Las células son recipientes microscópicos y polivalentes que representan las unidades indivisibles más pequeñas de la vida en el sentido de que manifiestan reproducción, metabolismo y otras cualidades "reales". De hecho, dado que los organismos procariotas (miembros de los dominios de clasificación Bacteria y Archaea) casi siempre consisten en una sola célula, muchas células independientes están literalmente vivas.
Las células utilizan una molécula llamada trifosfato de adenosina, o ATP, como fuente de combustible. Procariotas confiar únicamente en glucólisis - la descomposición de la glucosa en piruvato - como vía para sintetizar ATP; este proceso produce un total de 2 ATP por molécula de glucosa.
A diferencia de, eucariotas (Animales, plantas y hongos) son mucho más grandes y poseen células individuales mucho más complejas que los procariotas, lo que hace que la glucólisis por sí sola sea inadecuada para sus necesidades energéticas. Ahí es donde respiración celular, la descomposición completa de la glucosa en presencia de oxígeno molecular (O
2) en dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O) para formar ATP, entra.Lea más sobre qué es la respiración celular.
Terminología del metabolismo celular
El proceso de respiración celular ocurre en eucariotas y técnicamente abarca la glucólisis, la ciclo de Krebs y el cadena de transporte de electrones (ETC). Esto es porque todas las células inicialmente tratan la glucosa de la misma manera: pasándola por la glucólisis. Luego, en los procariotas, el piruvato solo puede entrar en fermentación, lo que permite que la glucólisis continúe "corriente arriba" a través de la regeneración de un intermedio llamado NAD.+.
Sin embargo, debido a que los eucariotas pueden usar oxígeno, las moléculas de carbono del piruvato ingresan al ciclo de Krebs como acetil CoA y finalmente abandonan el ETC como dióxido de carbono (CO2). Los productos de la respiración celular de interés son los 34 a 36 ATP que se generan en el ciclo de Krebs y el ETC juntos, las dos porciones de la respiración celular que cuentan como aerobio ("con oxígeno") respiración.
Las reacciones de la respiración celular
La reacción completa y equilibrada de todo el proceso de respiración celular se puede representar mediante:
C6H12O6 + 6O2 → 6 CO2 + 6 H2O + ~ 38 ATP
La glucólisis sola, una forma de respiración anaeróbica que ocurre en el citoplasma, consiste en la reacción:
C6H12O6 + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 PI → 2 canales3(C = O) COOH + 2 ATP + 2 NADH + 4 H+ + 2 H2O
En eucariotas, un reacción de transición en las mitocondrias genera acetil coenzima A (acetil CoA) para el ciclo de Krebs:
2 canales3(C = O) COOH + 2 NAD+ + 2 coenzima A → 2 acetil CoA + 2 NADH + 2 H+ + 2 CO2
El co2 luego ingresa al ciclo de Krebs uniéndose al oxaloacetato.
Etapas de la respiración celular
La respiración celular comienza con la glucólisis, una serie de 10 reacciones en las que una molécula de glucosa fosforilado dos veces (es decir, tiene dos grupos fosfato unidos en diferentes carbonos) usando 2 ATP, y luego se divide en dos compuestos de tres carbonos que cada producen 2 ATP en ruta a la formación de piruvato. Por lo tanto, la glucólisis suministra 2 ATP directamente por molécula de glucosa, así como dos moléculas del portador de electrones NADH, que tiene un papel importante aguas abajo en el ETC.
En el ciclo de Krebs, CO2 y el compuesto de cuatro carbonos oxaloacetato unirse para formar la molécula de seis carbonos citrato. El citrato se reduce gradualmente de nuevo a oxaloacetato, produciendo un par de CO2 moléculas y también genera 2 ATP por CO2 molécula que entra en el ciclo, o 4 ATP por glucosa molécula corriente arriba. Más importante aún, un total de 6 NADH y 2 FADH2 (otro portador de electrones) se sintetizan.
Finalmente, los electrones de NADH y FADH2 (es decir, sus átomos de hidrógeno) son eliminados por enzimas de la cadena de transporte de electrones y utilizados para impulsar la unión de fosfatos al ADP, produciendo una gran cantidad de ATP, aproximadamente 32 en total. También se libera agua en este paso. Por lo tanto, el rendimiento máximo de ATP de la respiración celular de la glucólisis, el ciclo de Krebs y el ETC es 2 + 4 + 32 = 38 ATP por molécula de glucosa.
Lea más sobre las cuatro etapas de la respiración celular.