Bioenergética Celular: Procesos Clave de Obtención de Energía y sus Reguladores

Metabolismo Celular: Respiración y Fermentación

Células Eucariotas y Anaerobiosis

La primera afirmación no es del todo precisa, pero la segunda sí. Veamos:

Una célula eucariota puede, en condiciones de anaerobiosis, llevar a cabo procesos fermentativos (como la fermentación láctica). Un claro ejemplo es la formación de ácido láctico en células musculares durante el ejercicio intenso. Sin embargo, es crucial recordar que estas mismas células, en condiciones aeróbicas normales, sí disponen de una cadena respiratoria funcional.

Por otro lado, si se trata de un proceso oxidativo anaerobio como la fermentación, nunca hay una cadena respiratoria involucrada, independientemente de si la célula es procariota o eucariota. La fermentación es un proceso de obtención de energía sin oxígeno y sin cadena de transporte de electrones.

Producción de CO2 en Vías Metabólicas

Consideremos una célula muscular que metaboliza 200 moléculas de glucosa:

• En la vía aerobia (respiración celular): Cada molécula de glucosa (C6H12O6) se oxida completamente a 6 moléculas de CO2. Por lo tanto, 200 moléculas de glucosa producirán un total de 6 x 200 = 1.200 moléculas de CO2.
• En la vía anaerobia (fermentación láctica): No se genera ninguna molécula de CO2, ya que toda la glucosa es convertida en ácido láctico.

Impacto de la Ausencia de Mitocondrias en la Oxidación de Glucosa

Si un organismo careciera de mitocondrias:

Sí, se podría realizar la oxidación parcial de la glucosa. La degradación de la glucosa se produce en fases diferentes:

• La glucólisis, que ocurre en el citoplasma, tiene un bajo rendimiento energético (2 ATP netos y 2 NADH).
• La cadena transportadora de electrones, que ocurre en las mitocondrias, es la fase de alto rendimiento energético.

Por lo tanto, el rendimiento energético total sería significativamente menor, ya que al no tener mitocondrias, la glucosa no podría oxidarse completamente a CO2 y H2O, y la mayor parte del ATP no se produciría.

Efectos de la Inhibición de la Cadena de Transporte de Electrones

Si se inhibe la cadena de transporte de electrones:

• La difusión simple y la difusión facilitada no se verían afectadas directamente, ya que estos procesos de transporte pasivo no requieren energía metabólica (ATP).
• El transporte activo, sin embargo, no se llevaría a cabo, puesto que depende directamente del ATP como fuente de energía.
• Adicionalmente, una elevación significativa de la temperatura desnaturalizaría las proteínas transportadoras, afectando tanto al transporte activo como a la difusión facilitada (que también utiliza proteínas).

Inhibidores de la Cadena de Transporte de Electrones: Rotenona

La rotenona es un potente inhibidor de la cadena de transporte de electrones. Su actividad es imprescindible para la producción de ATP en la mitocondria. Por esta razón, los organismos como los peces mueren al no poder fabricar el ATP necesario para sus funciones vitales.

Inhibidores de la Cadena de Transporte de Electrones: Cianuro

El cianuro actúa como un inhibidor reversible de la cadena de transporte electrónico. Al interrumpir esta cadena en la mitocondria, la célula se queda sin energía (ATP) y, consecuentemente, muere.

Inhibidores de la Cadena de Transporte de Electrones: Monóxido de Carbono (CO)

El monóxido de carbono (CO) es otro potente inhibidor. Sus efectos son:

• El consumo de oxígeno (O2) cesaría, ya que al bloquearse la cadena de transporte de electrones, la función del O2 como aceptor final de electrones desaparece.
• La producción de ATP asociada a la cadena de transporte electrónico también cesaría. Esto se debe a que, al inhibirse el transporte de electrones, se bloquearía la formación de la concentración contragradiente de iones H+ (gradiente de protones) y, por lo tanto, la síntesis de ATP por la ATP sintasa.

En consecuencia, las células con un aporte insuficiente de ATP no podrían desarrollar sus funciones vitales y morirían.

Metabolismo en un Recipiente Cerrado Herméticamente

En un recipiente cerrado herméticamente con levaduras (o células capaces de fermentar):

El mayor consumo de glucosa se debe a que la fermentación es un proceso metabólico mucho menos rentable energéticamente que la respiración celular. Inicialmente, mientras haya oxígeno disponible, las células realizarían respiración celular aerobia. Sin embargo, cuando el oxígeno se agota por completo, se produce un cambio metabólico hacia la fermentación alcohólica (en el caso de levaduras), que transcurre en ausencia de oxígeno.

Actividad Microbiana: Fermentación vs. Respiración Aerobia

La actividad microbiana se adapta a las condiciones ambientales:

• En zonas sin oxígeno (condiciones anaerobias), los microorganismos realizan fermentación.
• Mientras que en zonas con oxígeno (condiciones aerobias), llevan a cabo la respiración aerobia.

Es importante destacar que la respiración aerobia genera significativamente más energía (aproximadamente 30-32 ATP por molécula de glucosa) en comparación con la fermentación, que solo produce un rendimiento neto de 2 ATP por molécula de glucosa.