¿Qué es la Respiración?
La respiración es una función biológica de los seres vivos que consiste en el intercambio de gases con el medio externo. Por norma general, los seres vivos reciben oxígeno y liberan dióxido de carbono.
Si un organismo deja de respirar, muere. La respiración sirve como una fuente primaria de energía que le brinda vitalidad a todos los seres vivos. Por ende, se caracteriza por ser repetitiva, automática e involuntaria.
En los seres vivos se producen dos tipos de respiración:
La respiración externa: consiste en tomar oxígeno del medio ambiente, como el aire o el agua, tal como lo hacen seres humanos, animales, plantas y gran parte de los hongos.
En los animales, la respiración externa puede ser pulmonar, branquial, traqueal o cutánea. En las plantas, la respiración ocurre a través de unos órganos que se encuentran en las hojas, los tallos y las raíces.
Respiración humana
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| Durante la respiración, los seres humanos inhalan o inspiran oxígeno (O2) del ambiente y liberan dióxido de carbono (CO2) |
Respiración interna o respiración celular: es la que ocurre al nivel de las células y otros organismos unicelulares como bacterias y levaduras. Se divide en aeróbica o anaeróbica.
Respiración celular
La
respiración interna es la forma en que las células obtienen energía química
captando oxígeno u otras moléculas del medio en que se encuentran.
La
primera fase de la respiración celular se llama glucólisis y sucede en el
citoplasma de las células. La segunda fase de la respiración celular puede ser
aeróbica o anaeróbica.
La
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 anaerobia).
La respiración aeróbica 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 aerobia.
La reacción química global de la respiración es la siguiente:
C6 H12 O6 + 6O2 ---> 6CO2 + 6H2O + energía (ATP)
Etapas de la respiración aeróbica
- Glucolisis
- Descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico
- Ciclo de Krebs
- Cadena respiratoria
Glucolisis
Durante
la glucolisis, una molécula de glucosa es oxidada y escindida en dos moléculas
de ácido pirúvico (piruvato). En esta ruta metabólica se obtiene dos moléculas
netas de ATP y se reducen dos moléculas de NAD+; el número de carbonos se
mantiene constante (6 en la molécula inicial de glucosa, 3 en cada una de las
moléculas de ácido pirúvico). Todo el proceso se realiza en el citosol de la
célula.
La
glicerina (glicerol) que se forma en la lipólisis de los triglicéridos se
incorpora a la glucólisis a nivel del gliceraldehido 3 fosfato.
La
desaminación oxidativa de algunos aminoácidos también rinde piruvato, que
tienen el mismo destino metabólico que el obtenido por glucólisis.
Descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico
El ácido pirúvico penetra en la matriz mitocondrial donde es procesado por el complejo enzimático piruvato deshidrogenasa, el cual realiza la descarboxilación oxidativa del piruvato; descarboxilación porque se arranca uno de los tres carbonos del ácido pirúvico (que se desprende en forma de CO2) y 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.
Este
proceso se repite dos veces, una para cada molécula de piruvato en que se
escindió la glucosa.
Ciclo de Krebs
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.
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 general).
C6 H12 O6 + 6O2 ---> 6CO2 + 6H2O + energía (ATP)
Cadena Respiratoria
La misión de la cadena transportadora de electrones es la de crear un gradiente electroquímico que se utiliza para la síntesis de ATP. Dicho gradiente electroquímico se consigue mediante el flujo de electrones entre diversas sustancias de esta cadena que favorecen en último caso la translocación de protones que generan el gradiente anteriormente mencionado. De esta forma podemos deducir la existencia de tres procesos totalmente dependientes:
Un flujo de electrones desde sustancias individuales
Un
uso de la energía desprendida de ese flujo de electrones que se utiliza para la
translocación de protones en contra de gradiente, por lo que energéticamente
estamos hablando de un proceso desfavorable.
Un
uso de ese gradiente electroquímico para la formación de ATP mediante un
proceso favorable desde un punto de vista energético.
La
Cadena Respiratoria
En este punto la célula ha ganado solo 4 ATP, 2 en la glucólisis y dos en el ciclo de Krebs, sin embargo ha capturado electrones energéticos en 10 NADH2 y 2 FADH2. Estos transportadores depositan sus electrones en el sistema de transporte de electrones localizado en la membrana interna de la mitocondria.
La
cadena respiratoria está formada por una serie de transportadores de electrones
situados en la cara interna de las crestas mitocondriales y que son capaces de
transferir los electrones procedentes de la oxidación del sustrato hasta el
oxígeno molecular, que se reducirá formándose agua.
Como
resultado de esta transferencia de electrones, los transportadores se oxidan y
se reducen alternativamente, liberándose una energía que en algunos casos es
suficiente para fosforilar el ADP y formar una molécula de ATP. Se trata de la
fosforilación oxidativa que permite ir almacenando en enlaces ricos en energía
la energía contenida en las moléculas NADH2, FADH2, NADPH2, que se liberan en
la glucólisis y en el ciclo de Krebs y que será más tarde fácilmente utilizada.
Toda cadena respiratoria que comience por el NAD conduce a la formación de 3
ATP mientras que si comienza por el FAD produce sólo 2 ATP. El rendimiento
energético del NADP es similar al del NAD, así como el del GTP lo es al del
ATP.
Excelente información...
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