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La respiración celular es el conjunto de reacciones químicas mediante las cuales se obtiene energía a partir de la degradación de sustancias orgánicas, como los azucares y los ácidos, principalmente. Comprende dos faces: en la primera se oxida la glucosa (azúcar) y no depende del oxigeno, por lo que recibe el nombre de respiración anaerobica o glucólisis, reacción que se lleva a cabo en el citoplasma de la célula. La segunda fase se realiza con la intervención del oxigeno y recibe el nombre de respiración aeróbica o ciclo de krebs y se realiza en estructuras especiales de la célula llamadas mitocondrias.
CICLO DE KREBS o RESPIRACIÓN AEROBIA.
Sucesión de reacciones químicas que ocurren dentro de la célula, mediante las cuales se realiza la descomposición final de las moléculas de los alimentos y en las que se producen dióxido de carbono, agua y energía. este proceso, que se lleva a cabo por la acción de siete enzimas, es conocido también por ciclo de los ácidos tricarboxílicos. El ciclo de Krebs ocurre en todos los animales, plantas superiores y en la mayoría de las bacterias. En los organismos que tienen células con núcleo, el ciclo tiene lugar dentro de un orgánulo membranoso que se llama mitocondria, una estructura que se compara a menudo con la central de producción de energía de la célula. El descubrimiento del ciclo es obra de sir Hans Adolf Krebs, un bioquímico británico que presentó este importante avance científico en 1937.
Los alimentos, antes de poder entrar en el ciclo del ácido cítrico, deben descomponerse en pequeñas unidades llamadas grupos acetilo. Cada grupo acetilo (CH3CO) contiene sólo dos átomos de carbono, junto con hidrógeno y oxígeno. Al comienzo del ciclo, un grupo acetilo se combina con una molécula con cuatro átomos de carbono llamada oxalacetato, para producir un compuesto con seis átomos de carbono: el ácido cítrico. En los restantes pasos del ciclo, la molécula de ácido cítrico se transforma, y pierde dos de sus átomos de carbono, que salen en forma de dióxido de carbono. Así mismo, se liberan también cuatro electrones. Estos viajan dentro de la célula gracias a una serie de móleculas transportadoras, la cadena transportadora de electrones, en la que se produce energía en forma de una molécula rica en energía llamada trifosfato de adenosina, o ATP, antes de reaccionar con el oxígeno para formar agua. Un producto adicional del ciclo es otra molécula con gran contenido energético, llamada trifosfato de guanosina, o GTP. La célula utiliza estas moléculas, el ATP y el GTP, como combustible en muchos procesos. Otra molécula usada como combustible, el fosfato de creatina, puede servir también para proveer de energía extra a las células del cerebro y de los músculos. La molécula original de oxalacetato se regenera al final del ciclo. Esta molécula puede reaccionar entonces con otro grupo acetilo y comenzar el ciclo de nuevo. En cada giro del ciclo se produce energía.
El ciclo de Krebs es una vía eficaz para convertir, dentro de la célula, los componentes de los alimentos en energía utilizable. En el ciclo, sólo se destruyen los grupos acetilo; tanto las siete enzimas que llevan a cabo las diferentes reacciones, como los compuestos intermedios sobre los que actúan, pueden volver a utilizarse una y otra vez. Muchos de los compuestos intermedios que se producen en el ciclo se usan también como materiales de construcción para la síntesis de aminoácidos, hidratos de carbono y otros productos celulares.
Ciclo de Krebs
El ciclo de Krebs empieza y acaba con la combinación de la acetil coenzima A (acetil Co A) y el oxalacetato para formar ácido cítrico. Este compuesto ácido tiene seis átomos de carbono y experimenta una serie de reacciones químicas catalizadas por enzimas que separan dos de estos átomos. Las enzimas también modifican la estructura del compuesto, que se transforma en oxalacetato al final del ciclo. Éste se combina a continuación con la acetil Co A para iniciar de nuevo la cadena de reacciones. Cada ciclo genera una molécula de ATP rico en energía (que se forma por liberación de cuatro electrones) y otra de GTP.
GLUCOLISIS o RESPIRACION ANAEROBIA.
Ruta bioquímica principal para la descomposición de la glucosa en sus componentes más simples dentro de las células del organismo. Una ruta se refiere a una secuencia específica de reacciones catalizadas por enzimas que transforman un compuesto en otro biológicamente importante. La glicolisis se caracteriza porque, si está disponible, puede utilizar oxígeno (ruta aerobia) o, si es necesario, puede continuar en ausencia de éste (ruta anaerobia), aunque a costa de producir menos energía.
Glucosa
La glucosa es un hidrato de carbono. Desde el punto de vista químico, estos compuestos se definen como derivados aldehídos o cetonas de alcoholes polihidroxílicos o los compuestos que los producen cuando se hidrolizan. El azúcar glucosa es el más importante. La mayor parte de los hidratos de carbono de la dieta se descomponen en glucosa y otros azúcares simples que son absorbidos por la mucosa intestinal. El hígado convierte estos otros azúcares sencillos, como la fructosa, en glucosa. En el organismo, todos los hidratos de carbono pueden sintetizarse a partir de glucosa.
La glucosa es un azúcar sencillo que se denomina monosacárido porque no puede descomponerse en otro más simple. Se llama hexosa porque contiene seis átomos de carbono y es un azúcar aldosa porque tiene un grupo aldehído. Por tanto, es un monosacárido aldohexosa. La fórmula estructural de su cadena en línea recta puede explicar algunas de sus propiedades; pero la estructura cíclica es termodinámicamente más estable y explica todas sus propiedades químicas.
Los niveles de glucosa en la sangre y en los tejidos están estrictamente regulados. El exceso se almacena en el hígado y los músculos en forma del hidrato de carbono polisacárido llamado glucógeno.
La ruta de la glicolisis
Al estudiar los cambios bioquímicos que se producían durante la contracción muscular se observó que cuando un músculo se contrae en ausencia de oxígeno (de forma anaerobia), se utiliza el glucógeno y aparecen como productos finales el piruvato y el lactato. Sin embargo, si la contracción ocurre en presencia de oxígeno (de forma aerobia), no se acumula lactato y el piruvato es oxidado completamente hasta dióxido de carbono y agua. En base a estas observaciones, se adoptó la costumbre de distinguir las fases aerobia y anaerobia en el metabolismo de los hidratos de carbono. Pero esta distinción es arbitraria, puesto que las reacciones con o sin oxígeno son las mismas, diferenciándose únicamente en el punto hasta el que se producen y, por tanto, en los productos finales.
La coenzima esencial NAD (dinucleótido de adenina y nicotinamida) es necesaria para un paso de conversión enzimática en la formación del piruvato. Cuando el oxígeno es deficiente, esta coenzima sólo puede regenerarse por la reoxidación del NADH durante la producción de lactato a partir de piruvato. Esto es debido a que las centrales eléctricas de las células, las mitocondrias, sólo pueden utilizar NADH en presencia de oxígeno, produciendo NAD, energía (como moléculas de trifosfato de adenosina o ATP) y agua. La glicolisis puede continuar en condiciones anaerobias con la formación de lactato y la regeneración de NAD, pero a cambio de producir menos energía por molécula de glucosa metabolizada.
Secuencia de reacciones en la glicolisis
En conjunto, la ecuación de la glicolisis para producir lactato es la siguiente:
Glucosa + 2 ADP (adenosina difosfato) + 2 Fosfato ð 2 Lactato + 2 ATP (adenosina trifosfato) + 2 H2O
Aunque las etapas intermedias implicadas son muchas y complejas, una visión simplificada podría describir el proceso como:
1. La incorporación inicial de dos grupos fosfato dentro de la molécula de glucosa de seis átomos de carbono. Los grupos fosfato los proporcionan dos moléculas de ATP, mediante la utilización de energía.
2. El compuesto intermedio de seis átomos de carbono que se forma, fructosa 1,6 bifosfato, se rompe en dos compuestos más simples, con tres átomos de carbono cada uno.
3. Estos compuestos de tres átomos de carbono, fosfato de dihidroxiacetona y gliceraldeído-3 fosfato, son cada uno metabolizados para dar piruvato, en una vía con numerosos pasos intermedios. Durante este proceso, cada uno de los compuestos de tres átomos de carbono produce dos moléculas de ATP (cuatro en total), con lo que se genera una ganancia neta de dos moléculas de ATP, ya que dos moléculas de ATP se utilizaron en la etapa 1. Además, se producen dos moléculas del cofactor intermediario NADH, las cuales pueden ser oxidadas bajo condiciones aerobias, en una ruta separada que rinde seis moléculas de ATP. De esta forma, la glicolisis puede producir seis moléculas de ATP por cada molécula de glucosa cuando hay oxígeno disponible, pero sólo dos moléculas de ATP bajo condiciones deficitarias de oxígeno.
4. Las dos moléculas de piruvato resultantes pueden ser utilizadas por el ciclo mitocondrial del ácido cítrico después de convertirse en acetil-CoA, produciendo otras 30 moléculas de ATP. En resumen, se pueden producir un total de 36 moléculas de ATP mediante el metabolismo completo de una molécula de glucosa bajo condiciones aerobias, pero sólo dos moléculas de ATP bajo condiciones anaerobias.
5. Por último, una de las moléculas intermediarias de tres átomos de carbono, el gliceraldeído-3 fosfato puede, en una reacción lateral, convertirse en 2,3 bifosfoglicerato, un compuesto que ayuda a la hemoglobina de los glóbulos rojos sanguíneos a descargar el oxígeno en los tejidos
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