Una guía, basada en la metodología POGIL, sobre una visión general de las cuatro fases de la Respiración celular. Los estudiantes deben trabajar en pequeños grupos usando esta guía, la cual presenta 3 modelos gráficso e información de textos, seguidos por preguntas orientadoras diseñadas para guiar a los estudiantes en la formulación de sus propias conclusiones. El docente actúa como líder, facilitador, evaluador, trabajando con los grupos de estudiantes cuando necesitan ayuda.

1. 1
2 ATP 2 CO2 2
2
C6
H12
O6
Modelo 1 – Respiración Celular
Membrana celular
Citoplasma 25-26 ATP
6 H2O
Fosforilación oxidativa
Ciclo de
Krebs × 2
Matriz
interna
Membrana
interna
Mitocondria
Glucosa 2 Piruvato
Glicólisis
+ 6O2
→ 6CO2
+ 6H2
O + Energía
2 Acetil-
CoALink
2 NADH 2 NADH 6 NADH
2 FADH2
6O
2 ATP4 CO
1. Según el modelo 1, ¿cuáles son los reactantes de la respiración celular?
¿Por qué?
¿Cuáles son las fases de la respiración celular y en qué parte de la célula ocurren?
RESPIRACIÓN CELULAR—Visión General
2. Según el Modelo 1, ¿cuáles son los productos de la respiración celular?
Respiración celular, una visión general
Las células necesitan energía todo el tiempo de su vida y su principal f6ente de energía es el ATP. Los métodos que utilizan las células para sintetizar ATP
varían seg=n sus características biológicas y seg=n la disponibilidad del oxígeno. En muchos casos, las células están en un ambiente rico en oxígeno. Por
ejemplo, mientFas te sientas y lees este párFafo, respiras aire que posee un porcentaje cercano al 20% de oxígeno molecular, el cual luego es tFansporJado
por los eritFocitos a tFavés de vasos sang6íneos de t6 cuerKo. Sin embargo, alg6nas células crecen en ambientes sin oxígeno (la levadura en la vinificación
o ClostFidium bot6linum, bacteria que se encuentFa en la tierFa que puede sobrevivir, crecer y producir una toxina en cierOas condiciones, como cuando
los alimentos no son envasados de forPa adecuada) y, en ocasiones, las células animales deben f6ncionar sin suficiente oxígeno (como en los sprints que
realizan los atletas en las carFeras). En esta actividad, comenzarás a examinar los procesos aeróbicos y anaeróbicos que utilizan todos los organismos para
producir ATP.

2. POGIL™
a. ¿Cuál fase de la respiración celular se produce en el citoplasma de la célula?
b. ¿Cuáles fases de la respiración celular se producen en las mitocondrias?
c. ¿Cuál de las cuatro fases de la respiración celular requiere oxígeno?
d. ¿Cuál de las cuatro fases de la respiración celular produce dióxido de carbono?
e. ¿Cuál de las cuatro fases de la respiración celular produce agua?
a. ¿Cuáles de las cuatro fases de la respiración celular resulta en la producción de ATP?
b. ¿Cuántos ATPs (total) se producen por cada molécula de glucosa que sufre todas las
transformaciones químicas durante la respiración celular?
¡Lee esto!
5. Considera el Modelo 1. Además del ATP, ¿qué otras moléculas parecen ser moléculas de
alto potencial energético (transportadores de energía libre) durante la respiración celular?
d. Haz una lluvia de ideas con el objeto nombrar varios (al menos 4) procesos celulares para
los cuales se necesita energía ATP o energía almacenada en enlaces de moléculas similares (por
ejemplo, GTP).
3. La respiración celular se produce en cuatro fases: la glucólisis, la descarboxilación oxidativa
del piruvato, el ciclo de Krebs y la fosforilación oxidativa.
4. El objetivo de la respiración celular es proporcionarle ATP a la célula. El ATP es una molécula
utilizada por todos los organismos vivos para proporcionar energía a las reacciones química.
Actividad para Biólogos2
c. ¿Cuáles reactantes del ATP deben estar disponibles en la célula para producir ATP?
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La glucosa, o cualquier molécula basada en el C, puede ser "quemada" (oxidada) en presencia de O2 para
producir CO2 y H2O. Las reacciones de combustión liberan grandes cantidades de energía, pero de manera
incontrolada. Un organismo no podría manejar toda esa energía de una sola vez para hacer trabajo celular.
La respiración celular es esencialmente similar a una combustión, pero la oxidación de la glucosa se produce
en varios pasos controlados, liberando una misma cantidad de energía que la combustión aunque
gradualmente y en pequeñas cantidades controladas. A medida que se usan los átomos de C para formar
otras moléculas de menor energía potencial se producen moléculas de ATP, de alta energía potencial, . Cada
uno de estos pasos es catalizado por una enzima, que es específica para ese paso. El modelo 1 ilustra las
circunstancias ideales para la respiración celular. Sin embargo, en algunas situaciones, una molécula de
glucosa puede no generar las 29-30 moléculas de ATP que resultan bajo condiciones ideales.

3. 3
______ + NAD+ + H+ ⎯→ NADH
______ + FAD + 2H+ ⎯→ FADH2
______ + ½O2
+ 2H+ ⎯→ H2
O
a. ¿Cuántos electrones hay en un ion hidrógeno (H+)?
7. En las reacciones del Modelo 2 faltan partículas muy importantes: los electrones.
a. ¿Cuál es la carga de un electrón?
¡Lee esto!
8. Las reacciones del modelo 2...¿son de oxidación o de reducción?
9. ¿Cuál forma de la nicotinamida adenina dinucleótido es la forma "reducida", NAD+ o
NADH? Explica tu razonamiento.
Modelo 2 – Moléculas Aceptoras de Electrones
6. La nicotinamida adenina dinucleótido (NAD +) y la flavin adenina dinucleótido (FAD) son coenzimas
utilizadas en la respiración celular para transportar electrones de alto potencial energético a la
cadena de transporte de electrones (un paso en la fosforilación oxidativa) en la mitocondria. Al
término de la respiración celular, el oxígeno es el aceptor final de electrones. Las reacciones del
Modelo 2 muestran estos aceptores de electrones en el proceso de aceptar un electrón.
b. Es probable que un ion hidrógeno, con su carga positiva, pueda ser atraído por NAD+, FAD
u O2 sin un aporte de energía libre. Explica tu razonamiento.
c. Considera las cargas en la primera reacción del Modelo 2. ¿Se pueden combinar dos
partículas positivas para formar una partícula neutra? Explica tu razonamiento.
b. Para cada una de las 3 reacciones del Modelo 2, predice el número de electrones
que deben participar en la reacción para permitir que la reación tenga las cargas en equilibrio.
c. Agrega electrones a cada reacción del Modelo 2 en el lado de los reactantes o en el lado
del producto de la ecuación, con el fin de completar las reacciones.
Respiración celular, una visión general
La oxidación es una pérdida de electrones. La reducción es una ganancia de electrones. Los dos procesos
deben ir de la mano. En otras palabras, los electrones no sepueden agregar a algo del aire; primeramente
deben haberse retirado de algo.

4. 4 POGIL™
Glucosa ⎯→ piruvato ⎯→ acetil-CoA ⎯→ dióxido de carbono
La pregunta 10 aborda cuál molécula es la "forma más oxidada". Valida tu respuesta a la
pregunta 10 comparando la proporción de átomos de carbono a átomos de oxígeno en la fórmula
químicas de la glucosa (C6H12O6) versus la fórmula química del dióxido de carbono (CO2).
12. El modelo 1 muestra diez moléculas de NADH que se producen durante la respiración celular.
¿Qué reactantes deben estar disponibles en la célula para que se produzcan estas moléculas?
a. ¿Qué moléculas se producen a medida que los iones de hidrógeno y los electrones son removidos del
NADH y FADH2?
b. La remosión de iones de hidrógeno y de electrones ¿es un proceso de oxidación o de
reducción? explica tu raciocinio.
14. Las células pueden sobrevivir por períodos cortos sin oxígeno. Sólo la fase de glucólisis de la
respiración celular ocurre en esas circunstancias.
a. Predice el número de moléculas de ATP que podrían producirse a partir de una molécula
de glucosa si no estuviera disponible el oxígeno molecular.
b. Debido a que la fosforilación oxidativa no se produce cuando el oxígeno molecular no está
disponible, predice qué pasaría con el suministro de NAD+ en la célula si solo ocurriera la
glucólisis.
10. Según el Modelo 1, la glucosa sufre los siguientes cambios durante la respiración celular. En
cada paso se produce NADH o FADH2. ¿Se oxida o reduce la glucosa durante la respiración
celular? Explica tu respuesta.
11. Históricamente, el término "oxidación" se deriva de la combinación de una sustancia con oxígeno.
c. Predice lo que le sucederá a NAD+ y FAD surgidos como productos, una vez que NADH y
FADH2 hayan perdido sus iones de hidrógeno y electrones.
Actividad para Biólogos
13. Los iones de hidrógeno y los electrones que fueron transportados por NADH y FADH2 son usados
en la fosforilación oxidativa.

5. 5
2 ATP
2 NADH
2 CO22 NAD+ 2 NAD+2 ATP
2 NADH
+
Modelo 3 – Energía en Ambientes Anaeróbicos
Glicólisis Fermentación Glicólisis Fermentación
2 ácido láctico2 Alcohol 2 PiruvatoGlucosa2 PiruvatoGlucosa
15. Examina los dos procesos anaeróbicos en el Modelo 3. ¿Se usa oxígeno en alguno de los procesos?
16. ¿Cuál es la definición de anaeróbico?
17. Compara el rendimiento energético (en la forma de ATP) para una sola molécula de glucosa
que se somete a glucólisis y a fermentación versus el rendimiento energético para una sola
molécula de glucosa que se somete a las cuatro fases de la respiración celular.
18. La eficiencia de una célula depende de la naturaleza cíclica del NAD+y NADH. La formación
de moléculas de NAD+, a partir de materias primas, cada vez que se necesite una molécula,
requiere de una gran cantidad de energía libre y de recursos. Aunque los pasos de la
fermentación -que se muestran en el Modelo 3- no proporcionan ningún ATP, son críticos para
la producción de energía de la célula. Predice qué pasaría con el suministro de energía en una
célula si no ocurriera la fermentación en condiciones anaeróbicas.
Preguntas de Ampliación
19. La sensación de ardor que algunas veces sentimos durante una carrera extenuante (por
ejemplo, en un sprint) se debe a una acumulación de ácido láctico en el tejido muscular de tu
cuerpo. Explica este fenómeno en el contexto de la respiración celular y de la fermentación.
Respiración celular, una visión general

6. POGIL™
CO2
21. Bajo condiciones de laboratorio, se realizó un experimento de nanodisección de miocitos con el
objeto se separar su contenido interno en dos fracciones, una que contenía sólo mitocondrias y otra
que contenía el resto de los organoides y citoplasma, en un intento por aprender más sobre respiración
celular. Cada fracción se incubó con glucosa o piruvato. Se llevaron a cabo algunas pruebas durante la
incubación para detectar la presencia de dióxido de carbono o de ácido láctico. Los resultados se
muestran a continuación:
Fracción celular
Mitocondrias incubadas con glucosa
Mitocondrias incubadas con piruvato
Citoplasma incubado con glucosa
Citoplasma incubado con piruvato
Ausente
Ausente
Ausente
Presente
Presente
Presente
Ausente
Ausente
Ácido láctico
a. ¿Cuál proceso es el que está ocurriendo en una fracción celular en el que se detectó la
presencia de ácido láctico?
b. Explica por qué el ácido láctico fue producido por la fracción citoplasmática incubada
con glucosa, pero no por la fracción mitocondrial.
c. ¿Por qué ninguna de las fracciones incubadas con glucosa produjo dióxido de carbono?
20. Durante la primera mitad de la historia de nuestro planeta no hubo oxígeno en la atmósfera.
Éste apareció hace aproximadamente 2.400 millones de años. El evento -que se conoce como la
Gran Oxidación o la revolución del oxígeno- fue uno de los más importantes ocurridos debido al
surgimiento, por medio de la evolución en nuestro planeta, de los organismos fotosintetizadores y
al desarrollo de un ambiente rico en oxígeno, que condujo a una rápida diversificación de los
seres vivos. Explica por qué es una ventaja evolutiva que un organismo requiera oxígeno para
vivir, en comparación con uno que no requiera oxígeno.
6 Actividad para Biólogos
d. ¿Por qué la fracción citoplasmática produjo ácido láctico en presencia de glucosa y de piruvato?
e ¿Por qué las mitocondrias producen dióxido de carbono en presencia de piruvato,
pero no en presencia de glucosa?

7. 7
Estos dos documentos le servirán para responder, si tiene dudas, la mayor parte de
las preguntas planteadas en la guía:
Estas animaciones, la primera de las cuales está en español e inglés son muy
buenos recursos para informarse de manera didáctica acerca de los pasos de la
respiración celular:
1. https://es.slideshare.net/gustavotoledo/respiracion-celular-un-documento-
tomado-de-la-web-traducido-modificado-y-actualizado-por-gatoledo
2. https://es.slideshare.net/gustavotoledo/respiracion-celular-ciclo-de-krebs-y-
cadena-de-transporte-de-electrones-se-incluye-gliclisis-y-fermentacin
1. http://www.sumanasinc.com/webcontent/animations/content/cellularrespiration.swf
🎓 "
2. http://www.bionova.org.es/biocast/tema16.htm (Bueno, en realidad este link no es
una animación, pero en esa página web hay 4 animaciones, traducidas
al español (la primera es sobre la glicólisis; la segunda es sobre el ciclo de Krebs,
la tercera es sobre la fosforilación oxidativa realizada por la North Dakota
State University y la última es sobre la ATPasa o ATP sintetasa, realizado por la
Harvard University)
Respiración celular, una visión general