Respiración celular para niños
La respiración celular es un proceso vital en el que las células de los seres vivos obtienen energía. Imagina que las células son como pequeños motores que necesitan combustible para funcionar. La respiración celular es el proceso que transforma el "combustible" (compuestos orgánicos como los alimentos) en la energía que la célula puede usar, llamada ATP. Es como si la célula "quemara" sus nutrientes de forma controlada para liberar energía.
Contenido
¿Qué tipos de respiración celular existen?
Existen dos tipos principales de respiración celular, que dependen de si se usa oxígeno o no:
Respiración aeróbica: Con oxígeno
La respiración aeróbica es la forma más común y eficiente de obtener energía. En este proceso, el oxígeno molecular es el último en recibir los electrones, y al final se convierte en agua. La mayoría de los seres vivos, incluidos los humanos, realizamos este tipo de respiración. Los organismos que la llevan a cabo se llaman organismos aeróbicos.
Respiración anaeróbica: Sin oxígeno
En la respiración anaeróbica, el último en recibir los electrones no es el oxígeno, sino otra molécula inorgánica diferente. Este tipo de respiración es menos común y la realizan algunos microorganismos.
¿Cómo funciona la respiración celular?
La respiración celular es un conjunto de reacciones químicas que ocurren dentro de las células. Su objetivo principal es tomar nutrientes, como los carbohidratos, lípidos (grasas) y proteínas, y transformarlos para obtener energía en forma de ATP. Para esto, generalmente se necesita oxígeno.
Cuando los nutrientes se "queman" en este proceso, se convierten en dióxido de carbono y agua, que son los productos finales. En los seres vivos con células complejas (eucariotas), como nosotros, la respiración celular aeróbica ocurre principalmente en unas estructuras llamadas mitocondrias, que son como las "centrales de energía" de la célula. En las bacterias, que son más simples, ocurre en su citosol (el líquido dentro de la célula) y en su membrana.
Durante la respiración, los nutrientes pierden electrones. Estos electrones son recogidos por unas moléculas especiales llamadas coenzimas. Luego, estas coenzimas transfieren los electrones a una serie de proteínas, como una "cadena de relevos", que se llama cadena de transporte de electrones. Este proceso libera mucha energía, que se usa para producir la mayor parte del ATP. También se produce una pequeña cantidad de ATP en las primeras etapas del proceso. Al final de la cadena, el oxígeno recoge los electrones.
¿De dónde vienen los nutrientes?
Los nutrientes que usamos para la respiración celular pueden venir de diferentes lugares:
- De los alimentos: En los animales, los nutrientes se obtienen de la comida que digerimos.
- De las reservas del cuerpo: El cuerpo puede almacenar energía en forma de grasas o glucógeno (un tipo de carbohidrato) para usarla cuando sea necesario.
- De la fotosíntesis: En las plantas, la glucosa que usan para respirar se produce durante la fotosíntesis.
Las etapas de la respiración aeróbica
La respiración celular es un proceso complejo que se divide en varias etapas principales:
1. Glucólisis
La glucólisis es la primera etapa y ocurre en el citosol de la célula. En esta etapa, una molécula de glucosa (que tiene 6 carbonos) se divide en dos moléculas más pequeñas llamadas piruvato (cada una con 3 carbonos). Durante la glucólisis, se producen 2 moléculas de ATP y 2 moléculas de una coenzima llamada NADH. Esta etapa puede ocurrir incluso si no hay oxígeno.
2. Descarboxilación oxidativa del piruvato
Si hay oxígeno, las moléculas de piruvato que se formaron en la glucólisis entran en la mitocondria. Allí, cada piruvato se transforma en una molécula llamada acetil-CoA. En este paso, se libera una molécula de dióxido de carbono (CO2) y se forma otra molécula de NADH.
3. Ciclo de Krebs
El ciclo de Krebs (también conocido como ciclo del ácido cítrico) ocurre en la parte interna de la matriz mitocondrial. En este ciclo, el acetil-CoA se combina con otras moléculas y pasa por una serie de reacciones. Durante el ciclo de Krebs, se liberan más moléculas de CO2 (lo que significa que todos los carbonos de la glucosa original se han liberado), y se producen más coenzimas NADH y FADH2, además de una pequeña cantidad de ATP.
4. Cadena de transporte de electrones y fosforilación oxidativa
Esta es la etapa donde se produce la mayor parte de la energía. La cadena de transporte de electrones se encuentra en la membrana interna de la membrana mitocondrial interna. Las coenzimas NADH y FADH2, que se formaron en las etapas anteriores, entregan sus electrones a esta cadena.
Imagina que los electrones "saltan" de una proteína a otra a lo largo de la cadena. Cada vez que saltan, liberan un poco de energía. Esta energía se usa para "bombear" unas partículas llamadas protones hacia un espacio entre las membranas de la mitocondria. Esto crea una especie de "presa" de protones.
Al final de la cadena, el oxígeno es el que recibe los electrones y se une a los protones para formar agua. Por eso necesitamos respirar oxígeno: es esencial para que esta parte del proceso funcione.
Los protones que se acumularon en la "presa" quieren regresar al interior de la mitocondria. Lo hacen a través de una máquina molecular especial llamada ATP sintasa. Cuando los protones pasan por la ATP sintasa, esta se activa y comienza a fabricar grandes cantidades de ATP a partir de ADP y fosfato. Este proceso se llama fosforilación oxidativa.
En resumen, la respiración celular es un proceso asombroso que permite a nuestras células obtener la energía que necesitan para todas sus funciones vitales.
Balance energético de la respiración aeróbica
La respiración aeróbica es muy eficiente. Por cada molécula de glucosa que se "quema" completamente, se pueden producir teóricamente entre 36 y 38 moléculas de ATP. Sin embargo, en las células reales, la cantidad suele ser un poco menor, alrededor de 28 a 30 ATP, debido a algunas pérdidas de energía.
| Fase | Producción de coenzimas | Producción de ATP | Modo de producción de ATP |
|---|---|---|---|
| Glucólisis | 2 netos | Se producen 4, pero se gastan 2, por lo que el balance neto es de 2. | |
| 2 NADH | 4-6 | Fosforilación oxidativa (cada NADH citosólico produce de 2 a 3 ATP) | |
| Descarboxilación oxidativa del piruvato | 2 NADH | 6 | Fosforilación oxidativa |
| Ciclo de Krebs | 2 | Fosforilación a nivel de sustrato | |
| 6 NADH | 18 | Fosforilación oxidativa | |
| 2 FADH2 | 4 | Fosforilación oxidativa | |
| Rendimiento total | 36-38 ATP | Obtenidas de la oxidación completa de una molécula de glucosa | |
¿Qué es la fermentación?
Cuando no hay oxígeno disponible, las células no pueden realizar la respiración aeróbica completa. En su lugar, el piruvato (que se forma en la glucólisis) pasa por un proceso llamado fermentación. La fermentación ocurre en el citoplasma y no produce tanto ATP como la respiración aeróbica, solo 2 ATP por molécula de glucosa.
La fermentación tiene como objetivo principal regenerar las coenzimas necesarias para que la glucólisis pueda seguir funcionando y produciendo al menos un poco de energía. Los productos finales de la fermentación varían según el organismo:
- En nuestros músculos, cuando hacemos ejercicio muy intenso y no llega suficiente oxígeno, se produce ácido láctico (esto se llama fermentación láctica).
- En las levaduras, se produce etanol (alcohol) y dióxido de carbono (esto se llama fermentación alcohólica).
La fermentación es mucho menos eficiente que la respiración aeróbica, pero es una forma rápida de obtener energía cuando el oxígeno es escaso.
Diferencias entre fermentación y respiración aeróbica
- La fermentación no usa oxígeno ni ningún otro aceptor de electrones externo.
- La cadena de transporte de electrones no participa en la fermentación.
- La ATP sintasa no se usa en la fermentación; todo el ATP se produce de forma directa y en mucha menor cantidad.
- Los productos finales de la fermentación son moléculas más complejas que el CO2 y el H2O que produce la respiración.
¿Qué es la respiración anaeróbica?
La respiración anaeróbica es diferente de la fermentación. Algunos microorganismos la utilizan cuando no hay oxígeno. En lugar de oxígeno, usan otras moléculas inorgánicas como el sulfato, el nitrato o el azufre como aceptores finales de electrones. Los sistemas que usan estas bacterias son similares a la cadena de transporte de electrones de nuestras mitocondrias. Estos organismos suelen vivir en lugares especiales, como cuevas submarinas o cerca de respiraderos hidrotermales en el fondo del océano.
Véase también
En inglés: Cellular respiration Facts for Kids
