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La glucólisis se produce en el citoplasma. Es un proceso catabólico de obtención de energía para el mantenimiento de los sistemas vivos, especialmente bacterias y levaduras. Aquí la molécula de glucosa se transforma en los siguientes compuestos intermediarios:

Glucosa 6 fosfato

Fructosa 6 fosfato

Fructosa 1, 6 fosfato

Fructosa 1, 6 bifosfato

Fosfogliceraldehído (PGAL)

1, 3 bifosfogliceraldehído

3 fosfoglicerato

2 fosfoglicerato

Fosfoenolpiruvato (PEP)

para finalmente dividirse en dos moléculas de piruvato.

En la glucólisis se consumen dos moléculas de ATP, pero se sintetizan cuatro durante todo el proceso, por lo tanto la ganancia neta es de dos ATP´s. También se produce NADH, molécula que va a transferir sus electrones al piruvato.

Debido a la ausencia de oxígeno el piruvato se convierte en lactato (ácido láctico) y sucede la fermentación láctica.

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La glucólisis se produce en el citoplasma. Es un proceso catabólico de obtención de energía para el mantenimiento de los sistemas vivos, especialmente bacterias y levaduras. Aquí la molécula de glucosa se transforma en los siguientes compuestos intermediarios:

Glucosa 6 fosfato

Fructosa 6 fosfato

Fructosa 1, 6 fosfato

Fructosa 1, 6 bifosfato

Fosfogliceraldehído (PGAL)

1, 3 bifosfogliceraldehído

3 fosfoglicerato

2 fosfoglicerato

Fosfoenolpiruvato (PEP)

para finalmente dividirse en dos moléculas de piruvato.

En la glucólisis se consumen dos moléculas de ATP, pero se sintetizan cuatro durante todo el proceso, por lo tanto la ganancia neta es de dos ATP´s. También se produce NADH, molécula que va a ser utilizada más tarde en el sistema de transporte de electrones.

Todo este proceso termina dando inicio al ciclo de Krebs.

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En el ciclo de Krebs las dos moléculas de piruvato formadas por la glucólisis son transformadas en dos moléculas de acetilcoenzima (acetil-CoA) en el citoplasma, posteriormente éstas entran a la mitocondria liberando CO2. La molécula de acetil-CoA se divide en dos moléculas, acetil y coenzima A, el acetil (molécula de dos átomos de carbono) es transferido a una molécula de oxalacetato (perteneciente al ciclo de Krebs). En el ciclo se llevan a cabo una serie de reacciones en las que hidrógenos y electrones son transferidos a moléculas NAD+ y FAD, para producir NADH y FADH2, además se produce ATP y nuevamente la molécula de oxalacetato se encuentra libre y lista para aceptar a otra molécula de acetil-CoA. Durante este ciclo se produce además CO2, H2O y ATP. El NADH y FADH2 serán utilizados en la siguiente etapa de la respiración celular que es la cadena de transporte de electrones y la fosforilación oxidativa.

El ciclo de Krebs genera 1 molécula de ATP por vuelta y la glucosa se divide en 2 moléculas de piruvato; por tanto, se generan 2 vueltas con la producción neta de 2 ATP.

Todo este ciclo se considera anfibólico, es decir, catabólico y anabólico al mismo tiempo, anabólico ya que genera factores reducidos, como NADH y FADH2; y catabólico porque oxida los dos átomos de carbono del acetil CoA a dióxido de carbono (CO2).

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Esta fase de la respiración celular se produce en la membrana interna de las mitocondrias, ahí un complejo de enzimas concentradas en la membrana (CoQ y CytC) actúan aceptando electrones y pasándolos a las siguientes enzimas. La energía de los electrones permite que los hidrógenos pasen a través de la membrana hasta el espacio intermembranal de la mitocondria (los electrones y protones provienen de las moléculas NADH y FADH2). Toda esta actividad, permite al final que moléculas de oxígeno acepten electrones y protones, y formen H2O, pero además la transferencia de hidrógenos a través de la membrana permite la producción de moléculas de ATP. El total de moléculas de ATP producidas en el proceso de respiración celular es de 36.

La cadena respiratoria es un proceso catabólico porque implica la descomposición de NADH y FADH2 para liberar energía que se utiliza en la producción de ATP.

El papel del oxígeno en la respiración celular es sustancial. Como receptor final de electrones, el oxígeno es responsable de la eliminación de los electrones del sistema. Si el oxígeno no está disponible, los electrones no podrían pasar entre las coenzimas, la energía de los electrones no podría ser liberada.

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La función principal de las moléculas NAD+ y FAD son recibir hidrógenos y electrones a ambas moléculas para formar NADH y FADH2 respectivamente en el ciclo de krebs

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La respiración ocurre en distintas estructuras celulares; la primera fase de la respiración celular, la glucólisis, ocurre en el citoplasma, mientras que la segunda fase dependerá de la presencia o ausencia de O2 en el medio.

La respiración aerobia es una vía de formación de ATP en las mitocondrias que requieren oxígeno: de la glucólisis al Ciclo de Krebs y a la fosforilación en el transporte de electrones. Rendimiento normal de energía: 36 ATP por molécula de glucosa.

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Ecuación general de la respiración aerobia

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Ecuación general de la respiración aerobia

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La respiración aerobia es un proceso químico que utiliza oxígeno para producir energía a partir de carbohidratos (azúcares). En este proceso se produce dióxido de carbono, agua y Adenosíntrifosfato (ATP), la molécula de la energía bioquímica dónde su ecuación es

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + ATP

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La respiración aerobia es esencial para el correcto funcionamiento de los tejidos y órganos, especialmente aquellos con alta demanda energética como el corazón, el cerebro y los músculos.

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La fermentación alcohólica es un proceso biológico originado por la actividad de algunos microorganismos que procesan los hidratos de carbono (por ejemplo, la glucosa, la fructosa, la sacarosa, es decir, cualquier sustancia que tenga una hexosa) para obtener como productos finales: un alcohol en forma de etanol (cuya fórmula química es CH3-CH2-OH), dióxido de carbono (CO2) en forma de gas y moléculas de adenosín trifosfato (ATP) que consumen los propios microorganismos en su metabolismo celular energético anaeróbico. El etanol resultante se emplea en la elaboración de algunas bebidas alcohólicas, tales como el vino, el tequila, el mezcal y el pulque.

Tiene como finalidad biológica proporcionar energía anaeróbica a los microorganismos unicelulares (levaduras) en ausencia de oxígeno, una de las principales características de estos microorganismos es que viven en ambientes completamente carentes de oxígeno (O2), sobre todo durante la reacción química. Por eso se dice que la fermentación alcohólica es un proceso anaeróbico.

La fermentación alcohólica viene expresada por la ecuación, en la que a partir de una hexona se obtiene alcohol etílico y anhídrido carbónico:

C6H12O6 = 2CH3 - CH2OH + 2CO2

Las bebidas alcohólicas fermentadas han sido objeto de estudio en relación a su impacto en la economía local y global. La producción y comercialización de estas bebidas, como el vino, la cerveza y el sake, ha demostrado ser una fuente importante de ingresos para las comunidades locales. La industria de las bebidas alcohólicas fermentadas y economía se encuentran estrechamente vinculadas, ya que la producción de estas bebidas implica la participación de agricultores, productores, distribuidores y comerciantes. Además, su demanda a nivel local e internacional genera empleo y contribuye al desarrollo económico de las regiones. Estudios científicos han demostrado que el turismo relacionado con la visita a bodegas, cervecerías y destilerías tienen un impacto positivo en las economías. En la actualidad, la industria de las bebidas alcohólicas fermentadas continúa siendo un sector clave en la economía global, con empresas que compiten por captar la atención de los consumidores y expandir su presencia en nuevos mercados.

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La fermentación láctica,  es un proceso metabólico anaeróbico en el cual el piruvato, producto de la glucólisis, se reduce a lactato. Esto ocurre en condiciones de baja o nula disponibilidad de oxígeno, cuando el NADH no puede ser reoxidado a NAD+ de manera habitual. Para evitar que la glucólisis se detenga, el NADH transfiere sus electrones al piruvato, convirtiéndolo en lactato y regenerando el NAD+, que es esencial para que la glucólisis continúe. Este proceso permite la producción continua de energía en forma de ATP y es crucial en la producción de alimentos lácteos acidificados, ya que el ácido láctico generado actúa como conservante natural.

Ecuación general de la fermentación láctica

C12H22O11 = 2C6H12O6.

Sustratos de la vía metabólica:

El principal sustrato de la fermentación láctica es la glucosa (u otros monosacáridos como la fructosa y galactosa que pueden entrar en la glucólisis).

• Glucosa: la fuente de energía que entra en la glucólisis.

• Piruvato: el producto final de la glucólisis que es el precursor directo de la fermentación láctica.

Productos de la vía metabólica:

• Ácido láctico (lactato): es el producto final principal.

• ATP: Se generan 2 moléculas netas de ATP por cada molécula de glucosa.

• NAD+: Durante la fermentación, el NADH formado en la glucólisis se oxida a NAD+, lo que permite que la glucólisis continúe en ausencia de oxígeno.

Importancia económica:

• Industria alimentaria: La fermentación láctica es esencial para la producción de diversos productos lácteos como yogurt, kéfir y algunos quesos, así como productos fermentados como el chucrut, kimchi, encurtidos, y panes de masa madre. Los microorganismos responsables de la fermentación convierten los azúcares en ácido láctico, lo que mejora el sabor, la textura y la conservación de los alimentos.

Importancia biológica:

• Generación de energía en condiciones anaeróbicas: En muchos organismos, incluidos los humanos, la fermentación láctica es crucial en condiciones de baja disponibilidad de oxígeno, como durante el ejercicio intenso, donde el oxígeno no llega a los músculos lo suficientemente rápido.

• Regeneración del NAD+: Permite que la glucólisis continúe al regenerar el NAD+ necesario para las primeras fases de la vía.

• Bacterias del ácido láctico: Son microorganismos fundamentales en la microbiota humana, especialmente en el sistema digestivo, donde ayudan a mantener la salud intestinal y combaten infecciones patógenas.

Sistemas vivos que la llevan a cabo:

• Bacterias del ácido láctico: Como Lactobacillus, Streptococcus, Leuconostoc, y Pediococcus, que son fundamentales en la fermentación de alimentos.

• Células musculares humanas: En condiciones de baja disponibilidad de oxígeno (anaeróbicas), las células musculares realizan la fermentación láctica para producir energía rápidamente.

• Algunos hongos y protozoos: Estos organismos también pueden realizar fermentación láctica en ausencia de oxígeno.

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La respiración anaerobia es un proceso metabólico en el cual las células obtienen energía en ausencia de oxígeno. A diferencia de la respiración aerobia, que utiliza el oxígeno como el aceptor final de electrones, la respiración anaerobia utiliza otros compuestos inorgánicos, como el nitrato, sulfato o dióxido de carbono, para aceptar los electrones.

Este proceso ocurre principalmente en algunos tipos de bacterias y arqueas, especialmente aquellas que viven en ambientes donde el oxígeno es escaso o inexistente (como en suelos profundos, pantanos o sedimentos marinos).

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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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La respiración anaerobia en humanos ocurre durante el ejercicio intenso, cuando no hay suficiente oxígeno. Las células musculares obtienen energía mediante la fermentación láctica, que convierte glucosa en ácido láctico y produce solo 2 moléculas de ATP. Aunque es menos eficiente que la respiración aeróbica, es útil para actividades cortas e intensas. La acumulación de ácido láctico puede causar fatiga y dolor muscular, y el lactato se convierte en glucosa en el hígado mediante el ciclo de Cori.