Los organismos vivos forman una cadena energética en la que las plantas producen alimentos que los animales y otros organismos utilizan para obtener energía. El principal proceso que produce los alimentos es fotosíntesis en las plantas y el método principal para convertir los alimentos en energía es la respiración celular.
TL; DR (demasiado largo; No leí)
La molécula de transferencia de energía utilizada por las células es ATP. El proceso de respiración celular convierte la molécula ADP en ATP, donde se almacena la energía. Esto tiene lugar a través del proceso de glucólisis de tres etapas, el ciclo del ácido cítrico y la cadena de transporte de electrones. La respiración celular divide y oxida la glucosa para formar moléculas de ATP.
Durante la fotosíntesis, las plantas capturan energía luminosa y la utilizan para impulsar reacciones químicas en las células vegetales. La energía de la luz permite que las plantas combinen el carbono del dióxido de carbono del aire con el hidrógeno y el oxígeno del agua para formar glucosa.
En respiración celular, organismos como los animales comen alimentos que contienen glucosa y descomponen la glucosa en energía, dióxido de carbono y agua. El dióxido de carbono y el agua se expulsan del organismo y la energía se almacena en una molécula llamada trifosfato de adenosina o ATP. La molécula de transferencia de energía utilizada por las células es el ATP y proporciona la energía para todas las demás actividades de las células y los organismos.
Los tipos de células que utilizan glucosa para obtener energía
Los organismos vivos son unicelulares procariotas o eucariotas, que puede ser unicelular o multicelular. La principal diferencia entre los dos es que los procariotas tienen una estructura celular simple sin núcleo ni orgánulos celulares. Los eucariotas siempre tienen un núcleo y procesos celulares más complicados.
Los organismos unicelulares de ambos tipos pueden utilizar varios métodos para producir energía y muchos utilizan también la respiración celular. Las plantas y los animales avanzados son todos eucariotas y utilizan la respiración celular casi exclusivamente. Las plantas usan la fotosíntesis para capturar la energía del sol, pero luego almacenan la mayor parte de esa energía en forma de glucosa.
Tanto las plantas como los animales utilizan la glucosa producida a partir de la fotosíntesis como fuente de energía.
La respiración celular permite que los organismos capturen la energía de la glucosa
La fotosíntesis produce glucosa, pero la glucosa es solo una forma de almacenar energía química y las células no pueden utilizarla directamente. El proceso de fotosíntesis general se puede resumir en la siguiente fórmula:
6CO2 + 12H2O + energía luminosa → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
Las plantas usan la fotosíntesis para convertir energia luminosa en energía química y almacenan la energía química en glucosa. Se necesita un segundo proceso para hacer uso de la energía almacenada.
La respiración celular convierte la energía química almacenada en la glucosa en energía química almacenada en la molécula de ATP. Todas las células utilizan el ATP para impulsar su metabolismo y sus actividades. Las células musculares se encuentran entre los tipos de células que utilizan la glucosa como energía, pero primero la convierten en ATP.
La reacción química general para la respiración celular es la siguiente:
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2Moléculas de O + ATP
Las células descomponen la glucosa en dióxido de carbono y agua mientras producen energía que almacenan en moléculas de ATP. Luego utilizan la energía ATP para actividades como la contracción muscular. El proceso completo de respiración celular ha tres etapas.
La respiración celular comienza dividiendo la glucosa en dos partes
La glucosa es un carbohidrato con seis átomos de carbono. Durante la primera etapa del proceso de respiración celular llamado glucólisis, la célula rompe las moléculas de glucosa en dos moléculas de piruvato o moléculas de tres carbonos. Para iniciar el proceso se necesita energía, por lo que se utilizan dos moléculas de ATP de las reservas de la célula.
Al final del proceso, cuando se crean las dos moléculas de piruvato, la energía se libera y se almacena en cuatro moléculas de ATP. La glucólisis utiliza dos moléculas de ATP y produce cuatro por cada molécula de glucosa procesada. La ganancia neta es de dos moléculas de ATP.
¿Cuál de los orgánulos de una célula libera la energía almacenada en los alimentos?
La glucólisis comienza en el citoplasma celular, pero el proceso de respiración celular tiene lugar principalmente en el mitocondrias. Los tipos de células que utilizan la glucosa para obtener energía incluyen casi todas las células del cuerpo humano, con la excepción de las células altamente especializadas, como las células sanguíneas.
Las mitocondrias son pequeños orgánulos unidos a la membrana y son las fábricas de células que producen ATP. Tienen una membrana exterior lisa y un pliegue muy alto. membrana interna donde tienen lugar las reacciones de respiración celular.
Las reacciones primero tienen lugar dentro de las mitocondrias para producir un gradiente de energía a través de la membrana interna. Las reacciones posteriores que involucran la membrana producen la energía utilizada para crear moléculas de ATP.
El ciclo del ácido cítrico produce enzimas para la respiración celular
El piruvato producido por la glucólisis no es el producto final de la respiración celular. Una segunda etapa procesa las dos moléculas de piruvato en otra sustancia intermedia llamada acetil CoA. El acetil CoA entra en el ciclo del ácido cítrico y los átomos de carbono de la molécula de glucosa original se convierten completamente en CO2. La ácido cítrico La raíz se recicla y se une a una nueva molécula de acetil CoA para repetir el proceso.
La oxidación de los átomos de carbono produce dos moléculas más de ATP y convierte las enzimas NAD+ y FAD para NADH y FADH2. Las enzimas convertidas se utilizan en la tercera y última etapa de la respiración celular, donde actúan como donantes de electrones para la cadena de transporte de electrones.
Las moléculas de ATP capturan parte de la energía producida, pero la mayor parte de la energía química permanece en las moléculas de NADH. Las reacciones del ciclo del ácido cítrico tienen lugar dentro de las mitocondrias.
La cadena de transporte de electrones captura la mayor parte de la energía de la respiración celular
La cadena de transporte de electrones (ETC) está formado por una serie de compuestos ubicados en la membrana interna de las mitocondrias. Utiliza electrones del NADH y FADH2 enzimas producidas por el ciclo del ácido cítrico para bombear protones a través de la membrana.
En una cadena de reacciones, los electrones de alta energía de NADH y FADH2 se transmiten por la serie de compuestos ETC y cada paso conduce a un estado de energía de electrones más bajo y los protones se bombean a través de la membrana.
Al final de las reacciones ETC, las moléculas de oxígeno aceptan los electrones y forman moléculas de agua. La energía electrónica que proviene originalmente de la división y oxidación de la molécula de glucosa se ha convertido en un gradiente de energía de protones a través de la membrana interna de las mitocondrias.
Debido a que existe un desequilibrio de protones a través de la membrana interna, los protones experimentan una fuerza para difundirse nuevamente hacia el interior de las mitocondrias. Una enzima llamada ATP sintasa está incrustado en la membrana y crea una abertura, lo que permite que los protones retrocedan a través de la membrana.
Cuando los protones pasan a través de la abertura de la ATP sintasa, la enzima utiliza la energía de los protones para crear moléculas de ATP. La mayor parte de la energía de la respiración celular se captura en esta etapa y se almacena en 32 moléculas de ATP.
La molécula de ATP almacena energía de respiración celular en sus enlaces de fosfato
El ATP es una sustancia química orgánica compleja con una base de adenina y tres grupos fosfato. La energía se almacena en los enlaces que contienen los grupos fosfato. Cuando una célula necesita energía, rompe uno de los enlaces de los grupos fosfato y utiliza la energía química para crear nuevos enlaces en otras sustancias celulares. La molécula de ATP se convierte en difosfato de adenosina o ADP.
En la respiración celular, la energía liberada se usa para agregar un grupo fosfato al ADP. La adición del grupo fosfato captura la energía de la glucólisis, el ciclo del ácido cítrico y la gran cantidad de energía del ETC. Las moléculas de ATP resultantes pueden ser utilizadas por el organismo para actividades como el movimiento, la búsqueda de alimento y la reproducción.