La razón por la que comes es, en última instancia, para crear una molécula llamada ATP (trifosfato de adenosina) para que sus células tengan los medios para alimentarse a sí mismas y, por lo tanto, a usted. Y no por casualidad, la razón por la que respira es que se necesita oxígeno para obtener la máxima cantidad de energía celular de los precursores de la glucosa moléculas en esa comida.
El proceso que utilizan las células humanas para generar ATP se llama respiración celular. Da lugar a la creación de 36 a 38 ATP por molécula de glucosa. Consiste en una serie de etapas, que comienzan en el citoplasma celular y pasan a las mitocondrias, las "plantas de energía" de las células eucariotas. Los dos procesos productores de ATP pueden verse como glucólisis (la parte anaeróbica) seguida de respiración aeróbica (la parte que requiere oxígeno).
¿Qué es ATP?
Químicamente, el ATP es un nucleótido. Los nucleótidos también son los componentes básicos del ADN. Todos los nucleótidos constan de una porción de azúcar de cinco carbonos, una base nitrogenada y de uno a tres grupos fosfato. La base puede ser adenina (A), citosina (C), guanina (G), timina (T) o uracilo (U). Como puede discernir por su nombre, la base del ATP es la adenina y contiene tres grupos fosfato.
Cuando se "construye" el ATP, su precursor inmediato es ADP Difosfato de adenosina), que a su vez proviene de AMP (monofosfato de adenosina). La única diferencia entre los dos es el tercer grupo fosfato unido a la "cadena" fosfato-fosfato en ADP. La enzima responsable se llama ATP sintasa.
Cuando la célula "gasta" ATP, el nombre de la reacción de ATP a ADP es hidrólisis, ya que se utiliza agua para romper el enlace entre los dos grupos fosfato terminales. Una ecuación simple para reformar ATP a partir de sus nucleótidos parientes es ADP + PIo incluso AMP + 2 PI. donde PI es fosfato inorgánico (es decir, no unido a una molécula que contenga carbono).
Energía celular en eucariotas: respiración celular
La respiración celular ocurre solo en eucariotas, que son la respuesta multicelular, más grande y compleja de la naturaleza a los procariotas unicelulares. Los humanos se encuentran entre los primeros, mientras que las bacterias pueblan los segundos. El proceso se desarrolla en cuatro etapas: glucólisis, que también ocurre en procariotas y no requiere oxígeno; la reacción puente; y los dos conjuntos de reacciones de la respiración aeróbica, el ciclo de Krebs y el cadena de transporte de electrones.
Glucólisis
Para iniciar la glucólisis, una molécula de glucosa que se ha difundido en la célula a través de la membrana plasmática tiene un fosfato unido a uno de sus átomos de carbono. Luego se reorganiza en una molécula de fructosa, momento en el que un segundo grupo fosfato se une a un átomo de carbono diferente. La molécula de seis carbonos doblemente fosforilada resultante se divide en dos moléculas de tres carbonos. Esta fase cuesta dos ATP.
La segunda parte de la glucólisis procede con las moléculas de tres carbonos que se reorganizan en una serie de pasos en piruvato, mientras tanto, se agregan dos fosfatos y luego los cuatro se eliminan y se agregan al ADP para formar ATP. Esta fase produce cuatro ATP,haciendo que el rendimiento neto de la glucólisis sea de dos ATP.
Ciclo de Krebs
La reacción puente en las mitocondrias prepara la molécula de piruvato para la acción al eliminar uno de sus carbonos y dos oxígenos para producir acetato, que luego se agrega coenzima A para formar acetil CoA.
El acetil CoA de dos carbonos se agrega a una molécula de cuatro carbonos, oxaloacetato, para que las reacciones comiencen. La molécula de seis carbonos resultante se reduce eventualmente a oxaloacetato (de ahí "ciclo" en el título; un reactivo también es un producto). En el proceso, dos ATP y 10 moléculas conocidas como portadores de electrones (ocho NADH y dos FADH2) son producidos.
Cadena de transporte de electrones
En la fase final de la respiración celular, y la segunda fase aeróbica, se utilizan los diversos portadores de electrones de alta energía. Sus electrones son eliminados por enzimas incrustadas en la membrana mitocondrial, y su energía es utilizado para impulsar la adición de grupos fosfato al ADP para formar ATP, un proceso llamado oxidativo fosforilación. El oxígeno es el último aceptor de electrones al final.
El resultado es de 32 a 34 ATP, lo que significa que, agregando dos ATP cada uno de la glucólisis y del ciclo de Krebs, la respiración celular produce de 36 a 38 ATP por molécula de glucosa.