Respiración celular, qué es y dónde ocurre, tipos y fases. Resumen o esquema

Los diversos procesos metabólicos que se dan a nivel celular son esenciales para los seres vivos, y la respiración celular es el proceso fundamental para obtener energía. Al hablar de respiración, se suele asociar el término con el proceso fisiológico de intercambio de gases, pero lo que sucede a nivel celular es un proceso bioquímico más complejo y se realiza tanto en organismos eucariotas como procariotas, en presencia o ausencia de oxígeno.

En este artículo aprenderemos la definición de la respiración celular, las fases que se cumplen durante todo el proceso, además de los tipos y en qué compartimiento u organelo se realiza.

¿Qué es la respiración celular?

La respiración celular se define como un proceso metabólico, en el cual moléculas orgánicas que provienen de la digestión de los alimentos, glucosa, o por la fabricación de azúcares mediante el proceso de fotosíntesis, son degradados mediante un proceso de oxidación, dando como resultado la liberación de molécula de dióxido de carbono y agua más la creación de moléculas energéticas denominadas ATP.

¿Dónde ocurre y quién realiza la respiración celular?

Ocurre en toda las células que conforman a los seres vivos, este proceso metabólico lo realizan tanto los seres eucariotas de conformación uni o pluricelular, también los organismos procariotas unicelulares.

Al interior de las células, la respiración ocurre tanto a nivel citoplasmático como en un organelo especializado llamado mitocondria, dicho proceso dependerá de la etapa en que se encuentre y del tipo de respiración que los organismos sean capaces de realizar.

Tipos de respiración celular

Las células tanto eucariotas como procariotas, en busca de optimizar la producción de energía para mantener el funcionamiento de todos sus procesos fisiológicos, pueden realizar la respiración celular mediante dos vías, adaptándose al medio en que hacen vida. Las dos vías o tipos son: respiración celular aerobia y respiración celular anaerobia.

Respiración anaerobia

Se deduce que fue el primer tipo de respiración que evolucionó, ya que tiene como principal característica la ausencia de oxígeno durante su proceso y es típico de organismos procariotas (bacterias y organismos del grupo de las archaeas).

De manera general, se define la respiración anaerobia como el proceso metabólico mediante el cual se obtiene energía por medio de reacciones de óxido-reducción de azúcares (glucosa) en ausencia de oxígeno, por lo que este último no funciona como aceptor de electrones en lo que es la cadena transportadora de electrones.

Al estar ausente el oxígeno, la tarea de aceptar los electrones recae sobre otros compuestos inorgánicos, dando como resultado varios tipos de respiración anaerobia dependiendo de la molécula que se utilice, entre estos tipos podemos mencionar:

• Respiración celular con nitritos.
• Con dióxido de carbono.
• Con sulfatos.
• Con hierro.

Otro proceso muy ligado a la respiración celular y donde se obtienen algunas moléculas de ATP, además de que ocurre en ausencia de oxígeno es el proceso de fermentación.

La fermentación es un mecanismo alternativo a la respiración celular, es un proceso metabólico en el cual la molécula de glucosa se oxida y se obtiene como resultado dos moléculas de ATP, además de productos extras que dependerán de la célula que realice dicho proceso. Ante esta situación se conocen dos tipos de fermentación que son:

Fermentación alcohólica: es un tipo de fermentación que al desdoblar la molécula de glucosa, se obtienen como producto final 2 ATP, 2 moléculas de etanol, 2 de dióxido de carbono. La fermentación alcohólica es típica de microorganismos por ejemplo de las levaduras.

Fermentación láctica: Además de las 2 moléculas de ATP que se producen por la acción de oxidación de la glucosa, se obtiene 2 moléculas de lactato. Este tipo de fermentación la llevan a cabo las células musculares, que al quedarse sin oxígeno por aumento de la actividad física, recurren a esta vía siendo este proceso el responsable de los dolores musculares al momento de las actividades físicas muy demandantes, todo ello por la acumulación del ácido láctico.

Respiración aeróbica

Al igual que las anteriores, la respiración aeróbica es un proceso metabólico para la obtención de energía en moléculas de adenosín trifosfato (ATP), el principal sustrato para la obtención de energía es la glucosa y la característica principal es la utilización del oxígeno como receptor final en la cadena transportadora de electrones.

La respiración aeróbica ocurre en todos los organismos eucariotas constituidos tanto por célula animal como por célula vegetal, los cuales tienen en su interior a las mitocondrias, lugar donde se lleva a cabo la mayor parte del proceso de respiración, algunos tipos de bacterias también pueden realizar la respiración aeróbica, utilizando para ello invaginaciones de su membrana a modo de mitocondrias.

La fórmula de reacción de la respiración celular aerobia es la siguiente:

Glucosa (C₆H₁₂O₆) + 6O2 → 6CO₂ + 6H₂O + 38 ATP

Fases de la respiración celular

Para lograr crear todas las moléculas de ATP durante la respiración aerobia, el proceso debe pasar por cuatro fases, entonces ¿Cuáles son las cuatro etapas de la respiración celular?

1.- Glucólisis: es considerado el primer paso en el proceso de respiración celular, aunque no participe a nivel mitocondrial es importante para iniciar el proceso. La glucólisis consiste en transformar u oxidar mediante una serie de pasos a la molécula de glucosa de 6 carbonos en dos moléculas de solo 3 carbonos, las dos moléculas resultantes de la glucólisis llevan por nombre piruvato o ácido pirúvico.

Con respecto al rendimiento energético durante el proceso de la glucólisis se producen dos moléculas de energía o ATP. Es importante destacar que este paso se lleva a cabo fuera de las mitocondrias, específicamente en el citoplasma celular.

2.- Descarboxilación del piruvato: esta segunda etapa consiste en oxidar la molécula resultante de la glucólisis, es decir, el piruvato, quien sufre modificaciones a cargo de las enzimas piruvato deshidrogenasa, quienes cumplen la tarea de romper un átomo de carbono del piruvato. También se eliminan dos átomos de hidrógeno, convirtiéndose entonces en radicales acetilo de dos carbonos, dichos radicales se combinan mediante una serie de pasos sucesivos con la Co enzima A, formando el complejo final denominado acetil CoA.

Este proceso se lleva a cabo dentro de las mitocondrias, siendo los productos finales del proceso 2 moléculas de acetil CoA, 2 CO₂ y 2NADH, en este caso el balance energético con respecto a la producción de ATP es neutro (0, ya que no se produce ningún ATP.

3.- Ciclo de Krebs: también llamado como ciclo del ácido cítrico, debido a que las moléculas de acetil CoA reaccionan con el oxalacetato dando como resultado la conformación del ácido cítrico. Este ácido cítrico sufrirá una serie de transformaciones dentro del ciclo de Krebs mediante enzimas específicas.

El ciclo de Krebs tiene lugar en la matriz mitocondrial y después de todo el proceso metabólico se forman las siguientes moléculas: 4 CO₂, 6NADH, 2 FADH2, siempre teniendo en cuenta que este resultado es por cada molécula de glucosa, la cual sufre el proceso oxidativo en la glucólisis. En cuanto a la formación de ATP o balance energético el resultado es 2 moléculas de ATP.

4.- Cadena transportadora de electrones: el paso final de la respiración celular sucede en la membrana interna de las mitocondrias, siendo los acarreadores de electrones que se han formado en los pasos anteriores (NADH y FADH2) y el oxígeno, las moléculas centrales de esta etapa, donde el objetivo final es la producción de ATP.

Para poder generar los ATP los acarreadores pasan por un sistema que se denomina quimiosmosis, al realizar el balance energético se obtiene que se forman 34 ATP durante el proceso de la cadena transportadora de electrones, si a esto le sumamos 2 ATP de la glucólisis y 2 ATP del ciclo de Krebs, el resultado final de la respiración celular por vía aérobicas es de 38 ATP.

Referencias

• Corrales, L.; Antonilez, D.; Bohóquez, J.; Corredor, A. (2015).
• Espinoza, E.; Rosas, M.; Cabrera, A.; Uribe, C.; Chiquete, N.; Uribe, S. (2014). http://www.scielo.org.mx/pdf/facmed/v57n6/0026-1742-FACMED-57-06-00057.pdf
• Mathews, C.; Van Holde, K.; Ahern, K. (2002).