RESPIRACIÓN CELULAR:
La respiración celular o respiración interna 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).
TIPOS DE RESPIRACIÓN CELULAR
Aerobia:
a respiración aeróbica es un tipo de metabolismo energético en el que los seres vivos extraen energía de moléculas orgánicas, como la glucosa, por un proceso complejo en el que el carbono es oxidado y en el que el oxígeno procedente del aire es el oxidante empleado. En otras variantes de la respiración, muy raras, el oxidante es distinto del oxígeno (respiración anaeróbica).1
La respiración aeróbia es el proceso responsable de que la mayoría de los seres vivos, los llamados por ello aerobios, requieran oxígeno. La respiración aeróbica es propia de los organismos eucariontes en general y de algunos tipos de bacterias.
El oxígeno que, como cualquier gas, atraviesa sin obstáculos las membranas biológicas, atraviesa primero la membrana plasmática y luego las membranas mitocondriales, siendo en la matriz de la mitocondria donde se une a electrones y protones (que sumados constituyen átomos de hidrógeno) formando agua. En esa oxidación final, que es compleja, y en procesos anteriores se obtiene la energía necesaria para la fosforilación del ATP.
En presencia de oxígeno, el ácido pirúvico, obtenido durante la fase primera anaerobia o glucólisis, es oxidado para proporcionar energía, dióxido de carbono y agua. A esta serie de reacciones se le conoce con el nombre de respiración aeróbica.
La reacción química global de la respiración es la siguiente:2
GLUCÓLISIS:
También denominado glicólisis, es la secuencia metabólica en la que se oxida en la glucólisis, cuando hay ausencia de oxígeno, la glucólisis es la única vía que produce ATP en los animales.
Está presente en todas las formas de vías actuales. Es la primera parte del metabolismo energético y en las células eucariotas en donde ocurre el citoplasma.
Por lo tanto es una secuencia compleja de reacciones que se efectuan en el citosol de una celula mediante las cuales una molécula de glucosa se desdobla en dos moléculas de acido piruvico. De manera que la glucolisis consta de dos pasos principales:
*Activacion de la glucosa.
* Producción de energía.
Descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico[editar]
El ácido pirúvico entra en la matriz mitocondrial donde es procesado por el complejo enzimático piruvato deshidrogenasa, el cual realiza la descarboxilación oxidativa del piruvato; 5descarboxilación porque se arranca uno de los tres carbonos del ácido pirúvico (que se desprende en forma de CO2) oxidativa porque, al mismo tiempo se le arrancan dos átomos de hidrógeno (oxidación por deshidrogenación), que son captados por el NAD+, que se reduce a NADH. Por tanto; el piruvato se transforma en un radical acetilo (-CO-CH3, ácido acético sin el grupo hidroxilo) que es captado por el coenzima A (que pasa a acetil-CoA), que es el encargado de transportarlo al ciclo de Krebs.
Ciclo de Krebs[editar]
El ciclo de Krebs es una ruta metabólica cíclica que se lleva a cabo en la matriz mitocondrial y en la cual se realiza la oxidación de los dos acetilos transportados por el acetil coenzima A, provenientes del piruvato, hasta producir dos moléculas de CO2, liberando energía en forma utilizable, es decir poder reductor (NADH, FADH2) y GTP.6
Para cada glucosa se producen dos vueltas completas del ciclo de Krebs, dado que se habían producido dos moléculas de acetil coenzima A en el paso anterior; por tanto se ganan 2 GTPs y se liberan 4 moléculas de CO2. Estas cuatro moléculas, sumadas a las dos de la descarboxilación oxidativa del piruvato, hacen un total de seis, que es el número de moléculas de CO2 que se producen en respiración aeróbica (ver ecuación
Son las últimas etapas de la respiración aeróbica o anaeróbica y tienen dos finalidades básicas:
- Reoxidar las coenzimas que se han reducido en las etapas anteriores (NADH y FADH2) con el fin de que estén de nuevo libres para aceptar electrones y protones de nuevos substratos oxidables.
- Producir energía utilizable en forma de ATP.
Estos dos fenómenos están íntimamente relacionados y acoplados mutuamente. Se producen en una serie de complejos enzimáticos situados (en eucariotas) en la membrana interna de la mitocondria; cuatro complejos realizan la oxidación de los mencionados coenzimas transportando los electrones y aprovechando su energía para bombear protones desde la matriz mitocondrial hasta el espacio intermembrana. Estos protones solo pueden regresar a la matriz a través de la ATP sintasa, enzima que aprovecha el gradiente electroquímico creado para fosforilar el ADP a ATP, proceso conocido como fosforilación oxidativa.
Los electrones y los protones implicados en estos procesos son cedidos definitivamente al O2 que se reduce a agua. Nótese que el oxígeno atmosférico obtenido por ventilación pulmonar tiene como única finalidad actuar como aceptor final de electrones y protones en la respiración aerobia.
Respiración anaerobia
La respiración anaeróbica (o anaerobia) es un proceso biológico de oxidorreducción de monosacáridos y otros compuestos en el que el aceptor terminal de electrones es una molécula inorgánica distinta del oxígeno, y más raramente una molécula orgánica, a través de una cadena transportadora de electrones análoga a la de la mitocondria en la respiración aeróbica.1 No debe confundirse con la fermentación, que es un proceso también anaeróbico, pero en el que no participa nada parecido a una cadena transportadora de electrones y el aceptor final de electrones es siempre una molécula orgánica como el piruvato. La respiración anaerobia es un tipo de proceso metabólico exclusivo de ciertos microorganismos procarióticos.
En este proceso no se usa oxígeno, sino otra sustancia oxidante distinta como el sulfato o el nitrato. En las bacterias con respiración anaerobia interviene también una cadena transportadora de electrones en la que se reoxidan los coenzimas reducidos durante la oxidación de los substratos nutrientes; es la análoga de la respiración aerobia, ya que se compone de los mismos elementos (citocromos, quinonas, proteínas ferrosulfúricas, etc.). La única diferencia, por lo tanto radica, en que el aceptor último de electrones no es el oxígeno.
Todos los posibles aceptores en la respiración anaeróbica tienen un potencial de reducción menor que el O2, por lo que, partiendo de los mismos sustratos (glucosa, aminoácidos, triglicéridos), se genera menos energía en este metabolismo que en la respiración aerobia convencional.
No hay que confundir la respiración anaeróbica con la fermentación, en la que no existe en absoluto cadena de transporte de electrones, y el aceptor final de electrones es una molécula orgánica; estos dos tipos de metabolismo tienen solo en común el no ser dependientes del oxígeno.
Características
Se produce en la mitocondria. La respiración celular, como componente del metabolismo, es un proceso catabólico, en el cual la energía contenida en los sustratos usados como combustible es liberada de manera controlada. Durante la misma, buena parte de la energía libre desprendida en estas reacciones exotérmicas es incorporada a la molécula de ATP (o de nucleótidos trifosfato equivalentes), que puede ser a continuación utilizada en los procesos endotérmicos, como son los de mantenimiento y desarrollo celular (anabolismo).
Los substratos habitualmente usados en la respiración celular son la glucosa, otros hidratos de carbono, ácidos grasos, incluso aminoácidos, cuerpos cetónicos u otros compuestos orgánicos. En los animales estos combustibles pueden provenir del alimento, de los que se extraen durante la digestión, o de las reservas corporales. En las plantas su origen puede ser asimismo las reservas, pero también la glucosa obtenida durante la fotosíntesis.
La fotosíntesis :
La fotosíntesis se realiza en las hojas y tallos verdes de la planta, en unas estructuras especiales de las células vegetales: los cloroplastos. Estos organelos contienen la clorofila, un pigmento verde que es sensible a la energía luminosa y la usa de manera eficiente para poner en marcha la fotosíntesis. Para que se realice la fotosíntesis es necesario la disponibilidad de luz y presencia de clorofila. El proceso ocurre mientras la planta recibe luz, bien sea natural o proveniente de una fuente artificial, existen dos tipos de fases en dicho proceso: la fase luminosa y fase oscura.
La fase luminosa recibe este nombre porque todas las reacciones que ocurre durante ella dependen dela presencia de la luz. Ésta es captada por la clorofila permitiendo que se realice la fotólisis, reacción en la cual el agua desdobla en hidrógeno y oxígeno
COMPRENDIENDO LA FOTOSÍNTESIS: DEFINICIÓN
En la naturaleza, existen organismos que se alimentan de otros seres vivos, y son llamados heterótrofos. También existen unos capaces de sintetizar su propio alimento sin necesidad de usar materia orgánica de otros seres vivos. A estos organismos se les llama autótrofos. Dentro de esta categoría se incrustan las plantas verdes, que realizan un proceso denominado fotosíntesis.
La fotosíntesis puede definirse como un proceso químico mediante el cual se sintetizan sustancias orgánicas a partir de la energía lumínica solar. Gracias a esta energía, las plantas convierten el agua del suelo y el dióxido de carbono del aire en glucosa, un nutriente esencial que les provee energía y permite la fabricación de la celulosa.
La fotosíntesis es el proceso químico más importante en la Tierra, mediante el cual se sintetizan sustancias orgánicas a partir de la energía lumínica solar.
La fotosíntesis, forma básica de nutrición del reino Plantae, tiene lugar en los cloroplastos, que presentan un pigmento llamado clorofila. Éste interviene en el proceso fotosintético y dota del característico color verde a las plantas.
Todas las plantas que realizan la fotosíntesis son organismos fotoautótrofos. La fuente de energía de éstos es la luz del sol y su principal fuente de hidrógeno es el agua.
PARTES DE LA CÉLULA VEGETAL IMPLICADAS EN LA FOTOSÍNTESIS
Cloroplastos.
Son los orgánulos que contienen la clorofila y las enzimas necesarias para llevar a cabo el proceso. Es la clorofila la que absorbe la energía de la luz.
Membrana celular.
Permite la entrada y salida a la célula del agua, el gas y las moléculas.
Vacuola.
Alberga la savia que mantiene rígida la célula.
Pared celular.
Otorga fuerza y rigidez a la célula.
Citoplasma.
Contiene las enzimas y las proteínas que la célula necesita para efectuar la fotosíntesis.
Núcleo.
Es sitio que alberga el ADN de las enzimas y proteínas usadas durante la fotosíntesis.
ETAPAS DE LA FOTOSÍNTESIS
Como todo proceso, la fotosíntesis consta de etapas bien diferenciadas, que son básicamente dos:
Fase luminosa.
La planta capta la energía solar por medio de la clorofila en las células de las hojas y fabrica una molécula llamada adenosín trifosfato o trifosfato de adenosina (ATP), rica en energía. Durante la misma fase las moléculas del agua que se absorbió del suelo se “rompen” debido a la luz y entonces el vegetal desprende oxígeno, el cual se libera a la atmósfera..
Fase oscura.
La energía que la planta obtuvo durante la fase luminosa es usada para sintetizar la glucosa a partir del agua y el dióxido de carbono captado de la atmósfera terrestre. Se le llama fase oscura porque a diferencia de la anterior, no necesita la luz solar.
DIÓXIDO DE CARBONO + AGUA → GLUCOSA + OXÍGENO
→ Que se traduce en:
6CO2 + 6H2O → C6H1206 + 6O2
La producción de la glucosa, un tipo de azúcar, es necesaria tanto para la nutrición como para la respiración de la planta. Puede usarse para convertirse en almidón, producir la celulosa que refuerza y protege la pared celular, y descomponerse durante la respiración.
La velocidad de la fotosíntesis no es siempre igual, pues la temperatura, la intensidad de la luz y la concentración de dióxido de carbono pueden limitar la velocidad.
IMPORTANCIA DE LA FOTOSÍNTESIS PARA LOS SERES VIVOS
La fotosíntesis es el proceso químico más importante en la Tierra y es completamente imprescindible para la supervivencia de los seres vivos. Los animales, incluidos los seres humanos, viven porque las plantas existen y éstas viven gracias a la fotosíntesis.
Debido a que las plantas pueden nutrirse por medio de este proceso, otros organismos obtienen alimento de ellas: raíces, tallos, corteza, hojas, flores y frutos. Por otra parte, el proceso libera uno de los productos más importantes para la respiración: el oxígeno.
Durante los últimos tiempos la presencia de las plantas se ha reconsiderado por su capacidad para reducir los gases nocivos que las industrias y los automóviles liberan a la atmósfera. Es por eso que los bosques frondosos son una especie de “pulmones” para la Tierra.
¿Qué hacen las plantas verdes por nosotros?
Las plantas verdes tienen un rol importantísimo en el desarrollo de la vida. No solo nos ayudan a generar oxígeno, hay otras áreas en las que su aportación es fundamental:
1. Mantienen el equilibrio de los gases atmosféricos. Gracias a la fotosíntesis, el oxígeno consumido en la respiración y la combustión puede reemplazarse, evitando el incremento de dióxido de carbono que a la larga podría perjudicarnos.
2. Son la base de la alimentación de muchos organismos vivos. El ciclo de vida comienza gracias a las plantas, pues todo lo que comemos, tanto las personas como los animales, proviene de alguno u otro modo de ellas. En el caso de la dieta humana, se sabe que aproximadamente 7 mil especies se han utilizado como alimento a lo largo de la historia, aunque solo 200 se cultivan de manera doméstica. Además, 9 de ellas son consideradas imprescindibles: el arroz, las papas, la caña de azúcar, el haba, el maíz, el plátano, el sorgo, la soya y el trigo.
3. Tienen propiedades medicinales: Desde tiempos remotos, gran cantidad de las medicinas que utilizamos proviene directamente de las plantas. De acuerdo a la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO por sus siglas en inglés), en América Central aún es común el uso de plantas medicinales, tanto para consumo interno como para la exportación. Por si fuera poco, muchos químicos son extraídos de ellas para ser utilizados en la producción de fármacos.
4. Funcionan como material de construcción. Sí, hablamos de la madera con la cual se pueden hacer casas, muebles e infinidad de cosas, pero también del bambú que cada vez es más común en construcciones, o de hojas de palma que sirven para los techos, o de muchas otras. Además se utilizan para generar energía a través de la combustión y para producir papel.
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5. Protegen el suelo. la descomposición de materia orgánica, en su mayoría plantas, permitió al suelo obtener los nutrientes necesarios para la agricultura. Además, las raíces sujetan la tierra, evitando la erosión y con ello, previniendo accidentes como deslaves o desertificación.
La actual deforestación ha hecho que la absorción de carbono disminuya cada vez más, lo que ha ocasionado que la atmósfera se caliente y que por ello los cambios de clima sean más drásticos.
Entender la importancia de la fotosíntesis es aceptar que todos los seres vivos estamos relacionados profundamente, en un equilibrio perfecto donde las plantas son fundamentales. En nuestras manos está cuidarlas para impedir que el cambio climático y todo lo que de él se deriva, siga sucediendo.
Autores
Enmanuel Rodriguez
Richard Moronta
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