El documento describe los procesos de respiración celular aerobia y anaerobia. La respiración aerobia consta de glucólisis, ciclo de Krebs y cadena de transporte de electrones, los cuales transforman completamente la glucosa en energía en forma de ATP. La respiración anaerobia incluye fermentaciones que producen subproductos como alcohol o ácido láctico, generando menos ATP.

1. RESPIRACIÓN CELULAR
NOMBRE: JUAN SEBASTIAN SILVA FREIRE

2. Los órganos han desarrollado diferentes procesos para transformar la energía almacenada en la
glucosa en unidades de ATP. La respiración celular, es el proceso que permite la transformación de la
energía química, contenida en la glucosa, en energía metabólica acumulada en los enlaces del
fosfato de ATP.
Existen dos formas de respiración, la aerobia y la anaerobia.
Algunos organismos utilizan la respiración anaerobia, en la que no requiere O₂, y otros obtienen su
energía por medio de la respiración aerobia, en la que intervienen el O₂.
De manera independiente al proceso que utilice el organismo para obtener energía, primero debe
desdoblar la glucosa. Esto ocurre mediante la glucólisis (gluco: azúcar, lisis: rompimiento).

3. Respiración Aerobia
La vía metabólica que requiere oxígeno para obtener energía a partir de la glucosa, recibe el nombre de
respiración aerobia, y se presenta tanto en células animales como vegetales. Este proceso se puede
esquematizar en la siguiente ecuación general:
C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 38ATP
Glucosa oxígeno bióxido de carbono agua energía
La respiración aerobia es un proceso complejo que incluye gran cantidad de reacciones químicas. Se
lleva a cabo en tres fases: glucólisis, ciclo de Krebs y cadena de trasporte de electrones.

4. Fases de la respiración Aerobia
Fases Se realiza en
a) Glucólisis Citoplasma
b) Ciclo de Krebs o del ácido cítrico Dentro de la mitocondria
c) Cadena de transporte de electrones Dentro de la mitocondria
y en presencia de oxígeno
Glucólisis: primera fase
• La glucólisis es un proceso preliminar de la respiración. No requiere
oxígeno para obtener energía, y consiste en el rompimiento de una
molécula de glucosa en dos moléculas de nueve reacciones químicas
que se han dividido en dos etapas: etapa preparatoria y etapa de
producción del ATP.

5. Etapa preparatoria.- Para que la célula utilice la glucosa, ésta primero debe separarse en moléculas
más pequeñas. La glucosa, molécula de seis carbonos, sufre dos fosforilaciones o adición de grupos
fosfato. Después, se rompe en dos moléculas de tres carbonos cada una. Además en esta fase se
reducen (gana electrones) dos moléculas de la coenzima NAD, produciendo dos moléculas de NADH+
H+.
Etapa de producción de ATP.- De cada molécula difosforilada, se transfiere un fosfato a un ADP
durante el fenómeno conocido como fosforilación a nivel de sustrato. Puesto que son dos moléculas
difosforiladas, resultan dos ATP. Más adelante se obtienen otros dos ATP, dando un total de cuatro,
pero como al inicio del proceso se emplearon dos ATP, en realidad sólo se ganan dos moléculas de
ATP por medio de este proceso.

6. Los productos que se obtienen de la glucólisis son dos ácidos pirúvicos, dos NADH+H+, y dos ATP por
cada molécula de glucosa. El rendimiento de energético de la glucólisis, se puede calcular tomando
como base que la hidrólisis (rompimiento de la molécula por adición de agua) de un ATP a ADP, genera
un cambio de energía libre equivalente a -7.3 Kcal/mol.
Como al final de proceso se obtiene una cantidad neta de dos ATP, se obtienen, por tanto, una ganancia
libre de -14.6 kcal por cada mol de glucosa utilizado.
Los ácidos pirúvicos formados durante la glucólisis, pueden seguir dos vías de degradación,
dependiendo de la presencia o no de oxígeno.
En presencia de oxígeno continua la respiración aeróbica (ciclo de Krebs y transporte de electrones).
En ausencia de oxígeno continúa la fermentación.

7. Ciclo de Krebs: segunda fase
Como ya mencionamos, durante la glucólisis se obtiene energía (dos ATP), y se rompe la molécula de
glucosa en dos unidades más pequeñas o ácidos pirúvicos. Para algunas células u organismos, esta
cantidad de energía es suficiente para llevar a cabo todas sus funciones metabólicas.
Otras células requieren más energía que se lleva a cabo dentro de las mitocondrias de los
organismos eucariontes o en el citoplasma de los organismos procariontes.
La secuencia repetitiva de transformaciones en la cual una vez obtenido el producto final se utiliza
para iniciar de nuevo el proceso, recibe el nombre de ciclo.

8. El ciclo de Krebs es un proceso de este tipo porque se inicia
y termina con la misma sustancia (ácido cítrico).
Durante el ciclo, el ácido pirúvico pasa a través de una serie
de nueve reacciones, controladas por diferentes enzimas. En
cada reacción se separan de forma gradual sus moléculas
para formar hidrógeno, bióxido de carbono y energía. Los
principales eventos del ciclo de Krebs son los siguientes:

9. Formación del ácido cítrico.- el ácido pirúvico sufre una descarboxilación (eliminación del CO₂), y
forma un grupo acetil . El grupo acetil se une a la coenzima A para formar un compuesto llamado
acetil coenzima A o acetil COA.
La acetil COA cede su grupo acetil al ácido oxalo-acético y se forma el ácido cítrico.
Liberación de CO₂ .- localiza el ácido cítrico y observa que se rompe primero en una molécula de
cinco carbonos y posteriormente en una de cuatro carbonos, liberando CO₂ en ambos momentos.
Todas las células que realizan respiración aerobia liberan CO₂.

10. Oxidación.- Durante el ciclo de Krebs se liberan átomos de hidrógeno que son aceptados por los
compuestos llamados coenzimas NAD+ (nicotín adenina dinucleótido), y FAD (flavín adenina
sinucleótido). Esto significa que ocurren oxidaciones que reducen al NAD+ y al FAD, formando NADH
+ H+ y FADH₂, respectivamente. Estas coenzimas reducidadas activan la cadena de transporte de
electrones.
Fosforilación a nivel de sustrato.- Durante esta reacción, se puede observar una adición del grupo
fosfato a nivel de sustrato, es decir un ADP se transforma en un ATP.
La ecuación general del mismo a partir de la acetil coenzima A, tanto las reacciones como los
productos en esta ecuación se han multiplicado por dos, ya que el proceso inicia con dos moléculas
de ácido pirúvico.
2 AcetilCOA + 6NAD +2FAD + 2ADP + 2Pi 6NADH + H+ + 2FADH2 +
2ATP +4CO2

11. La última fase de la respiración aeróbica, es la cadena de transporte de electrones. Existe una
relación entre esta fase, la glucólisis y el ciclo de Krebs. Los productos obtenidos durante las
primeras dos fases de la respiración aerobia, activan la cadena de transporte de electrones.
En el ciclo de Krebs, una de las coenzimas reducidas (FADH2), descompone: hidrogenión o protón
(H+) y electrones. Los electrones se transfieren a lo largo de los citocromos (proteínas que contienen
hierro) de la cadena de transporte de electrones, sintetizando ATP durante el trayecto.
Cadena de transporte de electrones: tercera fase

12. La serie de reacciones que ocurren en la cadena de transporte de electrones, se lleva a cabo en la
membrana interna de la mitocondria. Recordemos que la mitocondria es uno de los organelos más
importantes que genera la energía que la célula necesita; el número de mitocondrias por célula
depende de la cantidad de energía requerida.
La mitocondria contiene moléculas transportadoras de electrones acomodadas en su membrana
interna, de tal manera que cada una tiene menor poder reductor que la anterior: Así, un
trasportador recibe un electrón y lo pasa a otro transportador en una serie de reacciones de
reducción y oxidación conocidas como complejos I, II y III. Este proceso es aerobio, ya que el aceptor
final de electrones es el oxígeno. Cuando el oxígeno acepta electrones, se cambian con dos
hidrogeniones o protones para formar una molécula de agua.

13. MITOCONDRIA

14. El movimiento de los protones de un lado a otro del compartimiento de la mitocondria, permite la
generación de energía para fosforilar el ADP a ATP, proceso conocido como fosforilación
quimiosmótica. Desde que se inicia hasta que concluye el proceso de transporte de electrones, se
genera 34 ATP. Por tal razón se considera que ésta es la etapa más importante de la respiración
aerobia.
El rendimiento energético en la respiración aerobia
La liberación de energía a través de la cadena de transporte de electrones, permite un uso eficiente
de la energía durante la respiración aerobia. La conversión de glucosa a ATP dentro de la célula
ocurre rápidamente, debido a que las enzimas que intervienen en el proceso están fijas en una
secuencia ordenada dentro de las mitocondrias.
La siguiente ecuación neta, sintetiza las reacciones de la respiración aerobia: glucólisis, ciclo de Krebs
y cadena de electrones:
C6H12O6 + 6O2 + 6H2O + 38ADP 6CO2 + 12H2O + 38 ATP

15. Cada vez que ocurre una fosforilación del ADP a ATP, hay un incremento de energía libre de -7.3
kcal/mol. Como al final de la respiración aeróbica se producen 38 ATP se obtienen, por tanto -277
kcal/mol.
Se estableció que la energía libre que se genera por glucosa es de -686 kcal/mol. De estos datos se
deduce que la eficiencia de la degradación de glucosa dentro de la célula es de:
-277 ÷ -686 x 100 = 40%
Esta cifra representa un alto rendimiento en la utilización de energía por unidad de combustible
utilizado, el que difícilmente superan o igualan los sistemas hechos por el hombre.

16. RESPIRACIÓN ANAEROBIA
Algunos organismos realizan una forma especial de respiración anaerobia (sin oxígeno), en la cual los
aceptores terminales de electrones son iones, tales como sulfatos (SO4) o nitratos (NO3). Sin
embargo, el mecanismo más común de respiración anaerobia es la fermentación.
Los fermentos transforman los productos que se obtienen durante la glucólisis, en otros compuestos
ricos en energía como alcohol etílico o ácido láctico.
Algunas bacterias y otros organismos que llevan a cabo la fermentación, generan productos finales
que son de gran importancia comercial, industrial y médica. Los organismos fermentados más
conocidos son las levaduras (hongos unicelulares), que producen alcohol etílico y bióxido de
carbono, ambos productos son indispensables en la elaboración del vino y del pan.

17. Si no hay oxigeno en la célula, el ácido pirúvico deberá seguir un camino diferente a la respiración
aerobia para liberar energía. La vía metabólica que se utiliza en estas circunstancias es la
fermentación, que inicia con el ácido pirúvico y sintetiza moléculas de desecho ricas en energía, tales
como el alcohol (fermentación alcohólica), o el ácido láctico (fermentación láctica).

18. Fermentación alcohólica
Este tipo de fermentación es la que llevan a cabo las levaduras y algunas bacterias. Los productos finales
de este proceso, son el alcohol etílico y el bióxido de carbono, que constituyen la base de la industria
vinícola y panadera.
Recordemos que al final de la glucólisis se forman dos moléculas de ácido pirúvico, que en ausencia de
oxígeno se transforma en alcohol etílico, liberando CO2. Además durante la fermentación alcohólica se
oxida la coenzima NADH+H+ a NAD que se utilizará de nuevo en la glucólisis para formar 2 ATP como en
la siguiente formula:
Glucosa glucólisis 2 ácido pirúvicos fermentación alcohólica 2 alcohol etílico + 2 CO2 + 2ATP

19. Productos sintetizados durante la fermentación
Producto sintetizado Uso
Alcohol etílico Industria vinícola. Solventes. Combustibles
Ácido láctico Fabricación de quesos
Butanol En líquido para frenos. Resinas y lacas.
Vitaminas En el metabolismo
Metanol Combustible
Glicerol Como solvente o lubricante en la fabricación de alimentos y
cosméticos.

20. Fermentación Láctica
Algunas bacterias realizan la fermentación láctica, cuyo producto final es el ácido láctico,
indispensable en la elaboración de yogurt, quesos y otros productos similares. Durante la
fermentación láctica, el ácido pirúvico se transforma en ácido láctico que conserva los 3 carbones del
ácido pirúvico, por lo que en este proceso no se libera CO2; además se oxida nuevamente la coenzima
NADH+H+, reponiendo así la dotación celular de NAD que se vuelve a utilizar en el proceso glucolítico
para formar dos moléculas de ATP como se muestra en la siguiente ecuación general:
Glucosa Glucólisis 2 ácidos pirúvicos
Fermentación láctica 2 ácidos lácticos + 2 ATP

21. Fermentación láctica muscular
El rendimiento de APT en la fermentación es mínima, debido a que no se rompen todos los enlaces
químicos de la glucosa; los productos restantes (ácidos y alcoholes) contienen energía química que
no se puede utilizar en las funciones metabólicas.
• Algunos animales incluyendo al hombre, pueden producir ácido láctico a
partir del ácido pirúvico si no hay suficiente oxígeno en la célula. Este
fenómeno se observa cuando se realiza un ejercicio intenso y prolongado,
como el de los maratonistas y no llega suficiente oxígeno a los músculos.
• Como resultado de la deficiencia de oxígeno en los músculos, el piruvato
no se puede degradar por el ciclo de Krebs, y lo deberá hacer por la vía de
fermentación, produce fatiga y dolor que caracteriza a las personas
exhaustas por el ejercicio intenso o que carecen de una condición física
adecuada.

22. Comparación entre la Respiración Aerobia y Anaerobia
Respiración Aerobia Respiración Anaerobia
Se degrada la glucosa con oxígeno. Se degrada la glucosa sin oxígeno.
Sus productos finales son agua y bióxido de carbono Sus productos finales son bióxido de carbono,
alcoholes o ácidos lácticos.
Libera gran cantidad de energía metabólica: 38 ATP por
cada molécula de glucosa.
Libera poca cantidad de energía metabólica: dos ATP
por cada molécula de glucosa.
La realizan la mayoría de los seres vivos (incluyendo las
plantas).
La realizan algunas bacterias y levaduras.
Reacción general:
Glucosa + O2 CO2 + H2O + 38 ATP
Reacción general:
Glucosa alcoholes + CO2 + 2ATP o ácido láctico