Subido por Pablo Adrian Otero

Respiracion celular aeróbica (Pablo Otero)

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RESPIRACIÓN CELULAR AERÓBICA
por Pablo Adrián Oteroi
Introducción
Las células realizan innumerables procesos en los cuales deben invertir energía (endergónicos), entre ellos
las síntesis de biomoléculas (anabolismo), los mecanismos de transporte activo, la movilidad y división
celular, etc.
El proceso de respiración celular aeróbica (a partir de ahora “RCA”) permite producir un intermediario
energético (ATP) a partir de la oxidación de moléculas orgánicas1. La RCA consta de muchas reacciones
enzimáticas que ocurren en diferentes partes de la célula y es muy similar a una combustión: el combustible
(compuesto orgánico) se quema en presencia de un comburente, en este caso gas oxígeno2.
Sabemos, por nuestras experiencias cotidianas, que las combustiones liberan en forma de luz y calor la
energía química contenida en el combustible. En el caso de la RCA, la diferencia, es que una parte de la
energía liberada será aprovechada para producir ATP, un intermediario energético que luego la célula podrá
utilizar en procesos que requieran energía química. En parte la posibilidad de aprovechar una fracción de la
energía liberada, se debe a que en la RCA la oxidación3 se lleva a cabo en sucesivos pasos, y no
bruscamente.
El “combustible” ideal para las células es el monosacárido glucosa. Los monosacáridos son moléculas
hidrosolubles que pueden atravesar membranas por difusión facilitada y que poseen bastante energía.
Aunque hay otros compuestos orgánicos con mayor contenido energético (lípidos, por ejemplo) el proceso de
obtener energía a partir de estos puede ser más complejo.
Comencemos a oxidar la glucosa…
Las moléculas de glucosa comenzarán a oxidarse y entregar parte de su energía en el citoplasma de las
células eucariontes4. Allí se encuentran enzimas que harán una serie de reacciones conocidas en su totalidad
como glucólisis (Figura 1). Los nombres de los procesos suelen describir lo que en ellos ocurre, en este
caso la glucosa (gluco) se rompe (lisis) en un compuesto carbonado más pequeño y más oxidado (ácido
pirúvico).
Figura 1: Sustratos y productos de la glucólisis. Este proceso consta de
varios pasos que aquí se simplifican como un solo paso. La flecha de línea
entera representa una reducción, la de guiones largos representa una
oxidación y la de guiones cortos representa una reacción endergónica que
permite producir ATP. Fuente: elaboración propia.
Recordemos que una molécula es orgánica cuando posee más de dos carbonos unidos entre sí, formando cadenas o ciclos
De ahí el término “aeróbica”. Vale la pena aclarar que en algunas bacterias otras moléculas pueden cumplir este rol y en esos casos se denomina
“respiración celular anaeróbica”.
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Recordemos que una sustancia se oxida cuando aumenta su número de oxidación o libera electrones y/o protones. Lo contrario para la reducción.
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En el caso de las células procariontes, toda la RCA ocurre en el citoplasma.
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No es el objetivo de este texto ver todos los pasos de cada proceso sino evaluar de forma global lo que
ocurre en ellos. Si analizamos los sustratos y productos de la glucolisis vemos que los seis carbonos de la
glucosa quedan formando parte de dos moléculas de ácido pirúvico (de tres carbonos cada una). Pero si
observamos la fórmula del ácido pirúvico vemos que posee cuatro átomos de hidrógeno cada una, lo que
hace (multiplicado por dos) un total de ocho átomos de carbono, ¿qué ocurrió con los cuatro átomos de
hidrógeno restantes? La glucolisis implica la ruptura de la glucosa pero también la transferencia de átomos
de hidrógeno5. ¿Qué compuesto se reduce al capturar esos átomos de hidrógeno? Lo hará un compuesto
parecido al ATP, en cuanto a que también se trata de un nucleótido, el NAD+6. Este dinucleótido es también
un intermediario, pero en este caso de procesos de reducción/oxidación (procesos Redox).
El segundo paso de la oxidación de la glucosa, ocurre dentro de las mitocondrias (Figura 2). En este segundo
paso las moléculas de ácido pirúvico se oxidan un poco más convirtiéndose en acetil. Este paso se denomina
descarboxilación del ácido pirúvico y, como su nombre lo indica, cada ácido pirúvico pierde su grupo ácido
(o carboxilo) que se libera como dióxido de carbono. A esta oxidación la acompaña la reducción de
intermediarios NAD+ a NADH+H+ (Figura 3).
Figura 2: Esquema de una mitocondria. Los números indican el lugar donde
ocurre cada una de las cuatro tapas de la RCA. Fuente: elaboración propia.
Figura 3: Sustratos y productos de la descarboxilación del ácido pirúvico. La flecha de
línea entera representa una reducción, la de guiones largos representa una oxidación y
la de guiones cortos representa una reacción endergónica que permite producir ATP.
Fuente: elaboración propia.
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Recordar que un átomo de hidrógeno consta de un protón (H+) y un electrón (e-)
NAD es la sigla de Nicotinadenindinucleótido
La oxidación de los compuestos carbonados continua, y en este caso los acetilos serán oxidados en una
serie de reacciones conocidas como Ciclo de Krebs (Figura 4). Este paso oxidativo final liberará todos los
carbonos de los acetilos como moléculas de dióxido de carbono7. Como en los dos pasos anteriores habrá
reducción de intermediarios NAD+ a NADH+H+.
Figura 4: Sustratos y productos del Ciclo de Krebs. La flecha de línea entera
representa una reducción, la de guiones largos representa una oxidación y
la de guiones cortos representa una reacción endergónica que permite
producir ATP. Fuente: elaboración propia.
¿Qué ocurrió hasta aquí en la RCA? En estos tres primeros pasos cada molécula de glucosa se oxidó
completamente ya que los seis carbonos de cada una de ellas, que estaban unidos y formando parte de una
misma molécula orgánica, ahora se encuentran separados entre sí y muy oxidados. Esta oxidación permitió
la reducción de intermediarios NAD+ a NADH+H+ y la producción de moléculas de ATP.
¿Qué ocurre en la cuarta etapa de la RCA? Las moléculas de NADH+H+ están reducidas y si se las oxida
también liberan energía (Figura 5). Pero para que esto suceda es necesario la presencia de un compuesto
que sea muy oxidante, es decir que capte los hidrógenos (protones y electrones) de los NADH+H+, se
reduzca y de esta forma se reciclen los NAD+ que podrán volver a ser utilizados en los pasos anteriores. El
compuesto oxidante en cuestión es el gas oxígeno (O 2), de ahí que la respiración se llame “aeróbica”.
Figura 5: Sustratos y productos de la Cadena Respiratoria/Fosforilación
Oxidativa. La flecha de línea entera representa una reducción, la de guiones
largos representa una oxidación y la de guiones cortos representa una
reacción endergónica que permite producir ATP. Fuente: elaboración propia.
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La forma inorgánica y más oxidada posible para un átomo de carbono.
Esta cuarta etapa, que presenta cierta complejidad química que no abordaremos en este texto, ocurre
asociada a la membrana interna de las mitocondrias. Se la denomina cadena respiratoria y fosforilación
oxidativa. El término “cadena” tiene que ver con que hay un flujo de electrones que libera energía a medida
que avanza a través de una cadena de proteínas y “fosforilación oxidativa” debido a que parte de esa energía
liberada es aprovechada para fosforilar ADP y producir ATP.
Palabras finales
La RCA es un proceso metabólico esencial para las células. Tal es así que es realizado por cada célula (ya
sea de un organismo unicelular o de uno pluricelular) y en todo momento. Aunque no se vieron los detalles
de cada paso debe quedar claro que en la RCA participan numerosas enzimas, por lo que se trata de un
proceso que está sujeto a regulación, además de estar influido por las condiciones físicas (temperatura) y
químicas del medio (pH, salinidad, etc.).
Ejercicitación: Completar en el siguiente cuadro los sustratos y productos de las diferentes etapas de la
respiración celular aeróbica (RCA).
Nombre de la etapa
Sustratos
Productos
Ecuación final del
proceso de respiración
celular aeróbico
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Pablo Adrián Otero. Lic. Cs. Biológicas (FCEN – UBA). Contacto: pabloadrianotero@gmail.com
Licencia de uso: https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
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