¿Cuál es el papel de la glucosa en la respiración celular?

La vida en la tierra es extraordinariamente diversa, desde las bacterias más pequeñas que viven en respiraderos térmicos hasta los majestuosos elefantes de varias toneladas que tienen su hogar en Asia. pero todos los organismos (los seres vivos) tienen una serie de características básicas en común, entre ellas la necesidad de moléculas de las que derivar energía. El proceso de extracción de energía de fuentes externas para el crecimiento, reparación, mantenimiento y reproducción se conoce como metabolismo .

todos los organismos constan de al menos una célula (su propio cuerpo incluye billones), que es la entidad irreductible más pequeña que incluye todas las propiedades atribuidas a la vida usando definiciones convencionales. el metabolismo es una de esas propiedades, al igual que la capacidad de replicarse o reproducirse de otra manera. Cada célula del planeta puede y usa la glucosa , sin la cual la vida en la Tierra nunca habría surgido o se vería muy diferente.

La glucosa tiene la fórmula c ₆ h ₁₂ o ₆ , lo que le da a la molécula una masa molecular de 180 gramos por mol. (Todos los carbohidratos tienen la fórmula general c _n h _2n o _n ). Esto hace que la glucosa tenga aproximadamente el mismo tamaño que los aminoácidos más grandes.

La glucosa en la naturaleza existe como un anillo de seis átomos, representado como hexagonal en la mayoría de los textos. cinco de los átomos de carbono están incluidos en el anillo junto con uno de los átomos de oxígeno, mientras que el sexto átomo de carbono es parte de un grupo hidroximetilo (-ch ₂ oh) unido a uno de los otros carbonos.

Los aminoácidos, como la glucosa, son monómeros prominentes en bioquímica. Así como el glucógeno se ensambla a partir de largas cadenas de glucosa, las proteínas se sintetizan a partir de largas cadenas de aminoácidos. Si bien hay 20 aminoácidos distintos con numerosas características en común, la glucosa se presenta en una sola forma molecular. por lo tanto, la composición del glucógeno es esencialmente invariante, mientras que las proteínas varían mucho de una a otra.

El metabolismo de la glucosa para producir energía en forma de trifosfato de adenosina (atp) y co ₂ (dióxido de carbono, un producto de desecho en esta ecuación) se conoce como respiración celular . La primera de las tres etapas básicas de la respiración celular es la glucólisis , una serie de 10 reacciones que no requieren oxígeno, mientras que las dos últimas etapas son el ciclo de Krebs (también conocido como ciclo del ácido cítrico ) y la cadena de transporte de electrones , que sí lo hacen. requiere oxigeno En conjunto, estas dos últimas etapas se conocen como respiración aeróbica .

La respiración celular ocurre casi por completo en eucariotas (animales, plantas y hongos). los procariotas (los dominios en su mayoría unicelulares que incluyen bacterias y arqueas) derivan energía de la glucosa, pero casi siempre de la glucólisis sola. la implicación es que las células procarióticas pueden generar solo alrededor de una décima parte de la energía por molécula de glucosa que las células eucariotas, como se detalla más adelante.

La "respiración celular" y la "respiración aeróbica" a menudo se usan indistintamente cuando se analiza el metabolismo de las células eucarióticas. se entiende que la glucólisis, aunque es un proceso anaeróbico, casi invariablemente pasa a los dos últimos pasos de la respiración celular. independientemente, para resumir el papel de la glucosa en la respiración celular: sin ella, la respiración se detiene y sigue la pérdida de vidas.

Las enzimas son proteínas globulares que actúan como catalizadores en reacciones químicas. esto significa que estas moléculas ayudan a acelerar las reacciones que de otra manera seguirían sin las enzimas, pero mucho más lentamente, a veces por un factor de más de mil. cuando las enzimas actúan, no se cambian ellas mismas al final de la reacción, mientras que las moléculas sobre las que actúan, llamadas sustratos, se modifican por diseño, con reactivos como la glucosa transformada en productos como el co ₂ .

La glucosa y el ATP tienen cierta similitud química entre sí, pero el uso de la energía almacenada en los enlaces de la molécula anterior para potenciar la síntesis de esta última molécula requiere considerables acrobacias bioquímicas en toda la célula. casi todas las reacciones celulares son catalizadas por una enzima específica, y la mayoría de las enzimas son específicas para una reacción y sus sustratos. La glucólisis, el ciclo de Krebs y la cadena de transporte de electrones, combinados, presentan cerca de dos docenas de reacciones y enzimas.

Cuando la glucosa ingresa a la célula por difusión a través de la membrana plasmática, se une inmediatamente a un grupo fosfato (p) o se fosforila . esto atrapa la glucosa en la célula debido a la carga negativa de la p. Esta reacción, que produce glucosa-6-fosfato (g6p), ocurre bajo la influencia de la enzima hexocinasa . (la mayoría de las enzimas terminan en "-ase", por lo que es bastante fácil saber cuándo se trata de una en el mundo de la biología).

a partir de ahí, g6p se reordena en un tipo fosforilado de la fructosa de azúcar , y luego se agrega otra p. Poco después, la molécula de seis carbonos se divide en dos moléculas de tres carbonos, cada una con un grupo fosfato; estos pronto se organizan en la misma sustancia, gliceraldehído-3-fosfato (g-3-p).

cada molécula de g-3-p pasa a través de una serie de pasos de reordenamiento para ser convertido en el molocule de tres carbonos piruvato , produciendo dos moléculas de ATP y una molécula del NADH portador de electrones de alta energía (reducido de nicotinamida adenina dinucleótido, o nad +) en el proceso.

la primera mitad de la glucólisis consume 2 atp en los pasos de fosforilación, mientras que la segunda mitad produce un total de 2 piruvato, 2 nadh y 4 atp. en términos de producción de energía directa, la glucólisis da como resultado 2 atp por molécula de glucosa . esto, para la mayoría de los procariotas, representa el techo efectivo de la utilización de la glucosa. en los eucariotas, el espectáculo de respiración de glucosa celular solo ha comenzado.

Las moléculas de piruvato luego se mueven desde el citoplasma de la célula hacia el interior de las orgánulas llamadas mitocondrias , que están encerradas por su propia membrana de plasma doble. aquí, el piruvato se divide en co ₂ y acetato (ch ₃ cooh-), y el acetato es tomado por un compuesto de la clase de vitamina b llamada coenzima a (coa) para convertirse en acetil coa , un importante intermediario de dos carbonos en Una gama de reacciones celulares.

Para entrar en el ciclo de Krebs, el acetil coa reacciona con el compuesto de oxaloacetato de cuatro carbonos para formar citrato . Debido a que el oxaloacetato es la última molécula creada en la reacción de Krebs así como un sustrato en la primera reacción, la serie obtiene la descripción de "ciclo". el ciclo incluye un total de ocho reacciones, que reducen el citrato de seis carbonos a una molécula de cinco carbonos y luego a una serie de intermediarios de cuatro carbonos antes de llegar nuevamente al oxaloacetato.

cada molécula de piruvato introducir los resultados ciclo de Krebs en la producción de dos más co ₂ , 1 atp, 3 NADH y una molécula de un transportador de electrones similar a NADH llamado dinucleótido de flavina adenina , o FADH ₂ .

• el ciclo de krebs solo puede continuar si la cadena de transporte de electrones está operando en sentido descendente para recoger el nadh y el fadh ₂ que genera. por lo tanto, si no hay oxígeno disponible para la célula, el ciclo de Krebs se detiene.

El nadh y fadh _{2 se} mueven hacia la membrana mitocondrial interna para este proceso. el papel de la cadena es la fosforilación oxidativa de las moléculas adp para convertirse en atp. Los átomos de hidrógeno de los portadores de electrones se utilizan para crear un gradiente electroquímico a través de la membrana mitocondrial. la energía de este gradiente, que se basa en el oxígeno para recibir los electrones en última instancia, se aprovecha para potenciar la síntesis atp.

Cada molécula de glucosa contribuye de 36 a 38 atp a través de la respiración celular: 2 en la glucólisis, 2 en el ciclo de Krebs y 32 a 34 (dependiendo de cómo se mida en el laboratorio) en la cadena de transporte de electrones.