Respiración Celular (página )

Partes: 1, 2

La Glicocalix

Algunas células
bacterianas están rodeadas por una capa de material
viscoso llamada glicocalix. Este glicocalix está
compuesto por polímeros de azúcares
(polisacáridos). Si el glicocalix está organizado
en una estructura
definida y está unido firmemente a la pared celular se
denomina cápsula. Si por el contrario está
desorganizado, sin una forma definida y no está
firmemente unido a la pared celular se denomina capa
mucilaginosa.

La Glucólisis

Es el proceso
donde se descompone una molécula de glucosa de 6
carbonos, en dos moléculas de acido pirúvico, este
proceso es preámbulo de respiración aeróbica y
anaeróbica. Durante esta reacción, se forman dos
moléculas de ATP y dos portadores de electrones NADH.
Este proceso ocurre en el citosol.

Características:

Ocurre en células procariotas y en eucariotas
(Presente en los 5 reinos)
Ocurre en el Citosol de la
célula.
Consiste en la degradación de la glucosa hasta
producir Piruvatos o Ácidos
Pirúvicos.
Es un proceso anaeróbico que implica inversión de energía (2ATP), para
obtener mayor producción (4ATP) y ocurre la
reducción de 2NADH2.
Es el primer paso en el metabolismo
celular.

Glucogénesis

La glucosa es fosforilada a glucosa-6-fosfato, una
reacción que es común para la primera
reacción en la vía de glucólisis a partir de
la glucosa. La glucosa-6-fosfato es después convertida en
glucosa-1-fosfato en una reacción catalizada por la enzima
fosfoglucomutasa. Este enzima es fosforilada y el grupo
fosforico participa en una reacción reversible en la cual
la glucosa-1,6-bifosfato es un intermediario.

Enz-p + glucosa-6-fosfato > enz +
Glucosa-1,6-bisfosfato > enz-p +
glucosa-1-fosfato

La glucosa-1-fosfato reacciona con el uridintrifosfato
(UTP) para formar el nucleótido activo
uridinfosfatoglucosa (UDPG).

La reacción entre la glucosa-1-fosfato y el
uridintrifosfato es catalizada por la enzima UDPG
pirofosforilisa.

UTP + glucosa-1-fosfato > UDPG
+ PPi

La consiguiente hidrolosis del pirofosfato
inorgánico por la pirofosfatasa inorgánica impulsa
la reacción hacia la derecha de la
ecuación.

Por la acción
de la enzima glucogenosintetasa (una glucosiltransferasa), el C1
de la glucosa activada de la UDPG forma un enlace glucosidico con
el C4 del residuo Terminal de glucosa del glucogeno, liberando
uridindifosfato (UDP). Debe haber una molécula primordial
de glicógeno puede a su vez haberse formado sobre un
esqueleto proteínico, que puede ser un proceso semejante a
la síntesis
de otras glucoproteinas.

UDPG + (C6)n  UDP +
(C6)n+1

Glucógeno
glucógeno

La adicción de un residuo de glucosa a una cadena
previa de glucógeno o molécula primordial ocurre en
el extremo externo no reductor de la molécula, de manera
que las "ramas" del "árbol" de glucógeno se vayan
alargando conforme se forman otras uniones-1,4-. Cuando la cadena
se ha alargado como mínimo a once residuos de glucosa, una
segunda enzima ramificante, actúa sobre el
glucógeno. Este enzima transfiere una parte de la cadena
-1,4- a una cadena vecina, pero por medio de una unión
-1,6-, estableciendo de este modo un punto de ramificación
en la molécula. Las ramas crecen por más de
adiciones de unidades 1,4- glucosilo con ramificacion
posterior.

La acción de la enzima ramificante ha sido
estudiada en animales vivos
alimentándolos con glucosa marcada con 14C y examinando en
glucógeno hepático a diversos intervalos de
tiempo. Al
principio solo las ramas externas de la cadena están
marcadas, lo cual indica que en este punto se añade nuevos
residuos de glucosa. Mas tarde, algunas de estas cadenas externas
son transferidas a la porción interna de la
molécula, apareciendo como ramificaciones marcadas -1,6- .
Así, bajo la acción combinada de la
glucogenosintetasa y de la enzima ramificante, es armada la
molécula de glucógeno.

Glucogenólisis

La fosforilaza cataliza el paso siguiente que es
limitante de la velocidad en
la glucogenolisis:

(C6)n + Pi - (C6) n-1 + glucosa
1-fosfato

Glucógeno
glucógeno

Este enzima es especifica para la degradación
fosforilitica de los enlaces -1,4- del glucógeno para
producir glucosa 1-fosfato. Los residuos glucosilo de as cadenas
mas externas de la molécula de glucógeno son
separadas hasta que más o menos 4 residuos de glucosa
permanecen a cada lado de una rama -1,6-. Otra enzima transfiere
una unidad trisacarida de una rama a la otra, exponiendo los
puntos -1,6- de la rama. La escisión hidrolitica de los
enlaces -1,6- requiere la acción de una enzima
desrramificadora, la cual parece ser una segunda actividad de la
glucano transferasa.

Denominado con dicho nombre en honor al
bioquímico ingles, Hans Krebs de la universidad de Oxford, se le llama ciclo de
ácido cítrico porque termina restaurando la
molécula con que se inició.
El ácido pirúvico es procesado por el
acetil CoA en el interior de la mitocondria y el acetato
activado entre el Ciclo de Krebs por condensación con
el ácido oxalacético para formar el
ácido cítrico, un compuesto de seis carbonos.
Los carbonos del acetato son liberados como CO2
durante reacciones conducentes a la succinil CoA, un
intermedio de cuatro carbonos. En las reacciones restantes se
genera el ácido oxalacético y se combina con
otro acetil CoA en un nuevo ciclo. De este modo, un
oxalacetato puede ayudar en la oxidación de un
número infinito de acetatos en vueltas sucesivas del
Ciclo de Krebs, pero puede ser formado indirectamente a
partir del GTP producto
del ciclo. Las enzimas
que catalizan las reacciones del cuadro están
enlistadas en el centro de la
ilustración.
1. Visión simplificada del
  proceso
Ciclo de
Krebs

El proceso comienza con la oxidación del
piruvato, produciendo un acetil-CoA y un CO2.
El acetil-CoA reacciona con una molécula de
oxalacetato (4 carbonos) para formar citrato (6 carbonos),
mediante una reacción de
condensación.
A través de una serie de reacciones el citrato
se convierte de nuevo en oxalacetato. El ciclo consume
netamente 1 acetil-CoA y produce 2 CO2.
También consume 2 NAD+ y 1 FAD, produciendo 3
NADH y 3 H+ y 1 FADH+.
El resultado de un ciclo es (por cada molécula
de piruvato): 1 GTP, 3 NADH, 1 FADH2,
2CO2
Cada molécula de glucosa produce (vía
glucólisis) dos moléculas de piruvato, que a su
vez producen dos acetil-CoA, por lo que por cada
molécula de glucosa en el ciclo de Krebs se produce: 2
GTP, 6 NADH, 2 FADH2, 4CO2.

Importancia del Ciclo de Krebs

El ciclo del ácido cítrico se llama ciclo
del ácido tricarboxilico (TCA) o ciclo de Krebs, en honor
de Sir HANS KREBS, quien trabajo en
él durante el decenio de 1930. Este ciclo es la ruta final
de la oxidación del piruvato, ácidos
grasos y cadenas de carbono de los
aminoácidos. Dicho ciclo se lleva a cabo en la
mitocondria.

Cadena respiratoria

En este punto la célula ha
ganado solo 4 ATP, 2 en la glucólisis y dos en el ciclo de
Krebs, sin embargo ha capturado electrones energéticos en
10 NADH2 y 2 FADH2. Estos transportadores depositan sus
electrones en el sistema de transporte de
electrones localizado en la membrana interna de la
mitocondria.

La cadena respiratoria está formada por una serie
de transportadores de electrones situados en la cara interna de
las crestas mitocondriales y que son capaces de transferir los
electrones procedentes de la oxidación del sustrato hasta
el oxígeno
molecular, que se reducirá formándose agua.

Como resultado de esta transferencia de electrones, los
transportadores se oxidan y se reducen alternativamente,
liberándose una energía que en algunos casos es
suficiente para fosforilar el ADP y formar una molécula de
ATP. Se trata de la fosforilación oxidativa que
permite ir almacenando en enlaces ricos en energía la
energía contenida en las moléculas
NADH2, FADH2, NADPH2, que se liberan en la
glucólisis y en el ciclo de Krebs y que será
más tarde fácilmente utilizada. Toda cadena
respiratoria que comience por el NAD conduce a la
formación de 3 ATP mientras que si comienza por el FAD
produce sólo 2 ATP. El rendimiento energético del
NADP es similar al del NAD, así como el del GTP lo es al
del ATP.

Balance
Energético

El balance para una molécula de glucosa que se
convierte en 2 piruvatos, luego en 2 Acetil- CoA y luego a CO2 en
la vía el ciclo de krebs, con todo el NADH y el FADH
convertidos en ATP por la fosforilación oxidativa: 6
CO2 + H2O + 38 ATP

Es de suma importante considerar que 2 de los NADH son
formados en el
citoplasma durante la glicólisis. Para ser transportados a
la matriz
mitocondrial para ser posteriormente oxidado por la cadena
trasportadora de
electrones, tienen que pasar por medio de transporte activo al
interior de la mitocondria, esto "cuesta" 1ATP por NADH.
Por lo tanto el balance final resulta en 36 ATP por
molécula de glucosa y
no 38 ATP.

Conclusiones

La respiración celular es un proceso intracelular
que incluye a un conjunto de reacciones catabólicas en
cadena, en la cual las biomoléculas orgánicas
energéticas como los glúcidos y lípidos
sufren la ruptura de sus enlaces covalentes para transformarse en
biomoléculas inorgánicas más simples (H2O y
CO2). De la ruptura de los enlaces, se libera energía; una
parte se pierde como calor y la
otra es transferida finalmente a la formación del ATP. El
ATP, es una molécula energética utilizada por la
célula en el transporte activo, división, movimiento,
etc. En el proceso de respiración, la célula puede
hacerlo por fase anaeróbica o aeróbica, de la cual
la respiración aeróbica tiene procesos como:
glucólisis y el ciclo de Krebs y la respiración
anaeróbica: la glucólisis y la fermentación.