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Ejemplo de respiración anaerobia en humanos (células musculares)

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Ejemplo de respiración anaerobia en humanos (células musculares)

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En los seres humanos, un ejemplo de respiración anaerobia ocurre en las células musculares cuando estas se ven sometidas a un esfuerzo intenso y prolongado, como durante el ejercicio vigoroso. En estas situaciones, el suministro de oxígeno a los músculos puede no ser suficiente para satisfacer la demanda de energía, por lo que las células musculares recurren temporalmente a la fermentación láctica, que es un tipo de respiración anaerobia.

Proceso de respiración anaerobia en las células musculares:

Glucólisis: Se descompone una molécula de glucosa en dos moléculas de piruvato, generando 2 moléculas de ATP.

Conversión a lactato: En ausencia de oxígeno, el piruvato no puede entrar en la mitocondria para ser utilizado en el ciclo de Krebs (que requiere oxígeno). En lugar de eso, se convierte en ácido láctico (lactato) a través de la enzima lactato deshidrogenasa. Este proceso permite regenerar el NAD⁺ necesario para que la glucólisis continúe produciendo pequeñas cantidades de ATP.

Acumulación de lactato: El lactato puede acumularse en los músculos, lo que se asocia con la sensación de fatiga muscular o "ardor" durante el ejercicio.

Características clave:

Producción de ATP: Aunque la respiración anaerobia genera energía rápidamente, produce solo 2 moléculas de ATP por cada molécula de glucosa, mucho menos eficiente que la respiración aeróbica.

Temporal: Las células musculares solo usan la fermentación láctica de manera temporal, ya que la acumulación de lactato es insostenible a largo plazo. Una vez que el ejercicio cesa y se restablece el suministro de oxígeno, el lactato es transportado al hígado, donde puede convertirse nuevamente en piruvato o glucosa (proceso llamado gluconeogénesis).

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Hernández, L. A. (2015). Respiración Aerobia. Portal Académico del CCH, UNAM. https://portalacademico.cch.unam.mx/alumno/biologia1/unidad2/respiracionAerobia

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 Definición y características de la respiración celular aerobia.

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 Definición y características de la respiración celular aerobia.

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La respiración celular es el proceso por el cual las células degradan moléculas de alimento (carbohidratos, proteínas y lípidos) para sintetizar energía en forma de moléculas de ATP. Este proceso se realiza paulatinamente por enzimas específicas que controlan una serie de reacciones de óxido-reducción en las que las moléculas combustibles son oxidadas y degradadas, y liberan protones que son captados por coenzimas.

características principales:

1. Requiere oxígeno: El oxígeno actúa como el aceptor final de electrones en la cadena de transporte de electrones.

2. Ocurre en las mitocondrias: La mayor parte del proceso se lleva a cabo en las mitocondrias, específicamente en la matriz mitocondrial y en la membrana interna.

3. Produce ATP: Genera una gran cantidad de ATP (adenosín trifosfato), que es la principal molécula de energía utilizada por las células.

4. Etapas:

Glucólisis: Ocurre en el citosol y produce piruvato, ATP y NADH.

Ciclo de Krebs: También conocido como ciclo del ácido cítrico, ocurre en la matriz mitocondrial y produce CO₂, ATP, NADH y FADH₂.

Cadena de transporte de electrones y fosforilación oxidativa: Ocurre en la membrana interna de la mitocondria y produce la mayor cantidad de ATP mediante la transferencia de electrones y la generación de un gradiente de protones.

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La respiración anaeróbica es un proceso metabólico en el que las células obtienen energía (ATP) a partir de moléculas orgánicas en ausencia de oxígeno. A diferencia de la respiración aeróbica, donde el oxígeno actúa como el aceptor final de electrones, en la respiración anaeróbica se utilizan otros compuestos inorgánicos, como nitratos (NO₃⁻), sulfatos (SO₄²⁻) o carbonatos (CO₃²⁻), para este fin.

Características principales:

Producción de energía (ATP): Aunque genera ATP, la cantidad es significativamente menor que en la respiración aeróbica (solo entre 2-4 moléculas de ATP por molécula de glucosa, comparado con 30-32 moléculas en la aeróbica).

Tipos de organismos: La respiración anaeróbica es común en microorganismos como algunas bacterias y arqueas que viven en ambientes donde el oxígeno es escaso o inexistente, como sedimentos profundos, intestinos de animales o pantanos.

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La respiración aerobia es fundamental para la vida en la mayoría de los seres vivos:

1. Producción de energía: Permite la producción de energía en forma de ATP (adenosín trifosfato), que es esencial para las funciones celulares.

2. Oxidación de nutrientes: Permite la oxidación de nutrientes como carbohidratos, proteínas y grasas, liberando energía

3. Eliminación de desechos: Ayuda a eliminar los productos de desecho del metabolismo celular.

4. Mantenimiento del pH celular: Ayuda a mantener el pH celular adecuado.

5. Apoyo a la función muscular: La respiración aerobia es esencial para la contracción muscular y la movilidad.

6. Funcionamiento del sistema nervioso: La respiración aerobia es necesaria para el funcionamiento adecuado del sistema nervioso.

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Estos dos compuestos se crean después del ciclo de Krebs en la respiración y son vitales para ayudar a transportar electrones a las mitocondrias, que los utilizan en la cadena de transporte de electrones. Son moléculas de energía que son utilizadas por la célula para continuar el proceso de respiración celular.

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Ecuación general de la respiración aerobia:

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Ecuación general de la respiración aerobia:

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C6H12O6 + 6º2 → 6CO2 + 6H2O + ATP

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¿Qué es?

El ciclo de Krebs es una serie de reacciones químicas en las que se oxidan los grupos acetilos de los ácidos grasos y los carbohidratos, liberando energía en forma de electrones y reduciendo los coenzimas NAD+ y FAD+.

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El ciclo de Krebs consta de ocho reacciones principales, cada una catalizada por una enzima específica:

1.       Formación de citrato: Acetil-CoA se combina con oxalacetato para formar citrato, catalizado por la enzima citrato sintasa.

2.       Formación de isocitrato: El citrato se isomeriza a isocitrato mediante la enzima aconitasa.

3.       Descarboxilación de isocitrato: Isocitrato se oxida y descarboxila a α-cetoglutarato, catalizado por la isocitrato deshidrogenasa.

4.       Descarboxilación de α-cetoglutarato: α-cetoglutarato se convierte en succinil-CoA, catalizado por la α-cetoglutarato deshidrogenasa.

5.       Conversión de succinil-CoA a succinato: Succinil-CoA se convierte en succinato, catalizado por la succinil-CoA sintetasa.

6.       Oxidación de succinato: Succinato se oxida a fumarato, catalizado por la succinato deshidrogenasa.

7.       Hidratación de fumarato: Fumarato se convierte en malato, catalizado por la fumarasa.

8.       Oxidación de malato: Malato se oxida a oxalacetato, catalizado por la malato deshidrogenasa

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Ganancia neta de ATP y organelo celular en donde se lleva a cabo

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Ganancia neta de ATP y organelo celular en donde se lleva a cabo

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Cada fosfato liberado en esta reacción puede convertir una molécula de ADP en una molécula de ATP de alta energía, lo que resulta en una ganancia de dos moléculas de ATP.

Se lleva a cabo en la matriz mitocondrial, que es la parte interna de las mitocondrias, las cuales son los orgánulos encargados de la producción de energía en las células.

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Serie de reacciones que toma acetil CoA y produce dióxido de carbono, NADH, FADH2 y ATP o GTP. Cada ciclo de Krebs produce: 

3 NADH (nicotinamida adenina dinucleótido reducido)

1 GTP (guanosintrifosfato)

1 FADH2 (flavin adenin dinucleótido reducido)

2 moléculas de dióxido de carbono

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Tipo de reacciones (catabólicas ○ anabólicas)

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Tipo de reacciones (catabólicas ○ anabólicas)

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Incluye tanto reacciones catabólicas como anabólicas, lo que lo convierte en una vía anfibólica.

Reacciones Catabólicas: Estas reacciones implican la descomposición de moléculas complejas en moléculas más simples, liberando energía en el proceso. En el ciclo de Krebs, el acetil-CoA se oxida para producir dióxido de carbono, NADH, FADH2 y GTP (que puede convertirse en ATP). Este proceso libera energía que es utilizada por la célula.

Reacciones Anabólicas: Estas reacciones utilizan la energía para sintetizar moléculas complejas a partir de moléculas más simples. El ciclo de Krebs proporciona precursores para la biosíntesis de varios compuestos importantes, como aminoácidos, nucleótidos y ácidos grasos

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¿Qué es?

La glucólisis es la primera etapa en el proceso de respiración celular. Es la vía metabólica que oxida la glucosa para producir energía para la célula

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1.             Fermentación alcohólica:

Ecuación general: Glucosa → Etanol +
CO2 + ATP.

Sustratos: glucosa.

Productos: etanol, COz, ATP.

Importancia: producción de bebidas alcohólicas, bioetanol.

Sistemas vivos: levaduras, bacterias.

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Cada reacción de la glucólisis es catalizada por su propia enzima.(Las enzimas son proteínas formadas por aminoácidos que facilitan y velocen reacciones químicas esenciales para la vida.)

La enzima más importante para la regularización de la glucólisis es la fosfofructocinasa, que cataliza la formación de la inestable molécula de azúcar con dos fosfatos, fructosa-1,6-bifosfato

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Ganancia neta de ATP y productos de la glucólisis:

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Ganancia neta de ATP y productos de la glucólisis:

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Al final de la glucólisis nos quedan dos moléculas de ATP, dos de NADH y dos de piruvato.

Piruvato: Dos moléculas de piruvato se producen a partir de una molécula de glucosa.

ATP: Se generan dos moléculas netas de ATP, que son utilizadas por la célula para obtener energía

NADH: Dos moléculas de NADH se producen, las cuales pueden ser utilizadas en la cadena de transporte de electrones para generar más ATP en condiciones aeróbicas.

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Organelo celular en donde se lleva a cabo la glucólisis:

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Organelo celular en donde se lleva a cabo la glucólisis:

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La glucólisis se produce en el citoplasma de células animales, vegetales y en algunos microorganismos.

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1.             Fermentación láctica:

Ecuación general: Glucosa → Ácido láctico + ATP.

Sustratos: glucosa.

Productos: ácido láctico, ATP.

Importancia: producción de alimentos lácteos fermentados, energía rápida en músculos.

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Tipo de reacciones (catabólicas o anabólicas):  

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Tipo de reacciones (catabólicas o anabólicas):  

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La glucólisis es un proceso catabólico fundamental que ocurre dentro de las células, donde se descompone la glucosa, un azúcar simple, en moléculas de piruvato. A medida que se produce esta descomposición, se libera energía en forma de ATP (adenosín trifosfato), una molécula esencial para alimentar las funciones celulares y mantener la vida. Este proceso catabólico es crucial para la supervivencia de las células y, en última instancia, para la salud del organismo en general.

Sustratos de la glucólisis:

Sustrato inicial: Una molécula de glucosa (6c)

Sustrato final: 2 de piruvato (3c)

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La cadena respiratoria o cadena de transporte de electrones es la última fase de la respiración celular aerobia y ocurre en las mitocondrias de las células eucariotas. Su función es generar una gran cantidad de ATP, la molécula que almacena y transporta energía en las células.

Eventos principales:

Transporte de electrones: La cadena respiratoria recibe electrones de moléculas de alta energía como NADH y FADH₂, que provienen de la glucólisis y el ciclo de Krebs. Estos electrones son transportados a través de una serie de complejos proteicos (I, II, III y IV) ubicados en la membrana interna de la mitocondria.

Gradiente de protones (H⁺): A medida que los electrones se desplazan a lo largo de los complejos de la cadena, algunos complejos bombean protones (H⁺) desde la matriz mitocondrial hacia el espacio intermembrana. Esto genera un gradiente electroquímico de protones.

Quimiósmosis y ATP sintasa: Los protones acumulados en el espacio intermembrana regresan a la matriz mitocondrial a través de una enzima llamada ATP sintasa. Esta enzima utiliza la energía del flujo de protones (proceso llamado quimiósmosis) para sintetizar ATP a partir de ADP y fosfato inorgánico.

Aceptación final de electrones: Los electrones que pasan por los complejos terminan en el oxígeno, el aceptor final de electrones, que se combina con protones para formar agua (H₂O).

Ganancia neta de ATP:

La cadena respiratoria produce entre 26_28 moléculas de ATP por cada molécula de glucosa oxidada.

Junto con las otras fases de la respiración celular (glucólisis y ciclo de Krebs), la ganancia total es de 36 moléculas de ATP por molécula de glucosa.

Organelo celular donde se lleva a cabo:

Ocurre en las mitocondrias, específicamente en la membrana interna de la mitocondria. En células procariotas (que no tienen mitocondrias), el proceso tiene lugar en la membrana plasmática.

Tipo de reacciones:

Las reacciones en la cadena respiratoria son catabólicas, ya que descomponen moléculas grandes (como el NADH y FADH₂) y liberan energía en forma de ATP. Este proceso es parte del metabolismo energético que degrada biomoléculas para obtener energía.

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1.             Glucólisis

-Organismo anaerobio: bacterias anaerobias, levaduras.

-Reacciones con enzimas: hexoquinasa, fosfofructoquinasa, piruvato quinasa.

-Ganancia neta de ATP: 2 ATP.

-Sustratos: glucosa, ADP, NAD+.

-Organelo celular: citoplasma.

-Tipo de reacciones: catabólicas