La respiracion celular

Todos los seres vivos, tanto los unicelulares como los pluricelulares, obtienen energía para las funciones vitales a partir de la oxidación de biomoléculas orgánicas. El proceso consiste en una combustión controlada, de la cual resultan además de energía útil para la célula, agua, dióxido de carbono y calor. Este proceso, que utiliza la reactividad del oxígeno molecular presenten en el medio, recibe el nombre de respiración aerobia.

Sin embargo, el proceso biológico de la respiración abarca un conjunto de fenómenos diversos situados a niveles de complejidad muy diferentes y que es necesario descomponer y separar para obtener una visión amplia del proceso de la respiración.

Los seres vivos necesitan energía para llevar a cabo sus funciones. La molécula que proporciona la energía necesaria a los seres vivos para llevar a cabo sus funciones es fundamentalmente el ATP (trifosfato de adenosina), ya que como se vió en el tema anterior es una molécula con alta energía potencial en sus enlaces fosfato.

A partir de una molécula de azúcar, concretamente de glucosa, pero también a partir de otros glúcidos, lípidos y proteínas, y mediante una serie de reacciones que constituyen la respiración celular, es posible obtener energía que los seres vivos pueden aprovechar. Sin embargo, no es la única forma con la que las células son capaces de obtener el ATP, ya que dispone de otras rutas alternativas que se desarrollan cuando la disponibilidad de glucosa no es la adecuada o las condiciones para realizar la respiración no son idóneas. Las rutas catabólicas que puede utilizar una célula son varias.

Sin embargo, el ATP es una molécula muy inestable y no se puede almacenar, por lo que es necesario que esté sintetizándose continuamente. La molécula principal de la cual la célula, por lo general, obtiene ATP en las cantidades necesarias, es un monosacárido de seis átomos de carbono, la glucosa. Los organismos autótrofos son capaces de sintetizar glucosa a partir de biomoléculas sencillas como el CO₂ y el H₂O utilizando la energía del sol. Los organismos heterótrofos obtienen la glucosa mediante la ingesta de estos organismos, y la energía, mediante la respiración celular y la fermentación.

El catabolismo de la glucosa por respiración consiste en un flujo de electrones desde la molécula de glucosa, de elevado contenido energético, hasta el C₂O y el H₂O, de bajo contenido energético, en un proceso acoplado a la síntesis de ATP. Su fórmula general es:

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6H₂O + 6 CO₂ + 38(36) ATP

En la respiración celular se pueden distinguir las siguientes cuatro etapas:

1. Glucólisis

Es una etapa anaerobia en la que una molécula de glucosa se descompone en dos moléculas de tres átomos de carbono, el piruvato, produciéndose además dos moléculas de ATP y dos moléculas de la coenzima reducida NADH.

2. Descarboxilación oxidativa del piruvato

El piruvato se transforma en acetil-CoA perdiendo una molécula de CO₂ (descarboxilación) y oxidándose de tal forma que reduce una molécula de NAD+ para obtener una molécula de NADH.

3. El ciclo de Krebs

Es una ruta cíclica en la que el acetil-CoA se une en primer lugar a un compuesto orgánico de cuatro átomos de carbono, el oxalacetato. La molécula resultante, el ácido cítrico, sufre una serie de transformaciones que tienen como final el oxalacetato, y se complementa el ciclo. Durante estas reacciones se produce energía en forma de ATP y las coenzimas NADH y FADH₂.

4. Cadena de transporte de electrones y fosforilación oxidativa

Todo el NADH y el FADH₂ producido en las etapas anteriores se oxida y reducie a su vez a otras moléculas, iniciando así una cadena de transporte de electrones que finaliza al aceptar el O₂ los electrones y convertirse en agua. La energía que se libera en esta cadena de transporte se emplea para crear un gradiente de protones a través de la membrana interna de la mitocondria que hace funcionar una enzima que produce moléculas de ATP.

Esquema de las fases de la respiración celular.

En los siguientes capítulos estudiaremos en detalle cada una de estas fases.