BIOLOGÍA y GEOLOGÍA

MATERIAL DIDÁCTICO ESO BACHILLERATO

RESPIRACIÓN CELULAR

La respiración celular es el conjunto de reacciones bioquímicas por las cuales determinados compuestos orgánicos son degradados completamente, por oxidación, hasta convertirse en sustancias inorgánicas, proceso que proporciona energía aprovechable por la célula (principalmente en forma de ATP).

Como se vio en la introducción del tema, hay dos tipos de respiración celular:

  • RESPIRACIÓN ANAERÓBICA. El aceptor final de electrones es una molécula inorgánica distinta del oxígeno (sulfato o nitrato). Es un tipo de metabolismo muy común en muchos microorganismos, especialmente procariotas y la cadena de transporte electrónico se sitúa en la membrana celular.

Clostridium sp, es una bacteria capaz de utilizar el sulfato como aceptor final de los electrones de la cadena de transporte y formar sulfuro. No debe confundirse con la fermentación, proceso anaeróbico en el que no interviene nada parecido a una cadena transportadora de electrones.

También hay que destacar que todos estos procesos no son excluyentes, es decir E. coli pueden obtener energía con cualquiera de estos procesos (glucólisis, fermentación, respiración aeróbica y anaeróbica).

  • RESPIRACIÓN AERÓBICA. El aceptor final de electrones es el oxígeno molecular, que se reduce a agua. La realizan la inmensa mayoría de seres vivos, y se llaman organismos aeróbicos.

Resumen de los pasos de la respiración celular. 1. Glucólisis. La glucosa, que tiene 6 carbonos, se convierte en 2 piruvatos (de 3 carbonos cada uno) y se obtiene ATP y NADH. Estas reacciones ocurren en el citosol. 2. Oxidación del piruvato. El piruvato viaja a la matriz mitocondrial y se convierte en una molécula de dos carbonos unida a la coenzima A llamada acetil-CoA. Se libera dióxido de carbono y se produce NADH. 3. Ciclo del ácido cítrico. El acetil-CoA se combina con una molécula de cuatro carbonos y atraviesa un ciclo de reacciones para finalmente regenerar la molécula inicial de cuatro carbonos. En el proceso se genera ATP (o GTP en algunos casos), NADH y FADH_2 y se libera dióxido de carbono. Estas reacciones ocurren en la matriz mitocondrial. 4. Fosforilación oxidativa. El NADH y el FADH_2 producidos en pasos anteriores depositan sus electrones en la cadena de transporte de electrones dentro de la membrana interna de la mitocondria. El movimiento de los electrones por la cadena libera energía que se utiliza para bombear protones desde la matriz hacia el espacio intermembranal, con lo que se forma un gradiente. Los protones fluyen de regreso hacia la matriz a través de una enzima llamada ATP sintasa, para generar ATP. Al final de la cadena de transporte de electrones, el oxígeno recibe los electrones y recoge protones del medio para formar agua.

La respiración celular aeróbica se produce en dos etapas sucesivas:

  • DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA
  • CICLO DE KREBS: El ciclo de Krebs: Tiene lugar en la matriz mitocondrial, que contiene todas las enzimas, agua, fosfatos y otras moléculas necesarias para la respiración. Consta de ocho reacciones químicas en las que, a partir del acetil-coenzima A procedente de reacciones de oxidación de distintas moléculas (ácido pirúvico especialmente, ácidos grasos y aminoácidos) se obtiene ATP, CO2 y otras moléculas con poder reductor (NADH y el FADH2).
  • CADENA DE TRANSPORTE ELECTRÓNICO: La cadena transportadora de electrones: las moléculas con poder reductor obtenidas en el ciclo de Krebs, el NADH y el FADH2, entran en la cadena transportadora de electrones o cadena respiratoria, donde los electrones van pasando de una molécula reducida a otra oxidada hasta llegar al aceptor final, que es el oxígeno, que se reducirá formando agua. La energía que se obtiene en este proceso, llamado fosforilación oxidativa, se utiliza en la síntesis de ATP y se explica por la hipótesis quimiosmótica de Mitchell. Por cada NADH que entre en la cadena se obtendrán 3 ATP, y por cada FADH2 2 ATP.
NADH → 3 ATP (2,5 ATP)
FADH2 → 2 ATP (1,5 ATP)
La estequiometría en este proceso es difícil de establecer y actualmente se cuestiona esta relación que no parece ser 3 y 2, sino 2.5 y 1.5 respectivamente.

La cadena respiratoria ocurre en las crestas mitocondriales, donde se encuentran las enzimas específicas, que están agrupadas de tal modo que facilitan el acoplamiento energético y la transferencia de electrones. Para este proceso es indispensable la presencia de oxígeno en la célula. En procariotas la cadena de transporte electrónico se sitúa en la membrana celular.

ACTIVIDADES

  • Video resumen sobre el CATABOLISMO