Catabolismo
Respiración
anaeróbica
La respiración anaeróbica (o anaerobia)
es un proceso biológico de oxidorreducción de monosacáridos y otros compuestos en el que el aceptor terminal de electrones es una molécula inorgánica distinta del oxígeno, y más raramente una molécula organica, a través de
una cadena transportadora de electrones análoga a la de la mitocondria en la respiración aeróbica.1 No debe confundirse con la fermentación, que es un proceso también anaeróbico, pero en el que
no participa nada parecido a una cadena transportadora de electrones y el aceptor final de electrones es siempre una molécula orgánica como el piruvato. Proceso que ocurre en la célula por el cual se rompe
la molécula de glucosa y se obtiene la energía necesaria para llevar acabo sus
funciones vitales. Larepiración es un proceso catabólico.
En el proceso anaeróbico no se usa oxígeno, sino que para la misma función se emplea otra
sustancia oxidante distinta, como el sulfato o el nitrato. En las bacterias con respiración anaerobia
interviene también una cadena transportadora de electrones en la que se reoxidan los coenzimas reducidos durante la oxidación de los substratos nutrientes; es análoga a la de la respiración aerobia, ya que se compone de los mismos
elementos (citocromos,
quinonas, proteínas ferrosulfúricas, etc.). La única diferencia, por
tanto radica, en que el aceptor último de electrones no es el oxígeno.
Todos los posibles aceptores en la respiración
anaeróbica tienen un potencial de reducción menor que el O2, por lo
que, partiendo de los mismos sustratos (glucosa, aminoácidos, triglicéridos), se genera menos energía en este metabolismo que en la respiración aerobia convencional.
No hay que confundir la respiración anaeróbica con la fermentación, en la que no existe en absoluto cadena de transporte de electrones, y el aceptor final de electrones es una molécula orgánica; estos dos tipos de metabolismo tienen solo en común el no ser dependientes del
oxígeno.
En la siguiente tabla se muestran distintos aceptores
de electrones, sus productos y algunos ejemplos de microorganismos que realizan tales procesos:
Muchas bacterias aeróbicas contienen las enzimas nitrato-reductasas que catalizan la reducción de nitrato a nitrito
NO3–
+ 2e– + 2H+ → NO2– + H2O
No obstante, el producto resultante (nitrito) es muy
tóxico por lo que algunas especies de Pseudomonas y Bacillus pueden reducir el nitrato más allá del nivel de
nitrito hasta nitrógeno molecular:
2NO3–
+ 10e– + 12H+ → N2 + 6H2O
El resultado final, nitrógeno, es un gas inerte y no
tóxico. Este proceso se conoce como desnitrificación que, si se produce en el suelo se
considera perjudicial para la agricultura ya que ocasiona la pérdida de los nitratos,
necesarios para el crecimiento de las plantas.1
Las bacterias reductoras de nitratos son anaerobias
facultativas ya que el uso de nitratos y nitritos como aceptores de electrones
son procesos alternativos que pueden utilizar estas bacterias para crecer en
ausencia de oxígeno. En presencia de él, aunque el nitrato esté presente, la
respiración procede enteramente a través de la cadena aeróbica de transporte de
electrones.
Fermentación
La fermentación es un proceso catabólico
de oxidación
incompleta, que no requiere oxígeno, siendo el producto final un compuesto
orgánico. Estos productos finales son los que caracterizan los diversos tipos
de fermentaciones.
Fue descubierta por Louis
Pasteur, que la describió como la vie sans l´air (la vida sin el
aire). La fermentación típica es llevada a cabo por las levaduras.
También algunos metazoos
y protistas
son capaces de realizarla.
El proceso de fermentación es anaeróbico ya que
se produce en ausencia de oxígeno; ello significa que el aceptor final de los electrones
del NADH producido en la glucólisis
no es el oxígeno, sino un compuesto orgánico que se reducirá para poder reoxidar
el NADH a NAD+. El compuesto orgánico que se reduce (acetaldehído,
piruvato,
...) es un derivado del sustrato que se ha oxidado anteriormente.
En los seres vivos,
la fermentación es un proceso anaeróbico y en él no interviene la mitocondria
ni la cadena respiratoria. Son propias de los microorganismos,
como algunas bacterias
y levaduras.
También se produce la fermentación en la mayoría de las células de los
animales (incluido
el hombre), excepto en las neuronas que mueren rápidamente si no pueden realizar la respiración celular; algunas células, como los eritrocitos,
carecen de mitocondrias y se ven obligadas a fermentar; el tejido
muscular de los animales realiza la fermentación láctica cuando el aporte de oxígeno a
las células
musculares no es suficiente para el metabolismo
aerobio y la contracción muscular.
Desde el punto de vista energético, las fermentaciones
son muy poco rentables si se comparan con la respiración aerobia, ya que a partir de una molécula
de glucosa
sólo se obtienen 2 moléculas de ATP, mientras que en la respiración se producen
36. Esto se debe a la oxidación del NADH, que en lugar de penetrar en la cadena
respiratoria, cede sus electrones a compuestos orgánicos con poco poder
oxidante.
En la industria la fermentación puede ser
oxidativa, es decir, en presencia de oxígeno, pero es una oxidación aeróbica
incompleta, como la producción de ácido acético a partir de etanol.
Las fermentaciones pueden ser: naturales, cuando
las condiciones ambientales permiten la interacción de los microorganismos y
los sustratos orgánicos susceptibles; o artificiales, cuando el hombre propicia
condiciones y el contacto referido.
RESPIRACIÓN AEROBICA
La respiración aeróbica es un tipo de metabolismo
energético en el que los seres vivos extraen energía de moléculas orgánicas, como la glucosa, por un
proceso complejo en el que el carbono es oxidado
y en el que el oxígeno procedente del aire es el oxidante
empleado. En otras variantes de la respiración, muy raras, el oxidante es
distinto del oxígeno (respiración anaeróbica).
La respiración aeróbica es el proceso responsable
de que la mayoría de los seres vivos, los llamados por ello aerobios, requieran
oxígeno. La respiración aeróbica es propia de los organismos eucariontes
en general y de algunos tipos de bacterias.
El oxígeno que, como cualquier gas, atraviesa sin
obstáculos las membranas biológicas, atraviesa primero la membrana plasmática y luego las membranas mitocondriales,
siendo en la matriz de la mitocondria donde se une a electrones
y protones
(que sumados constituyen átomos de hidrógeno)
formando agua. En
esa oxidación final, que es compleja, y en procesos anteriores se obtiene la
energía necesaria para la fosforilación
del ATP.
En presencia de oxígeno, el ácido pirúvico, obtenido durante la fase primera anaerobia o glucólisis,
es oxidado para proporcionar energía, dióxido de carbono y agua. A esta serie de
reacciones se le conoce con el nombre de respiración aeróbica.
Etapas de la respiración aeróbica
Para facilitar su estudio, la respiración aerobia
se ha subdividido en las siguientes etapas:
Glucolisis
Durante la glucólisis,
una molécula de glucosa
es oxidada
y dividida en dos moléculas de ácido pirúvico (piruvato). En esta ruta
metabólica se obtienen dos moléculas netas de ATP y se reducen dos moléculas de NAD+; el número de carbonos se
mantiene constante (6 en la molécula inicial de glucosa, 3 en cada una de las
moléculas de ácido pirúvico). Todo el proceso se realiza en el citosol de la célula.
La glicerina
(glicerol) que se forma en la lipólisis
de los triglicéridos se incorpora a la glucólisis a nivel del gliceraldehído 3 fosfato.
La desaminación oxidativa de algunos aminoácidos
también rinde piruvato; que tienen el mismo destino metabólico que el obtenido
por glucólisis.
Descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico
El ácido pirúvico penetra en la matriz mitocondrial
donde es procesado por el complejo enzimático piruvato deshidrogenasa, el cual realiza la
descarboxilación oxidativa del piruvato;
descarboxilación porque se arranca uno de los tres
carbonos del ácido pirúvico (que se desprende en forma de CO2) y oxidativa
porque, al mismo tiempo se le arrancan dos átomos de hidrógeno
(oxidación por deshidrogenación), que son captados por el NAD+,
que se reduce a NADH. Por tanto; el
piruvato se transforma en un radical acetilo (-CO-CH3,
ácido acético sin el grupo hidroxilo)
que es captado por el coenzima A (que pasa a acetil-CoA),
que es el encargado de transportarlo al ciclo de Krebs.
Este proceso se repite dos veces, una para cada
molécula de piruvato en que se escindió la glucosa.
Ciclo de Krebs
El ciclo de Krebs es una ruta
metabólica cíclica que se lleva a cabo en la matriz mitocondrial
y en la cual se realiza la oxidación de los dos acetilos transportados por el
acetil coenzima A, provenientes del piruvato, hasta producir dos moléculas de CO2, liberando energía en forma
utilizable, es decir poder reductor (NADH, FADH2) y GTP.
Para cada glucosa se producen dos vueltas
completas del ciclo de Krebs, dado que se habían producido dos moléculas de
acetil coenzima A en el paso anterior; por tanto se ganan 2 GTPs y se liberan 4
moléculas de CO2. Estas cuatro moléculas, sumadas a las dos de la
descarboxilación oxidativa del piruvato, hacen un total de seis, que es el
número de moléculas de CO2 que se producen en respiración aeróbica
(ver ecuación general).
Cadena respiratoria y fosforilación oxidativa
Son las últimas etapas de la respiración aeróbica
y tienen dos finalidades básicas:
- Reoxidar las coenzimas que se han reducido en las etapas anteriores (NADH y FADH2) con el fin de que estén de nuevo libres para aceptar electrones y protones de nuevos substratos oxidables.
- Producir energía utilizable en forma de ATP.
Estos dos fenómenos están íntimamente
relacionados y acoplados mutuamente. Se producen en una serie de complejos
enzimáticos situados (en eucariotas) en la membrana interna de la mitocondria;
cuatro complejos realizan la oxidación de los mencionados coenzimas
transportando los electrones y aprovechando su energía para bombear protones
desde la matriz mitocondrial hasta el espacio intermembrana. Estos protones
solo pueden regresar a la matriz a través de la ATP sintasa,
enzima que aprovecha el gradiente electroquímico creado para fosforilar
el ADP a ATP, proceso conocido como fosforilación oxidativa.
Los electrones y los protones implicados en estos
procesos son cedidos definitivamente al O2 que se reduce a agua. Nótese que el
oxígeno atmosférico obtenido por ventilación pulmonar tiene como única
finalidad actuar como aceptor final de electrones y protones en la respiración
aerobia.
Carta del Jefe Indio Seattle
ResponderEliminarLa lectura presentada es una lectura la cual nos presenta la ideología de dos tribus distintas como lo son los indios de piel roja y los hombres de piel blanca pero con ello nos lleva a valorar y reflexionar de los muchos actos que hoy en día estamos realizando como humanidad ya que estamos actuando como los hombres de piel blanca porque no estamos tomando en serio y con cariño a la naturaleza y nuestro ambiente no tenemos el cuidado necesario del mismo con nuestros actos estamos acabando poco apoco con muestra familia como lo mencionan los indios pieles roja pero creo que esta lectura no las es presentada para que nosotros como individuos podamos tomar conciencia de nuestros actos y saber de qué lado deseamos estar .
Todos tenemos derecho a poder disfrutar de un ambiente sano de ver el lindo paisaje de un bosque de escuchar el lindo cantar de las aves así que ¿por que como humanos estamos acabando con esto?
Creo que deberíamos pensar un momento como piel roja y no como piel blanca ya que parece que nuestro ambiente no nos preocupa solo pensamos en nuevas industrias, en nuevas fabricas y en nuevas empresas al igual que en construir edificios más altos y no nos detenemos a pensar un poquito en nuestra ecología si pensáramos en ello el mundo sería otro.
Poco apoco estamos acabando con las especies tanto animales como vegetales y para que para adornos de nuestras viviendas nosotros poco apoco vamos acabando con ese espíritu ecológico y que decir de las nuevas generaciones ni siquiera les enseñamos a respetar a los animales a cultivar un arbolito en lugar de eso les permitimos tirar basura en las calles.
Pero tenemos que pensar un poco solo un poco para así poder salvarnos como sociedad no digo que está mal tener fábricas, empresas pero que dichas empresas tomen conciencia y no contaminen tanto, como personas no tirar basura, cuidar el agua para que así no nos perjudiquemos con nuestros propios actos pero eso que da en conciencia de cada individuo yo solo digo que ay que cuidar al planeta entero como si fuese uno mismo.