La base de la producción de energía de un organismo con células eucariotas y procariotas es la respiración celular. En las procariotas la mayor parte del proceso ocurre en el Citoplasma mientras que en las eucariotas ocurren en el orgánulo especializado, la mitocondria. La respiración celular puede ser aeróbica o anaeróbica.

Respiración Aeróbica.

La respiración celular es un proceso metabólico dentro de la célula y es posiblemente uno de los más importantes para la vida. Es un sofisticado y complejo proceso que se puede simplificar en la obtención de energía a partir de la glucosa que a su vez es derivada de los alimentos que consume un organismo.

>La respiración celular puede ser aeróbica o anaeróbica.

Respiración celular

C6H12O6 + 6O2  6CO2+6H2O+ 38 ATP (Energía)

En el mecanismo intervienen una molécula de glucosa y 6 moléculas de Oxígeno que son tomadas y convertidas en 6 moléculas de Dióxido de carbono, 6 moléculas de agua y energía útil para las funciones vitales, como movimiento muscular, actividad cerebral, etc.

Esta energía producida por el proceso, genera calor y 38 ATP (Adenosín Trifosfato) en condiciones óptimas. El ATP es un nucleótido que es la base de la energía celular.

Cabe aclarar que la producción de ATP depende de la eficiencia de la célula por lo que la cantidad puede ser menor llegando hasta 29 o 30, aunque es generalmente aceptado que son 38 ATPs los producidos idealmente por cada molécula de glucosa usada en el proceso.

Por lo tanto, en su forma más simple, la respiración celular es un proceso que toma glucosa y produce energía en la forma de 38 ATPs.

Procesos de la respiración celular.

La respiración celular se divide en varios sub-procesos:

Glucólisis

Ciclo de Krebs

Transporte de Electrones y Fosforilación oxidativa.

Glucólisis o Glicólisis.

Durante este proceso metabólico que ocurre en el Citosol de la célula, se divide una molécula de glucosa con seis átomos de Carbono (C6H12O6) en dos moléculas de Piruvato (Ácido Pirúvico) que contienen tres de los seis átomos de Carbono cada una, generando energía en forma de moléculas de ATP (Adenosín Trifosfato).

Para realizar este proceso, la glucólisis consume 2 ATP y produce 4 ATP, generando una ganancia neta de 2 ATP. Adicionalmente, dos moléculas de Piruvato y dos de NADH son producidas y seguirán por los siguientes procesos generadores de energía. La glucólisis es un proceso que no requiere de oxígeno para ser realizado.

Los siguientes dos subprocesos de la respiración celular ocurren en la mitocondria, por lo que los productos de la glucólisis son transportados a la matriz mitocondrial.

Ciclo de Krebs.

(Ciclo del Ácido Cítrico o Ciclo de los ácidos tricarboxílicos)

A diferencia de la glucólisis, el ciclo de Krebs es aeróbico, o sea, requiere oxígeno para realizarse, de lo contrario las moléculas de Piruvato se fermentarían. Al oxidar el Ácido Pirúvico (Piruvato) se producirá una molécula intermedia Acetil coenzima A (Acetil CoA) que se requiere para iniciar el ciclo de Krebs.

Esta secuencia metabólica incluye 8 pasos e involucra a 18 enzimas y coenzimas produciendo a partir de dos moléculas de Piruvato (que provienen de una de glucosa), 6 moléculas NADH, 2 FADH2 y 2 ATP.

Energía celular.

Mitocondria, orgánulo donde se lleva a cabo el proceso de respiración de células eucariotas.

Cadena Transportadora de Electrones

Este proceso también es aeróbico como el ciclo de Krebs, por lo que requiere oxígeno para llevarse a cabo.

La cadena transportadora de electrones utiliza las moléculas de NADH y FADH2 producidas por el ciclo de Krebs y la glucólisis, como donadoras de electrones para transferirlos a otras moléculas receptoras. Posteriormente, mediante el proceso de fosforilación oxidativa se generan 34 ATP que sumados a los 2 producidos por la glucólisis y los dos del ciclo de Krebs, nos da el total de 38 ATP que idealmente produce la célula por cada molécula de glucosa.

Las moléculas de NADH y FADH2 después de donar sus electrones y cumplir su función transportadora, regresan a sus formas originales NAD+ y FAD.

La cadena transportadora de electrones cuenta con cuatro complejos de proteínas para el proceso y una quinta para transportar los iones de hidrógeno de regreso a la matriz mitocondrial. Estas proteínas se encuentran en la membrana mitocondrial interna y su función es trasladar los electrones donados al oxígeno produciendo agua y un gradiente electroquímico que producirá el ATP.

>La fermentación se produce cuando no hay oxígeno, pero no debe confundirse con la respiración anaeróbica.

Fermentación.

El Ácido Pirúvico producido por la glucólisis es oxidado en el ciclo de Krebs como explicamos anteriormente, sin embargo, si no hay presencia de oxígeno el Piruvato, entra en el proceso de fermentación.

En vez de ser transportado a la mitocondria, el Piruvato permanece en el Citosol después de la glucólisis donde es convertido en productos de desecho para liberar a la célula y permitirle realizar la glucólisis nuevamente.

El propósito de la fermentación es oxidar el NADH para regresarlo a su estado original NAD+ para ser reusado en otro ciclo de glucólisis evitando la acumulación de NADH en el Citoplasma.

Proceso de respiración celular.

El producto de desecho de este proceso varía de acuerdo al tipo de célula; por ejemplo, en las células musculares es ácido láctico, mientras que en otro tipo de células se produce etanol.

Todo el proceso de fermentación produce 2 ATP por lo que claramente es un proceso menos eficiente que la respiración celular que produce 38 ATP nominales ya que los productos de desperdicio de la fermentación se llevan la mayoría de la energía.

Es importante mencionar que aunque la fermentación se produce cuando no hay oxígeno, no debe confundirse con la respiración anaeróbica.

Respiración Anaeróbica

La respiración anaeróbica comienza de la misma forma que la aeróbica con la glucólisis que divide la glucosa produciendo 2 ATP y Piruvato continuando con el proceso.

De la misma forma, este proceso continúa con el ciclo del ácido cítrico y produce acetil Coenzima A (Acetil CoA) y aunque los productos son depositados en la cadena transportadora de electrones, no hay oxígeno que funcione como receptor por lo que se usa otros receptores como sulfatos, nitratos o azufre entre otros. Sin embargo, estos receptores no son tan eficientes como el oxígeno por lo que la respiración anaeróbica produce menos energía que la aeróbica.