Respiración celular: ¿cómo obtienen oxígeno nuestras células?

Ya hemos tratado en nuestro blog los temas relacionados con la respiración celular. Hoy hablaremos en profundidad de un tipo de ella, concretamente de la respiración aeróbica celular. Anteriormente, sólo hemos presentado algunas de sus etapas, como el ciclo de Krebs o la glucólisis. Ahora ha llegado el momento de reunir todos los conocimientos que hemos adquirido anteriormente y analizar el proceso de la respiración celular en su totalidad.

¿Qué es la respiración celular?

La respiración celular es el proceso fundamental y más importante que tiene lugar en el interior de cada célula. Al fin y al cabo, gracias a ella las células adquieren la energía necesaria para su correcto funcionamiento.

Durante este proceso, se suministra a la célula oxígeno y glucosa (obtenidos del consumo de alimentos). Al mismo tiempo, se desechan el dióxido de carbono y el agua, formados como productos de la reacción.

En el artículo de hoy nos centraremos principalmente en la respiración aeróbica, pero recuerda que los organismos anaeróbicos también obtienen energía tras la descomposición de los alimentos, en un proceso denominado fermentación.

Cuáles son las etapas de la respiración celular? 

Podemos distinguir cuatro etapas principales de la respiración celular aeróbica. En artículos anteriores tratamos en profundidad el tema del ciclo de Krebs y la glucólisis. Por ello, ahora sólo los abordaremos brevemente. 

Hoy profundizaremos en dos procesos que no han aparecido anteriormente en nuestros artículos: la descarboxilación del piruvato y la cadena respiratoria. 

Resumiendo nuestros conocimientos hasta ahora, las etapas de la respiración celular son las siguientes:

1. Glucólisis.
2. Descarboxilación del piruvato.
3. Ciclo de Krebs.
4. Cadena respiratoria.

Glucólisis:

La glucólisis es un proceso durante el cual una molécula de glucosa se convierte en dos moléculas de piruvato. Además, se sintetizan cuatro moléculas de ATP, dos de las cuales ya se han consumido en las primeras etapas de la glucólisis. Todo el proceso tiene lugar en el citosol de la célula.

Además, también podemos contar la glucólisis como un ejemplo de fosforilación de sustratos. El piruvato obtenido en el proceso se transporta posteriormente al interior de la mitocondria, donde tiene lugar la siguiente etapa de la respiración celular.

Descarboxilación del piruvato:

La descarboxilación del piruvato también se conoce como reacción de enlace o descarboxilación oxidativa del piruvato. Durante este proceso se forma acetil-CoA. A continuación, se requiere en los procesos posteriores de la respiración celular. La reacción está catalizada por el complejo multienzimático piruvato deshidrogenasa (PDC). 

La descarboxilación del piruvato tiene lugar en la matriz mitocondrial. Analicemos ahora las etapas de este proceso paso a paso:

1. En primer lugar, el piruvato se descarboxila en un derivado hidroxietilado, que se une al átomo de carbono activo del pirofosfato de tiamina, una conesima de la piruvato descarboxilasa.
2. Posteriormente, el derivado hidroxietil se oxida por transferencia a la forma disulfuro del ácido lipoico. Este ácido se une covalentemente a la dihidrolipoato acetiltransferasa.
3. El grupo acetilo unido a la cadena lateral del ácido lipoico se transfiere posteriormente a CoA.
4. La forma sulfhidrilada del ácido lipoico sufre una oxidación catalizada por la dihidrolipoato deshidrogenasa. Finalmente, se produce la reconstitución de la forma oxidada del ácido lipoico.
5. El FADH2 se oxida a FAD, y el NAD+ se oxida a NADH + H+.

El ciclo de Krebs:

El ciclo de Krebs es una serie de transformaciones que producen dióxido de carbono y un átomo de hidrógeno. Ambos productos se transfieren a través de NADH+ y FADH2 a la siguiente fase de la respiración celular. Todo el proceso tiene lugar en la matriz mitocondrial.

Cadena respiratoria:

Podemos dividir la cadena respiratoria en dos etapas. A saber, la cadena de transporte de electrones y la quimiosmosis. 

1. En primer lugar, el NADH+ y el FADH2 transfieren los electrones de alta energía producidos por la glucólisis y el ciclo de Krebs a la cadena de transporte de electrones. Ésta se encuentra en el interior de la membrana mitocondrial. 
2. Posteriormente, los transportadores que componen la cadena respiratoria se agrupan en cuatro complejos. Dos de ellos son móviles y transfieren electrones entre los grandes complejos. A medida que los complejos aceptan electrones, se transfieren protones de la matriz mitocondrial al espacio intermembranal. 
3. Durante la quimiosmosis, los protones descienden por su gradiente a través de la ATP sintasa. La ATP sintasa utiliza la energía obtenida del gradiente de iones de hidrógeno de la membrana. Finalmente, el proceso culmina con la fosforilación del ADP y la formación de ATP. 

Ganancia energética de la respiración celular:

Fuentes

1. https://www.britannica.com/science/cellular-respiration
2. https://www.osmosis.org/answers/cellular-respiration
3. https://education.nationalgeographic.org/resource/cellular-respiration-infographic/
4. Urry, L. A., Cain, M. L. 1., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., Reece, J. B., & Campbell, N. A. (2017). Campbell biology. Eleventh edition. New York, NY, Pearson Education, Inc.
5. MLA. Harvey, Richard A., Ph. D. Lippincott’s Illustrated Reviews: Biochemistry. Philadelphia: Wolters Kluwer Health, 2011.