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La respiración celular es el proceso mediante el cual las células descomponen las moléculas de los alimentos (carbohidratos, proteínas y lípidos) para sintetizar energía en forma de moléculas de ATP. Este proceso se lleva a cabo gradualmente por enzimas específicas que controlan una serie de reacciones redox en las que las moléculas de combustible se oxidan y degradan, liberando protones atrapados por coenzimas.
Para mantener una función normal, las células llevan a cabo varios procesos, muchos de los cuales requieren energía. La respiración celular es una serie de reacciones en las que las células descomponen moléculas orgánicas para obtener energía, se divide en etapas y tiene lugar de diferentes formas en presencia o ausencia de oxígeno. La respiración aeróbica ocurre en presencia de oxígeno y la respiración anaeróbica ocurre sin oxígeno, ambos procesos comienzan con la glucólisis. Mediante este proceso se libera la energía almacenada en los enlaces químicos de la glucosa. Las plantas almacenan carbohidratos principalmente como almidón, entonces, este compuesto debe hidrolizarse hasta la forma de glucosa, que es la molécula que inicia la respiración. La glucosa también puede provenir de la sacarosa se oxida y se degrada a dióxido de carbono y agua, con producción de ATP. La ecuación general de la respiración resume lo que sucede en el proceso:
C6H12O6 + 6O2 ---> 6CO2 + 6H2O + energía
La producción de energía en forma de ATP genera calor, por lo que no puede liberarse el ATP de una sola vez, sino que debe darse paulatinamente, en varias etapas: glucólisis, ciclo de Krebs y fosforilación oxidativa.

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La glucolisis es un proceso que ha sido estudiado desde la segunda década del siglo XIX, cuando los químicos Louis Pasteur, Eduard Buchner, Arthur Harden y William Young comenzaron a detallar el mecanismo de la fermentación. Estos estudios permitieron conocer el desarrollo y distintas formas de reacción en la composición de las moléculas.
1. Hexoquinasa
El primer paso en la glucólisis consiste en convertir la molécula D-glucosa en una molécula glucosa-6-fosfato (molécula de glucosafosforilada en el carbono 6). Para generar esta reacción es necesario que participe una enzima conocida como Hexoquinasa, y tiene la función de activar la glucosa de manera que sea posible usarla en procesos posteriores.

2. Fosfoglucosa isomerasa (Glucosa-6 P isomerasa)
La segunda reacción de la glucólisis es la transformación de la glucosa-6-fosfato en fructosa-6-fosfato. Para ello debe actuar una enzima que se llama fosfoglucosa isomerasa. Esta es la fase de definición de la composición molecular que permitirá consolidar la glucólisis en las dos etapas que siguen.

3. Fosfofructoquinasa
En esta fase, la fructosa-6-fosfato se convierte en fructosa 1.6-bifosfato, por medio de la acción de la fosfofructoquinasa y magnesio. Se trata de una fase irreversible, lo que genera que la glucólisis comience a estabilizarse.

4. Aldolasa
Ahora la fructosa 1.6-bifosfato se divide en dos azúcares de tipo isómero, es decir, dos moléculas con la misma fórmula, pero cuyos átomos están ordenados de manera distinta, con lo cual tienen también propiedades distintas. Los dos azúcares son dihidroxiacetona fosfato (DHAP) y gliceraldehído 3-fosfato (GAP), y la división ocurre por la actividad de la enzima aldolasa.

5. Trifosfato isomerasa
La fase número 5 consiste en reservar el fosfato de gliceraldehído para la siguiente etapa de la glucólisis. Para esto es necesario que actúe una enzima llamada trifosfato isomerasa dentro de los dos azúcares obtenidos en la etapa anterior (dihidroxiacetona fosfato y gliceraldehído 3-fosfato). Aquí es donde termina la primera de las grandes etapas que describimos a inicio de esta numeración, cuya función es generar el gasto de energía.

6. Glyceraldehyde-3-phosphate Dehydrogenase
En esta fase inicia la obtención de energía (durante las 5 anteriores sólo se había gastado). Seguimos con los dos azúcares generados anteriormente y su actividad es la siguiente: producir 1.3-bisofosfoglicerato, por medio de agregar un fostato inorgánico al gliceraldehído 3-fosfato.
Para poder agregar este fosfato, la otra molécula (el gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa) debe deshidrogenarse. Esto significa que comienza a aumentar la energía del compuesto.

7. Fosfoglicerato quinasa
En esta fase hay otra transferencia de un fosfato, para poder formar adenosina trifosfato y 3-fosfoglicerato. Es la molécula 1,3-bisfosfoglicerato la que recibe un grupo de fosfato de parte de la fosfoglicerato quinasa.

8. Fosfoglicerato mutasa
De la reacción anterior se obtuvo 3-fosfoglicerato. Ahora es necesario generar 2-fosfoglicerato, por medio de la acción de una enzima llamada fosfoglicerato mutasa. Está última reubica la posición del fosfato del tercer carbono (C3) hacia el segundo carbono (C2), y se obtiene así la molécula esperada.

9. Enolasa
Una enzima llamada enolasa se encarga de eliminar la molécula de agua del 2-fosfoglicerato. De esta manera se obtiene el precursor del ácido pirúvico y nos acercamos al final del proceso de glucólisis. Este precursor es el fosfoenolpiruvato.

10. Piruvato kinasa
Finalmente, ocurre una transferencia de fósforo del fosfoenolpiruvato al adenosín difosfato. Está reacción ocurre por acción de la enzima piruvato kinasa, y permite que la glucosa termine de transformarse en ácido pirúvico.

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La respiración aeróbica hace referencia a una serie de reacciones metabólicas que tienen lugar dentro de las células biológicas a través de las cuales se obtiene energía química a partir de la descomposición de moléculas orgánicas (respiración celular).
Este es un proceso complejo para obtener energía, que consume glucosa (C6H12O6) como combustible y oxígeno como aceptor final de electrones (oxidante) para reaccionar con el piruvato (C3H4O3). Como resultado se obtienen dióxido de carbono (CO2), agua (H2O) y grandes cantidades de trifosfato de adenosina (ATP), notables moléculas de energía bioquímica.
Este proceso es típico de los eucariotas y algunas formas de bacterias y ocurre de acuerdo con la siguiente fórmula: C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + ATP.
La glucólisis: se produce en el citoplasma de las células animales y vegetales y de algunos microorganismos. Durante la glucólisis, la molécula de glucosa de seis carbonos (representada por las 6 esferas) se convierte en varios compuestos intermedios que finalmente se dividen en dos compuestos de tres carbonos cada uno (piruvato). En la glucólisis, se consumen dos moléculas de ATP, pero se sintetizan cuatro a lo largo del proceso, por lo que la ganancia neta es de dos ATP. Durante la glucólisis también se produce NADH, una molécula que se utilizará más adelante en el sistema de transporte de electrones (la tercera etapa).

Ciclo de Krebs: ocurre en el ciclo metabólico de la matriz mitocondrial, comenzando con el grupo acetilo en la etapa anterior y sufriendo oxidación para producir dos moléculas de CO2 y energía y otras moléculas reductoras utilizables en forma de trifosfato de guanosina (GTP). La molécula de acetil-CoA se divide en dos moléculas, el grupo acetilo y la coenzima A, el grupo acetilo (la molécula con dos átomos de carbono) se transfiere a la molécula de oxalacetato (que pertenece al ciclo de Krebs).
Durante el ciclo tienen lugar una serie de reacciones en las que se transfiere hidrógeno y electrones a las moléculas NAD+ y FAD, se produce NADH y FADH2, además de ATP, la molécula de oxalacetato se libera nuevamente y queda lista para aceptar otra molécula. Molécula de coenzima A. Durante este ciclo también se producen CO2, H2O y ATP.
Cadena respiratoria: está formada por una serie de proteínas que pueden entrar en recciones de oxidación y reducción, esta fase de la respiración celular ocurre en la membrana interna de la mitocondria, donde los complejos enzimáticos (CoQ y CytC) concentrados en la membrana funcionan aceptando electrones y pasándolos a las siguientes enzimas.
El hidrógeno que transportan se descompone en electrones y protones. Los electrones viajan por la cadena respiratoria hasta llegar al oxígeno, que es el aceptor final. Una vez que el oxígeno acepta electrones y protones, se forma agua.
Los protones se bombean al espacio entre las membranas mitocondriales en contra de un gradiente de concentración. Posteriormente, los protones regresan a la matriz mitocondrial, esta vez en un gradiente de concentración decreciente. De esta forma, se genera la fuerza necesaria para acoplar el grupo fosfato al ADP (adenosín difosfato) para generar 32 moléculas de ATP en una reacción catalizada por la ATP sintasa. Por lo tanto, al final de la respiración celular se producen aproximadamente 36 moléculas de ATP.
NAD+ se utiliza en reacciones redox en las células y actúa como agente reductor. NADH promueve la oxidación en procesos celulares como la glucólisis para ayudar en la oxidación de la glucosa.
Las características generales de la respiración aerobia son:
Extracción energía de las moléculas orgánicas, (glucosa), para almacenarla como (ATP)
Participa la cadena de transporte de electrones
Oxigeno acepta dos protones para generar agua
Propia de los organismos eucariontes
La respiración aeróbica utiliza oxígeno y glucosa para producir compuestos inorgánicos como el dióxido de carbono y el agua.
Estos dos últimos compuestos, a su vez, son la materia prima del proceso de fotosíntesis de las plantas, por lo que constituyen un “ciclo” de materia y energía, que permite a los organismos que viven en condiciones aeróbicas obtener más energía. De la oxidación de compuestos orgánicos, de ahí su importancia biológica.

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La glucolisis es el primer paso para todos los tipos de respiración celular y no necesita de oxigeno, en el caso de la anaeróbica por la falta de oxigeno se continuara con la fermentación.

Algunos organismos que realizan este tipo de respiración son procariontes, como las bacterias y las arqueas, entre estas es la bacteria Lactobacillus acidophilus. Hay dos tipos de organismos que realizan esta respiración los anaerobios facultativos y los estrictos u obligados, los facultativos pueden cambiar de respiración aerobia respiración anaerobia dependiendo del oxigeno disponible, los estrictos solo pueden usar la anaerobia ya que el oxigeno es toxico para ellos.

Durante la glucolisis se genera ATP y  NADH, este ultimo por medio de reducción pasando de NAD+ a NADH como en esta parte se libera energía esta reacción es anabólica, antes de poder llegar esa reducción se deben crear dos moléculas con tres átomos de carbono cada una provenientes de la ruptura de una molécula de glucosa , a estas moléculas se les llaman piruvatos y para ello se gastan 2 ATP de modo que esta reacción es catabólica, la ganancia neta en este proceso solo es de 2 ATP y 2NADH, todo esto se lleva acabo en el citosol. Por lo visto se puede decir que los sustratos de la vía metabólica son la molécula de glucosa, NAD+ Y 2ADP+ 2 P, siendo los productos de la vía metabólica los piruvatos, NADH y ATP.

Después de la glucolisis se realiza la fermentación, alcohólica o láctica.
Llegando a la conclusión de que la respiración anaerobia es un proceso por el cual los organismos descomponen la glucosa en una forma que la célula puede utilizar como energía, que no requiere oxígeno para llevarse acabo.

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En esta Fermentación los sustratos al principio son los mismos, piruvatos y NADH, pero a diferencia de la fermentación láctica la enzima piruvato descarboxilasa actúa sobre el piruvato de modo que su grupo carboxilo se libere por lo que el piruvato pasa a ser acetaldehído que al reaccionar con el NADH se reduce en etanol y con el se oxida el NADH para regresar a NAD+,  quedando como productos el etanol y el NADH.

Esta fermentación es la que más puede verse reflejada su importancia en la economía ya que se ve presente el la levadura y el el proceso de el vino, cerveza y otros licores, el porcentaje de venta de estos productos es bastante alto se calcula que durante 2020 en México la cerveza tuvo un valor de ventas de 185.375, 8 millones de MXN.

Biológicamente tanto la fermentación láctica como la alcohólica son la base para el funcionamiento de miles y millones de organismos, que si bien no generan tanto ATP son vitales.

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En la fermentación láctica los sustratos son los piruvatos o ácido pirúvico según el caso y el NDAH que obtuvimos en la glucolisis, en este caso al acido pirúvico se toma para que   el NADH se oxide pasando a NAD+  de modo que el ácido pirúvico se reduce y pasa a ser ácido lactico, en el piruvato al reaccionar con el NADH se convierte en lactato y el NADH al traspasarle sus electrones se oxida y vuelve al ser NAD+, de modo que los productos de la vía metabólica son el NAD+ y el ácido láctico / lactato.

La importancia de este proceso se ve reflejada en los múltiples usos que se le da, para el yogurt, el queso, vinagre, etc. dando una variedad de productos alimenticios que apoyan a la economía,  por el lado biológico así como las bacterias que forman el yogur realizan la fermentación del ácido láctico al igual que los eritrocitos del cuerpo y las células musculares cuando tienen muy poco oxígeno como para continuar la respiración aeróbica.

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