Bioquímica de la respiración celular.

Respiración celular, el proceso mediante el cual los organismos combinan oxígeno con moléculas de alimentos, desviando la energía química en estas sustancias hacia actividades que sostienen la vida y desechando, como productos de desecho, dióxido de carbono y agua. Los organismos que no dependen del oxígeno degradan los alimentos en un proceso llamado fermentación. (Para tratamientos más largos de varios aspectos de la respiración celular, vea el ciclo y el metabolismo del ácido tricarboxílico).

algas: respiración celular

La respiración celular en las algas, como en todos los organismos, es el proceso mediante el cual las moléculas de los alimentos se metabolizan para obtener sustancias químicas.

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Papel de las mitocondrias.

Un objetivo de la degradación de los alimentos es convertir la energía contenida en los enlaces químicos en el compuesto rico en energía trifosfato de adenosina (ATP), que captura la energía química obtenida de la descomposición de las moléculas de los alimentos y la libera para alimentar otros procesos celulares. En las células eucariotas (es decir, cualquier célula u organismo que posea un núcleo claramente definido y organelos unidos a la membrana) las enzimas que catalizan los pasos individuales involucrados en la respiración y la conservación de la energía se encuentran en compartimentos en forma de varilla altamente organizados llamados mitocondrias. En los microorganismos, las enzimas se presentan como componentes de la membrana celular. Una célula hepática tiene aproximadamente 1,000 mitocondrias; los óvulos grandes de algunos vertebrados tienen hasta 200,000.

Principales procesos metabólicos.

Los biólogos difieren algo con respecto a los nombres, descripciones y el número de etapas de la respiración celular. Sin embargo, el proceso general se puede destilar en tres etapas o etapas metabólicas principales: glucólisis, ciclo del ácido tricarboxílico (ciclo TCA) y fosforilación oxidativa (fosforilación de la cadena respiratoria).

Glucólisis

La glucólisis (que también se conoce como la vía glucolítica o la vía de Embden-Meyerhof-Parnas) es una secuencia de 10 reacciones químicas que tienen lugar en la mayoría de las células que descompone una molécula de glucosa en dos moléculas de piruvato (ácido pirúvico). La energía liberada durante la descomposición de la glucosa y otras moléculas de combustible orgánico de carbohidratos, grasas y proteínas durante la glucólisis se captura y almacena en ATP. Además, el compuesto nicotinamida adenina dinucleótido (NAD ⁺) se convierte en NADH durante este paso (ver más abajo). Las moléculas de piruvato producidas durante la glucólisis luego ingresan a las mitocondrias, donde cada una se convierte en un compuesto conocido como acetil coenzima A, que luego ingresa al ciclo TCA. (Algunas fuentes consideran la conversión del piruvato en acetil coenzima A como un paso distinto, llamado oxidación del piruvato o la reacción de transición, en el proceso de la respiración celular).

Ciclo del ácido tricarboxílico

El ciclo TCA (que también se conoce como el ciclo de Krebs, o ácido cítrico) desempeña un papel central en la descomposición o catabolismo de las moléculas de combustible orgánico. El ciclo consta de ocho pasos catalizados por ocho enzimas diferentes que producen energía en varias etapas diferentes. Sin embargo, la mayor parte de la energía obtenida del ciclo TCA es capturada por los compuestos NAD ⁺ y el dinucleótido de adenina flavina (FAD) y luego se convierte en ATP. Los productos de un solo giro del ciclo TCA consisten en tres moléculas de NAD ⁺, que se reducen (mediante el proceso de agregar hidrógeno, H ⁺) a la misma cantidad de moléculas de NADH, y una molécula de FAD, que se reduce de manera similar a un sola molécula FADH ₂. Estas moléculas continúan alimentando la tercera etapa de la respiración celular, mientras que el dióxido de carbono, que también es producido por el ciclo TCA, se libera como un producto de desecho.

Fosforilación oxidativa

En la etapa de fosforilación oxidativa, cada par de átomos de hidrógeno eliminados de NADH y FADH ₂ proporciona un par de electrones que, mediante la acción de una serie de hemoproteínas que contienen hierro, los citocromos, eventualmente reducen un átomo de oxígeno para formar agua. En 1951 se descubrió que la transferencia de un par de electrones al oxígeno da como resultado la formación de tres moléculas de ATP.

La fosforilación oxidativa es el mecanismo principal por el cual las grandes cantidades de energía en los alimentos se conservan y se ponen a disposición de la célula. La serie de pasos por los cuales los electrones fluyen hacia el oxígeno permite una disminución gradual de la energía de los electrones. Esta parte de la etapa de fosforilación oxidativa a veces se llama la cadena de transporte de electrones. Algunas descripciones de la respiración celular que se centran en la importancia de la cadena de transporte de electrones han cambiado el nombre de la etapa de fosforilación oxidativa a la cadena de transporte de electrones.