La respiración y la Influencia en el ser…
La respiración es un proceso vital que consiste en que entre el oxígeno al cuerpo de un ser vivo y la salida de dióxido de carbono del mismo.
El oxígeno es necesario para las células. Estos lo combinan con los nutrientes y obtienen energía. Este proceso se llama respiración celular. Al realizar la respiración celular, se produce dióxido de carbono, que es un gas que se debe expulsar.
El sistema respiratorio consiste en coger oxígeno y expulsar dióxido de carbono. Que se compone por: La vía respiratoria y los pulmones.
Se entiende por vía respiratoria, cada uno de los órganos por el que pasa el aire (nariz, faringe, tráquea, etc.)
Los pulmones son dos órganos donde ocurre el intercambio gaseoso y se encuentran protegidos por la caja torácica.
Los movimientos respiratorios son la expiración y la inspiración.
Al inspirar aumenta la caja torácica y al expirar disminuye. El aire entra al cuerpo primero a través de la boca o la nariz, se desplaza rápidamente por la faringe (garganta), entra a la tráquea, que se divide en bronquios derecho e izquierdo, en los pulmones y luego se divide aún más en ramas cada vez más pequeñas llamadas bronquiolos. Los bronquiolos más pequeños terminan en pequeños sacos de aire llamados alvéolos, los cuales se inflan durante la inhalación y se desinflan durante la exhalación.
El intercambio de gases es la provisión de oxigeno de los pulmones al torrente sanguíneo y la eliminación de dióxido de carbono del torrente sanguíneo a los pulmones. Esto tiene lugar en los pulmones entre los alvéolos y una red de pequeños vasos sanguíneos llamados capilares, los cuales están localizados en las paredes de los alvéolos.
Las paredes de los alvéolos en realidad comparten una membrana con los capilares en la cual el oxígeno y el dióxido de carbono se pueden mover libremente entre el sistema respiratorio y el torrente sanguíneo. Las moléculas de oxígeno se adhieren a los glóbulos rojos, los cuales regresan al corazón. Al mismo tiempo, las moléculas de dióxido de carbono en los alvéolos son expulsadas del cuerpo con la siguiente exhalación.
La respiración celular constituye el proceso más importante dentro de la célula.
Hablar de respiración celular es referirnos a un proceso bioquímico distinguiendo dos tipos de respiración celular: aeróbica y anaeróbica.
En este proceso interfieren factores químicos capaces de ser procesados dentro de las células, y que en gran medida constituyen las bases para que la respiración celular se lleve a cabo.
A través de las reacciones químicas se obtiene energía a partir de la degradación de sustancias orgánicas, como los azúcares y los ácidos principalmente.
Cuando se oxida la glucosa (azúcar) no depende del oxígeno, por lo que recibe el nombre de respiración anaeróbica y glucolisis, reacción que se lleva a cabo en el citoplasma de la célula.
Cuando la respiración celular se realiza con la intervención del oxígeno recibe el nombre de respiración aeróbica o el ciclo de krebs y se lleva a cabo por medio de estructuras especiales de las células llamadas mitocondrias.
Una parte del metabolismo, concretamente del catabolismo, la energía contenida en distintas biomoléculas, como los glúcidos (azúcares, carbohidratos), es liberado de manera controlada.
La respiración celular es muy importante para el crecimiento, transporte activo de sustancias energéticas, movimiento, ciclosis- Regeneración de células, síntesis de proteínas, división de células.
La respiración anaeróbica es un proceo biológico de óxido-reducción de azúcares y otros compuestos.
En la respiración anaeróbica no se usa oxígeno sino para la misma función se emplea otra sustancia oxidante distinta, como el sulfato. No hay que confundir la respiración anaeróbica con la fermentación, aunque estos dos tipos de metabolismo tienen en común el no ser dependiente del oxígeno.
ETAPAS: – Glucólisis (glicólisis) – Fermentación
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 efectúan en el cito sol de una célula mediante las cuales una molécula de glucosa se desdobla en dos moléculas de ácido piruvico.
De manera que la glucolisis consta de dos pasos principales:
– Activación de la glucosa.
– Producción de energía.
La activación de la glucosa permite a los músculos esqueléticos realizar su contracción.
La fermentación es un proceso catabólico de oxidación completa, siendo el producto final de un compuesto orgánico. La fermentación típica es llevada a cabo por las levaduras. También unos metazoos y plantas menores son capaces de producirla.
En los seres vivos la fermentación es un proceso anaeróbico y en el no interviene la cadena respiratoria que son propios del micro organismo como las bacterias y levaduras.
Además en la industria de la fermentación puede ser oxidativa, es decir, como presencia de oxígeno, pero es una oxidación aeróbica incompleta, como la producción de ácido acético a partir del etanol.
Podemos encontrarnos con diferentes tipos de fermentación: Acética, alcohólica, butírica, de la glicerina, láctica y pútrida.
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 donde el carbono queda oxidado y en el que el aire es el oxidante empleado.
La respiración aeróbica es propia de los organismos eucariontes en general y de algunos tipos de bacterias.
Las reacciones químicas en el interior de las células después de la descomposición de las moléculas en los alimentos y produciendo CO2 y H2O. Se realiza solo en el proceso de oxígeno. Consiste en la degradación de los pirúvicos producidos durante la glucosa hasta CO2 y H2O como obtención de 34 a 36 ATP. Participa en la respiración celular formando ATP.
Las reacciones aeróbicas ocurren en la mitocondria y son:
1. Formación del acetilo
2. Transferencia del acetilo Actividades en matriz
3. Ciclo de krebs
La cadena respiratoria sería:
1. Transporte de electrones
2. Fosforilación oxidativa (actividad de crestas)
El ciclo de krebs es el proceso por el cual las células degradan las moléculas de alimento para obtener energía recibe el nombre de RESPIRACIÓN CELULAR.
La respiración celular es una reacción exergónica, donde parte de la energía contenida en las moléculas de alimento es utilizada por la célula para sintetizar ATP.
Decimos parte de la energía porque no toda es utilizada, sino que una parte se pierde.
Aproximadamente el 40% de la energía libre emitida por la oxidación de la glucosa se conserva en forma de ATP. Cerca del 75% de la energía de la nafta se pierde como calor de un auto; solo el 25% se convierte en formas útiles de energía. La célula es mucho más eficiente.
La respiración celular es una combustión biológica y puede compararse con la combustión de carbón, bencina, leña. En ambos casos moléculas ricas en energía son degradadas a moléculas más sencillas con la consiguiente liberación de energía.
Tanto la respiración como la combustión son reacciones exergónicas.
Sin embargo existen importantes diferencias entre ambos procesos. En primer lugar la combustión es un fenómeno incontrolado en el que todos los enlaces químicos se rompen al mismo tiempo y liberan la energía en forma súbita; por el contrario la respiración es la degradación del alimento con la liberación paulatina de energía. Este control está ejercido por enzimas específicas.
En segundo lugar la combustión produce calor y algo de luz. Este proceso transforma energía química en calórica y luminosa. En cambio la energía liberada durante la respiración es utilizada fundamentalmente para la formación de nuevos enlaces químicos (ATP).
La respiración celular puede ser considerada como una serie de reacciones de óxido-reducción en las cuales las moléculas combustibles son paulatinamente oxidadas y degradadas liberando energía. Los protones perdidos por el alimento son captados por coenzimas.
La respiración ocurre en distintas estructuras celulares. La primera de ellas es la glucólisis que ocurre en el citoplasma. La segunda etapa dependerá de la presencia o ausencia de O2 en el medio, determinando en el primer caso la respiración aeróbica (ocurre en las mitocondrias), y en el segundo caso la respiración anaeróbica o fermentación (ocurre en el citoplasma).
La glucólisis, lisis o escisión de la glucosa, tiene lugar en una serie de nueve reacciones, cada una catalizada por una enzima específica, hasta formar dos moléculas de ácido pirúvico, con la producción concomitante de ATP.
Los primeros cuatro pasos de la glucólisis sirven para fosforilar (incorporar fosfatos) a la glucosa y convertirla en dos moléculas del compuesto de 3 carbonos gliceraldehído fosfato (PGAL). En estas reacciones se invierten dos moléculas de ATP a fin de activar la molécula de glucosa y prepararla para su ruptura.
A la falta de oxígeno, el ácido pirúvico puede convertirse en etanol (alcohol etílico) o ácido láctico según el tipo de célula. Por ejemplo, las células de las levaduras pueden crecer con oxígeno o sin él. Al extraer jugos azucarados de las uvas y al almacenarlos en forma anaerobia, las células de las levaduras convierten el jugo de la fruta en vino al convertir la glucosa en etanol. Cuando el azúcar se agota las levaduras dejan de fermentar y en este punto la concentración de alcohol está entre un 12 y un 17 % según sea la variedad de la uva y la época en que fue cosechada.
La formación de alcohol a partir del azúcar se llama fermentación.
El ácido pirúvico formado en la glucólisis se convierte anaeróbicamente en etanol. En el primer caso se libera dióxido de carbono, y en el segundo se oxida el NADH y se reduce a acetaldehído.
Otras células, como por ejemplo los glóbulos rojos, las células musculares y algunos microorganismos transforman el ácido Pirúvico en ácido láctico.
En el caso de las células musculares, la fermentación láctica, se produce como resultado de ejercicios extenuantes durante los cuales el aporte de oxígeno no alcanza a cubrir las necesidades del metabolismo celular. La acumulación del ácido láctico en estas células produce la sensación de cansancio muscular que muchas veces acompaña a esos ejercicios.
En esta reacción el NADH se oxida y el ácido pirúvico se reduce transformándose en ácido láctico.
La fermentación sea ésta alcohólica o láctica ocurre en el citoplasma. La finalidad de la fermentación es regenerar el NAD+ permitiendo que la glucólisis continúe y produzca una provisión pequeña pero vital de ATP para el organismo.
En presencia de oxígeno, la etapa siguiente de la degradación de la glucosa es la respiración, es decir la oxidación escalonada del ácido pirúvico a dióxido de carbono y agua.
Las mitocondrias están rodeadas por dos membranas, una externa que es lisa y una interna que se pliega hacia adentro formando crestas. Dentro del espacio interno de la mitocondria en torno a las crestas, existe una solución densa (matriz o estroma) que contiene enzimas, coenzimas, agua, fosfatos y otras moléculas que intervienen en la respiración.
La membrana externa es permeable para la mayoría de las moléculas pequeñas, pero la interna sólo permite el paso de ciertas moléculas como el ácido pirúvico y ATP y restringe el paso de otras. Esta permeabilidad selectiva de la membrana interna, tiene una importancia crítica porque capacita a las mitocondrias para destinar la energía de la respiración para la producción de ATP.
La mayoría de las enzimas del ciclo de Krebs se encuentran en la matriz mitocondrial. Las enzimas que actúan en el transporte de electrones se encuentran en las membranas de las crestas.
Las membranas internas de las crestas están formadas por un 80 % de proteínas y un 20 % de lípidos.
En las mitocondrias, el ácido pirúvico proveniente de la glucólisis, se oxida a dióxido de carbono y agua, completándose así la degradación de la glucosa.
El 95 % del ATP producido se genera, en la mitocondria.
Las mitocondrias son consideradas organoides semiautónomos, porque presentan los dos ácidos nucleicos (del tipo procarionte) 
Es importante destacar que el ciclo de Krebs se lleva a cabo en la matriz mitocondrial, mientras que el transporte de electrones y la fosforilación oxidativa se producen a nivel de las crestas mitocondriales.
Cada grupo acetilo es aceptado por un compuesto llamado coenzima A dando un compuesto llamado acetilcoenzima A (acetil CoA). Esta reacción es el eslabón entre la glucólisis y el ciclo de Krebs.
El ciclo de Krebs también conocido como ciclo del ácido cítrico es la vía común final de oxidación del ácido pirúvico, ácidos grasos y las cadenas de carbono de los aminoácidos.
El ácido cítrico inicia una serie de pasos durante los cuales la molécula original se reordena y continúa oxidándose, en consecuencia se reducen otras moléculas (NAD+ a NADH y de FAD+ a FADH2) Además ocurren dos carboxilaciones y como resultado de esta serie de reacciones vuelve a obtenerse una molécula inicial de 4 carbonos el ácido oxalacético.
El proceso completo puede describirse como un ciclo de oxalacético a oxalacético, donde dos átomos de carbono se adicionan como acetilo y dos átomos de carbono (pero no los mismos) se pierden como CO2.
Dado que por cada molécula de glucosa inicial se habían obtenido dos de ácido pirúvico y, por lo tanto dos de acetil CoA, deben cumplirse dos vueltas del ciclo de Krebs por cada molécula de glucosa. En consecuencia los productos obtenidos de este proceso son el doble del esquema que se detalla a continuación.
(( Cada coenzima NADH equivale a 3 ATP y cada coenzima FADH2 equivale a 2 ATP ))
En el transporte de electrones (o cadena respiratoria) se oxidan las coenzimas reducidas, el NADH se convierte en NAD+ y el FADH2 en FAD+. Al producirse esta reacción, los átomos de hidrógeno (o electrones equivalentes), son conducidos a través de la cadena respiratoria por un grupo de transportadores de electrones, llamados citocromos. Los citocromos experimentan sucesivas oxidaciones y reducciones (reacciones en las cuales los electrones son transferidos de un dador de electrones a un aceptor).
En consecuencia, en esta etapa final de la respiración, estos electrones de alto nivel energético descienden paso a paso hasta el bajo nivel energético del oxígeno (último aceptor de la cadena), formándose de esta manera agua.
Cabe aclarar que los tres primeros aceptores reciben el H+ y el electrón conjuntamente. En cambio, a partir del cuarto aceptor, sólo se transportan electrones, y los H+ quedan en solución.
En la fosforilación oxidativa, el flujo de electrones está íntimamente acoplado al proceso de fosforilación, y no ocurre a menos que también pueda verificarse este último. Esto, en un sentido, impide el desperdicio ya que los electrones no fluyen a menos que exista la posibilidad de formación de fosfatos ricos en energía. Si el flujo de electrones no estuviera acoplado a la fosforilación, no habría formación de ATP y la energía de los electrones se degradaría en forma de calor.
Puesto que la fosforilación del ADP para formar ATP se encuentra acoplada a la oxidación de los componentes de la cadena de transporte de electrones, este proceso recibe el nombre de fosforilación oxidativa.
En tres transiciones de la cadena de transporte de electrones se producen caídas importantes en la cantidad de energía potencial que retienen los electrones, de modo que se libera una cantidad relativamente grande de energía libre en cada uno de estos tres pasos, formándose ATP.
Durante mucho tiempo se intentó explicar la naturaleza del enlace entre la cadena respiratoria y el sistema de fosforilación. En 1961, Mitchell propuso la hipótesis quimiosmótica, que es la que actualmente se acepta en general.
Esta hipótesis ha sido apoyada por las evidencias experimentales encontradas en distintos laboratorios, lo que le valió a Mitchell el premio Nobel en 1978.
La misma propone que el transporte de electrones y la síntesis de ATP están acopladas por un gradiente protónico a través de la membrana mitocondrial.
Según este modelo, el transporte de electrones paso a paso, desde el NADH o el FADH2 hasta el oxígeno a través de los transportadores de electrones, da por resultado el bombeo de protones a través de la membrana mitocondrial interna hacia el espacio entre las membranas mitocondriales interna y externa.
Este proceso genera un potencial de membrana a través de la membrana mitocondrial interna, ya que el medio que ocupa el espacio intermembranoso se carga positivamente.
La diferencia en concentración de protones entre la matriz y el espacio intermembranoso representa energía potencial, resultado en parte de la diferencia de pH y en parte de la diferencia en la carga eléctrica de los lados de la membrana. Cuando los protones pueden fluir de regreso a la matriz, descendiendo por el gradiente protónico, se libera energía utilizable en la síntesis de ATP a partir de ADP y Pi.
Los protones regresan a la matriz a través de conductos especiales situados en la membrana interna. Estos conductos están dados por un gran complejo enzimático, llamado ATP SINTETASA. Este complejo consta de dos proteínas: F0 y F1.
Sí la mayoría de los organismos no se alimentan directamente de glucosa ¿cómo obtienen energía a partir de las grasas o proteínas? La respuesta está en que el ciclo de Krebs es un gran nudo del metabolismo energético. Otras sustancias alimenticias son degradadas y convertidas en moléculas capaces de ingresar al ciclo. Esto se llama catabolismo.
En el afán de analizar detenidamente cada paso de las reacciones metabólicas de fotosíntesis y respiración, perdemos la noción de estos procesos globalmente.
En la fotosíntesis, la energía lumínica se convierte en química y se fija carbono en compuestos orgánicos.
Los fotosintetizadores, o autótrofos, elaboran hidratos de carbono a partir de CO2 y agua y liberan O2 a la atmósfera. Son estos organismos los que mantienen estables las concentraciones de CO2, y O2 atmosféricos.
Finalmente indicar y subrayar que la oxidación de la glucosa es una fuente principal de energía en la mayoría de las células. Entonces… ¿es importante o no RESPIRAR?