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RESPIRACIÓN CELULAR
CÓMO OBTIENEN
ENERGÍA LAS CÉLULAS
La respiración celular es el proceso por el cuál las células
oxidan moléculas orgánicas para obtener energía
Para entender este proceso tenemos
que considerar ciertas cuestiones..
La energía se encuentra contenida en los enlaces
químicos de las moléculas.
Cuando una molécula se rompe (u oxida) libera energía.
Si esta energía no es capturada por otra molécula, se
libera en forma de calor, como ocurre en la combustión.
El proceso de respiración celular consta de varias vías
metabólicas relacionadas entre sí.
Cada reacción química que se produce está catalizada por
una enzima específica que reconoce el “sustrato” con el
que se va a asociar y lo transforma en “producto”.
En una vía metabólica el producto de una enzima
constituye el sustrato de la siguiente enzima.
¿Qué es una vía metabólica?
Veamos el siguiente ejemplo teórico:
A
ENZIMA 1
B
ENZIMA 2
C
La enzima 1 transforma el sustrato A en el producto B
La enzima 2 utiliza el producto de la enzima 1 como su propio
sustrato y lo transforma en el producto C
La acción de la enzima 2 depende de la actividad de la enzima 1.
Evidentemente, si la enzima 1 no actuara, no transformaría A en B
y, en consecuencia, la enzima 2 tampoco podría actuar. Cuando
esto sucede la vía metabólica se interrumpe.
Veamos un ejemplo de respiración celular: la
oxidación completa de la glucosa
PRIMER PASO: LA GLUCÓLISIS
El primer paso de oxidación,
llamado GLUCÓLISIS, se
produce en el citoplasma de
las células de todos los seres
vivos.
ACIDO PIRÚVICO
GLUCOSA
ACIDO PIRÚVICO
Esta
vía
metabólica,
catalizada por numerosas
enzimas, rompe la molécula
de glucosa en dos moléculas
de ácido pirúvico.
En este proceso se obtienen
2 ATP como ganancia neta
de energía (esto significa
que fue necesario gastar 2
ATP para el inicio de las
reacciones y se ganaron 4
ATP finales, con lo cuál la
ganancia neta o final es de 2
ATP).
Se
producen
reducidas.
coenzimas
¿Qué son las coenzimas? ¿Qué significa
que estén reducidas?
Las coenzimas son moléculas capaces de
colaborar con las enzimas en las reacciones
químicas.
En el ejemplo de la glucólisis, la coenzima que
actúa se llama NAD (nicotinamín adenín
dinucleótido).
El NAD puede aceptar electrones y protones o
cederlos, según los requerimientos de la
reacción química.
Cuando el NAD acepta protones y electrones se
REDUCE, cuando los cede se OXIDA.
En la glucólisis, dos moléculas de NAD se reducen
y tendrán una importante función en los pasos
siguientes.
VEAMOS UNA SÍNTESIS DE LO
OCURRIDO HASTA EL MOMENTO
1 GLUCOSA
2 NAD
2 ADP + 2 P
2 NADH+H+
2
ACIDO PIRÚVICO
2 ATP
1. 1 Molécula de glucosa
(que tiene 6 carbonos)
se rompe en 2 moléclas
de ácido pirúvico (que
tiene 3 carbonos).
2. Se producen 2 ATP de
ganancia neta.
3. Se reducen 2 coenzimas
NAD a NADH+H+
¿QUÉ PASA CON EL ÁCIDO PIRÚVICO?
El destino del ácido pirúvico es diferente de acuerdo al
organismo o el tipo de célula donde se produce la glucólisis.
En muchas bacterias u hongos, el ácido pirúvico sigue una
vía de FERMENTACIÓN, mientras que en otros organismos
se produce la respiración celular.
La fermentación es una vía anaeróbica, esto es, se produce
sin la necesidad de oxígeno.
La respiración celular requiere de oxígeno.
Existen organismos, como las levaduras, que si están en
presencia de oxígeno pueden realizar la respiración celular
o, si carecen de éste, pueden fermentar.
En la respiración celular se ganan 38 ATP por glucosa
oxidada, mientras que en la fermentación sólo se obtienen
2 ATP por glucosa oxidada.
El ácido pirúvico en la
fermentación:
FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA
ACIDO PIRÚVICO
+ NADH+H+
ETANOL + CO2 +
NAD
La fermentación alcohólica, que se produce por ejemplo en las levaduras con las que hacemos el
pan, tiene como objetivo volver a oxidar el NAD (que se había reducido en la glucólisis) para que
esté disponible para una nueva glucólisis.
Cuando hacés pizza y le ponés levadura a la harina, éstas hacen fermentación que produce el
gas CO2, que hace que la masa se infle…..
FERMENTACIÓN LÁCTICA
ACIDO PIRÚVICO
+ NADH+H+
ACIDO +
LÁCTICO
NAD
En este caso también se utiliza el NAD reducido y se obtiene como producto un NAD oxidado.
Este proceso, se produce por ejemplo en nuestros glóbulos rojos y en nuestras células
musculares en condiciones de ejercicio intenso. Pensemos que los glóbulos rojos deben
transportar el oxígeno a las células del cuerpo y no podrían hacerlo si lo utilizan. En el caso
de las células musculares constituye una señal de alarma, pues el ácido láctico produce
calambres y nos obliga a detener la actividad.
El ácido pirúvico en la respiración aeróbica: la mitocondrias
ACIDO
PIRUVICO
NAD
CO2
NADH+H+
ACETILO
1. El ácido pirúvico ingresa en la
mitocondria,
donde
se
decarboxila, es decir, pierde
un carbono en forma de
dióxido de carbono.
2. Como esta es una reacción de
oxidación, libera protones y
electrones
que
son
capturados por la coenzima
NAD.
3. El NAD se reduce y
transforma en NADH+H+
se
4. El grupo acetilo es conducido
a la siguiente reacción, el
ciclo
de
Krebs,
por
la
coenzima A
Siguiente reacción: el ciclo de Krebs
Crestas
mitocondriales
Espacio
intermembrana
3 NAD
Matriz
mitocondrial
2. La molécula aceptora de este ciclo, el
ácido oxalacético, recibe el grupo
acetilo que le entrega la coenzima A.
Membrana
externa
Acetil –
Coenzima A
1 FAD
1 FADH2
Coenzima A
1 GDP + P
1 GTP
Acido
Cítrico
3. El ácido oxalacético se combina con el
grupo acetilo y forma otro compuesto,
el ácido cítrico.
4. El ciclo de Krebs consiste en la
oxidación del ácido cítrico que vuelve a
restablecer la molécula original de
ácido oxalacético, por lo que constituye
un ciclo.
Acido
oxalacético
3 NADH+H+
1. En la matriz mitocondrial existen
enzimas que catalizan una serie de
reacciones químicas llamadas Ciclo de
Krebs.
5. En esta vía oxidativa se reducen
coenzimas NAD y FAD y se conserva
parte de la energía en una molécula de
GTP (equivalente al ATP).
La obtención de energía: la cadena de transporte de
electrones y la producción de ATP
Veamos este proceso por etapas….
1. Las coenzimas, por el ejemplo el
NADH
+H+,
pierden
sus
electrones y protones al chocar
contra la cresta mitondrial y se
oxidan,
transformándose
nuevamente en NAD.
H+
H+
2. Los electrones son transportados
por aceptores, que se encuentran
en la membrana de la cresta,
hasta el aceptor final que es el
oxígeno (O2).
H+
e
e
e
e
ADP + P
CICLO DE
O
H+
KREBS
2
ATP
H+
H+
H+
H+
H+
H+
3. Los electrones se acumulan en el
espacio intermembrana formando
un gradiente electroquímico.
4. Cuando el gradiente es elevado,
los electrones pasan a la matriz
mitocondrial atravezando una
enzima llamada ATP sintetasa.
5. La
energía
electroquímico
sintetizar ATP.
del
gradiente
se utiliza para
6. Finalmente, el oxígeno se une a
los protones en la matriz
mitocondrial y forma agua.
ALGUNOS DATOS INTERESANTES …..
Por cada coenzima NADH+H+ que se oxida se produce la
energía suficiente para sintetizar 3ATP
Por cada coenzima FADH2 que se oxida se produce la
energía suficiente para sintetizar 2ATP
El GTP (guanosín tri fosfato) tiene la misma cantidad de
energía que el ATP, por lo tanto decimos que son
energéticamente equivalentes.
HAGAMOS ALGUNAS CUENTAS ….
¿CUÁNTA ENERGÍA SE OBTIENE AL OXIDAR AERÓBICAMENTE UNA
MOLÉCULA DE GLUCOSA?
GLUCÓLISIS
DECARBOXILACIÓN
OXIDATIVA
CICLO DE KREBS
PRODUCE
PRODUCE
CONSIDERANDO LOS
DOS ÁCIDOS
PIRÚVICOS DE LA
GLUCÓLISIS
PRODUCE
CONSIDERANDO LOS
DOS GRUPOS ACETILO
DE LA
DECARBOXILACIÓN
2 ATP
2 NADH+H+
2 NADH+H+
6 NADH+H+
2 FADH2
2 GTP
TOTAL
TOTAL
TOTAL
8 ATP
6 ATP
24 ATP
38 ATP
Y ESTOS 38 ATP REPRESENTAN MÁS DE LA MITAD DE ENERGÍA QUE
TENÍA LA MOLÉCULA DE GLUCOSA ORIGINALMENTE. PODEMOS
AFIRMAR QUE NUESTRAS MITOCONDRIAS SON MÁS EFICIENTES
PARA OBTENER ENERGÍA QUE CUALQUIER MÁQUINA TÉRMICA!!!!
¿TE ACORDÁS DÓNDE ACTÚA EL
OXÍGENO?
Todos sabemos que sin oxígeno, cualquier
organismo aeróbico se muere, pero, ¿por
qué?
Si volvés a mirar los gráficos anteriores podrás
observar que el oxígeno es el último aceptor de la
cadena de transporte de electrones. Si no estuviera
no se produciría el gradiente electroquímico y la
enzima ATP sintetasa no podría sintetizar ATP.
Entonces, gracias al oxígeno podemos producir
energía.
HAGAMOS UNA SÍNTESIS DE LA
RESPIRACIÓN AERÓBICA
GLUCÓLISIS
CITOPLASMA
DECARBOXILACIÓN
CICLO DE
KREBS
CADENA DE
TRANSPORTE DE
ELECTRONES Y
PRODUCCIÓN DE ATP
O2
MITOCONDRIAS
ATP