驴Cu谩l es la funci贸n de la respiraci贸n aer贸bica?

驴Cu谩l es la funci贸n de la respiraci贸n aer贸bica?

La respiraci贸n aer贸bica, un t茅rmino que a menudo se usa de manera intercambiable con "respiraci贸n celular", es una manera maravillosamente alta de que los seres vivos extraigan la energ铆a almacenada en los enlaces qu铆micos de los compuestos de carbono en presencia de ox铆geno, y utilizan esta energ铆a extra铆da para usarla en el metabolismo metab贸lico. procesos Los organismos eucariotas (es decir, animales, plantas y hongos) hacen uso de la respiraci贸n aer贸bica, principalmente gracias a la presencia de org谩nulos celulares llamados mitocondrias. unos pocos organismos procari贸ticos (es decir, bacterias) utilizan v铆as de respiraci贸n aer贸bica m谩s rudimentarias, pero en general, cuando ves "respiraci贸n aer贸bica", debes pensar en un "organismo eucari贸tico multicelular".

pero eso no es todo lo que deber铆a saltar en tu mente. lo que sigue le dice todo lo que necesita saber acerca de las v铆as qu铆micas b谩sicas de la respiraci贸n aer贸bica, por qu茅 es un conjunto tan esencial de reacciones y c贸mo comenz贸 todo a lo largo de la historia biol贸gica y geol贸gica.

El resumen qu铆mico de la respiraci贸n aer贸bica.

Todo metabolismo celular de nutrientes comienza con mol茅culas de glucosa. este az煤car de seis carbonos se puede derivar de los alimentos en las tres clases de macronutrientes (carbohidratos, prote铆nas y grasas), aunque la glucosa en s铆 misma es un carbohidrato simple. En presencia de ox铆geno, la glucosa se transforma y se descompone en una cadena de aproximadamente 20 reacciones para producir di贸xido de carbono, agua, calor y 36 o 38 mol茅culas de trifosfato de adenosina (atp), la mol茅cula m谩s utilizada por las c茅lulas en todo el mundo. Las cosas como fuente directa de combustible. la variaci贸n en la cantidad de atp producida por la respiraci贸n aer贸bica refleja el hecho de que las c茅lulas de las plantas a veces extraen 38 atp de una mol茅cula de glucosa, mientras que las c茅lulas animales generan 36 atp por mol茅cula de glucosa. este atp proviene de la combinaci贸n de mol茅culas de fosfato libres (p) y difosfato de adenosina (adp),

La reacci贸n qu铆mica completa que describe la respiraci贸n aer贸bica es:

c 6 h 12 o 6 + 36 (o 38) adp + 36 (o 38) p + 6o 2 鈫 6co 2 + 6h 2 o + 420 kcal + 36 (o 38) atp.

mientras que la reacci贸n en s铆 misma parece bastante clara en esta forma, contradice la multitud de pasos que se requieren para pasar del lado izquierdo de la ecuaci贸n (los reactivos) al lado derecho (los productos, incluidas 420 kilocalor铆as de calor liberado ). Por convenci贸n, la colecci贸n completa de reacciones se divide en tres partes seg煤n d贸nde se produzca cada una: gluc贸lisis (citoplasma), ciclo de krebs (matriz mitocondrial) y cadena de transporte de electrones (membrana mitocondrial interna). antes de explorar estos procesos en detalle, sin embargo, es conveniente observar c贸mo comenz贸 la respiraci贸n aer贸bica en la Tierra.

Los or铆genes o la respiraci贸n aer贸bica de la tierra.

La funci贸n de la respiraci贸n aer贸bica es suministrar combustible para la reparaci贸n, el crecimiento y el mantenimiento de las c茅lulas y los tejidos. esta es una forma un tanto formal de notar que la respiraci贸n aer贸bica mantiene vivos a los organismos eucari贸ticos. Puede pasar muchos d铆as sin comer y al menos algunos sin agua en la mayor铆a de los casos, pero solo unos minutos sin ox铆geno.

El ox铆geno (o) se encuentra en el aire normal en su forma diat贸mica, o 2 . este elemento se descubri贸, en cierto sentido, en la d茅cada de 1600, cuando se hizo evidente para los cient铆ficos que el aire conten铆a un elemento vital para la supervivencia de los animales, uno que podr铆a agotarse en un entorno cerrado por las llamas o, a largo plazo, por respiraci贸n.

el ox铆geno constituye aproximadamente una quinta parte de la mezcla de gases que inhala. Pero no siempre fue as铆 en la historia de 4.500 millones de a帽os del planeta, y el cambio en la cantidad de ox铆geno en la atm贸sfera de la Tierra a lo largo del tiempo ha sido previsible Profundos efectos sobre la evoluci贸n biol贸gica. para la primera mitad de la vida actual del planeta, no hab铆a ox铆geno en el aire. Hace 1.700 millones de a帽os, la atm贸sfera consist铆a en 4 por ciento de ox铆geno y hab铆an aparecido organismos unicelulares. hace 0.7 billones de a帽os, o 2 compon铆an entre el 10 y el 20 por ciento del aire, y hab铆an surgido organismos multicelulares m谩s grandes. desde hace 300 millones de a帽os, el contenido de ox铆geno se hab铆a elevado a 35 por ciento del aire, y en consecuencia, los dinosaurios y otros animales muy grandes eran la norma. M谩s tarde, la cuota de aire en poder de2 cayeron al 15 por ciento hasta que se elev贸 nuevamente a donde est谩 hoy.

Est谩 claro que al rastrear este patr贸n solo, parece ser extremadamente cient铆ficamente probable que la funci贸n final del ox铆geno sea hacer que los animales crezcan grandes.

La gluc贸lisis: un punto de partida universal.

Las 10 reacciones de la gluc贸lisis no requieren ox铆geno para proceder, y la gluc贸lisis se produce en cierta medida en todos los seres vivos, tanto procariotas como eucariotas. pero la gluc贸lisis es un precursor necesario para las reacciones aer贸bicas espec铆ficas de la respiraci贸n celular, y normalmente se describe junto con 茅stas.

Una vez que la glucosa, una mol茅cula de seis carbonos con una estructura de anillo hexagonal, ingresa al citoplasma de la c茅lula, se fosforila inmediatamente, lo que significa que tiene un grupo fosfato unido a uno de sus carbonos. esto atrapa efectivamente la mol茅cula de glucosa dentro de la c茅lula d谩ndole una carga neta negativa. la mol茅cula luego se reorganiza en fructosa fosforilada, sin p茅rdida o ganancia de 谩tomos, antes de que se agregue otro fosfato a la mol茅cula. esto desestabiliza la mol茅cula, que luego se fragmenta en un par de compuestos de tres carbonos, cada uno de ellos con su propio fosfato unido. uno de estos se transforma en el otro, y luego, en una serie de pasos, las dos mol茅culas de tres carbonos entregan sus fosfatos a mol茅culas de adp (difosfato de adenosina) para producir 2 atp.

el ciclo de krebs

El piruvato, en presencia de ox铆geno, se desplaza a la matriz (piense en "medio") de los org谩nulos celulares llamados mitocondrias y se convierte en un compuesto de dos carbonos, llamado acetil coenzima a (acetil coa). En el proceso, una mol茅cula de di贸xido de carbono (co 2 ). en el proceso, una mol茅cula de nad + (un llamado portador de electrones de alta energ铆a) se convierte en nadh.

El ciclo de Krebs, tambi茅n llamado ciclo del 谩cido c铆trico o ciclo del 谩cido tricarbox铆lico, se conoce como un ciclo en lugar de una reacci贸n porque uno de sus productos, la oxaloacetato de la mol茅cula de cuatro carbonos, vuelve a entrar en el inicio del ciclo mediante la combinaci贸n de Una mol茅cula de acetil coa. esto resulta en una mol茅cula de seis carbonos llamada citrato. esta mol茅cula es manipulada por una serie de enzimas en un compuesto de cinco carbonos llamado alfa-cetoglutarato, que luego pierde otro carbono para producir succinato. cada vez que se pierde un carbono, est谩 en forma de co 2 , y debido a que estas reacciones son energ茅ticamente favorables, cada p茅rdida de di贸xido de carbono se acompa帽a de la conversi贸n de otro nad + a nad. La formaci贸n de succinato tambi茅n crea una mol茅cula de atp.

el succinato se convierte en fumarato, generando una mol茅cula de fadh 2 a partir de fad 2+ (un portador de electrones similar a nad + en la funci贸n). esto se convierte en malato, produciendo otro nadh, que luego se transforma en oxaloacetato.

Si mantienes una puntuaci贸n, puedes contar 3 nadh, 1 fadh 2 y 1 atp por turno del ciclo de krebs. pero tenga en cuenta que cada mol茅cula de glucosa suministra dos mol茅culas de acetil coa para ingresar al ciclo, por lo que el n煤mero total de estas mol茅culas sintetizadas es 6 nadh, 2 fadh 2 y 2 atp. por lo tanto, el ciclo de Krebs no genera mucha energ铆a directamente (solo 2 atp por mol茅cula de glucosa suministrada corriente arriba) y tampoco se necesita ox铆geno. pero el nadh y el fadh 2 son cr铆ticos para los pasos de fosforilaci贸n oxidativa en la siguiente serie de reacciones, llamadas colectivamente la cadena de transporte de electrones.

la cadena de transporte de electrones

las diversas mol茅culas de nadh y fadh 2 creadas en los pasos anteriores de la respiraci贸n celular est谩n listas para ser utilizadas en la cadena de transporte de electrones, que se produce en los pliegues de la membrana mitocondrial interna llamadas crestas. En resumen, los electrones de alta energ铆a unidos a nad + y fad 2+ se utilizan para crear un gradiente de protones a trav茅s de la membrana. esto solo significa que hay una mayor concentraci贸n de protones (h +iones) en un lado de la membrana que en el otro lado, creando un 铆mpetu para que estos iones fluyan desde 谩reas de mayor concentraci贸n de protones a 谩reas de menor concentraci贸n de protones. de esta manera, los protones se comportan de manera poco diferente que, digamos, el agua que "quiere" moverse desde un 谩rea de mayor elevaci贸n a un 谩rea de menor concentraci贸n, aqu铆, bajo la influencia de la gravedad en lugar del llamado gradiente quimiosm贸tico observado en el cadena de transporte de electrones.

como una turbina en una planta hidroel茅ctrica que aprovecha la energ铆a del agua que fluye para trabajar en otro lugar (en ese caso, genera electricidad), parte de la energ铆a establecida por el gradiente de protones a trav茅s de la membrana se captura para unir grupos de fosfato libres (p) a adp mol茅culas para generar atp, un proceso llamado fosforilaci贸n (y en este caso, fosforilaci贸n oxidativa). de hecho, esto sucede una y otra vez en la cadena de transporte de electrones, hasta que todos los nadh y fadh 2de la gluc贸lisis y el ciclo de Krebs, se utilizan aproximadamente 10 de los primeros y dos de los 煤ltimos. esto resulta en la creaci贸n de aproximadamente 34 mol茅culas de atp por mol茅cula de glucosa. ya que la gluc贸lisis y los ciclos de Krebs producen 2 atp por mol茅cula de glucosa, la cantidad total de energ铆a liberada, al menos en condiciones ideales, es de 34 + 2 + 2 = 38 atp.

hay tres puntos diferentes en la cadena de transporte de electrones en los que los protones pueden cruzar la membrana mitocondrial interna para ingresar al espacio entre esta 煤ltima y la membrana mitocondrial externa, y cuatro complejos moleculares distintos (numerados i, ii, iii y iv) que forman el Puntos de anclaje f铆sicos de la cadena.

la cadena de transporte de electrones requiere ox铆geno porque o 2 sirve como el aceptor de par de electrones final en la cadena. si no hay ox铆geno presente, las reacciones en la cadena cesan r谩pidamente porque cesa el flujo de electrones "corriente abajo"; no tienen a donde ir Entre las sustancias que pueden paralizar la cadena de transporte de electrones se encuentra el cianuro (cn - ). Es por esto que es posible que haya visto cianuro utilizado como un veneno mortal en programas de homicidios o pel铆culas de esp铆as; Cuando se administra en dosis suficientes, la respiraci贸n aer贸bica dentro del receptor se detiene y, con ella, la vida misma.

Fotos铆ntesis y respiraci贸n aer贸bica en plantas.

a menudo se asume que las plantas se someten a la fotos铆ntesis para generar ox铆geno a partir del di贸xido de carbono, mientras que los animales usan la respiraci贸n para generar di贸xido de carbono a partir del ox铆geno, lo que ayuda a preservar un equilibrio completo y complementario para todo el ecosistema. Si bien esto es cierto en la superficie, es enga帽oso, porque las plantas utilizan la fotos铆ntesis y la respiraci贸n aer贸bica.

Como las plantas no pueden comer, deben hacer, en lugar de ingerir, su alimento. Para esto es para lo que sirve la fotos铆ntesis, una serie de reacciones que tienen lugar en los org谩nulos que los animales carecen de cloroplastos. alimentado por la luz solar, el co 2 dentro de la c茅lula vegetal se ensambla en glucosa dentro de los cloroplastos en una serie de pasos que se asemejan a la cadena de transporte de electrones en las mitocondrias. La glucosa se libera del cloroplasto; la mayor铆a si se convierte en una parte estructural de la planta, pero algunos se someten a la gluc贸lisis y luego contin煤an con el resto de la respiraci贸n aer贸bica despu茅s de ingresar a las mitocondrias de las c茅lulas vegetales.



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