Respiración celular y fotosíntesis: procesos, etapas y energía en los seres vivos

Respiración celular

La respiración celular degrada carbohidratos para formar ATP. Requiere O₂ y emite CO₂ y H₂O. Es un proceso exotérmico (libera calor) y de oxidorreducción. La formación de ATP es endotérmica. Es un proceso mediante el cual las células eliminan energía en forma de ATP.

Con glucosa en presencia de O₂ y da H₂O, CO₂ y ATP.

NAD y FAD

El NAD (coenzima cíclica) es una coenzima redox. En lugar del NAD, se forma FADH₂ (2e^- y 2H⁺).

Etapas de la respiración celular

1. Glucólisis

Es citoplasmática, no requiere O₂ y es anaerobia. Produce 2 ATP y 2 NADH, y da como resultado G3P.

2. Reacción preparatoria

El piruvato se transforma en un grupo acetilo de 2C, que se une a una CoA y emite CO₂. Se producen 2 NADH.

3. Ciclo de Krebs

El grupo acetilo (2C) se une a un oxaloacetato (4C) formando ácido cítrico (C6). Luego:

• Ácido cítrico (C6) → NADH, CO₂ → α-cetoglutarato (C5)
• α-cetoglutarato (C5) → NADH, CO₂, ATP → succinato (C4)
• Succinato (C4) → FADH₂ → fumarato (C4)
• Fumarato (C4) → NADH → oxaloacetato (4 CO₂, 6 NADH, 2 FADH₂, 2 ATP en total)

4. Cadena transportadora de electrones

Ocurre en la cresta mitocondrial. Los electrones van por cada canal seguidos por los H⁺. El NADH cubre 3 canales y el FADH₂ va desde el 2.º. Los electrones sobrantes se unen con H⁺ y O₂ para dar H₂O.

• 1 NADH = 3 ATP
• 1 FADH₂ = 2 ATP
• Total: 34 ATP

Fermentación

Es un proceso anaerobio. El ácido pirúvico se reduce por el NADH a:

• Alcohólica: alcohol etílico y CO₂ (no requiere O₂)
• Láctica: ácido láctico (2 ATP)

En ambas, el NAD se reduce de nuevo a partir del ácido pirúvico o láctico.

Fotosíntesis

La fotosíntesis transforma la energía solar en energía química al formar carbohidratos. Los organismos fotosintéticos son autótrofos, porque fabrican su propio alimento; los heterótrofos deben consumirlo.

Recorrido de los materiales

• El agua es absorbida por la raíz, pasa al tallo y llega a la hoja.
• El CO₂ entra en la hoja por los estomas y llega al estroma del cloroplasto.
• CO₂ y H₂O se difunden en los cloroplastos.

Cloroplastos

Son los organelos donde se realiza la fotosíntesis. Tienen doble membrana, están llenos de estroma y contienen tilacoides agrupados en grana. La clorofila forma parte de la membrana tilacoidal y absorbe energía solar.

Pigmentos fotosintéticos

• Clorofila a y b: funcionan como pigmentos antena y absorben luz violeta, azul y roja.
• Carotenoides: absorben luz violeta, azul y verde.

Reacciones de la fotosíntesis

Fase luminosa

La clorofila absorbe energía solar y excita electrones que se mueven por la cadena de transporte de electrones. Se fija la energía y se utiliza para producir ATP. Los electrones excitados también son captados por el NADP⁺, que se convierte en NADPH.

Energía solar → energía química (ATP, NADPH).

Fase luminosa: vía no cíclica

• Produce NADPH.
• El flujo de electrones va del agua al NADP⁺.
• Usa fotosistemas formados por pigmentos (clorofila a, b y carotenoides) y moléculas receptoras de electrones en la membrana tilacoidal.

Fase luminosa: vía cíclica

• Produce ATP.

Ciclo de Calvin

Ocurre en el estroma. El CO₂ se une a la RuBP (C5), formando C6 que se divide en 2 C3. La enzima rubisco acelera esta reacción. El ciclo incluye:

• Fijación del CO₂
• Reducción del CO₂ (6 ATP, 6 NADPH)
• Regeneración de la RuBP (3 ATP)

El ATP y el NADPH de la fase luminosa proporcionan la energía para esta reducción. Después de formar el carbohidrato, ADP + P_i y NADP⁺ vuelven a la fase luminosa, y el ciclo se repite. Así, la energía química (ATP, NADPH) se convierte en energía química almacenada en carbohidratos.