Respiración aeróbica
Respire profundamente … ahora exhale. ¿Lo sientes? Cada vez que inhala oxígeno y exhala dióxido de carbono, está intercambiando gases que son una parte crucial de su metabolismo energético. Normalmente no equiparamos el oxígeno y la respiración con la metabolización de los alimentos, pero esto último no puede ocurrir sin lo primero.
La mayoría de los organismos vivos se someten a este proceso, desde las bacterias unicelulares hasta la ballena azul multicelular. Si bien muchos microorganismos pueden realizar esta tarea dentro de su única célula, nosotros, los macroorganismos más grandes, hemos desarrollado órganos corporales dedicados a obtener de manera eficiente suficiente oxígeno y eliminar suficiente dióxido de carbono para someterse a una respiración aeróbica suficiente para alimentar nuestro ser grande y complejo.
Definición de respiración aeróbica
La respiración es el proceso metabólico de la mayoría de los seres vivos en el que las moléculas de los alimentos o la glucosa se convierten en energía utilizable para la célula, llamada ATP. La respiración es el anti-proceso de la fotosíntesis , el proceso en el que las plantas usan la luz solar y el dióxido de carbono para construir moléculas de alimentos que liberan oxígeno como producto de desecho.
Durante la respiración aeróbica , el oxígeno está presente y ayuda al proceso a producir energía de manera muy eficiente. Algunos organismos también pueden experimentar respiración anaeróbica , en la que no hay oxígeno, y tiene lugar un método de metabolismo algo menos eficiente. Mientras que la fotosíntesis tiene lugar en los cloroplastos de las células vegetales y de algas, la respiración aeróbica tiene lugar en el citoplasma , o el espacio celular interno pegajoso y las mitocondrias de todas las células eucariotas.
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Los pasos de la respiración aeróbica
¡Todo comienza con un azúcar! Un organismo ingiere carbohidratos para obtener energía y el proceso de digestión descompone los carbohidratos en sus unidades más pequeñas, glucosa , un tipo de molécula de azúcar. Luego, las células producen energía al descomponer la molécula de glucosa y liberar sus electrones, que luego se utilizan para ayudar a producir ATP. Hay tres pasos principales en este proceso.
Hay tres pasos principales en este proceso. Comienza con la glucólisis . Durante la glucólisis, la molécula de glucosa de 6 carbonos experimenta una serie de reacciones que la descomponen en dos moléculas de piruvato de 3 carbonos . El propósito de este proceso es liberar electrones de los enlaces en la glucosa, que son recogidos por una molécula aceptora llamada NAD +, convirtiéndola en NADH cuando acepta los electrones. En este proceso, se forman dos moléculas de ATP. Este paso ocurre en el citoplasma, y las moléculas de piruvato y NADH luego ingresan a las mitocondrias para el siguiente paso.
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La siguiente fase de la respiración aeróbica es el ciclo del ácido cítrico , también conocido como ciclo de Kreb , llamado así por el bioquímico que lo descubrió. Para prepararse para esta etapa, las moléculas de piruvato de la glucólisis se convierten en un compuesto de 2 carbonos llamado Acetil CoA . ¿Qué pasó con el tercer carbono? ¡Lo acaba de exhalar en forma de dióxido de carbono!
Con cada vuelta del ciclo, el Acetil CoA se descompone y se reconstruye en cadenas de carbono. El propósito es extraer electrones de ellos y generar más ATP, similar al proceso más simple de glucólisis. NAD + se usa nuevamente para recoger los electrones liberados, al igual que otra molécula aceptora, FADH, que se convierte en FADH2 cuando se reduce. Estas moléculas aceptoras se cargan con electrones, como camiones de carga, y se libera dióxido de carbono a medida que se rompen las cadenas de carbono y entra nuevo Acetil CoA. ¡Exhala!
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¿A dónde van los camiones de carga una vez que están cargados? Las moléculas FADH2 y NADH llevan sus electrones a la membrana mitocondrial interna para la etapa final de la respiración aeróbica, la fosforilación oxidativa . Aquí, utilizando el poder de un gradiente de concentración, se genera una gran cantidad de ATP. Los electrones del ciclo del ácido cítrico se eliminan y se utilizan para forzar a los átomos de hidrógeno que se liberaron cuando las moléculas aceptoras recogieron electrones en los Pasos 1 y 2, para bombear contra su gradiente de concentración. Las proteínas incrustadas en la membrana se someten a un transporte activo para empujar todos estos hidrógenos a un área altamente concentrada, solo para que luego puedan precipitarse hacia abajo a través de una enzima, la ATP sintasa , que gira como un engranaje para producir alrededor de 32 ATP.
Piense en ello como una presa: la electricidad o el ATP se produce cuando el agua, o en este caso los hidrógenos, fluyen a través de una turbina. El giro de las palas, o el giro de ATP Synthase, solo funciona cuando hay mucha agua acumulada detrás de la presa, que sería la membrana mitocondrial interna. Es posible que se necesite algo de energía para bombear agua desde el lado inferior de la presa hasta el embalse o, en este ejemplo, los electrones utilizados en las proteínas de la membrana, pero es mucho menor que la ganancia neta de energía producida por las turbinas de la presa.
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¡Ahora inhala! Aquí es donde entra el oxígeno . Cuando los electrones han hecho su trabajo de activar las proteínas de transporte, llegan a su aterrizaje final en las moléculas de oxígeno. Los oxígenos usan los electrones como pegamento para unirse con los hidrógenos libres, formando H2O. ¡Las moléculas de agua son entonces un subproducto de la reacción!
Los productos finales y la ecuación para la respiración aeróbica
El producto final más importante de la respiración aeróbica es la molécula de energía, ATP , un total de aproximadamente 36 de los tres pasos del proceso. Luego, el ATP se usa en casi todas las funciones celulares, desde la copia del ADN hasta las contracciones musculares. El agua es un subproducto de la reacción, como ha experimentado como sudor durante un ejercicio aeróbico intenso. El dióxido de carbono es otro subproducto que se exhala de los organismos.
La ecuación para la respiración aeróbica se escribe como glucosa más oxígeno forma dióxido de carbono más agua más energía.
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Resumen de la lección
La fotosíntesis genera glucosa y lo que se construyó en la fotosíntesis se descompone durante la respiración aeróbica . Los tres pasos dentro del proceso de respiración aeróbica son la glucólisis, el ciclo del ácido cítrico y la fosforilación oxidativa . Dentro de estos tres pasos se liberan electrones, que son «trabajadores» cruciales en la fabricación de ATP . Como producto final, el ATP almacena energía para las funciones celulares del cuerpo. Los productos de la respiración aeróbica se incorporan como reactivos para construir más glucosa a través del proceso de fotosíntesis de la planta. El ciclo continúa, alimentando el funcionamiento de los seres vivos.
El proceso de respiración aeróbica
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| Entradas | Pasos | Producto final |
|---|---|---|
| * Glucosa y oxígeno | * Glucólisis: la molécula de glucosa se descompone para liberar electrones y crear ATP * Ciclo del ácido cítrico: los electrones se extraen para generar más ATP * Fosforilación oxidativa: se crea una gran cantidad de ATP | * ATP, que almacena energía para las funciones celulares del cuerpo. |
Los resultados del aprendizaje
El proceso de aprendizaje de la respiración aeróbica a través de esta lección debería prepararlo para:
- Recite la definición formal de respiración aeróbica
- Proporcionar una descripción paso a paso del proceso de respiración aeróbica.
- Reconocer su producto final
Continúa con:
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