Fermentación alcohólica
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La respiración celular es el proceso por el cual los combustibles biológicos se oxidan en presencia de un aceptor de electrones inorgánico como el oxígeno para producir grandes cantidades de energía, para impulsar la producción masiva de ATP. La respiración celular puede describirse como un conjunto de reacciones y procesos metabólicos que tienen lugar en las células de los organismos para convertir la energía química de los nutrientes en trifosfato de adenosina (ATP), y luego liberar los productos de desecho[1].
Las reacciones implicadas en la respiración son reacciones catabólicas, que rompen moléculas grandes en otras más pequeñas, liberando energía. La respiración es una de las principales formas en que una célula libera energía química para alimentar la actividad celular. La reacción global se produce en una serie de pasos bioquímicos, algunos de los cuales son reacciones redox. Aunque la respiración celular es técnicamente una reacción de combustión, es una reacción inusual debido a la liberación lenta y controlada de energía de la serie de reacciones.
Ecuación de la respiración anaeróbica
Los organismos vivos necesitan un aporte continuo de energía para mantener las funciones celulares y del organismo, como el crecimiento, la reparación, el movimiento, la defensa y la reproducción. Las células sólo pueden utilizar energía química para alimentar sus funciones, por lo que necesitan cosechar energía de los enlaces químicos de las biomoléculas, como los azúcares y los lípidos. Los organismos autótrofos, es decir, las plantas, las algas y las bacterias fotosintéticas y quimiosintéticas, convierten los materiales inorgánicos en este tipo de biomoléculas aprovechando la energía del entorno, por ejemplo, de la luz solar durante la fotosíntesis. Los organismos heterótrofos son incapaces de sintetizar biomoléculas de alta energía a partir de materiales inorgánicos, por lo que obtienen energía consumiendo compuestos de carbono producidos por otros organismos, principalmente de los autótrofos. Cuando se necesita energía, se rompen los enlaces químicos de los compuestos de carbono para cosechar la energía almacenada en estos enlaces. Los procesos para cosechar energía de las biomoléculas se denominan respiración celular.
La respiración celular se produce tanto en los organismos autótrofos como en los heterótrofos, y la energía se pone a disposición del organismo normalmente a través de la conversión de difosfato de adenosina (ADP) en trifosfato de adenosina (ATP). Existen dos tipos principales de respiración celular: la respiración aeróbica y la respiración anaeróbica. La respiración aeróbica es un tipo específico de respiración celular, en la que se requiere oxígeno (O2) para crear ATP. En este caso, la glucosa (C6H12O6) puede oxidarse completamente en una serie de reacciones enzimáticas para producir dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O).
La fotosíntesis de las hermanas amebas
Los microorganismos, como las cianobacterias, pueden atrapar la energía de la luz solar mediante el proceso de fotosíntesis y almacenarla en los enlaces químicos de las moléculas de carbohidratos. El principal carbohidrato que se forma en la fotosíntesis es la glucosa. Otros tipos de microorganismos, como las bacterias no fotosintéticas, los hongos y los protozoos, no pueden realizar este proceso. Por lo tanto, estos organismos deben depender de los carbohidratos preformados en el medio ambiente para obtener la energía necesaria para sus procesos metabólicos.
La respiración celular es el proceso por el que los microorganismos obtienen la energía disponible en los hidratos de carbono. Llevan los carbohidratos a su citoplasma y, mediante una compleja serie de procesos metabólicos, descomponen el carbohidrato y liberan la energía. Por lo general, la energía no se necesita inmediatamente, por lo que se utiliza para combinar el ADP con los iones de fosfato para formar moléculas de ATP. Durante el proceso de respiración celular, se desprende dióxido de carbono como producto de desecho. Este dióxido de carbono puede ser utilizado por las células fotosintéticas para formar nuevos carbohidratos. También en el proceso de la respiración celular, se necesita gas oxígeno para que sirva como aceptor de electrones. Este gas oxígeno es idéntico al que se desprende en la fotosíntesis.
La fermentación es fotosíntesis o respiración
Figura 5.1 Un colibrí necesita energía para mantener períodos prolongados de vuelo. El pájaro obtiene su energía de la ingesta de alimentos y de la transformación de los nutrientes en energía a través de una serie de reacciones bioquímicas. Los músculos de vuelo de las aves son extremadamente eficientes en la producción de energía (crédito: modificación del trabajo de Cory Zanker)
Prácticamente todas las tareas que realizan los organismos vivos requieren energía. La energía es necesaria para realizar trabajos pesados y hacer ejercicio, pero los seres humanos también utilizan una gran cantidad de energía mientras piensan, e incluso durante el sueño. De hecho, las células vivas de todo organismo utilizan constantemente energía. Los nutrientes y otras moléculas se importan, se metabolizan (se descomponen) y posiblemente se sintetizan en nuevas moléculas, se modifican si es necesario, se transportan por la célula y pueden distribuirse a todo el organismo. Por ejemplo, las grandes proteínas que forman los músculos se construyen activamente a partir de moléculas más pequeñas. Los hidratos de carbono complejos se descomponen en azúcares simples que la célula utiliza como energía. Al igual que la energía es necesaria tanto para construir como para demoler un edificio, la energía es necesaria tanto para la síntesis como para la descomposición de las moléculas. Además, las moléculas de señalización, como las hormonas y los neurotransmisores, se transportan entre las células. Las bacterias y los virus patógenos son ingeridos y descompuestos por las células. Las células también deben exportar residuos y toxinas para mantenerse sanas, y muchas células deben nadar o desplazar los materiales que las rodean mediante el movimiento de batido de apéndices celulares como los cilios y los flagelos.
