Respiración


La respiración es el proceso mediante el cual los seres vivos liberan y aprovechan la energía almacenada en los nutrientes. De esta energía dependen todos los procesos metabólicos del organismo. La respiración puede ser aerobia o anaerobia.

La glucosa es un azúcar importante, porque es el combustible básico, con el cual funcionan los seres vivos.

Respiración anaerobia

En la respiración anaerobia, los nutrientes se oxidan parcialmente en ausencia de oxígeno. A este tipo de respiración, se le conoce también con el nombre de fermentación.
La fermentación comienza luego de la difusión de la glucosa entro de la célula. A través de varias reacciones químicas, la glucosa se rompe en dos moléculas de tres carbonos (ácido pirúvico). El ácido pirúvico es transformado en dióxido de carbono y alcohol etílico (fermentación alcohólica). La energía liberada durante estas reacciones se almacena en moléculas de ATP. Algunas bacterias transforman ácido pirúvico en ácido láctico (fermentación láctica). Tanto el alcohol etílico como el ácido láctico, aunque conservan gran parte de la energía de la glucosa, son eliminados como desecho. Todas las reacciones de la fermentación ocurren en la parte soluble del citoplasma. Algunas de esas reacciones se ilustran en la tabla 1.
reacciones de la fermentación
Tabla 1. Principales reacciones de la fermentación alcohólica
  • Glucosa + 2ATP → Glucosa 1,6 di fosfato + 2 agua
  • Glucosa 1,6 di fosfato → 2 ácido fosfoglicérico
  • Ácido fosfoglicérico → ácido pirúvico + ácido fosfórico
  • Ácido pirúvico → acetaldehído + gas carbónico
  • Acetaldehído → alcohol etílico
La primera reacción se denomina activación y prepara a la glucosa para su rompimiento. En la segunda reacción, se producen dos moléculas de tres carbonos (ácido fosfoglicérico).
Durante la tercera reacción, el ácido fosfoglicérico libera el fósforo fijado en la primera reacción y se transforma en ácido pirúvico.
Durante la cuarta reacción, el ácido pirúvico (de tres carbonos), produce acetaldehído (de dos carbonos) y libera un carbono en forma de gas carbónico. En este momento se obtiene buena parte de la energía producida durante la fermentación.
Finalmente, el acetaldehído se transforma en alcohol etílico que se elimina como desecho, junto con el gas carbónico de la reacción anterior.
Se debe tener en cuenta, que todas las reacciones están reguladas por enzimas específicas.
El proceso de fermentación alcohólica puede resumirse en la siguiente ecuación:
C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP
Aunque la fermentación está asociada a microorganismos, esta ocurre también en organismos aerobios, incluyendo animales y plantas. En animales por ejemplo, la fermentación láctica proporciona la mayor parte de la energía necesaria para la contracción muscular, cuando el oxígeno es limitado.
En la industria se utilizan microorganismos fermentadores para producir licores, kumis, yogurt, mantequilla, queso, pan, vinagre, alcoholes y otras sustancias.

Respiración aerobia

En la respiración aerobia, el organismo intercambia oxígeno y gas carbónico con el medio ambiente. El oxígeno, en el interior de las células, realiza la combustión (oxidación) de los nutrientes. La respiración aerobia se realiza por vías metabólicas dependientes de oxígeno y se libera prácticamente toda la energía contenida en la glucosa.
El proceso se realiza en tres etapas: glucólisis, ciclo del ácido cítrico o ciclo de Krebs y fosforilación oxidativa.
Glucólisis
Corresponde al rompimiento de la molécula de glucosa en dos moléculas de ácido pirúvico, tal como ocurre en las primeras etapas de la fermentación. La glucólisis se lleva a cabo en la parte soluble del citoplasma.
Ciclo del ácido cítrico o ciclo de Krebs
Consiste en una serie de reacciones químicas en la matriz de la mitocondria. Su objetivo, es la degradación oxidativa de las moléculas de ácido pirúvico, hasta gas carbónico. Como resultado, se libera toda  la energía contenida en sus enlaces.
Sin embargo, identificar el ciclo del ácido cítrico como un proceso que cumple solo este papel metabólico sería incorrecto, ya que finalidad mucho más amplia. El ciclo de Krebs también integra rutas metabólicas relacionadas con el anabolismo y el catabolismo de sustancias como carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos entre otras. La figura 1, ilustra estos procesos.
 
 
Respiración

Figura 1

Fosforilación oxidativa
Consiste en una serie de reacciones que ocurren en la membrana interna de la mitocondria. Tiene como fin sintetizar moléculas de ATP a partir de ADP y fósforo libre, utilizando la energía liberada durante el ciclo de Krebs. Este proceso es progresivo. Los electrones pasan de un estado de energía a otro, hasta el aceptor final que es el oxígeno. En su camino, van liberando la energía que va siendo utilizada en la síntesis de ATP. A la fosforilación oxidativa se le llama también, cadena transportadora de electrones, o cadena respiratoria.
 
El proceso de respiración aerobia puede resumirse en la siguiente ecuación:

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 36ATP
Esto significa que Por cada mol de glucosa (180 gramos), se consumen 6 moles de oxígeno y se producen 6 moles de gas carbónico, 6 moles de agua y la energía obtenida es almacenada en 36 moles de ATP (686 kilocalorías aproximadamente.

Taller de lectura

  1. ¿Qué es respiración?
  2. ¿En qué procesos se utiliza la energía liberada durante el proceso de respiración?
  3. ¿Cuáles son las clases de respiración?
  4. ¿Cuál es la importancia de la glucosa en los procesos respiratorios?
  5. ¿Qué le pasa a los nutrientes durante la respiración anaerobia?
  6. ¿Qué otro nombre recibe la respiración anaerobia?
  7. Nombre las dos clases de fermentación
  8. ¿Durante la fermentación alcohólica, en que sustancias se transforma la glucosa?
  9. ¿Qué sustancias almacenan y transportan la energía dentro de las células?
  10. ¿En qué parte de la célula ocurren las reacciones propias de la fermentación?
  11. ¿Qué función cumple la fermentación láctica en las células animales?
  12. ¿Qué productos industriales se obtienen utilizando microorganismos fermentadores?
  13. Escriba la ecuación que resume el proceso de fermentación alcohólica
  14. ¿Cuál es la función del oxígeno en el proceso de respiración aerobia?
  15. ¿Cuáles son las etapas de la respiración aerobia y en qué parte de la célula se realiza cada etapa?
  16. ¿Qué es glucólisis?
  17. Defina el ciclo de Krebs.
  18. ¿Qué rutas metabólicas integra el ciclo de Krebs?
  19. ¿En qué consiste la fosforilación oxidativa y cuál es su finalidad?
  20. ¿Qué le pasa a los electrones durante la fosforilación oxidativa?
  21. ¿Qué otros nombres recibe la fosforilación oxidativa?
  22. Escriba la ecuación que resume la respiración aerobia y lo que ella significa.