Respiración celular en humanos

El propósito de la respiración celular es convertir la glucosa de los alimentos en energía.

Las células descomponen la glucosa en una serie de reacciones químicas complejas y combinan los productos de reacción con oxígeno para almacenar energía en trifosfato de adenosina (ATP) moléculas. Las moléculas de ATP se utilizan para impulsar las actividades de las células y actuar como la fuente de energía universal para los organismos vivos.

Respiración celular en los seres humanos comienza en los sistemas digestivo y respiratorio. Los alimentos se digieren en los intestinos y se convierten en glucosa. El oxígeno se absorbe en los pulmones y se almacena en los glóbulos rojos. La glucosa y el oxígeno viajan hacia el cuerpo a través del sistema circulatorio para llegar a las células que necesitan energía.

Las células utilizan la glucosa y el oxígeno del sistema circulatorio para producir energía. Entregan el producto de desecho, dióxido de carbono, de vuelta a los glóbulos rojos y el dióxido de carbono se libera a la atmósfera a través de los pulmones.

Mientras que los sistemas digestivo, respiratorio y circulatorio juegan un papel importante en la respiración humana, la respiración a nivel celular tiene lugar dentro de las células y en el mitocondrias de las células. El proceso se puede dividir en tres pasos distintos:

• Glucólisis: La célula divide la molécula de glucosa en el citosol celular.
  
• Ciclo de Krebs (o ciclo del ácido cítrico): Una serie de reacciones cíclicas produce los donantes de electrones utilizados en el siguiente paso y tiene lugar en las mitocondrias.
• La cadena de transporte de electrones: La serie final de reacciones que utiliza oxígeno para producir moléculas de ATP tiene lugar en la membrana interna de las mitocondrias.

En la reacción de respiración celular general, cada molécula de glucosa produce 36 o 38 moléculas de ATP, dependiendo del tipo de celda. La respiración celular en humanos es un proceso continuo y requiere un suministro continuo de oxígeno. En ausencia de oxígeno, el proceso de respiración celular se detiene en la glucólisis.

El propósito de la respiración celular es producir moléculas de ATP a través del oxidación de glucosa.

Por ejemplo, la fórmula de respiración celular para la producción de 36 moléculas de ATP a partir de una molécula de glucosa es C₆H₁₂O₆ + 6O₂ = 6CO₂ + 6H₂Energía O + (36 moléculas de ATP). Las moléculas de ATP almacenan energía en sus tres enlaces del grupo fosfato.

La energía producida por la célula se almacena en el enlace del tercer grupo fosfato, que se agrega a las moléculas de ATP durante el proceso de respiración celular. Cuando se necesita la energía, el tercer enlace fosfato se rompe y se usa para reacciones químicas celulares. Un difosfato de adenosina (ADP) molécula queda con dos grupos fosfato.

Durante la respiración celular, la energía del proceso de oxidación se usa para cambiar la molécula de ADP nuevamente a ATP agregando un tercer grupo fosfato. La molécula de ATP vuelve a estar lista para romper este tercer enlace y liberar energía para que la utilice la célula.

En la glucólisis, una molécula de glucosa de seis carbonos se divide en dos partes para formar dos piruvato moléculas en una serie de reacciones. Después de que la molécula de glucosa ingresa a la célula, sus dos mitades de tres carbonos reciben cada una dos grupos fosfato en dos pasos separados.

Primero, dos moléculas de ATP fosforilato las dos mitades de la molécula de glucosa añadiendo un grupo fosfato a cada una. Luego, las enzimas agregan un grupo fosfato más a cada una de las mitades de la molécula de glucosa, lo que da como resultado dos mitades de moléculas de tres carbonos, cada una con dos grupos fosfato.

En dos series de reacciones finales y paralelas, las dos mitades fosforiladas de tres carbonos de la molécula de glucosa original pierden sus grupos fosfato para formar las dos moléculas de piruvato. La división final de la molécula de glucosa libera energía que se usa para agregar los grupos fosfato a las moléculas de ADP y formar ATP.

Cada mitad de la molécula de glucosa pierde sus dos grupos fosfato y produce la molécula de piruvato y dos moléculas de ATP.

La glucólisis tiene lugar en el citosol celular, pero el resto del proceso de respiración celular se mueve hacia el mitocondrias. La glucólisis no requiere oxígeno, pero una vez que el piruvato se ha trasladado a las mitocondrias, se requiere oxígeno para todos los pasos posteriores.

Las mitocondrias son las fábricas de energía que permiten que el oxígeno y el piruvato entren a través de su membrana externa y Luego, deje que los productos de reacción, dióxido de carbono y ATP, salgan de regreso a la celda y al sistema circulatorio. sistema.

La ciclo del ácido cítrico es una serie de reacciones químicas circulares que genera NADH y FADH₂ moléculas. Estos dos compuestos entran en el siguiente paso de la respiración celular, el cadena de transporte de electronesy donar los electrones iniciales utilizados en la cadena. El NAD resultante⁺ y los compuestos FAD vuelven al ciclo del ácido cítrico para volver a su NADH y FADH originales₂ formas y reciclado.

Cuando las moléculas de piruvato de tres carbonos entran en las mitocondrias, pierden una de sus moléculas de carbono para formar dióxido de carbono y un compuesto de dos carbonos. Este producto de reacción se oxida posteriormente y se une a coenzima A para formar dos acetil CoA moléculas. A lo largo del ciclo del ácido cítrico, los compuestos de carbono se unen a un compuesto de cuatro carbonos para producir un citrato de seis carbonos.

En una serie de reacciones, el citrato libera dos átomos de carbono como dióxido de carbono y produce 3 NADH, 1 ATP y 1 FADH.₂ moléculas. Al final del proceso, el ciclo reconstituye el compuesto original de cuatro carbonos y comienza de nuevo. Las reacciones tienen lugar en el interior de la mitocondria, y el NADH y FADH₂ luego, las moléculas participan en la cadena de transporte de electrones en la membrana interna de las mitocondrias.

La cadena de transporte de electrones se compone de cuatro complejos proteicos ubicado en la membrana interna de las mitocondrias. NADH dona electrones al primer complejo proteico mientras que FADH₂ da sus electrones al segundo complejo proteico. Los complejos de proteínas pasan los electrones por la cadena de transporte en una serie de reducción-oxidación o redox reacciones.

La energía se libera durante cada etapa redox, y cada complejo de proteínas la usa para bombear protones a través de la membrana mitocondrial hacia el espacio entre membranas entre las membranas interna y externa. Los electrones pasan al cuarto y último complejo de proteínas, donde las moléculas de oxígeno actúan como aceptores de electrones finales. Dos átomos de hidrógeno se combinan con un átomo de oxígeno para formar moléculas de agua.

A medida que aumenta la concentración de protones fuera de la membrana interna, gradiente de energía se establece, tendiendo a atraer a los protones a través de la membrana hacia el lado que tiene la concentración de protones más baja. Una enzima de la membrana interna llamada ATP sintasa ofrece a los protones un pasaje de regreso a través de la membrana interna.

A medida que los protones pasan a través de la ATP sintasa, la enzima utiliza la energía de los protones para cambiar de ADP a ATP, almacenando la energía de los protones de la cadena de transporte de electrones en las moléculas de ATP.

Los complejos procesos biológicos y químicos que componen la respiración a nivel celular involucran enzimas, bombas de protones y proteínas que interactúan a nivel molecular de formas muy complicadas. Si bien las entradas de glucosa y oxígeno son sustancias simples, las enzimas y las proteínas no lo son.

Una descripción general de glucólisis, el ciclo de Krebs o ácido cítrico y la cadena de transferencia de electrones ayudan a demostrar cómo funciona la respiración celular en un nivel básico, pero el funcionamiento real de estas etapas es mucho más complejo.

Describir el proceso de respiración celular es más sencillo a nivel conceptual. El cuerpo absorbe nutrientes y oxígeno y distribuye la glucosa en los alimentos y el oxígeno a las células individuales según sea necesario. Las células oxidan las moléculas de glucosa para producir energía química, dióxido de carbono y agua.

La energía se usa para agregar un tercer grupo fosfato a una molécula de ADP para formar ATP, y el dióxido de carbono se elimina a través de los pulmones. La energía de ATP del tercer enlace fosfato se utiliza para impulsar otras funciones celulares. Así es como la respiración celular forma la base de todas las demás actividades humanas.