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UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR FACULTAD MULTIDISCIPLINARIA DE OCCIDENTE DEPARTAMENTO DE BIOLOGIA
RESPIRACIÓN CELULAR
La respiración celular es el conjunto de reacciones bioquímicas que ocurre en
las células y en las que la glucosa se desdobla a dióxido de carbono (CO2) y agua
(H2O) y además se produce ATP.
Conforme se producen las reacciones, se va liberando calor, evitando de esta
forma la liberación de energía útil y calor de una sola vez y así se reducir al mínimo
el desperdicio.
TIPOS DE REACCIONES QUE INTERVIENEN EN LA RESPIRACION
CELULAR:
Deshidrogenaciones: Son reacciones en las cuales se eliminan dos hidrógenos (en
realidad dos electrones y dos protones) del sustrato, los cuales son transferidos a
una coenzima como el NAD o el FAD, que actúan como aceptores primarios:
H2 + NAD+ X + NAD-H + H+
Descarboxilaciones: Son reacciones en las que se elimina un grupo carboxilo
(COOH) en forma de una molécula de CO2; el dióxido de carbono que exhalan los
animales se deriva de estas reacciones.
R-COOH R-H + O=C=O
Reacciones Preparativas: En las que las moléculas sufren reordenamientos que las
preparan para deshidrogenaciones y descarboxilaciones subsecuentes.
SITIOS DONDE SE REALIZA LA RESPIRACION CELULAR
En organismos procariotas se lleva a cabo en la membrana celular
En organismos eucariotas se lleva a cabo en la mitocondria
TIPOS DE RESPIRACION: Anaerobia y Aerobia
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RESPIRACION ANAEROBIA
Las bacterias que viven en suelos inundados, aguas estancadas e intestinos de
animales, pueden efectuar toda la secuencia de respiración celular sin el oxigeno,
pueden por tanto, vivir sin oxigeno y se les llama Anaerobios, y a la secuencia se le
denomina RESPIRACION ANAEROBIA.
La respiración anaeróbica es un proceso biológico de oxido reducción de
azúcares y otros compuestos en el que el aceptor terminal de electrones es una
molécula, en general inorgánica, distinta del oxígeno. La realizan exclusivamente
algunos grupos de bacterias. En la respiración anaeróbica no se usa oxígeno, sino que
para la misma función se emplea otra sustancia oxidante distinta, como sulfato o
nitrato.
CH3COO
- +
NO
3
- +
H
+ →
CO
2 + HCCO
3
- +
N
2 +
H
2O (anóxica)
CH3COO
- + H
2O → CH
4 + HCO
3
- (anaerobia)
CH3COO
- + SO
4
-2 + H
+→ CO
2 + H
2S + HS
- + H
2O (anaerobia)
Los organismos que realizan este tipo de respiración pueden dividirse en:
organismos anaerobios estrictos, que mueren en presencia de oxígeno; organismos
anaerobios facultativos, que pueden usar el oxígeno si está presente; y organismos
aerotolerantes, que pueden vivir en presencia de oxígeno pero no hacen uso de él en
forma alguna.
Algunos organismos anaerobios facultativos como las levaduras, utilizan la
respiración anaerobia, más comúnmente llamada FERMENTACIÓN, para obtener
energía química, siendo el producto final un compuesto orgánico.
Existen diferentes tipos de fermentación en función de la ruta metabólica
utilizada por los organismos anaerobios.
Fermentación Alcohólica: se denomina así a aquella en la que se genera etanol:
C6H12O6 + 2Pi + 2ADP 2 C2H5OH + 2O2 + 2ATP + 2H2O
Fermentación láctica, en la que se genera ácido láctico. Este proceso lo realizan
bacterias lácticas, algunos protozoos y hongos.
También ocurre en tejido muscular de animales, cuando el aporte de oxígeno a
las células musculares no es suficiente para el metabolismo aerobio y la contracción
muscular. En ausencia de oxígeno, las células animales convierten el ácido pirúvico en
ácido láctico. El ácido láctico puede ser un veneno celular. Cuando se acumula en las
células musculares produce síntomas asociados con la fatiga muscular.
C6H12O6+ 2Pi +2ADP 2 C3H6O3 + 2ATP + 2H2O
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Fig. 1. Representación de la fermentación alcohólica y láctica.
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RESPIRACION AEROBIA
Proceso bioquímico catalizado enzimáticamente, que consiste en la
degradación escalonada de glucosa (y otros compuestos orgánicos) en presencia de
oxígeno y tiene como propósito la generación de energía biológicamente útil. Esta
energía es utilizada por las células para realizar trabajo celular.
En este proceso, se transfieren electrones desde la glucosa hasta el oxígeno
molecular (que interviene como reactivo en el paso final del proceso) para producir
energía, dióxido de carbono y agua.
Otros organismos no pueden extraer la energía sin el oxigeno, se les llama
Aerobios y a la secuencia se le denomina RESPIRACION AEROBIA. (Todos los
organismos aerobios son estrictos).
La reacción global parta el metabolismo de la glucosa de manera aerobia
puede resumirse así:
C6H12O6 + 6 O2 + H2O 6 CO2 + 12 H2O + ATP
La oxidación de la glucosa ocurre a través de una secuencia de reacciones que
pueden agruparse en cuatro fases:
Fig. 2. Las cuatro fases de la respiración aerobia. La primera fase, la glucolisis, ocurre en el citosol. Su producto, el
piruvato, entra en la mitocondria, donde continua la respiración celular con formación de acetilcoenzima A, ciclo del
acido cítrico y transporte de electrones/quimiósmosis. La mayor parte del ATP se sintetiza por quimiósmosis.
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1- GLUCOLISIS (ocurre en el citoplasma): conversión de la glucosa (6C) en dos
moléculas de piruvato (3C) y la formación de dos moléculas de ATP y dos de NADH.
C6H12O6+ADP+2Pi+2NAD+ 2PIRUVATO+2ATP+2NADH+2H++2H2O
Fig. 3. Glucolisis. Durante la glucolisis, cada molécula de glucosa se convierte en dos de piruvato, con rendimiento neto
de dos moléculas de ATP y dos de NADH. La fase de inversión de energía de la glucolisis lleva al desdoblamiento del
azúcar. ATP y NADH se producen durante la fase de captura de energía.
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Representación detallada de la glucolisis. Cada reacción de la glucolisis es
catalizada por una enzima específica. Nótese que hay un rendimiento neto de dos
moléculas de ATP y dos NADH.
Continúa en la siguiente imagen
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2- FORMACION DE ACETIL COENZIMA A Y CO2 (ocurre en la membrana
interna de la mitocondria): el piruvato se degrada en una molécula de dos carbonos
que se combina con la coenzima A para formar la acetilcoenzima A, liberándose CO2
2 PIRUVATO+2CoA+2NAD+ 2ACETIL CoA+2CO2+NADH+2H+
Fig. 4 Formación de acetilcoenzima A. El piruvato, una molécula de tres carbonos que es el producto terminal de la
glucolisis, ingresa en la mitocondria y experimenta descarboxilación oxidativa. En primer término, el grupo carboxilo se
disocia en la forma de dióxido de carbono. Luego, se oxida el fragmento residual de dos carbonos y sus electrones se
transfieren al NAD+. Por ultimo el grupo de dos carbonos oxidado, que es un grupo acetilo, se una a la Coenzima A
(CoA). Esta tiene un átomo de azufre, que forma un enlace muy inestable con el grupo acetilo.
Fig. 5. Representación detallada de la Formación de acetilcoenzima A.
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3- EL CICLO DE KREBS (ocurre en la matriz mitocondrial): Convierte el grupo
acetilo (fijo a la Co A) en CO2 y además se eliminan electrones y protones.
2ACETILCoA+6NAD++2FAD+2GDP+2Pi+2H2O4CO2+6NADH+6H++2FADH2+2GTP+2CoA
Fig. 6. Ciclo del Acido Cítrico. En el ciclo entran dos grupos acetilo por cada glucosa. Cada grupo acetilo de dos
carbonos, se combina con oxaloacetato de cuatro carbonos, para formar citrato de seis carbonos. Las dos moléculas de
CO2 se extraen para regenerar oxaloacetato y en el proceso se captura energía en la forma de un ATP, tres NADH y
un FADH2 por grupo acetilo (o dos ATP, seis NADH y dos FADH2 por glucosa).
Fig. 7. Representación de las reacciones de deshidrogenación, descarboxilación y preparativas en el ciclo de Krebs.
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Fig. 8. Representación detallada del Ciclo del Acido Cítrico. En el curso del ciclo del acido cítrico, la entrada de un
grupo acetilo de dos carbonos, es balanceada por la liberación de dos moléculas de CO2. Los electrones se transfieren
a NAD+ o FAD de lo que resultan NADH y FADH2 respectivamente y se forma ATP por fosforilación del sustrato.
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4-EL SISTEMA DE TRANPORTE DE ELECTRONES Y LA FOSFORILACION
QUIMIOSMOTICA: que procesan los electrones y protones extraídos de la
molécula combustible durante las fases precedentes.
NADH+H++3ADP+3Pi+½O2 NAD+3ATP+H2O
El oxigeno es el aceptor final del hidrogeno y de los electrones que descienden por
la cadena de transporte. Cuando no se dispones del oxigeno, el ultimo citocromo de
la cadena no puede transferir sus electrones; entonces el aceptor precedente
tampoco puede hacerlo y así sucesivamente, de manera que se bloquea por completo
el sistema entero de transporte hasta el NADH, por lo que ya no se produce ATP.
Fig. 9. Representación del transporte de electrones y quimiósmosis. La cadena de transporte de electrones en la
membrana mitocondrial incluye tres bombas de protones que se localizan en tres de los cuatro complejos de transporte
de electrones. La energía liberada durante dicho transporte se utiliza para llevar protones (H+) de la matriz
mitocondrial al espacio intermembranoso, donde se acumula una alta concentración de protones. Se impide que estos se
difundan de nuevo hacia la matriz, excepto en conductos especiales en el complejo ATP sintetasa en la membrana
interna. El flujo de protones a través del complejo genera ATP.
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Fig. 10. Representación de los sistemas de transporte de electrones. Sistemas I, II, III y Sintetasa ATP.
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PRODUCCION DE ENERGIA EN LA OXIDACION DE LA GLUCOSA
TIPO DE RESPIRACIÓN RENDIMIENTO NETO ENERGÉTICO
Respiración Anaerobia 2 ATP
Fermentación 2 ATP
Respiración Aerobia 36-38 ATP
COMPARACIÓN ENTRE RESPIRACIÓN AEROBIA, ANAEROBIA Y FERMENTACIÓN
Respiración
aerobia
Respiración
anaerobia
Fermentación
Destino inmediato de
los electrones del
NADH
Transferencia a una
cadena de transporte de
electrones.
Transferencia a una
cadena de transporte de
electrones.
Transferencia a una molécula
orgánica.
Aceptor terminal en la
cadena de transporte
de electrones
O2 Sustancias inorgánicas,
como NO3; o SO4-3
(No hay cadena de transporte
de electrones)
Producto o productos
reducidos formados
Agua Sustancias inorgánicas
relativamente reducidas.
Compuestos orgánicos
relativamente reducidos (por
lo común alcohol o lactano).
Mecanismo de síntesis
de ATP
Quimiósmosis, también
fosforilaciòn a nivel del
sustrato.
Quimiósmosis, también
fosforilaciòn a nivel del
sustrato.
Solo fosforilaciòn a nivel del
sustrato (durante la glucolisis).
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