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SECUENCIA DIDÁCTICA 2_A
Respiración Aerobia
Respiración Anaerobia
RESPIRACIÓN CELULAR
Todo ser vivo necesita alimentos y oxígeno para poder vivir, sabemos que existen organismos unicelulares y
multicelulares -como nosotros, una planta, un perro, un mosquito, etc. Cada una de nuestras células necesita
nutrientes y también oxígeno y… ¿Cómo le llega a cada una de nuestras células oxígeno y nutrientes? Pues a través de
la sangre.
La respiración celular consiste en la oxidación de sustancias provenientes de los alimentos, como los hidratos
de carbono, grasas y proteínas, y la liberación de energía, dióxido de carbono y agua.
La respiración celular es el conjunto de reacciones bioquímicas que ocurre en la mayoría de las células, en
las que el ácido pirúvico producido por la glucólisis se desdobla a dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O) y
se producen 36 moléculas de ATP.
Su ecuación general es: C6H12O6
+ 6O2
6CO2 + 6H2O y se liberan 36 moléculas de ATP.
CARACTERISTICAS
La respiración celular es una parte del metabolismo, concretamente del catabolismo, en la cual la energía
contenida en distintas biomoléculas, como los glúcidos o los lípidos, es liberada de manera controlada.
Durante la respiración una parte de la energía libre desprendida en estas reacciones exotérmicas, es
incorporada a la molécula de ATP, que puede ser a continuación utilizado en los procesos
endotérmicos, como son los de mantenimiento y desarrollo del organismo (anabolismo).
La respiración celular permite la liberación y aprovechamiento de la energía contenida en los nutrientes
a partir de su degradación. Los organismos pluricelulares del Reino Animal nos alimentamos
principalmente de metabolitos complejos (proteínas, lípidos, glúcidos) que degradamos a lo largo del
tracto intestinal, de modo que a las células llegan metabolitos menos complejos que los ingeridos. La
energía liberada se reserva en el organismo en forma de ATP (Adenosin trifosfato), que es una molécula
“contenedora de energía” aprovechable.
RESPIRACIÓN AEROBIA:
Hace uso del O2 como aceptor último de los electrones desprendidos de las sustancias orgánicas. Es la forma más
extendida, propia de una parte de las bacterias y de los organismos eucariontes, cuyas mitocondrias derivan de
aquéllas. Se llama aerobios a los organismos que, por este motivo, requieren O2.
Durante el proceso respiratorio, parte de la energía contenida en la glucosa pasa a las moléculas de ATP.
Con esta energía se alimentan, excretan los desechos, se reproducen y realizan todas las funciones que les permiten
vivir. Tanto el dióxido de carbono como el agua salen de la célula y del cuerpo del ser vivo (Si se trata de un
organismo pluricelular) por que constituyen sustancias de desecho. La energía puede utilizarse de inmediato o
almacenarse para su uso posterior.
ETAPAS DE LA RESPIRACIÓN AEROBIA
Etapa
Sitio donde se lleva a cabo
ATP producidos
Requerimientos
Glucólisis
Citoplasma
2
Sin oxígeno
Ciclo de Krebs
Mitocondria: matriz
2
Oxígeno
Mitocondria: Crestas
32
Cadena de transporte de
electrones.
Oxígeno
Las reacciones químicas de la respiración aerobia de la glucosa pueden agruparse en cuatro etapas. En los
eucariontes la primera etapa (glucólisis) se realiza en el citosol, y el resto ocurren en el interior de las mitocondrias.
La mayor parte de las bacterias también efectúan estos procesos, pero dado que sus células carecen de mitocondrias,
todas las etapas se llevan a efecto en el citosol y en asociación con la membrana plasmática. A continuación se
describe las transformaciones de cada etapa:
En la respiración aerobia, el oxígeno logra atravesar las membranas biológicas (en primera instancia la membrana
plasmática y después las membranas mitocondriales) hasta unir electrones y protones para formar átomos de
hidrógeno y, a través de ellos, agua.
El ácido pirúvico que se obtiene en la primera fase de la anaerobia es oxidado con el oxígeno para aportar además
energía y dióxido de carbono.
Es posible dividir la respiración aerobia en distintas etapas.
1º. La primera fase se conoce como glucolisis y surge cuando la molécula de glucosa se oxida y se divide en un
par de moléculas de ácido pirúvico.
2º. La segunda etapa se conoce como descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico. En este periodo, el ácido
pirúvico entra en la matriz de la mitocondria, donde el complejo enzimático piruvato deshidrogenasa se
encarga de procesarlo.
3º. La respiración aerobia continúa con el denominado ciclo de Krebs (caracterizado por la oxidación de los
acetilos que transporta el acetil coenzima A, procedente del piruvato), la cadena respiratoria y la fosforilación
oxidativa.
1. Glucolisis. Una molécula de glucosa, molécula de seis carbonos, se convierte en dos moléculas de piruvato, de tres
carbonos, con la formación de ATP y NADH. La glucolisis es un camino metabólico casi universal de los sistemas
biológicos. Para los organismos aerobios es el comienzo de todo el catabolismo que después proseguirá la
degradación aerobiamente. Para los organismos anaerobios es el único camino de obtención de energía. Significa
romper la glucosa. Este proceso se realiza en el citoplasma de la célula. Se inicia cuando la glucosa, molécula de seis
carbonos, entra a través de la membrana celular. Entonces empiezan a actuar sobre ella diversas enzimas que la
rompen hasta convertirla en dos moléculas de tres carbonos, llamadas ácido pirúvico.
2. Formación de acetilcoenzima A. Cada molécula de piruvato entra en una mitocondria y se oxida para convertirse
en una molécula de dos carbonos (acetato) que se combina con coenzima A y forma acetilcoenzima A; se produce
NADH y se libera dióxido de carbono como producto de desecho.
3. Ciclo de Krebs o Ciclo del ácido cítrico. El grupo acetato de la acetilCoA se combina con una molécula de cuatro
carbonos (oxalacetato), y se forma una molécula de seis carbonos (citrato). En el transcurso del ciclo ésta se recicla a
oxalacetato y se libera dióxido de carbono como producto de desecho. Se captura energía como ATP y los
compuestos reducidos de alto contenido de energía NADH y FADH2
4. Cadena de transporte de electrones y quimiósmosis. Los electrones extraídos de la glucosa durante las etapas
precedentes se transfieren de NADH a FADH2 a una cadena de compuestos aceptores de electrones. A medida que
los electrones pasan de un aceptor a otro, parte de su energía se emplea para bombear hidrogeniones (protones) a
través de la membrana mitocondrial interna, con lo que se forma un gradiente de protones. En un proceso
denominado quimiósmosis, la energía de este gradiente se usa para producir ATP. La quimiósmosis es un
mecanismo fundamental de acoplamiento energético en las células; hace posible que procesos redox exotérmicos
impulsen la reacción endotérmica en la cual se produce ATP por fosforilación del ADP. En la fotosíntesis, el ATP se
produce mediante un proceso comparable. En el siguiente esquema se presentan estas etapas de la respiración
aerobia.
RESPIRACIÓN ANAERÓBICA:
No interviene el oxígeno, sino que se emplean otros aceptores finales de electrones, muy variados, generalmente
minerales y, a menudo, subproductos del metabolismo de otros organismos. Un ejemplo de aceptor es el SO4 2(anión sulfato), que en el proceso queda reducido a H2S:
La respiración anaeróbica es propia de procariotas diversos, habitantes sobre todo de suelos y sedimentos, y algunos
de estos procesos son importantes en los ciclos biogeoquímicos de los elementos. No debe confundirse la respiración
anaerobia con la fermentación, que es una oxidación-reducción interna a la molécula procesada, en la que no se
requiere ni 02 ni ningún otro aceptor de electrones.
LAS FERMENTACIONES
La fermentación es un proceso catabólico, mediante el que se oxida materia rica en glúcidos (a veces prótidos),
produciendo moléculas más pequeñas y generando energía para el organismo que la realiza.
Fue descubierta por Louis Pasteur, que la describió como la vie sans l´air (la vida sin el aire).
La fermentación típica es llevada a cabo por las levaduras. También algunos metazoos y protistas son capaces de
realizarla.
El proceso de fermentación es anaeróbico ya que se produce en ausencia de oxígeno; ello significa que el aceptor
final de los electrones del NADH producido en la glucólisis no es el oxígeno, sino un compuesto orgánico que se
reducirá para poder reoxidar el NADH a NAD+. El compuesto orgánico que se reduce (acetaldehído, piruvato,) es
un derivado del sustrato que se ha oxidado anteriormente.
En los seres vivos, la fermentación es un proceso anaeróbico y en él no interviene la mitocondria ni la cadena
respiratoria.
Son propias de los microorganismos, como algunas bacterias y levaduras. También se produce la fermentación en la
mayoría de las células de los animales (incluido el hombre), excepto en las neuronas que mueren rápidamente si no
pueden realizar la respiración celular; algunas células, como los eritrocitos, carecen de mitocondrias y se ven
obligadas a fermentar; el tejido muscular de los animales realiza la fermentación láctica cuando el aporte de oxígeno a
las células musculares no es suficiente para el metabolismo aerobio y la contracción muscular.
Desde el punto de vista energético, las fermentaciones son muy poco rentables si se comparan con la respiración
aerobia, ya que a partir de una molécula de glucosa sólo se obtienen 2 moléculas de ATP, mientras que en la
respiración se producen 36. Esto se debe a la oxidación del NADH, que en lugar de penetrar en la cadena
respiratoria, cede sus electrones a compuestos orgánicos con poco poder oxidante.
En la industria la fermentación puede ser oxidativa, es decir, en presencia de oxígeno, pero es una oxidación aeróbica
incompleta, como la producción de ácido acético a partir de etanol.
Las fermentaciones pueden ser: naturales, cuando las condiciones ambientales permiten la interacción de los
microorganismos y los sustratos orgánicos susceptibles; o artificiales, cuando el hombre propicia condiciones y el
contacto referido.
Se pueden destacar varios tipos de fermentaciones, como son la fermentación alcohólica, la fermentación láctica y la,
mal llamada, fermentación acética, pues desde el punto de vista bioquímico, no es una auténtica fermentación, sino
una oxidación incompleta de materia orgánica (interviene oxígeno en el proceso).
Fermentación láctica
Se realiza en los músculos de nuestro organismo, sobre todo cuando se hace ejercicio de manera exagerada, ya que
aunque la respiración celular aerobia proporciona más ATP que la glucólisis, se encuentra limitada por la capacidad
del organismo para brindar oxígeno a sus células musculares, y cuando sus músculos están desprovistos de oxígeno
no dejan de trabajar de manera inmediata. En lugar de eso, la glucólisis continúa durante un tiempo proporcionando
sus escasas dos moléculas de ATP por cada molécula de glucosa y generando ácido pirúvico y NADH, entonces, el
ácido pirúvico (C3H4O3) se vuelve aceptor del hidrógeno y se forma el ácido láctico (C3H6O3). Sin embargo, el
ácido láctico es tóxico en concentraciones elevadas, por lo que pronto causa malestar intenso y fatiga, haciendo que el
individuo disminuya su ritmo o se detenga y mientras descansa respira rápidamente para restituir el suministro de
oxígeno, haciendo que el ácido láctico se vuelva a convertir en ácido pirúvico, lo que no ocurre en las células
musculares sino en el hígado.
Fermentación alcohólica
Se lleva a cabo en muchos microorganismos como las levaduras del género Saccharomyces. Después de que se
obtienen las dos moléculas de ácido pirúvico (C3H4O3), éstas se degradan hasta formar dos moléculas de CO2, dos
moléculas de alcohol etílico (C2H6O) y más dos moléculas de ATP.
La fermentación alcohólica se utiliza en la industria en la fabricación de diferentes tipos de bebidas alcohólicas y en la
elaboración de pan, donde el alcohol se evapora y el CO2 provoca que el pan esponje. Algunos otros
microorganismos realizan otros tipos de fermentación, se produce ácido acético o alcohol. Otros más respiran
anaerobiamente desechando metano u otros productos. La respiración anaerobia se considera ineficiente porque
produce poca energía, se obtienen dos moléculas de ATP por cada molécula de glucosa.
Fermentación acética
La fermentación acética es la fermentación bacteriana por Acetobacter, un género de bacterias aeróbicas, que
transforma el alcohol etílico en ácido acético, la sustancia característica del vinagre.1 La fermentación acética del vino
proporciona el vinagre debido a un exceso de oxígeno y es uno de los fallos del vino, un proceso que degrada sus
cualidades. La fermentación acética es un área de estudio dentro de la cimología.
Aunque es una fermentación en el sentido original de la palabra, un proceso que partiendo de un azúcar produce
ácidos, gases o alcohol, se aparta de la regla en que es un proceso aerobio, es decir, que requiere oxigeno
La formación de ácido acético (CH3COOH) resulta de la oxidación de un alcohol por la bacteria del vinagre en
presencia del oxígeno del aire. Estas bacterias, a diferencia de las levaduras productoras de alcohol, requieren un
suministro generoso de oxígeno para su crecimiento y actividad. El cambio que ocurre es descrito generalmente por
la ecuación:
C2H5OH + O2 → Acetobacter aceti → CH3COOH + H2O
Los licores de fermentación suave, se convierten solo con la exposición al aire. Esto es debido a la conversión del
alcohol en ácido acético. El ácido acético es producido mediante la fermentación de varios sustratos, como solución
de almidón, soluciones de azúcar, o productos alimenticios alcohólicos como vino o sidra, con bacterias de
Acetobacter.
Fermentación butírica
La fermentación butírica (descubierta por Louis Pasteur) es la conversión de los glúcidos en ácido butírico por acción
de bacterias de la especie Clostridium butyricum en ausencia de oxígeno.
Se produce a partir de la lactosa con formación de ácido butírico y gas. Es característica de las bacterias del género
Clostridium y se caracteriza por la aparición de olores pútridos y desagradables.
Se puede producir durante el proceso de ensilado sólo si la cantidad de azúcares en el pasto no es lo suficientemente
grande como para producir una cantidad de ácido láctico que garantice un pH inferior a 5.
Tipo de
fermentación
Alcohólica
Láctica
Homoláctica
Heteroláctica
Microorganismo
implicado
Levadura
Bacteria
Bacteria
Bacteria
Acética
Bacteria
Sustrato
Producto
Alimento
Almidón, Glucosa
Carne picada
Lactosa, glucosa
Carne picada,
pescado
Vino, suero, malta,
sidra
Etanol y CO2
Ácido láctico
Ácido láctico
Ácido láctico, CO2 y
etanol
Ácido acético
Pan, vino, cerveza
Embutidos
Yogur, queso
Embutidos, salsas de
pescado
Vinagre
MOLECULAS QUE INTEVIENEN EN LA RESPIRCIÓN CELULAR
NAD El dinucleótido de nicotinamida y adenina, más conocido como nicotin adenin
dinucleótido (abreviado NAD+ en su forma oxidada y NADH en su forma reducida).
Su función principal es el intercambio de electrones y protones y en la producción de energía de todas las células.
FAD El flavín adenín dinucleótido o dinucleótido de flavina y adenina (abreviado FAD en su forma oxidada
y FADH2 en su forma reducida) es una coenzima que interviene en las reacciones metabólicas de oxidaciónreducción.
El FAD es una molécula compuesta por una unidad de riboflavina (vitamina B2), unida a un pirofosfato (PPi), éste
unido a una ribosa y ésta unida a una adenina. Por tanto, la molécula es en realidad ADP unido a riboflavina.
Es una coenzima que interviene como dador o aceptor de electrones y protones (poder reductor) en reacciones
metabólicas redox; su estado oxidado (FAD) se reduce a FADH2 al aceptar dos átomos de hidrógeno (cada uno
formado por un electrón y un protón)
ATP El trifosfato de adenosina (adenosín trifosfato, del inglés adenosine triphosphate) es un nucleótido fundamental
en la obtención de energía celular.
Está formado por una base nitrogenada (adenina) unida al carbono 1 de un azúcar de tipo pentosa, la ribosa, que en
su carbono 5 tiene enlazados tres grupos fosfato.
Es la principal fuente de energía para la mayoría de las funciones celulares. Su fórmula molecular es
C10H16N5O13P3.
ADP El Adenosin difosfato es un nucleótido difosfato, es decir, un compuesto químico formado por un nucleósido
y dos radicales fosfato unidos entre sí. En este caso el nucleósido lo componen una base púrica, la adenina, y un
azúcar del tipo pentosa que es la ribosa. C10H15N5O10P2
Glucólisis
Cadena de transporte de electrones.
Ciclo de Krebs: