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La Respiración Celular y sus Etapas

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Mediante la fotosíntesis se capta la energía del sol y, junto con el aporte de moléculas inorgánicas, se almacena como glucosa. La reserva de energía generada en el proceso fotosintético es utilizada después en todas las actividades y funciones orgánicas de los mismos autótrofos, por ejemplo en las plantas para fabricar nuevos tejidos (hojas, frutos, flores, semillas) o sintetizar enzimas, fitohormonas y compuestos de defensa, como las toxinas. Asimismo, esta energía es utilizada por los heterótrofos, a través de la alimentación a lo largo de las redes y tramas tróficas, para realizar todas sus funciones vitales.

Para utilizar esta reserva de energía, las células descomponen la glucosa, liberan la energía contenida en esta molécula y la utilizan para producir ATP. La descomposición completa de la glucosa, proceso conocido también como metabolismo de la glucosa, produce mucho ATP Y libera como residuos finales CO2 y H2O, los mismos reactivos originales de la fotosíntesis:

Respiración celular


Respiración celularGran parte de la energía contenida en la glucosa es transformada a energía calórica durante el metabolismo, la que es liberada a la atmósfera. Una fracción menor de la energía de la glucosa es utilizada como energía química para la fabricación de nuevas estructuras y para el funcionamiento de los organismos. El metabolismo que posibilita la descomposición completa de la glucosa en células eucariontes se conoce como respiración celular, que se realiza en el citoplasma y en las mitocondrias. Este proceso comprende tres etapas: glucólisis, ciclo de Krebs y la cadena transportadora de electrones.


Glucólisis


Se realiza en el citoplasma de la célula y es un proceso anaeróbico, es decir, que no requiere la presencia de oxígeno. En esta etapa, la molécula de glucosa es dividida en 2 moléculas de ácido pirúvico, de 3 carbonos cada una, y esta división libera energía suficiente para sintetizar 4 ATP Y 2 NADH (portador de electrones). Sin embargo, la producción neta es de 2 ATP porque la glucólisis requiere 2 ATP para ocurrir.

El ácido pirúvico producto de la glucólisis puede seguir dos rutas metabólicas diferentes:
  • En ausencia de oxígeno (ambiente anaeróbico) se produce la fermentación del ácido pirúvico. Este puede transformarse en lactato (fermentación láctica), lo que ocurre habitualmente en las células musculares cuando hay esfuerzo físico, alta demanda energética y poco oxígeno disponible, o en etanol (fermentación etílica), lo que ocurre cuando las levaduras transforman el jugo de uva en vino.
  • En presencia de oxígeno (ambiente aeróbico), el ácido pirúvico ingresa a las mitocondrias y se desarrolla la respiración celular.

Ciclo de Krebs o Ciclo del Ácido Cítrico


Este proceso se realiza en las mitocondrias, tanto en la matriz como en el compartimiento intermembranoso, y requiere la presencia de oxígeno. Se produce cuando el ácido pirúvico generado en la glucólisis entra en la mitocondria y en este proceso es transformado en acetil coenzima A, liberando una molécula de CO2, que sale de la célula.

Luego, el acetil coenzima A entra al ciclo de Krebs y experimenta cambios que dan origen a 2 moléculas de CO2. Como consecuencia de estas reacciones se obtienen 3 moléculas de NADH, una de FADH2 (molécula portadora de electrones) y una molécula de ATP.

Como en la glucólisis se producen dos moléculas de ácido pirúvico por la degradación de una molécula de glucosa, se forman dos moléculas de acetil coenzima A y, por ende, los productos generados se multiplican por dos, generándose 6 NADH, 2 FADH2 Y 2 ATP.

Cadena transportadora de electrones


Terminado el ciclo de Krebs, se da inicio a la cadena transportadora de electrones, formada por un grupo de enzimas ubicadas en la membrana intema de la mitocondria, que aceptan y transfieren electrones. En esta cadena, tanto NADH como FADH2 ceden sus electrones, produciendo energía que es utilizada para bombear H+ al interior del compartimiento intermembranoso, donde se acumulan. Los electrones se unen al oxígeno, aceptor final de la cadena, formando una molécula de agua. Debido al flujo de electrones, más la energía proporcionada por los NADH y FADH2 se forman moléculas de ATP: por cada NADH se forman 3 ATP Y por cada FADH2 se sintetizan 2 ATP.

Haciendo un balance total de las reacciones ocurridas en la glucólisis y la respiración celular, se puede decir que se producen 38 ATP como balance neto por cada molécula de glucosa degradada íntegramente.


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