completa de una molécula de glucosa rinde por término medio 30 a 32 ATP, con variaciones por lanzaderas y fugas de protones.
La respiración es un fenómeno de importancia fundamental para la célula funcional y por lo tanto para mantener un organismo vivo. En la fotosíntesis se depende de la presencia de luz solar que exista en alrededores. En la respiración celular, incluyendo las plantas, la energía generada se procesa tanto en la luz como en oscuridad, se produce en cada momento de la vida y es llevada a través del cuerpo a todas las células vivas que lo componen.
Si el mecanismo de la respiración está paralizado en un individuo, sus células ya no tienen la energía para realizar sus funciones vitales, comienza, entonces un proceso de desorganización de la materia viva, lo que provoca la muerte del individuo.
En la respiración, la mayor parte de la energía química liberada durante la oxidación de materia orgánica se transforma en calor. Esta producción de calor contribuye al mantenimiento de la temperatura corporal a niveles compatibles con la vida, para compensar el calor que por lo general da un cuerpo con el medio ambiente, especialmente en días fríos. Eso, y no principalmente en aves y mamíferos en otros grupos como los anfibios y reptiles, hace que el cuerpo se caliente principalmente por fuentes externas de calor, cuando, por ejemplo, el animal recibe la luz del sol.
Tipos de respiración
Sabemos que en la vida la energía química de los alimentos puede o no ser extraída con el uso del gas oxígeno. En el primer caso se llama respiración aeróbica.
La respiración anaeróbica y fermentación
En ausencia de oxígeno, algunos procariotas realizan respiración anaeróbica empleando aceptores finales distintos, como nitratos o sulfatos, mientras que la fermentación no usa cadena transportadora de electrones. En la fermentación se regenera NAD+ a partir del NADH de la glucólisis y el balance energético neto es de 2 ATP por glucosa.
La fermentación láctica, propia del músculo en esfuerzo intenso y de bacterias lácticas, reduce el piruvato a lactato. La fermentación alcohólica, característica de levaduras, descarboxila el piruvato a acetaldehído y lo reduce a etanol liberando CO2.
La respiración aeróbica
Respiración aeróbica se desarrolla principalmente en las mitocondrias, orgánulos que actúan como verdaderas «plantas» de energía.
C6 H12 O6 + O2 -> 6 CO2 + 6 H2 O + energía
En esta ecuación, la molécula de glucosa (C6H12O6) es «desmontada» el fin de crear sustancias relativamente simples (CO2 y H2O). El «desmantelamiento» de la glucosa, sin embargo, no puede hacerse precipitadamente, ya que la energía liberada sería muy intensa y pondría en peligro la vida de la célula. Debemos, por tanto ver que la glucosa es «desmontada» poco a poco. Por lo tanto, la respiración aeróbica comprende básicamente tres etapas: la glucólisis, ciclo de Krebs y cadena respiratoria.
El piruvato generado entra en la mitocondria y, mediante el complejo piruvato deshidrogenasa, se oxida a acetil-CoA liberando CO2 y produciendo NADH. En el ciclo de Krebs, cada acetil-CoA origina 3 NADH, 1 FADH2 y 1 GTP, y la cadena de transporte de electrones en la membrana interna usa estos equivalentes reducidos para bombear protones, siendo el O2 el aceptor final y formándose H2O y ATP por la ATP sintasa.
Glucólisis
Glucólisis significa «ruptura» de la glucosa. En este proceso, la glucosa se convierte en dos moléculas de un ácido orgánico que tiene 3 átomos de carbono, llamado ácido pirúvico (C3 H4 O3). Que se active y reactiva de células que consumen dos ATP (almacenes de energía química procedentes de la distribución de alimentos según las necesidades de la célula).
Tiene lugar en el citosol, no requiere O2, y rinde por glucosa 2 piruvatos, 2 ATP netos y 2 NADH mediante fosforilación a nivel de sustrato. Su regulación está fuertemente controlada por la fosfofructoquinasa, inhibida por ATP y citrato y activada por AMP y ADP.