Respir Resp irac ació ión n necesita
celu ce lula larr (Por
y
ferm fe rmen enta taci ción: ón: Ernesto
A.
Ener En ergí gía a
se
Martínez)
Habitualmente, al hablar de respiración se hace referencia a la inhalación de aire, formado principalmente por nitrógeno y oxígeno, y a la exhalación de dióxido de carbono y vapor de agua. Sin embargo, este intercambio es sólo la parte "visible" del proceso, ya que otra, menos popular pero tan fundamental como aquella, es la que ocurre dentro de las propias células, razón por la que se la denomina respiración celular. La respiración celular consiste en la oxidación de sustancias provenientes de los alimentos, como los hidratos de carbono, grasas y, en menor proporción, proteínas, y la liberación de energía, dióxido de carbono y agua. Mientras que la fotosíntesis es un proceso por el cual, a partir de agua y dióxido de carbono y por la acción de la luz solar, se forman azúcares como la glucosa, en la respiración celular, por el contrario, la glucosa, en presencia de oxígeno, se descompone y da como producto agua y dióxido de carbono, liberando energía. Por lo general, la materia prima de la respiración celular son los azúcares cuyas moléculas contienen seis átomos de carbono, como, por ejemplo, la glucosa, aunque en muchos casos también lo son los ácidos grasos y el glicerol producidos por la degradación de las grasas, así como com o los aminoácidos aminoácidos generados generados por la deg degrada radación ción de las proteínas proteínas cont contenid enidas as en los alimentos. La respiración celular permite la liberación y aprovechamiento de la energía contenida en los alimentos a partir de su degradación. Sin embargo, éstos pueden seguir otra vía dentro de la célula: en lugar de ser degrada degradados dos se utilizan como materia prima para la síntesis de sustancias más má s comp co mple leja jas s que qu e será se rán n el ma mate teri rial al de co cons nstr truc ucci ción ón de la las s célu cé lula las. s. El químico estadounidense Paul D. Boyer y su colega inglés John E. Walker, quienes investigaron y dilucidaron el mecanismo de la síntesis de ATP, ATP, obtuvieron por este motivo el Premio Nobel de Química en el año 1997. El premio f ue compartido con el bioquímico danés Jens C. Skou, quien descubrió la enzima que participa en el metabolismo del ATP y, por tanto, en la producción de energía en la célula. Las reacciones de síntesis, también llamadas anabólicas, requieren una provisión de energía para sostenerse y es ahí donde interviene el ATP –adenosin trifosfato– un compuesto que se obtiene en unas organelas citoplasmáticas, las mitocondrias. El ATP es un intermediario que cumple funciones de depósito y suministro de energía para las células. Téngase en cuenta, además, que si la energía de los nutrientes fuera emitida directamente en forma de calor calor,, cosa que efectivamente ocurriría si la célula en cuestión simplemente los oxidara, perdería energía e incluso podría destruirse por la elevada temperatura desarrollada. La gran mayoría de los seres vivos, procariotas y eucariotas, viven en medios en los cuales abunda el oxígeno, y obtienen energía de los nutrientes por medio de un tipo de respiración celular que, por realizarse en presencia de este gas, se denomina aeróbica. aeróbica. Como resultado del proceso proc eso se fabr fabrican ican moléculas moléculas de ATP, que cons constituy tituyen en las "mon "monedas edas energéticas" energéticas" que intervendrán en todas las reacciones químicas de las células y proveerán energía para llevar a cabo cada una de las funciones del organismo. La respiración celular a partir de la glucosa comprende varias etapas, que comienzan con la descomposición descomposició n de cada molécula de glucosa (glucólisis) en dos iones piruvato. Continúa con la formación de una enzima denominada acetilcoenzima A y el denominado ciclo del ácido cítrico (también llamado ciclo de Krebs), y finaliza en un proceso que ocurre en el interior de las mitocondrias, mitocondria s, conocido como quimiósmo quimiósmosis. sis. Como resultado final de todo este proceso se obtienen 38 moléculas de ATP por cada molécula de glucosa, un rendimiento energético que resu re sult lta a un po poco co ma mayo yorr qu que e el qu que e se ob obti tien ene e en un una a ce cent ntra rall te term rmoe oelé léct ctri rica ca..
La respiración en ausencia de oxígeno Cuando Cua ndo no hay oxígeno, oxígeno, en much muchas as formas de vida se deti detiene ene el meca mecanism nismo o celul celular ar de respiraci resp iración ón aeró aeróbica bica,, prov provocand ocando o su muer muerte; te; pero en otra otras, s, como en ciert ciertas as bact bacterias erias,, el proceso proc eso se real realiza iza por medi medio o de un meca mecanism nismo o al que los científicos científicos bau bautizar tizaron on como respiración anaeróbica. A diferencia de la respiración aeróbica, en la anaeróbica no existe un solo grupo de reacciones químicas que la describan, ni siempre se obtienen los mismos productos finales. En ella, el lugar que ocupa el oxigeno atmosférico es reemplazado por sustancias inorgánicas oxigenadas, oxigenadas, como los sulfatos y nitratos, en tanto que los productos formados, además del dióxido de carbono, suelen ser sustancias inorgánicas, en vez de agua. Fermentación Ciertos organismos y algunas células de determinados tejidos, adaptados a una respiración aeróbica, en ausencia de oxígeno desarrollan una forma menos eficiente de obtener energía conocida como fermentación. Existen diferentes tipos de fermentaciones, entre ellas la fermentación alcohólica y la láctica. En la primera, la glucosa, en ausencia de oxígeno, se transforma en dióxido de carbono y un alcohol, el etanol. Parte de la energía contenida en la glucosa se utiliza para sintetizar ATP, el que puede entonces ser usado por el organismo para cumplir con sus diferentes funciones. Entre los orga organism nismos os capa capaces ces de real realizar izar la ferme fermentac ntación ión alco alcohólic hólica a se encue encuentra ntran n las levaduras, las mismas que se utilizan para la fabricación del pan, del vino y de la cerveza. Las levadura leva duras s son hongos unicelulares unicelulares que tiene tienen n una particularid particularidad: ad: pueden vivir con o sin oxígeno. Si hay suficiente oxígeno, van a obtener energía mediante la respiración aeróbica. Si, por el contrario, contrario, el oxíg oxígeno eno es escas escaso, o, pasan a reali realizar zar el proc proceso eso de la fermentación fermentación alcohólica. En la elaboración del vino se aprovecha el etanol que resulta de la fermentación alcohólica mientras que se deja "escapar" al dióxido de carbono. Por el contrario, en la elaboración del pan se aprovecha el dióxido de carbono que se acumula en la masa y hace que se hinche, mientras que el alcohol se evapora durante la cocción. Algunas bacterias, en condiciones anaeróbicas transforman la glucosa en ácido láctico. Este proceso recibe el nombre de fermentación láctica. La capacidad de ciertos microorganismos de producir ácido láctico es aprovechada por el hombre para la elaboración de queso y yogurt. También la fermentación láctica es un proceso llevado a cabo por algunas células animales cuando cuan do la cant cantidad idad de oxíg oxígeno eno es escas escaso. o. Por ejemp ejemplo, lo, suele producirse producirse en las célu células las musculares de los vertebrados durante un ejercicio intenso y repentino, cuando la distribución de oxígeno por medio de la sangre no aumenta lo suficiente como para mantener la respiración aeróbica. En ese caso, las células obtienen energía en ausencia de oxígeno por medio de la fermentaci ferme ntación ón láct láctica. ica. Esto prov provoca oca la acum acumulac ulación ión musc muscular ular de ácid ácido o lácti láctico co que puede manifiestarse mediante la aparición de calambres y de fatiga muscular. Aunque la fermentación no genera tanta energía como la respiración aeróbica, constituye un soporte adecuado para la vida de muchos organismos. El hecho de que estos procesos se vean ineficientes comparados con los procesos aeróbicos hace que sus productos terminales sean muy energéticos y que, como en el caso del etanol, puedan ser utilizados como combustible para automóviles.
