Respiración Celular y Fotosíntesis: Fundamentos Bioquímicos
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Respiración Celular y Fotosíntesis
Respiración Celular
Respiración celular: Glucosa + oxígeno → dióxido de carbono + agua + ATP y calor.
Etapas de la Respiración Celular
Para este proceso se necesita una molécula inorgánica, el oxígeno.
Glucólisis: Se lleva a cabo en el citosol. En esta etapa, la glucosa (6C) se degrada en dos moléculas orgánicas de tres carbonos llamadas ácido pirúvico (3C). Además, se libera energía (se forma ATP) y se desprenden átomos de hidrógeno. El ácido pirúvico se dirige hacia la matriz mitocondrial.
Oxidación del ácido pirúvico y ciclo de Krebs: Se lleva a cabo en la matriz mitocondrial. El ácido pirúvico proveniente de la glucólisis se degrada nuevamente en una sustancia de dos carbonos llamada acetilo (2C), donde se libera hidrógeno y una molécula de dióxido de carbono. Luego, el acetilo (2C) se une con una sustancia llamada ácido oxalacético (4C) formando el ácido cítrico (6C). Este ácido de 6 carbonos libera dos moléculas de dióxido de carbono (que irán a la sangre), varios átomos de hidrógeno (que irían a la cresta mitocondrial) y energía (ATP), convirtiéndose nuevamente en el ácido de 4 carbonos.
Cadena respiratoria: Se lleva a cabo en la cresta mitocondrial. Los átomos de hidrógeno liberados en el Ciclo de Krebs se dirigen a los citocromos, que son un grupo de moléculas ubicadas de forma ordenada capaces de captar y ceder rápidamente los átomos, extrayendo la energía de sus electrones. En este pasaje se libera la mayor parte de la energía de la respiración celular (36 ATP). Como resultado final, los protones del hidrógeno se unen al oxígeno y se forma agua.
Fermentación
Se lleva a cabo en ausencia de oxígeno y es realizado por:
Microorganismos (levaduras y bacterias): Transforman el ácido pirúvico en alcohol etílico (etanol). Depende dióxido de carbono y se forman moléculas de ATP.
Glucosa → etanol + dióxido de carbono + ATP
Células musculares: Transforman el ácido pirúvico en ácido láctico.
Glucosa → ácido láctico + ATP
La finalidad de la fermentación es la degradación parcial de la glucosa para liberar energía (proceso catabólico). Se realiza a partir de la glucólisis (utilizan el ácido pirúvico).
Procesos Anabólicos
La célula ensambla materias primas para producir proteínas, lípidos, hidratos de carbono y otros componentes celulares a través del consumo de energía:
Organismos heterótrofos: Incorporan alimentos que contienen materia orgánica y energía química para sintetizar biomoléculas complejas.
Organismos autótrofos: Incorporan energía solar y materia inorgánica para realizar la fotosíntesis. Allí se sintetizan moléculas orgánicas (monosacáridos) a partir de los cuales se sintetizan biomoléculas complejas.
Fotosíntesis
Produce todo el oxígeno de la atmósfera. Genera materia orgánica (glucosa) a partir de materia inorgánica. Utiliza agua (raíces), dióxido de carbono (estromas) y luz solar (cloroplastos).
Etapas de la Fotosíntesis
Fase Lumínica: Ocurre en los granas o tilacoides (membrana interna de los cloroplastos) en presencia de luz. La clorofila absorbe energía lumínica, libera electrones que pasan por una cadena de transporte liberando energía química y vuelven a la clorofila. Como resultado, el agua ingresada por las raíces se oxida, liberando oxígeno a la atmósfera e hidrógeno a la matriz.
Fase Oscura: Ocurre en la matriz o estromas. El dióxido de carbono ingresado se une a la Ribulosa (molécula de 5C) y forma un azúcar inestable de 6C. Esto se desarma y junto con los átomos de hidrógeno liberados en la etapa lumínica origina dos compuestos de 3 carbonos llamado fosfogliceraldehído. Es el primer producto orgánico estable de la fotosíntesis a partir del cual se puede formar glucosa, otras moléculas orgánicas o reponer la ribulosa para reiniciar el ciclo.