¿Qué es la respiración?
Quiero que inhales profundamente y luego lo sueltes. Respirar puede ser lo primero que te viene a la mente cuando piensas en la respiración, pero la respiración a nivel celular es más que solo el intercambio del oxígeno que ingieres y el dióxido de carbono que emites. De hecho, la respiración celular es fundamental para la supervivencia de un organismo porque es la conversión de azúcares en energía utilizable.
Cuando comes un sándwich para el almuerzo, tu cuerpo lo descompone y luego convierte esos nutrientes en energía que tus células realmente pueden usar. Las plantas no comen sándwiches, pero obtienen su alimento en forma de luz solar. Sin embargo, esa comida no se convierte mágicamente en energía solo porque la planta absorbe la luz solar. Tiene que procesar esa luz solar, convertirla en azúcares y luego convertir esos azúcares en energía que las células de la planta pueden usar, tal como lo hace su cuerpo con su sándwich. Si bien la fuente puede ser diferente, el objetivo final es el mismo para las plantas y los animales.
Así que profundicemos un poco más para ver de qué se trata la respiración celular en las plantas.
Por qué es importante la respiración
Antes de entrar en el proceso de la respiración celular en sí, demos un paso atrás para discutir por qué la respiración es tan importante. Ya sabemos que la respiración convierte los azúcares en energía utilizable, pero ¿para qué se utiliza esa energía?
Bueno, tanto en las plantas como en los animales, la energía proporcionada por la respiración celular se destina al crecimiento celular, la reparación y la producción de nuevas células, así como a los muchos procesos que ocurren en su cuerpo y que ni siquiera se da cuenta de que están sucediendo. Cosas como respirar, pensar, bombear sangre a través de su cuerpo y mantener una temperatura corporal estable son procesos que ocurren, le guste o no, ¡y todos requieren energía! En resumen, la respiración celular proporciona la energía que las células necesitan para trabajar, que es lo que mantiene vivo a un organismo.
Paso 1: glucólisis
Durante la fotosíntesis, el agua, el dióxido de carbono y la energía luminosa se combinan para producir glucosa (azúcar) y oxígeno. Incluso podemos escribir esto como una ecuación:
agua + dióxido de carbono + luz solar (energía) = glucosa + oxígeno
Después de la fotosíntesis, la planta tiene que descomponer la glucosa para que la energía se pueda utilizar para los procesos celulares. Aquí encontramos que
glucosa + oxígeno = agua + dióxido de carbono + energía
¿Te suena familiar esta ecuación para la respiración? ¡Debería porque es exactamente lo contrario de la fotosíntesis! En lugar de generar azúcares a partir de energía, estamos descomponiendo los azúcares en energía. Genial, ¿eh?
Hay tres pasos involucrados en la respiración de las plantas con los que debemos estar familiarizados para comprender mejor el proceso. Primero está la glucólisis , que divide una molécula de glucosa en dos moléculas de piruvato. Este paso ocurre en el citosol o líquido interno de la célula. Para recordar el nombre de este primer paso, recuerde que estamos dividiendo la glucosa y «lisis» significa descomponer. Es de destacar que la glucólisis es que no produce mucha energía (en forma de moléculas de ATP), ni requiere oxígeno para ocurrir; sin embargo, este es el único paso sin este requisito.
Paso 2: el ciclo de Krebs
El siguiente paso a lo largo de la vía respiratoria es el ciclo de Krebs , también llamado ciclo del ácido cítrico. Este paso implica la oxidación de las moléculas de piruvato producidas en la glucólisis y ocurre en las mitocondrias de la célula.
Describir completamente el ciclo de Krebs requeriría una lección completamente separada, posiblemente unos días sentado en una sala de conferencias de biología. No estoy aquí para hacerte dormir, así que permíteme resumirlo explicándolo así: este ciclo es donde, a través de una secuencia de pasos repetidos, los azúcares que la planta creó en la fotosíntesis se descomponen químicamente hasta que su energía se libera en las células de la planta. Es catalizado por enzimas, requiere oxígeno y generalmente requiere dos ciclos completos a lo largo del ciclo para completarse. Al final, la planta se queda con 2 moléculas de energía (ATP), dióxido de carbono y dos portadores de electrones llamados NADH y FADH2 .
Paso 3: fosforilación oxidativa
Estos portadores de electrones se utilizan en la fase final de la respiración celular llamada fosforilación oxidativa . Este paso es donde se genera la mayor parte de la energía (ATP), lo que significa que aquí es donde la planta obtiene la mayor parte de su energía de los azúcares producidos durante la fotosíntesis. Para ponerlo en perspectiva, la glucólisis y el ciclo de Krebs combinados solo producen 4 moléculas de ATP. ¡Pero la fosforilación oxidativa produce la friolera de 28 moléculas de ATP! Como puede ver, esta etapa final es realmente importante cuando se trata de cosechar energía.
La fosforilación oxidativa ocurre en la membrana interna de las mitocondrias y utiliza la cadena de transporte de electrones , que es exactamente lo que parece: una cadena de proteínas y portadores de electrones que transportan electrones. ¿Recuerda las moléculas de NADH y FADH2 producidas en el ciclo de Krebs? Estos ‘taxis’ de electrones, junto con cuatro proteínas que se encuentran en la membrana, moléculas de oxígeno y dos portadores de electrones, mueven los electrones hacia abajo por una ‘escalera’ de energía, liberando iones de hidrógeno al exterior de la membrana a medida que avanzan.
A través de la quimiosmosis , el segundo paso de la fosforilación oxidativa, estos iones regresan a través de la membrana a través de una quinta y última proteína llamada ATP sintasa. Debido a que hay tantos iones de hidrógeno afuera, tienen muchas ganas de regresar para crear un mejor equilibrio. Y, al igual que el agua retenida detrás de una presa pasará rápidamente si la presa se abre, los iones afuera corren a través del canal en ATP sintasa cuando se abre. Este impulso hace girar una parte de la proteína que genera ATP, ¡y mucho!
Resumen de la lección
Es posible que las plantas no coman sándwiches para el almuerzo, pero la luz del sol que les proporciona alimento es igualmente esencial para su supervivencia. Durante la respiración celular , las plantas obtienen energía de los azúcares de la fotosíntesis. Los azúcares se descomponen y la energía en forma de moléculas de ATP se utiliza para impulsar los procesos celulares. Las plantas no corren maratones, pero sus células aún necesitan energía para crecer, reconstruirse y repararse, al igual que las nuestras.
La respiración celular requiere oxígeno y libera dióxido de carbono y ocurre en tres fases principales. Primero está la glucólisis , que fiel a su nombre significa dividir las moléculas de azúcar. Las dos moléculas de piruvato que quedan en su lugar pasan a la segunda fase, el ciclo de Krebs . Después de dos vueltas completas de este ciclo, dos importantes transportadores de electrones pasan a la tercera y última fase, la fosforilación oxidativa . A través de la cadena de transporte de electrones y la quimiosmosis, se genera la mayor parte del ATP de la respiración celular. Al final, la planta se queda con energía utilizable para sus células, lo que permite que la planta se repare, crezca y prospere.
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