Metabolismo celular Respiración celular: Glucólisis, ciclo de Krebs y cadena respiratoria. Fermentación.

A modo de repaso… no olvidemos que… Metabolismo es: “El conjunto de reacciones químicas de síntesis y degradación de sustancias con la finalidad de obtener energía, que será utilizada por la célula para efectuar sus funciones vitales de forma eficaz.”

Y que… Catabolismo: degradación u oxidación de sustancias complejas, dando lugar a sustancias más simples Por ello, se dice que se trata de un proceso exergónico porque a partir de él se libera energía.

Como ya sabemos… Los organismos fotosintéticos utilizan la energía de la luz solar para sintetizar sus propios alimentos. Para los organismos no fotosintetizadores, el combustible más común es el azúcar (glucosa). Otras sustancias como grasas o proteínas deben ser convertidas en glucosa para poder ser luego metabolizadas y así obtener energía contenida en ATP.

Es por eso que estudiaremos la respiración celular Este proceso comienza con lo que se conoce como glucólisis, su significado proviene del griego (gleukos, azúcar + lysis, ruptura), y es un proceso de degradación u oxidación de la glucosa, es decir, se trata de una reacción catabólica. Dicha reacción puede llevarse a cabo utilizando oxígeno o no.

Si utiliza oxígeno recibe el nombre de reacción aeróbica, y se obtiene como producto final dióxido de carbono, que es liberado como gas, agua liberada como vapor y grandes cantidades de ATP, más precisamente 36 moléculas de ATP.

Si no se utiliza oxígeno, el proceso recibe el nombre de reacción anaeróbica o fermentación y el producto final obtenido depende del tipo de fermentación que se trate. Si es fermentación láctica, los productos finales será sólo ácido láctico. Si es fermentación alcohólica, los productos finales serán, etanol (que es un alcohol), dióxido de carbono y sólo 2 moléculas de ATP. Los primeros organismos vivían en ambientes anóxicos (sin oxígeno) y la fermentación fue la respuesta para obtener energía…

La respiración celular ocurre en tres etapas 1ra etapa: Glucólisis (en el citosol) 2da etapa: Ciclo de Krebs (en la matriz mitocondrial) 3ra etapa: Cadena respiratoria (en las crestas mitocondriales) Estructura interna de una mitocondria Membrana interna Membrana externa Cresta Matriz

1ra Etapa … (en el citosol) La glucólisis ocurre en ausencia de oxígeno en el citosol. Durante este proceso esta molécula de 6 átomos de carbono, se divide en dos moléculas de 3 átomos de carbono. Cada una de estas moléculas se llaman piruvato.

Con el piruvato pueden suceder dos cosas… A)-Que se quede en el citosol… B)-Que ingrese a la mitocondria…

A)- que el piruvato se quede en el citosol… Ya que no hay oxígeno en el citosol, se produce una reacción anaeróbica o fermentación y se puede formar ácido láctico (en el caso que se trate de algunas bacterias o células musculares esqueléticas de vertebrados)… Lactobasillus brevi Lactobasillus bulgaricus

…o alcohol y dióxido de carbono (como ocurre en el caso de la levadura de cerveza que es un hongo unicelular, como por ejemplo), obteniéndose al final 2 moléculas de ATP y dióxido de carbono. Sacharomyces cerevisiae

B)-Que el piruvato ingrese a la mitocondria… Acá los procesos ocurren en presencia de oxígeno, por lo que son reacciones aeróbicas y se conoce como respiración celular. En este caso ocurrirían las dos etapas siguientes pero en diferentes lugares dentro de las mitocondrias …

2da Etapa … (en la matriz mitocondrial) Ciclo de Krebs o ciclo del ácido cítrico: Las moléculas de piruvato que ingresan a la mitocondria tienen alto contenido energético, y en presencia de oxígeno continúa su degradación, se transforman en sustancias de dos carbonos llamada Acetil CoA, se libera dióxido de carbono como gas y se desprenden átomos de hidrógeno (o electrones) los cuales serán tomados por NAD+ para dar NADH+H el cual será utilizado en la etapa siguiente.

¿Porqué este ciclo se llama también ciclo del ácido cítrico? Las moléculas de dos átomos de carbono Acetil-CoA, se combinan con otra molécula de 4 átomos, dando lugar a una molécula de 6 carbonos llamada ácido cítrico, comenzando un proceso cíclico. Esta nueva sustancia se degrada nuevamente liberando más dióxido de carbono, produciendo ATP y liberando más hidrógenos.

3er Etapa … (en las crestas mitocondriales) Cadena respiratoria En esta etapa la glucosa fue degradada totalmente y quedaron las moléculas transportadoras de hidrógeno (y por lo tanto de electrones) los cuales se combinarán con oxígeno (el que respiramos) para dar como producto final agua, como vapor.

Gradiente electroquímico A nivel de la membrana interna (crestas) el NADH+H se oxida y cede sus electrones a una proteína transmembrana la cual se reduce, esta a su vez se oxida y pasa sus electrones a otra proteína que se reduce etc…es decir que ocurren reacciones REDOX. Mientras todo esto ocurre gran cantidad de protones salen hacia el espacio intermembrana creando un gradiente electroquímico. El último aceptor de electrones que es el oxígeno se reduce (se queda con los electrones)

Finalmente … El oxígeno forma vapor de agua, y los protones que salieron a causa de las reacciones REDOX vuelven a ingresar por una proteína especial ATPasa a causa de esto, se producen grandes cantidades de moléculas de ATP a partir de ADP + fósforo inorgánico.

Cadena respiratoria

Diferencias entre fotosíntesis y respiración En el caso de las plantas, la glucosa elaborada durante la fotosíntesis (en la que la planta toma dióxido de carbono y libera oxígeno) que inicia dentro del cloroplasto y termina en el citosol, es luego degradada durante la respiración celular (en la que la planta toma oxígeno y libera dióxido de carbono) el cual inicia en el citosol y termina dentro de la mitocondria, con la finalidad de obtener energía y almacenarla en moléculas de ATP…

Relación entre fotosíntesis y respiración