Capitulo 6 B- Transformaciones energeticas respiracion celular

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Resumen de Biología – Cuadernillos Negros
Capítulo 10 – Transformaciones energéticas: respiración celular
La energía es necesaria para mantener la estructura organizada del cuerpo, para realizar distintos trabajos como desplazarse en búsqueda de alimento y de pareja, ingerir y digerir el alimento y adaptarse a los cambios ambientales. Se necesita energía para crecer. 
Aceptando que la energía no se crea ni se destruye, ésta proviene de la energía de los enlaces químicos de la celulosa y la lignina, compuestos orgánicos característicos de los vegetales. Al romperse las uniones la energía potencial contenida en ellos se libera en forma de energía luminosa y energía calórica. 
La degradación de un compuesto orgánico produciendo dióxido de carbono y agua y liberando energía recibe el nombre de combustión, la cual solo ocurre en presencia del oxigeno. 
El alimento y la energía en los seres vivos
La energía que posibilita la vida proviene de la combustión de las moléculas de alimento, proceso denominado respiración celular, el cual ocurre en el interior de cada celula. En las células eucariontes, se produce en las mitocondrias. Durante la respiración celular el alimento se “combustiona” produciendo CO2 y H2O, el cual es un proceso catabólico y exergónico.
La respiración celular es un proceso ordenado y regulado, catalizado por enzimas, en el que la energía se libera en etapas. Durante el mismo, no se libera luz. Parte de la energía contenida en el alimento es transformada en forma de calor y el resto (aprox. 40%) es captada y utilizada para formar ATP a partir de ADP + Pi.
La molecula de ATP contiene más energía que la molecula ADP, energía contenida entre el segundo y tercer fósforo.
En los animales existen sistemas de órganos que incorporan el alimento del medio externo y lo distribuyen a cada una de las células. El sistema digestivo es el encargado de digerirlo, el circulatorio lo distribuye. El respiratorio se encarga de tomar oxigeno del aire e incorporarlo al cuerpo, y el circulatorio lo distribuye. En las plantas, el alimento se distribuye a través de un tejido denominado floema.
Las mitocondrias
El proceso de respiración celular ocurre en las mitocondrias, organelas citoplasmáticas rodeadas por membranas. La forma de la mitocondria es variable y depende tanto del tipo celular como asi también del estado funcional, por lo general son filamentosas o granulosas, aunque a veces se las ve como vesículas o bastones. 
En general, se encuentran localizadas en regiones de las células donde la demanda energética es mayor, en algunas células están fijas como en los espermatozoides, las células musculares y las células grasas. En las neuronas son especialmente numerosas en los terminales del axón desde donde se secretan los neurotransmisores. 
A medida que las células crecen, las mitocondrias aumentan de tamaño y se multiplican de manera semejante a como lo hacen las bacterias. Cuando las células se dividen, las mitocondrias se distribuyen en cantidades aproximadamente iguales entre las células hijas. La cantidad de mitocondrias está relacionada con el tipo de celula y con sus requerimientos energéticos.
Las mitocondrias tienen ADN y toda la maquinaria necesaria para sintetizar proteínas. Sin embargo, la mayoría de las proteínas mitocondriales están codificadas en el ADN nuclear y se sintetizan en ribosomas que se encuentran en el citoplasma.
Poseen dos membranas que difieren en su composición química y propiedades: la membrana externa y la membrana interna. Están casi paralelas, pero la interna posee numerosos plegamientos (crestas) que aumentan considerablemente la superficie de la misma. Entre las dos membranas queda definido el espacio intermembrana. En el centro de la organela y limitado por las crestas mitocontriales, está la matriz mitocondrial, una cámara continua. 
La membrana externa posee una proporción de lípidos mayor que la membrana interna. Hay mayor concentración de colesterol y fosfatidilnositol. Es libremente permeable a los electrolitos, agua, sacarosa y moléculas de hasta 10000 Dalton.
La membrana interna tiene una mayor proporción de proteínas que de lípidos. Es muy poco permeable a iones y a protones. Entre las proteínas que componen esta membrana se encuentran los distintos aceptores (Citocromos) que intervienen en el transporte de electrones. En su cara interna encontramos algunas partículas proteicas llamadas partículas elementales o F1, asociadas con la síntesis de ATP.
La matriz mitocondrial es un gel denso con alta concentración de proteínas solubles que participan en el proceso de respiración celular y en la oxidación de ácidos grasos. También allí hay ribosomas del tipo procarionte y ADN circular. 
La respiración celular
La respiración celular es un proceso de óxido reducción
Es un proceso por el cual las moléculas orgánicas, especialmente glucosa, son degradadas a CO2 y H2O en presencia de O2.
C6H2O6 + 6 O2 6 CO2 + 12 H2O + ENERGÍA
Todo el proceso se divide en tres etapas. La primera, glicólisis, ocurre en el citoplasma y consiste en la ruptura de la molecula de glucosa en dos moléculas de 3 átomos de carbono. La segunda ocurre en la matriz mitocondrial, y se llama ciclo de Krebs (o del ácido cítrico o de los ácidos tricarboxílicos). La tercera es la cadena respiratoria que ocurre en la membrana mitocondrial interna. Además de la cadena se produce la fosforilación oxidativa, es decir la síntesis de ATP.
La glucólisis
Es la ruptura del “azúcar”. Un proceso catabólico constituido por nueve pasos enzimáticos en los cuales, una molecula de glucosa es oxidada hasta dos moléculas de acido pirúvico o pirúvico (3 carbonos), cada paso es catalizado por una enzima diferente, las nueve enzimas están en el citoplasma celular. 
El proceso es exergónico; parte de la energía es liberada en forma de calor mientras que otra parte es utilizada para la síntesis de ATP a partir de ADP y Pi. Finalmente se obtienen más moléculas de ATP que las que se utilizan para iniciar el proceso. 
Los electrones y protones que se producen durante esta primera oxidación de la glucosa pasan a reducir un compuesto denominado ácido nicotínadeníndinucleótido (NAD+), cuya forma reducida es NADH+H+. El NAD+ es una coenzima de las enzimas deshidrogenasas: los electrones liberados en la oxidación de la glucosa son transferidos al NAD+ quien en una etapa posterior los cede al O2.
El ciclo de Krebs
El acido pirúvico formado durante la glucólisis entra a la mitocondria atravesando libremente la membrana externa y también, por un mecanismo de simporte con protones, la membrana interna.
Allí, las moléculas de pirúvico sufren una decarboxilación oxidativa en la que interviene una enzima que tiene varios cofactores, uno de los cuales es la Coenzima A. El acido pirúvico se transforma en una molecula de acetilo (2 carbonos) activado, se desprende una molecula de CO2 y se reduce una molecula de NAD+.
Los acetilos se incorporan al ciclo de Krebs, que consiste en una serie de reacciones químicas al final de las cuales se regenera el compuesto inicial. Éste es un compuesto de 4 carbonos llamado ácido oxalacético. 
Cadena respiratoria y fosforilación oxidativa
Las moléculas de NADH+ H+ se oxidan cediendo sus electrones y protones a una serie de aceptores que se encuentran embebidos en las crestas de la membrana mitocondrial interna. Estos aceptores son secuencialmente: el complejo NADH deshidrogenasa, la ubiquinona, el complejo citocromo b-c1, el citocromo c y el complejo citocromo oxidasa. 
Cuando el NADH+ H+ cede sus electrones al complejo NADH deshidrogenasa, vuelve a su estado oxidado, mientras que el complejo se reduce. Luego, éste se oxida al ceder su s electrones al segundo aceptor de la cadena. Así, los electrones van pasando de un aceptor a otro hasta llegar al O2 quien se reduce y junto a los H+ del medio se convierte en H2O. 
Este proceso libera energía que se utiliza para formar ATP a partir de ADP + Pi.
El modelo quimiosmótico 
La energía liberada durante el pasaje de electrones através de la cadena de aceptores es utilizada para bombear protones hacia uno de los lados de una membrana esencialmente impermeable a ellos. 
A medida que los electrones fluyen desde el complejo NADH deshidrogenasa hacia el O2, se produce un bombeo activo de protones hacia el espacio intermembrana, lo que genera un gradiente electroquímico. Los protones acumulados pueden fluir hacia el interior de la mitocondria a través del complejo ATP sintetasa, una proteína integral de la membrana interna que cumple la función de canal de protones y que además tiene actividad enzimática de ATP sintetasa. A medida que los protones fluyen, la energía acumulada en el gradiente electroquímico se transforma en energía química, es decir que se sintetiza ATP.
Por cada par de electrones transferidos desde el NADH+H+ hasta el O2 se producen alrededor de 3 moléculas de ATP.
Balance energético de la respiración celular
Este proceso es muy eficiente ya que del 100% de la energía de las moléculas de alimento, el 40% queda atrapado en moléculas de ATP y en el gradiente de protones a través de la membrana mitocondrial que facilita el transporte de sustancias a través de la misma. El resto de la energía es energía calórica, que contribuye a aumentar de temperatura en el interior de la celula y en sus alrededores, importante para la actividad enzimática. La energía de una molecula de glucosa alcanza para producir 38 ATPs.
El ciclo de Krebs como nudo del metabolismo celular
Además de ser el camino a través del cual se oxidan los monosacáridos, los aminoácidos y los ácidos grasos para obtener energía, también es una ruta de síntesis de compuestos. Los otros aminoácidos y todas las bases nitrogenadas pueden sintetizarse también a partir de los intermediarios de Krebs. Los ácidos grasos se oxidan completamente en el ciclo de Krebs. 
Al no poder sintetizar algunos aminoácidos y ácidos grasos, debemos incorporarlos obligatoriamente en la dieta: son los aminoácidos y ácidos grasos esenciales. 
La obtención de energía en ausencia de oxigeno
En ausencia de oxigeno, hay muchos microorganismos actuales que son capaces de re oxidar el NADH+H+ reduciendo las moléculas de pirúvico formada en la glucolisis, procesos que reciben el nombre de fermentación.
Una de ellas es la fermentación láctica cuyo producto final es el acido láctico. Ocurre en bacterias y algunas células animales, cuando la disponibilidad de oxigeno es escasa. También ocurre en células musculares y en glóbulos rojos.
Otra fermentación es alcohólica, cuyo producto final es alcohol etílico y ocurre fundamentalmente en algunos hongos.