Respiración Celular

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Índice de los Contenidos. 
 Introducción al Tema. 3 
 Objetivos de Aprendizaje. 4 
 Conocimientos Previos. 4 
 Los Mecanismos de Obtención de Energía. 4 
 La Fermentación. 5 
 La Fermentación Láctica. 7 
 Fermentación Láctica en Células Musculares. 8 
 La Respiración Celular. 9 
 Glucólisis. 10 
 Reacciones Preparativa para el Ciclo de Krebs. 10 
 Ciclo de Krebs o Ciclo del Ácido Cítrico. 10 
 Cadena de Transporte de Electrones. 11 
 Introducción al Tema. 
 Mis Estimados Estudiantes, continuamos con la unidad con mucho entusiasmo, 
 esperando que se animen a aprovechar al máximo las diversas ventajas de tiempo y 
 espacio que nos provee esta plataforma y de esta manera lograr los objetivos 
 planteados para este periodo. 
 Este tema es muy significativo para el desarrollo de la unidad, debido a que 
 hablaremos sobre la respiración celular, los conocimientos adquiridos, nos servirán 
 para comprender los mecanismos de obtención de energía que nos permiten realizar 
 todos los procesos biológicos que nuestro organismo necesita. 
 En este tema trataremos los siguientes acápites: 
 ➔ Procesos metabólicos: mecanismos de obtención de energía. 
 ➔ Fermentación. 
 ➔ Fermentación alcohólica. 
 ➔ Fermentación láctica. 
 ➔ Respiración celular. 
 ➔ Respiración aeróbica. 
 ➔ Respiración anaeróbica. 
 Para cumplir con los objetivos de aprendizaje de este tema, deben seguir las 
 siguientes instrucciones: 
 Actividades Individuales: 
 ➔ Leer el cronograma de la asignatura (link de acceso) ubicado en la portada de 
 la asignatura que les permitirá conocer las pautas principales de esta unidad 
 como: las actividades que se les asignan, forma de evaluación de las mismas, 
 fuentes bibliográficas recomendadas, entre otras. 
 ➔ Visualizar los contenidos de la semana. 
 ➔ Elaborar apuntes personales de los contenidos didácticos presentados (les 
 servirán para hacer la tarea y los parciales). 
 ➔ Completar la asignación de la semana, la descripción está en la misma. 
 Estamos en disposición de guiarlos y acompañarlos durante todo el proceso. 
 Recuerden que estamos a sus órdenes en los canales correspondientes. 
 ¡Adelante, pueden lograrlo! 
 Su Tutor/a. 
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 Objetivos de Aprendizaje. 
 Los objetivos de aprendizaje de este apartado son los siguientes: 
 Conocimientos Previos. 
 Los Mecanismos de Obtención de Energía. 
 Las células obtienen energía a través de las reacciones catabólicas. En estas 
 reacciones, moléculas ricas en carbono son degradadas liberando la energía presente 
 en sus enlaces, la cual puede ser empleada para sintetizar ATP. Estos procesos se 
 componen de un conjunto de reacciones de oxidación y reducción acopladas. 
 De seguro recordarás de las clases de Química que las reacciones de oxidación son 
 aquellas en las cuales las moléculas involucradas pierden electrones. Mientras que 
 las reacciones de reducción son aquellas donde las moléculas aceptan electrones. 
 Existen varios procesos catabólicos donde las células pueden obtener energía, tales 
 como la fermentación , la respiración aeróbica y la respiración anaeróbica . Estas 
 rutas metabólicas tienen en común los siguientes aspectos: 
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 ➔ En ellas ocurren reacciones de oxidación, donde moléculas ricas en carbono 
 son degradadas en otras más simples. En este proceso se rompen enlaces 
 químicos y se obtienen electrones. 
 ➔ La energía contenida en los enlaces químicos rotos durante la degradación de 
 estas moléculas orgánicas es empleada para sintetizar ATP, el cual estará 
 disponible para que la célula realice trabajo. 
 ➔ Los electrones obtenidos son contenidos temporalmente en un transportador 
 de electrones, el cual pasará de su forma oxidada a su forma reducida al 
 recibirlos. 
 ➔ Los transportadores de electrones transferirán los electrones a su destino final, 
 el cual puede ser una molécula orgánica en el interior celular o un compuesto 
 inorgánico presente en el medio exterior. 
 La Fermentación. 
 Durante la fermentación, las células utilizan compuestos ricos en carbono, es decir, 
 compuestos orgánicos y los degradan en moléculas más simples. La energía 
 obtenida de este proceso se utiliza para producir moléculas de ATP. 
 Las reacciones de fermentación 
 ocurren en el citoplasma celular. 
 Este proceso puede ser realizado 
 tanto por células procariotas 
 como por células eucariotas. 
 Durante la fermentación, la 
 molécula de glucosa (principal 
 fuente de energía para las 
 células) es degrada parcialmente, 
 obteniendo como ganancia neta 
 de este proceso dos moléculas de 
 ATP . Al degradar las moléculas 
 orgánicas, durante la 
 fermentación se liberan 
 electrones. Los electrones 
 liberados en las reacciones de 
 fermentación son contenidos 
 temporalmente en el transportador de electrones NAD + , el cual se transforma en su 
 forma reducida NADH . Luego, el NADH transferirá los electrones recibidos a una 
 molécula orgánica presente en el citoplasma. Las moléculas que reciben estos 
 electrones constituyen el producto final de la fermentación y son expulsados al 
 exterior de la célula. 
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 Los productos de excreción de la fermentación son muy 
 variados, entre ellos se encuentra el alcohol etílico, el ácido 
 láctico o el ácido acético. Los procesos de fermentación que 
 dan origen a estos productos se denominan fermentación 
 alcohólica, fermentación láctica y fermentación acética, 
 respectivamente. 
 La fermentación es una ruta metabólica que produce muy 
 poca energía, por lo cual solo los organismos unicelulares 
 como bacterias y levaduras pueden emplearla como forma de 
 subsistencia. 
 La fermentación es utilizada en la industria para la 
 producción de bebidas alcohólicas, yogur, queso y vinagre. 
 Veamos un ejemplo. 
 Durante la fermentación alcohólica , la levadura degrada la molécula de glucosa, un 
 compuesto formado por seis carbonos en dos moléculas de ácido pirúvico . Para 
 romper los enlaces químicos de la molécula de glucosa es necesario que la célula 
 realice una inversión inicial de dos moléculas de ATP . Sin embargo, el resultado 
 final del proceso produce cuatro moléculas de ATP . Si restamos al total de energía 
 producido, la energía necesaria para iniciar la reacción, nos daremos cuenta de que 
 las células solo obtienen una ganancia de dos ATP por cada molécula de glucosa 
 fermentada. 
 Esto ocurre en varios pasos: 
 1. La molécula de glucosa , formada por seis átomos de carbonos, se fragmenta 
 para dar origen a dos moléculas de un compuesto formado por tres átomos 
 de carbono llamado ácido pirúvico . Para iniciar este proceso es necesario que 
 la célula invierta dos moléculas de ATP . 
 2. La fragmentación de la molécula de glucosa libera energía, la cual es utilizada 
 para producir cuatro moléculas de ATP. Generando una ganancia neta de dos 
 ATP . 
 3. La ruptura o degradación de la glucosa libera electrones, los cuales son 
 atrapados temporalmente por dos moléculas de NAD + transformándose en su 
 forma oxidada NADH . 
 4. Debido a que el proceso debe continuar, y los transportadores de electrones 
 deben estar disponibles para aceptar más electrones. El NADH entrega los 
 electrones recibidos a las moléculas de piruvato recién generadas. En este 
 mismo paso, cada molécula de piruvato (formadapor tres carbonos) se 
 desprende de un átomo de carbono en forma de ATP , convirtiéndose así en 
 alcohol etílico . 
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 5. El alcohol etílico se libera como producto de excreción al exterior celular. 
 6. Las moléculas de transportadores de electrones, NAD + han regresado a su 
 forma oxidada, y se encuentran en capacidad de aceptar más electrones. 
 El proceso puede volver a repetirse hasta que la célula ha obtenido toda la 
 energía que necesita. 
 La etapa de este proceso en la cual la glucosa se degrada en dos moléculas de 
 piruvato recibe el nombre de glucólisis y es una ruta o vía metabólica común en 
 diferentes procesos de fermentación, así como en los procesos de respiración 
 aeróbica y anaeróbica. 
 La Fermentación Láctica. 
 La fermentación láctica es propia de microorganismos procariotas del género 
 Lactobacillus y Lactococcus . Estas bacterias degradan la glucosa presente en la leche, 
 obteniendo la energía que la célula necesita para sobrevivir en forma de dos ATP. En 
 este proceso el producto de excreción generado es ácido láctico o lactato. Gracias a la 
 fermentación láctica es posible producir queso y yogur. 
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 Fermentación Láctica en Células Musculares. 
 Todos los animales, incluyendo los seres humanos, realizamos respiración aeróbica 
 para poder obtener energía de la glucosa. Sin embargo, en condiciones 
 excepcionales, las células del músculo esquelético de algunos animales, entre los 
 mamíferos, pueden obtener energía de la glucosa a través del proceso de 
 fermentación láctica . 
 Las células del músculo esquelético son aquellas ubicadas en las extremidades 
 encargadas de realizar el movimiento. Estas fibras musculares requieren de gran 
 cantidad de energía para hacer posible el desplazamiento. En situaciones en las 
 cuales es necesario realizar gran cantidad de movimiento en corto tiempo, por 
 ejemplo, durante una huida veloz o la ejecución de una rutina de ejercicios, las 
 células musculares esqueléticas pueden degradar la glucosa a una velocidad mayor 
 velocidad que a la cual el oxígeno llega a ellas como resultado de la ventilación 
 pulmonar. 
 En este caso, las células musculares comienzan a degradar la glucosa en el 
 citoplasma y a producir como producto de excreción lactato. Este compuesto se 
 acumula en el espacio extracelular, pudiendo ser luego transportado a través del 
 torrente sanguíneo hacia el hígado, donde se vuelve a convertir en piruvato y se 
 continúa de manera normal con las reacciones restantes de la respiración celular. 
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 La Respiración Celular. 
 De seguro relacionas la respiración con el intercambio de gases con el entorno. Sin 
 embargo, la respiración es mucho más que eso. Durante el breve segundo que 
 transcurre entre una inhalación y una exhalación suceden decenas de reacciones 
 químicas en tus células que permiten emplear el oxígeno para degradar la glucosa y 
 obtener energía. 
 La respiración es el proceso en el cual las células rompen una molécula orgánica 
 como la glucosa para obtener de ella energía. Los electrones obtenidos en este 
 proceso son transferidos a un gas. Una molécula inorgánica proveniente del exterior 
 celular. A diferencia de la fermentación en la cual la molécula de glucosa es degrada 
 parcialmente, durante la respiración la molécula de glucosa es degradada al 
 máximo, transformándose en dos compuestos inorgánicos: dióxido de carbono y 
 agua. En este proceso se obtiene una alta energía de la molécula de glucosa, llegando 
 a producir de 36 a 38 ATP, dependiendo del tipo de célula que realice el proceso. 
 La respiración puede clasificarse de la siguiente forma: 
 ➔ Respiración aeróbica. Es el tipo de respiración en el cual los electrones 
 obtenidos de la degradación de la glucosa u otro compuesto orgánico son 
 transferidos al oxígeno. La respiración aeróbica es realizada por plantas, 
 animales, humanos y microorganismos de rápido crecimiento. 
 ➔ Respiración anaeróbica. En ese tipo de respiración, los electrones obtenidos 
 de la degradación de la glucosa u otro compuesto orgánicos son transferidos 
 a un gas diferente al oxígeno, el cual también proviene del exterior celular. La 
 respiración anaeróbica es propia de microorganismos que habitan en 
 ambientes donde el oxígeno no se encuentra disponible o lo está en muy 
 bajas concentraciones, por ejemplo en el fondo de lagos, estanques, mares o 
 en las capas más profundas del suelo. 
 Estudiaremos en mayor detalle la respiración aeróbica por ser de especial interés 
 dada que la mayoría de formas de vida en el planeta la emplean como forma para 
 obtener energía. La respiración aeróbica se compone de tres etapas: glucólisis, ciclo 
 de Krebs y cadena de transporte de electrones. 
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 Glucólisis. 
 La molécula de glucosa penetra a la célula y una vez en el citoplasma es degrada a 
 través de varias reacciones químicas hasta transformarla en piruvato. Esta etapa es 
 conocida como glucólisis. Este proceso da como resultado una ganancia neta de dos 
 moléculas de ATP. Este proceso ocurre en el citoplasma celular. 
 Reacciones Preparativa para el Ciclo de Krebs. 
 Las moléculas de piruvato generadas durante la glucólisis son transformadas en 
 ácido acético, un compuesto de dos carbonos. Esta actividad es llevada a cabo por la 
 enzima piruvato deshidrogenasa, la cual remueve un carbono de cada una de las 
 moléculas de piruvato y las libera en forma de CO₂. Durante este proceso se liberan 
 electrones, los cuales son recibidos por el transportador de electrones NAD+ el cual 
 se transforma en NADH. Este proceso también ocurre en el citoplasma. 
 Ciclo de Krebs o Ciclo del Ácido Cítrico. 
 Las moléculas de acetil generada se unen a la Coenzima y de esta forma pueden 
 atravesar la membrana de la mitocondria. Una vez en la mitocondria se producirán 
 una serie de reacciones conocidas como Ciclo de Krebs o Ciclo de Ácido Cítrico, a 
 través de las cuales se liberarán moléculas de dióxido de carbono, se producirá una 
 molécula de ATP y se liberarán electrones. 
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 Los electrones liberados serán transportados en los transportadores de electrones 
 FADH y NADH. Esta etapa ocurre en la matriz mitocondrial. 
 Cadena de Transporte de Electrones. 
 La mitocondria, además de la membrana externa que la separa del citoplasma, posee 
 una membrana interna que forma pliegues en su interior. Las partes más altas o 
 encumbradas de estos pliegues reciben el nombre de crestas mitocondriales. En la 
 membrana interna de la mitocondria existen una serie de proteínas de importante 
 función durante esta etapa de la respiración aeróbica. 
 Los transportadores de electrones producidos durante el ciclo de Krebs donarán los 
 electrones que cargan en su estructura a proteínas ubicadas en la membrana. Estas 
 proteínas funcionarán como una cadena, y a que permitirán el salto del electrón 
 hasta llegar a una proteína denominada citocromo A la cual transferirá finalmente 
 los electrones al oxígeno. El oxígeno al recibirlo se convertirá en agua, la cual 
 escapará al exterior en forma de vapor de agua. 
 Los transportadores de electrones al liberar los electrones en la membrana se 
 desprenderántambién de un átomo de hidrógeno en el interior de la matriz, estos 
 átomos de hidrógeno se encuentran en forma de protones, es decir, carentes de un 
 electrón. La acumulación gradual de estos protones en la matriz mitocondrial, 
 producirá una diferencia de carga entre ambos lados de la membrana interna. Esta 
 diferencia de cargas entre ambos lados de la membrana interna, es entonces utilizada 
 para producir ATP. La mayor parte del ATP obtenido durante la respiración 
 aeróbica se obtienen en esta etapa. 
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