Todos los organismos requieren energía para sustentar la vida. Necesitamos energía para funcionar y esta energía se obtiene de los alimentos que comemos. La energía se obtiene a través de reacciones químicas controladas por enzimas. Las plantas pueden atrapar la energía de la luz solar a través del proceso de fotosíntesis y se almacena en los enlaces químicos de las moléculas de carbohidratos. Los organismos vivos son capaces de llevar a cabo reacciones de manera controlada para que la energía se libere en la cantidad correcta en el momento correcto. El control de las reacciones liberadoras de energía los organismos pueden usar la energía para llevar a cabo actividades tales como la reproducción, el movimiento y el crecimiento. Hay muchas reacciones que tienen lugar dentro del organismo, en la respiración celular, los organismos controlan la liberación de energía de las moléculas orgánicas y usan esta energía para las actividades que sostienen la vida.
Casi todos los organismos usan moléculas orgánicas de su entorno para obtener energía. Los organismos capaces de fotosíntesis producen moléculas de alimentos como los carbohidratos. Hay muchas formas de respiración celular. Algunos organismos requieren oxígeno para llevar a cabo la respiración conocida como respiración celular aeróbica y la respiración que no requiere la presencia de oxígeno se llama respiración celular anaeróbica.
La respiración celular es una serie de reacciones y procesos metabólicos. Estas reacciones tienen lugar en las células de los organismos, donde los organismos convierten la energía bioquímica de los nutrientes en trifosfato de adenosina. Las reacciones catabólicas están involucradas en la respiración, donde las moléculas grandes se rompen en otras más pequeñas, liberando energía en el proceso. Las células obtienen energía útil para alimentar la actividad celular a través de la respiración. La reacción se considera una reacción redox exotérmica, el proceso ocurre en muchos pasos separados.
Los nutrientes que comúnmente se usan en las células animales y vegetales son azúcar, aminoácidos y ácidos grasos y un agente oxidante común que contiene oxígeno molecular. A través de la respiración celular, las células recogen la energía almacenada en los alimentos mediante una vía catabólica para la producción de trifosfato de adenosina (ATP). El ATP es una molécula de alta energía que se gasta en las células que trabajan. La respiración celular tiene lugar tanto en células eucarióticas como procariotas. La respiración celular puede ser respiración aeróbica en presencia de oxígeno o respiración anaeróbica en ausencia de oxígeno.
Hay dos tipos de respiración celular: respiración aeróbica y anaeróbica.
Respiración aeróbica
La respiración aeróbica tiene lugar en presencia de oxígeno, por el cual el ATP es producido por las células por oxidación de compuestos orgánicos. El producto final de la glucólisis, el piruvato entra en la mitocondria para ser completamente oxidado por el ciclo de Krebs. El producto de esta vía es el dióxido de carbono y el agua y la energía en forma de ATP. La mayor parte del ATP producido por la respiración aeróbica se produce por fosforilación oxidativa. La respiración aeróbica tiene lugar en tres etapas: glucólisis, ciclo de TCA y cadena de transporte de electrones.
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Glicólisis: en la glucólisis, las moléculas de glucosa en el citoplasma se rompen en moléculas de piruvato. Una molécula de glucosa produce dos moléculas de piruvato.
Ciclo de TCA: también se lo conoce como ciclo de Kreb o ciclo de ácido cítrico. Este ciclo comienza después de que las moléculas de piruvato de la glucólisis se convierten en acetil CoA. A través de una serie de pasos, se producen electrones de alta energía junto con dos moléculas de ATP en este ciclo. Este ciclo ocurre solo en presencia de oxígeno.
La cadena de transporte de electrones requiere suministro directo de oxígeno. El ETC es una serie de portadores de electrones en la membrana mitocondrial. A través de las reacciones, los electrones de alta energía pasan al oxígeno, se forma un gradiente y finalmente se produce ATP.
La respiración aeróbica simplificada es
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + Energía (ATP) La ecuación de la palabra para esto es
Glucosa (azúcar) + Oxígeno → Dióxido de carbono + Agua + Energía (ATP)
Respiración anaerobica
La respiración anaeróbica es el proceso utilizado en algunos microorganismos en los que el oxígeno no es el aceptor de electrones final. Este proceso comienza como la respiración aeróbica y se detiene en el medio porque el oxígeno no está disponible para finalizar el proceso de respiración. Este tipo de respiración produce menos moléculas de ATP y libera subproductos de ácido láctico o alcohol. La respiración aeróbica tiene lugar en las mitocondrias. La glucólisis es el primer paso en la respiración celular, puede tener lugar sin la presencia de oxígeno. La fermentación láctica y la fermentación alcohólica son dos tipos de fermentación anaeróbica.
Fermentación de ácido láctico
Este tipo de respiración anaeróbica tiene lugar en humanos si hay escasez de oxígeno.
Fermentación alcohólica
Esto no ocurre en humanos. El mismo proceso que ocurre en las mitocondrias durante la fermentación del ácido láctico ocurre en la fermentación alcohólica en la levadura. El subproducto de la fermentación alcohólica es el alcohol etílico.
La respiración celular ocurre tanto en células eucarióticas como procariotas. Tiene tres etapas principales, la glucólisis, el ciclo del ácido cítrico y la cadena de transporte de electrones.
Glicólisis
- La glucólisis es la reacción anabólica catabólica de la glucosa.
- La glucólisis ocurre en casi todas las células.
- Esta ruta tiene lugar con o sin la presencia de oxígeno.
- Las condiciones aeróbicas producen piruvato y las condiciones anaeróbicas producen lactato como los productos finales de la glucólisis.
- En las células eucarióticas, la glucólisis ocurre en el citosol.
- Glicólisis: proceso en el que una molécula de glucosa se convierte en dos moléculas de ácido pirúvico.
- Hay diez compuestos intermedios en este proceso y hay diez enzimas necesarias para el proceso de glucólisis.
- Se requieren dos moléculas de ATP ricas en energía para iniciar el proceso de glucólisis.
- Al final, el proceso produce una molécula de piruvato, cuatro moléculas de ATP y dos moléculas de NADP.
- Ambas moléculas de ATP y NADP son ricas en energía y se usan en otras reacciones celulares.
- Las células que usan oxígeno, el piruvato se pasan al segundo proceso conocido como el ciclo de Kreb por el cual se producen más moléculas de ATP.
- Ciclo del ácido cítrico
- El ciclo del ácido de Citirc también se conoce como el ciclo de Krebs y el ciclo del ácido tricarboxílico.
- En presencia de oxígeno, el piruvato producido al final de la glucólisis se convierte en acetil-CoA.
- En presencia de oxígeno, las mitocondrias se someterán a la respiración aeróbica que conduce al ciclo de Krebs.
- En ausencia de oxígeno, se producirá la fermentación de la molécula de piruvato.
- Cuando se produce acteyl-CoA, esta molécula ingresa al ciclo del ácido cítrico, que tiene lugar en la matriz mitocondrial.
- Esta molécula se oxida a CO2 y reduce NAD a NADH.
- El NADH se usa nuevamente en la cadena de transporte de electrones para producir más ATP en la fosforilación oxidativa.
- El ciclo de TCA es un proceso con 8 pasos e involucra diferentes enzimas y coenzimas.
- La ganancia de energía neta de un solo ciclo de ácido cítrico es 3 NADH, 1 FADH2 y 1 GTP. El GTP se usa posteriormente para producir ATP.
- Cadena de transporte de electrones
- El sistema de transporte de electrones se encuentra en la mitocondria y el cloroplasto de organismos eucariotas y se ve en la membrana plasmática de procariotas.
- Esta vía consiste en series de moléculas transportadoras que pasan electrones desde una molécula de alta energía a la molécula final de aceptación de electrones de baja energía.
- La energía liberada durante este proceso de oxidación y reducción produce ATP.
- Las moléculas NADH y FADH2 llevan electrones al sistema de transporte de electrones.
- Este sistema contiene portadores de electrones unidos a la membrana que pasan electrones de uno a otro.
- Cuando una molécula transportadora reduce otra molécula, la energía que se libera se usa para bombear iones de hidrógeno a través de la membrana hacia el espacio entre las membranas.
- La energía restante se usa para reducir la siguiente molécula transportadora.
- Como resultado de esto, los iones de hidrógeno se concentran en el espacio entre las membranas.
- La enzima ATP sintasa usa la energía de este gradiente para producir ATP.
- En el sistema de transporte de electrones, NADH y FADH2 se oxidan y la energía liberada en este proceso se usa para producir ATP.