Respiración celular. Glicólisis, Ciclo de Krebs, Cadena de transporte de electrones y...

Respiración Celular

y Fermentación

Base celular de la vida

P: ¿Cómo los organismos obtienen energía?

GAtoledo-2014 •Depto. de Ciencias, SFC.

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Contenido: • 1.1 Respiración celular: una visión general

• 1.2 El Proceso de Respiración celular

• 1.3 Fermentación

BUCEO SIN UN RESPIRO

Todo el mundo está familiarizado con la sensación de estar "sin aliento". Sólo unos pocos minutos de un ejercicio vigoroso pueden dejar a los humanos con jadeos y resoplidos por falta de aire. Pero, ¿qué pasa si no se puede obtener aire? ¿Qué pasa si te pidieran que mantengas tanto la respiración como el ejercicio? En poco tiempo te desmayarías debido a la falta de oxígeno. Esto puede parecerte un experimento tonto, pero hay animales que ejercitan sin respiración y sin desmayarse todo el tiempo -‐ las ballenas. A diferencia de la mayoría de los animales que viven toda su vida en el agua, las ballenas siguen dependiendo del oxígeno obtenido del aire cuando salen a la superficie. Sorprendentemente, los cachalotes rutinariamente permanecen bajo el agua durante 45 minutos o más cuando bucean. Algunos científicos sospechan que pueden permanecer bajo el agua durante ¡90 minutos! ¿Cómo es posible eso? El buceo necesita mucha energía. ¿Cómo se mantiene activa una ballena durante tanto tiempo con una sola inhalada? Al leer este capítulo, busca pistas. Luego, resolverás el misterio.

Nunca dejes de explorar tu mundo. Aprender sobre las ballenas y su extraordinaria capacidad para mantener la respiración, es sólo el comienzo.

Mitocondria (roja) y retículo Endoplasmatico liso (amarillo) en una célula del ovario (MB 75,000×).

Respiración celular y fermentación 2

Respiración celular: Una visión general

Preguntas clave ¿De dónde obtienen energía los organismos?

¿Qué es la Respiración celular? ¿Cuál es la relación entre fotosíntesis y Respiración celular?

PIENSA EN ESTO Cuando tienes hambre, ¿cómo te sientes? Si eres como la mayoría de la gente, es posible que te sientas lento, un poco mareado y, sobre todo, débil. La debilidad es una sensación provocada por la falta de energía. Te sientes débil cuando tienes hambre, porque la comida funciona como una fuente de energía. La debilidad es la forma que tu cuerpo tiene para comunicarte que tus suministros de energía están bajos. Pero, ¿cómo se convierten los alimentos en una forma utilizable de energía? Los motores de los automóviles tienen que quemar gasolina, con el fin de liberar su energía. ¿Nuestros cuerpos queman alimentos de la misma manera que un coche quema la gasolina, o hay algo más? Vocabulario

Caloría • Respiración celular • Aeróbico • Anaeróbico Energía química y alimentos

¿De donde obtienen energía los organismos? Toma de apuntes Antes de estudiar el texto observa la Figura de las página 3. Haz una lista de las preguntas que tengas acerca del diagrama. A medida que leas, escribe las respuestas de dichas preguntas.

ARMA Vocabulario PREFIJO El prefijo macro, significa “grande”. Las Macromoléculas están formadas de muchas subunidades moleculares más pequeñas. Los Carbohidratos, las proteínas y los lípidos son macromoléculas importantes de los seres vivos.

Los alimentos proporcionan a los seres vivos los bloques químicos de construcción que necesitan para crecer y reproducirse. Recordemos que algunos organismos, como las plantas, son autótrofos, es decir, que producen su propio alimento mediante la fotosíntesis. Otros organismos son heterótrofos, lo que significa que dependen de otros organismos para obtener comida. Para todos los organismos, las moléculas de los alimentos contienen Energía química que se libera cuando se rompen sus enlaces químicos. ¿Cuánta energía hay realmente presente en los Alimentos? Mucha, aunque varía con el tipo de alimento. La energía almacenada en los Alimentos se expresa en unidades llamadas Calorías. Una caloría es la cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura de 1 gramo de agua en 1 grado Celsius. La Caloría (C mayúscula) que se utiliza en las etiquetas de los alimentos es una kilocaloría o 1.000 calorías. Las células pueden usar varios tipos de moléculas para nutrirse, incluyendo a las grasas, a las proteínas y a los hidratos de carbono. La energía almacenada en cada una de estas macromoléculas varía, debido a que presentan diferencias en sus estructuras químicas y, por lo tanto, en sus enlaces de almacenamiento de energía. Por ejemplo, 1 gramo del azúcar glucosa libera 3.811calorías de energía calórica cuando se quema. Por el contrario, 1 gramo de triglicéridos contenidos en un biftec de vacuno libera 8.893 calorías de energía cuando se rompen sus enlaces. En general, los carbohidratos y las proteínas contienen Ca. 4.000 calorías (4 Calorías) de energía por gramo, mientras que las grasas contienen aproximadamente 9.000 calorías (9 Calorías) por gramo. Las células no realizan una simple quema de los nutrientes para liberar la energía en forma de calor. En vez de esto, descomponen las moléculas nutritivas de manera gradual, capturando un poco de Energía química en pasos clave. Esto permite a las células utilizar la energía almacenada en los enlaces químicos de nutrientes, como la glucosa, para producir compuestos, tales como el ATP, GTP y otros, que energizan directamente las actividades de la célula.

3 Lección 9.1 • Lección: visión general • Lección: notas

Eres lo que comes

Los organismos obtienen energía a partir de los alimentos que comen, pero la energía contenida en los alimentos varía mucho. La mayoría de los Alimentos contienen una combinación de proteínas, carbohidratos y grasas. Un gramo de proteína o de un hidrato de carbono, tal como glucosa, contiene aproximadamente 4 Calorías. Sin embargo, un gramo de grasa contiene alrededor de 9 Calorías. En el cuadro adjunto se muestra la composición aproximada de una porción de algunos alimentos comunes. 1. Interpreta datos por porción: ¿Cuál de los Alimentos incluidos en la tabla tiene la mayor cantidad de proteínas? ¿Cuál tiene más carbohidratos? ¿Cuál tiene más grasa?

Composición de algunos alimentos comunes Alimento

Manzana, 1 mediana Jamón, 2 rodajas Chocolate, 1 barra Huevos, 2 enteros Leche 2% de grasa, 1 taza Papas fritas, 15 chips Pavo asado, 3 rodajas

Proteína (g) 0 5 3

12 8 2

11

Carbohidrato(g) 22 0

23 0

12 14 3

Grasa(g) 0 6

13 9 5

10 1

2. Calcula Aproximadamente ¿Cuántas calorías más hay en dos 2 rodajas de jamón comparada con tres rodajas de pavo asado? Explica la diferencia.

3. Calcula Caminando a paso moderado consumes cerca de 300 Calorías por hora. A esa tasa, ¿Cuántosminutos debieras caminar para “quemar” las Calorías que contiene una barra de chocolate? (Pista: Comienza calculando el número de Calorías consumidas por minuto cuando caminas.)

Visión general de la Respiración celular ¿Qué es Respiración celular?

Si el oxígeno está disponible, los organismos pueden obtener energía de los alimentos por respiración celular La Respiración celular es el proceso que libera energía de los alimentos en presencia de oxígeno. Aunque la Respiración celular involucra a docenas de reacciones separadas, el proceso se puede resumir de manera simple:

En Símbolos: 6O2 + C6H12O6

En palabras: Oxígeno + Glucosa

6CO2 + 6H2O + Energía

Dióxido de carbono + Agua + Energía Podrás apreciar que la Respiración celular requiere oxígeno y una molécula tal como la Glucosa; libera dióxido de carbono, agua y energía. Sin embargo, no te dejes engañar por la simplicidad de esta ecuación. Si la respiración celular ocurriera en un solo paso, toda la energía de la Glucosa sería liberada de una sola vez y la mayor parte de esa energía se degradaría como luz y calor, formas de energía no disponibles para los seres vivos. Claramente, una célula viva tiene que controlar esa energía. La célula no puede simplemente iniciar “un fuego” —la célula tiene que liberar de a poquito la energía química explosiva presente en las moléculas de ciertos nutrientes. La célula necesita encontrar la forma para atrapar esa poca energía y luego ocuparla para sintetizar ATP.

En tu cuaderno ¿Realizan Respiración celular las plantas?

FIGURA 1 –1 Una liberación Controlada La Respiración celular involucra una serie de reacciones controladas que lentamente liberan la energía almacenada en los nutrientes. Si la energía fuese liberada demasiado rápido, la mayor parte de ella se degradaría como calor y otra parte como luz—similar al momento en que un marshmallow arde.

Respiración celular y fermentación 4

Glucosa Glucólisis

Energía

Ciclo de Krebs

Energía

CO2

Cadena de Transporte de e-‐

Energía

O2 H 2O

FIGURA 9 –2 Los estados de la respiración

Estados de la respiración celular La respiración celular captura la energía de los alimentos en tres principales procesos — la glucólisis, el ciclo de Krebs y la cadena de transporte de electrones. Aunque las células pueden usar al menos 3 moléculas alimenticias para obtener energía, en este apunte nos concentraremos en sólo una, como ejemplo—el azúcar simple glucosa. La Glucosa entra primero a una vía química conocida como glucólisis. Sólo una pequeña cantidad de energía es capturada para producir ATP durante este estado. En realidad, al final de la glucólisis, cerca del 90 por ciento de la energía química que está disponible en la Glucosa aún no ha sido utilizada pues está “atrapada” en los enlaces químicos de una molécula llamada ácido pirúvico. ¿Cómo el resto de esa energía es extraída por la célula? Primero, el ácido pirúvico entra al segundo estado de la Respiración celular, el ciclo de Krebs, donde es liberada un poco más de energía. Sin embargo, la mayor parte de energía, resulta del estado final de la Respiración celular, la cadena de transporte de electrones. Este estado requiere de reactantes de los otros dos estados del proceso, tal como se ilustra por las líneas entrecortadas de la Figura 9–2. ¿Cómo extrae tanta energía la cadena de transporte de electrones de estos reactantes? Usa uno de los más poderosos aceptores de electrones—el oxígeno.

Oxígeno y Energía El oxígeno se requiere al final de la cadena de transporte de electrones. En el momento que la célula aumenta su demanda energética, el uso de oxígeno también aumenta. Como sabes, la palabra respiración a menudo es usada como sinónimo de inhalación. Esa es la razón del por qué debemos usar el término respiración celular para referirnos a la vía liberadora de energía intracelular. El doble significado de respiración nos sugiere una crucial conexión entre las células y los organismos: La mayoría de las vías liberadoras de energía dentro de las células requiere oxígeno y esa es la razón por la que necesitamos inhalar cuando realizamos respiración celular. Las vías de la Respiración celular que requieren oxígeno se les denomina aeróbicas (“con aire”). El ciclo de Krebs y la cadena de transporte de electrones son procesos aeróbicos. A pesar de que el ciclo de Krebs no requiere directamente de oxígeno, es clasificado como un proceso aeróbico debido a que no puede funcionar sin oxígeno -‐ requerido por la cadena de transporte de electrones. La glucólisis, sin embargo, no requiere directamente de oxígeno, ni se basa en un proceso que necesite oxígeno para funcionar. Por lo tanto, se dice que la glucólisis, es anaeróbica (“sin aire”). Pese a que la glicólisis es anaeróbica, es considerada parte de la Respiración celular debido a que sus productos finales son reactantes claves para los estados aeróbicos. Recuerda que las mitocondrias son organelos intracelulares que convierten energía química, almacenada en los alimentos, a energía que pueda usar la célula. La glucólisis en realidad ocurre en el citoplasma de una célula, pero el ciclo de Krebs y la cadena de transporte de electrones, las cuales generan la mayor parte del ATP durante la respiración celular, tiene lugar dentro de la mitocondria. Si el oxígeno está ausente, otra vía anaeróbica, llamada fermentación, hace posible que la célula mantenga funcionando a la glucólisis en la célula, generando ATP para energizar las actividades celulares. Aprenderás más sobre fermentación más adelante en este documento.

En tu cuaderno haz un flujograma que muestre los diferentes pasos de la respiración celular.

celular Hay tres estados de la respiración celular: la glucólisis, el ciclo de Krebs y la cadena de transporte de electrones. Interpreta imágenes: ¿Cuál (es) estado(s) de la Respiración celular ocurren en la mitocondria?

Si ballenas permanecen bajo agua durante 45 Minutos o más, ¿Qué tipos de vías principales, aeróbicas o anaeróbicas crees que ocupan estos animales en condiciones de inmersión?

5 • Lección 1

Comparación entre Fotosíntesis y

Respiración celular ¿Cuál es la relación entre fotosíntesis y Respiración celular?

Energía Lumínica

Si casi todos los organismos de la tierra descomponen ciertos nutrientes por el proceso de respiración celular, ¿por qué no se acaba el Oxígeno en la tierra? ¿Hacia adonde va todo el dióxido de carbono que resulta como producto de desecho? ¿Cómo es reemplazada la energía química almacenada en los Alimentos? Pues bien, la Respiración celular se balancea por otro proceso: la fotosíntesis. La energía en la fotosíntesis y la Respiración celular fluye en direcciones opuestas. Observa la figura 9–3 e imagina a la energía química de los carbohidratos como si fuese una moneda en la “cuenta de ahorro de la tierra”. La fotosíntesis es el proceso que “deposita” energía. La Respiración celular es el proceso que “retira” energía. Como es de esperar, las ecuaciones para la fotosíntesis y para la Respiración celular son casi idénticas, pero invertidas. En un nivel global la fotosíntesis y la respiración celular también son opuestas. La fotosíntesis remueve dióxido de carbono desde la atmósfera y la respiración celular lo devuelve a la atmósfera. La fotosíntesis libera oxígeno a la atmósfera y la respiración celular usa ese oxígeno para liberar energía de algunos nutrientes. La liberación de energía por la respiración celular ocurre en casi toda la vida: plantas, animales, hongos protistas y en la mayoría de las bacterias. Sin embargo, la energía capturada por la fotosíntesis ocurre sólo en las plantas, en las algas y en algunas bacterias.

FOTOSÍNTESIS

C6H12O6 + 6O2 ATP, energía calórica 6H2O + 6CO2

RESPIRACIÓN CELULAR FIGURA 9 –3 La Fotosíntesis y la respiración celular pueden considerarse como procesos opuestos. Compara y Contrasta ¿Cómo se diferencia exactamente la ecuación de la fotosíntesis de la ecuación de la Respiración celular?

Conceptos clave: Revisión 1. a. Revisa ¿Por qué todos los organismos necesitan alimento? b. Relaciona Causa y Efecto ¿Por qué las macromoléculas presentan diferencias en la cantidad de energía que contienen? 2. a. Revisa Escribe la reacción general de la Respiración celular. b. Aplica Conceptos ¿Cómo mantiene la homeostasis el proceso de respiración celular a nivel celular?

Lección 1

3. a. Revisa ¿De qué maneras la respiración celular y la fotosíntesis se consideran procesos opuestos? b. Usa Analogías Has una analogía entre la energía química de la glucosa y el dinero en una cuenta de ahorros?

4. la palabra griega glukus significa “dulce,” y la palabra Latina lysis se refiere al proceso liberar o descomponer. Basado en esta información, escribe una definición para la palabra glucólisis

• Lección: evaluación 6

El proceso de

Respiración celular

Preguntas clave ¿Qué ocurre durante el proceso de glucólisis?

¿Qué ocurre durante el Ciclo de Krebs ? ¿Cómo usa los electrones de alta energía la cadena de transporte de electrones provenientes de la glucólisis y del ciclo de Krebs?

¿Cuánto ATP genera la respiración celular?

PIENSA EN ESTO ¡El alimento se quema! Es verdad que muchos alimentos comunes (como manzanas, peras, carne) tienen demasiada agua para arder mediante un fósforo. Sin embargo, los alimentos con poca agua, como el azúcar, el aceite para cocinar arderán. En realidad, la harina, la cual contiene tanto carbohidratos como proteínas, es tan inflamable que ha causado muchas explosiones, incluyendo la que se ve aquí en una molinera de la ciudad de Londres, en 1872 (razón por la cual el almacenamiento de harina encima de una estufa, no es el lugar más adecuado). Está claro que hay disponible mucha energía en los alimentos, pero ….¿cómo una célula viva extrae esa energía, sin generar un incendio o causar una explosión?

Vocabulario Glucólisis • NAD+ • Ciclo de Krebs • matriz

Toma notas Compara/Contrasta. Mientras lees, haz una tabla tipo compara/contrasta que ilustre la localización, los reactantes iniciales y los productos finales de la glucólisis, del ciclo de Krebs y de la cadena de transporte de electrones. También incluye ¿Cuántas moléculas de ATP son producidos en cada paso del proceso.

La glucólisis

¿Qué ocurre durante el proceso de glucólisis? El primer set de reacciones en la respiración celular se conoce como glucólisis, una palabra que literalmente significa “ruptura del azúcar.” La glucólisis involucra muchos pasos químicos que transforman a la Glucosa. El resultado final es la producción de 2 moléculas de 3 átomos de carbono llamada ácido pirúvico. Durante la glicólisis una molécula de glucosa, un compuesto de 6-‐carbono es transformada a 2 moléculas de ácido pirúvico, un compuesto de 3 átomos de carbono. A medida que los enlaces en la glucosa son descompuestos y reordenados, la energía es liberada. El proceso de glucólisis puede ser visto en la página 8. Producción de ATP. Aún cuando la glucólisis es un proceso liberador de energía, la célula necesita ocupar un poco de esa energía para funcionar. Al inicio de la vía glicolítica, se usan 2 Moléculas de ATP. Antes, en este documento, fueron comparadas la fotosíntesis y la respiración, como un depósito y un retiro, respectivamente, en una cuenta de ahorro. De manera similar, las 2 Moléculas de ATP usadas al inicio de la glucólisis son como una inversión que se pagará con “interés”. Para ganar interés en un banco, primero debes depositar dinero en una cuenta. Aunque la célula invierte 2 Moléculas de ATP en su “cuenta” para que funcione la glucólisis, esta vía produce 4 Moléculas de ATP. Esto le da a la célula una ganancia neta de 2 moléculas de ATP por cada molécula de Glucosa que entra a glucólisis.


Glucosa Glucólisis Energía

Glucosa Ciclo de Krebs

Energía 2 ATP

Producción de ATP Dos Moléculas de ATP son “invertidas” para que funcione el proceso de glucólisis. Al final, se producen 4 Moléculas de ATP, con una ganancia neta de 2 ATP por molécula de Glucosa.

CO2 C I T O P L A S MA

2 ADP Cadena de transporte de e-‐

Energía

O2 H2O Producción de NADH Se transfieren 4 electrones de alta energía al transportador NAD+ para producir NADH. NADH transporta a estos electrones a la cadena de transporte de electrones.

2 NAD + 4 ADP

2 NADH 4 ATP

2 Ácido pirúvico

A la cadena de Transporte de Electrones

Al Ciclo de Krebs LA GLUCÓLISIS FIGURA 9–4. La glucólisis es el primer

Producción de NADH. Una de las reacciones de la glucólisis remueve 4 electrones, ahora en un estado de alta energía y los transfiere a un transportador de electrones llamado NAD+, o nicotinamida adenina dinucleótido. Tal como el NADP+ en la fotosíntesis, cada molécula de NAD+ acepta un par de electrones de alta energía y un H+. Esta molécula, ahora conocida como NADH, mantiene a los electrones hasta que ellos puedan ser transferidos a otras moléculas. Como lo verás, en presencia de oxígeno, estos electrones de alta energía pueden ser usados para producir aún más Moléculas de ATP.

Las ventajas de la glucólisis En el proceso de glucólisis, 4 moléculas de ATP son sintetizadas a partir de 4 Moléculas de ADP. Dado que 2 moléculas ATP se usan en el inicio del proceso, hay una ganancia neta de sólo 2 Moléculas de ATP. Aunque la ganancia neta de energía por la glucólisis es pequeña, el proceso es tan rápido que las células pueden producir miles de moléculas de ATP en solo unos pocos milisegundos. La rapidez de la glucólisis puede ser una gran ventaja cuando las demandas de energía por parte de una célula aumentan repentinamente. Además de la rapidez, otra ventaja de la glucólisis es que el proceso es anaeróbico. Esto significa que la glucólisis puede abastecer rápidamente de energía química a las células cuando no hay disponibilidad de oxígeno. Sin embargo, cuando este gas está disponible, los “outputs” ácido pirúvico y NADH generados durante la glucólisis son los “inputs” para los otros dos procesos de la Respiración celular.

En tu Cuaderno Con tus propias palabras, describe las ventajas de la glucólisis para la célula en relación con la transformación de energía.

estado de la Respiración celular. Durante la glucólisis, la Glucosa es descompuesta a 2 moléculas de ácido pirúvico. Se produce ATP y NADH como parte del proceso. Interpreta imágenes ¿Cuántos átomos de Carbono hay en la Glucosa? ¿Cuántas átomos de carbono hay en cada molécula de ácido pirúvico?

ARMA Vocabulario PALABRA ACADÉMICA El verbo sintetizar significa "componer un todo por la unión de sus partes." Por lo tanto, una molécula de ATP es sintetizada cuando un grupo fosfato se combina con la molécula de ADP, formando un enlace de alta energía .

8

El ciclo de Krebs ¿Qué ocurre durante el ciclo de Krebs?

La necesidad de regresar a la superficie y jadear en busca de aire cuando estamos bajo el agua es una respuesta a la acumulación de CO2 en la sangre. El humano promedio puede aguantar la respiración por aproximadamente un Minuto. Las ballenas se quedan bajo el agua durante mucho más tiempo. ¿Qué sugiere esto sobre la tolerancia de una ballena al CO2?

En presencia de oxígeno, el ácido pirúvico producido en la glucólisis pasa al 2º estado de la Respiración celular, el ciclo de Krebs. El ciclo de Krebs es llamado así después que Hans Krebs, un bioquímico británico demostró su existencia, en1937. Durante el ciclo de Krebs, el ácido pirúvico es descompuesto a dióxido de carbono en una serie de reacciones que extraen energía. Debido a que el ácido cítrico es el primer compuesto formado en esta serie de reacciones, el ciclo de Krebs también se conoce como ciclo del ácido cítrico.

Producción de Ácido cítrico. El ciclo de Krebs comienza cuando el ácido pirúvico, producido por la glucólisis, pasa a través de las dos membranas de la mitocondria y llega a la matriz. La matriz es el compartimento más externo de la mitocondria y es el sitio de las reacciones del ciclo de Krebs. Una vez dentro de la matriz, 1 átomo de carbono del ácido pirúvico llega a ser parte de una molécula de dióxido de carbono, el cual es finalmente liberado al aire. Los otros dos átomos de carbonos del ácido pirúvico se reordenan y forman ácido acético, el cual se une a un compuesto llamado coenzima A. Lo que resulta es una molécula llamada acetil-‐CoA. (La parte acetil de la acetil-‐CoA está formada por 2 átomo de carbonos, 1 átomo de oxígeno y 3 átomos de hidrógeno.) Al comenzar el ciclo de Krebs, la acetil-‐CoA añade su grupo acetilo de 2 carbono a una molécula de 4 carbono, el oxalacetato, ya presente en el ciclo, produciendo una molécula de 6 carbono llamado ácido cítrico o citrato.

Extracción de energía. A medida que el ciclo continúa, el ácido cítrico es descompuesto a una molécula de 4 átomos de carbono y es liberado más dióxido de carbono, mientras que los electrones son transferidos a transportadores de electrones de alta energía. Sigue las reacciones en la Figura 9–5 y verás cómo sucede esto. Primero, fíjate en los 6 átomos de carbono en el ácido cítrico. Uno es removido y luego otro, liberándose 2 moléculas de dióxido de carbono y dejando una molécula de 4 carbono. ¿Por qué el ciclo de Krebs es un ciclo? Debido a que la molécula de 4 carbono producida en el último paso es la misma molécula que acepta a la acetil-‐CoA en el primer paso. La Molécula necesaria para iniciar las reacciones del ciclo es rehecha con cada "vuelta". Luego, busca el ATP. Por cada vuelta del ciclo, una molécula de ADP es convertida a una molécula de ATP. Recuerda que la glucólisis produce 2 moléculas de ácido pirúvico a partir de una molécula de Glucosa. Así, por cada molécula de glucosa que entra al ciclo da como resultado dos vueltas completas del ciclo de Krebs y, por lo tanto, 2 Moléculas de ATP. Finalmente, observa a los transportadores de electrones, NAD+ y FAD (flavín adenin dinucleótido). En cinco lugares, los transportadores de electrones aceptan un par de electrones de alta energía y el NAD+ cambia a NADH y el FAD a FADH2. FAD y FADH2 son moléculas similares al NAD+ y NADH, respectivamente. ¿Qué sucede con cada uno de estos productos del Ciclo de Krebs—dióxido de carbono, ATP y transportadores de electrones? El Dióxido de carbono no es usado por la célula y es expulsado cada vez que exhalas. Las Moléculas de ATP son muy útiles y quedan inmediatamente disponibles para energizar actividades celulares. En cuanto a las moléculas transportadoras de electrones como NADH, en presencia de oxígeno, los electrones que poseen son usados para generar una gran cantidad de ATP. En tu Cuaderno Enumera a loa transportadores de electrones involucrados en el ciclo de Krebs. Incluye sus nombres, antes y después que aceptan los electrones. 9 Lección 2

C I T O P L A S M A Glucosa Glucólisis

Energía Membrana externa mitocondrial

Ácido pirúvico EL CICLO DE KREBS FIGURA 9–5 Durante el ciclo de Krebs, el ácido pirúvico de la glucólisis es usado para generar dióxido de carbono, NADH, ATP y FADH2. Debido a que la glucólisis produce 2 moléculas de ácido pirúvico por cada molécula de glucosa, el ciclo de Krebs tiene que dar dos vueltas por cada Molécula de glucosa que entra a glucólisis. Interpreta diagramas ¿Qué le pasa a las moléculas de NADH y FADH2 generadas en el ciclo de Krebs?

Ciclo de Krebs Energía

CO2

Cadena de transporte de e-‐

Energía

O2 H2O

Membrana Interna mitocondrial

NAD +

NADH CO2

M AT R I Z

Co A

Acetil-‐CoA Co A

NADH

NAD +

Ácido Cítrico

Producción de Ácido cítrico El Ácido pirúvico de la glucólisis reacciona para formar acetil-‐CoA, la cual luego entra al ciclo de Krebs. En el proceso, se produce una molécula de CO2 y 2 electrones de alta energía son pasadas al NAD+ para producir NADH. La acetil-‐CoA se combina con un compuesto de 4 carbonos en el ciclo de Krebs para producir ácido cítrico.

Extracción de Energía A través de una serie de muchas reacciones, el ácido cítrico es descompuesto a una molécula de 5 carbono y luego a un compuesto de 4 carbono (liberando 2 moléculas de CO2 ). Este compuesto de 4 carbono puede luego iniciar nuevamente el ciclo combinándose con la acetil-‐CoA. La Energía liberada al romper y reordenar los enlaces entre los carbono es capturada en las formas de ATP, NADH, y FADH2.

CO2

NAD +

NADH

FADH 2

FAD

ATP ADP

NADH

NAD + CO2

A la cadena de transporte de electrones 10

Cadena de Transporte de Electrones y síntesis de ATP ¿Cómo la cadena de transporte de electrones use a los electrones de alta energía de la glucólisis y del ciclo de Krebs? Algunos productos tanto del ciclo de Krebs como de la glucólisis son usados en el último paso de la respiración celular: la cadena de transporte de electrones, tal como se ilustra en la Figura 9–6. Recuerda que la glucólisis genera electrones de alta energía que son pasados al NAD+, formando NADH. Estas moléculas de NADH pueden entrar a la mitocondria, donde ellas se suman al NADH y al FADH2 generados por el ciclo de Krebs. Luego los electrones son pasados, desde todos aquellos transportadores de electrones, a la cadena de transporte de electrones. La cadena usa a los electrones de alta energía de la glucólisis y del ciclo de Krebs para convertir ADP a ATP.

Transporte de electrones. Los NADH y FADH2 pasan sus electrones de alta energía a la cadena de transporte de electrones. En eucariotas, la cadena de transporte de electrones está compuesta por una serie de transportadores de electrones, localizados en la membrana interna de la mitocondria. En procariotas, la misma cadena está en la membrana celular. Los electrones de alta energía pasan desde un transportador al siguiente. Al final de la cadena de transporte de electrones hay una enzima que combina a estos electrones con iones hidrógeno y oxígeno, para formar agua. El Oxígeno sirve como aceptor final de electrones de la cadena de transporte de electrones. Así, el oxígeno es esencial para deshacerse de los electrones de baja energía y de los iones hidrógeno, los cuales son los desechos de la Respiración celular. Sin oxígeno, la cadena de transporte de electrones no puede funcionar. ¡Ya sabían esto los jerarcas nazis en la segunda guerra mundial!. Cada vez que 2 electrones de alta energía se mueven a lo largo de la cadena de transporte de electrones, su energía será usada para bombear iones hidrógeno (H+) a través de la membrana. Durante el transporte de electrones, los iones H+ se acumulan en el espacio intermembrana, dejándolo con una carga positiva en relación con la matriz. De manera similar, el lado de la membrana que está en contacto con la matriz, desde donde se bombearon aquellos iones H+, tiene ahora una carga negativa comparada con el espacio intermembrana.

Producción de ATP. ¿Cómo la célula usa la energía potencial de la diferencia de cargas generada como resultado del transporte de electrones? Como en la fotosíntesis, la célula usa un proceso conocido como quimiosmosis para producir ATP. La membrana interna mitocondrial contiene enzimas llamadas ATP sintasa. La diferencia de cargas existente a ambos lados de la membrana fuerza a los iones H+ a fluir a través de los canales de las ATP sintasa, provocando que la ATP sintasa rote. Con cada rotación, la enzima “toma” a una molécula de ADP y la enlaza a un grupo fosfato, produciendo ATP. La belleza de este sistema es la manera mediante la cual se acopla el movimiento de e-‐ de alta energía con la producción de ATP. Cada vez que un par de e-‐ de alta energía se mueve a lo largo de la cadena de transporte de e-‐, la energía es usada para mover Iones H+, desde la matriz hacia el espacio intermembrana, a través de la membrana interna mitocondrial. Estos iones vuelven nuevamente hacia la matriz, usando un canal de la ATP sintasa (proteína de transmembrana) por donde se mueven con suficiente fuerza para hacer rotar a la ATP sintasa y generar enormes cantidades de ATP. En promedio, cada par de e-‐ de alta energía que se mueve a lo largo de toda la cadena de transporte de e-‐ provee la suficiente energía para producir 3 moléculas de ATP. En tu cuaderno Relaciona la importancia del oxígeno en la respiración celular con el motivo de respirar más rápido durante un ejercicio intenso.

11 Lección 9.2

Glucosa Glucólisis Energía TRANSPORTE DE ELECTRONES Y

SÍNTESIS DE ATP FIGURA 9–6 La cadena de transporte de electrones usa electrones de alta energía transportados por las moléculas transportadoras NADH tanto del ciclo de Krebs como de la glucólisis y FADH2 del ciclo de Krebs, para convertir ADP en ATP. Interpreta imágenes ¿En cuál lado de la membrana interna mitocondrial está más alta la concentración de H+?

Ciclo de Krebs Energía

CO2 Cadena de Transporte de e-‐

Energía H+

O2 H2O Desde el Ciclo de Krebs

NADH

Desde la glucólisis

NADH

FADH 2 M AT R I Z

Producción de ATP Los iones H+ regresan a través de la membrana mitocondrial pero esta vez usando un canal de la ATP sintasa causando una rotación de la molécula ATP sintasa. Con cada rotación, impulsada por el movimiento de un ion H+, la ATP sintasa genera ATP a partir de ADP y grupos fosfatos.

H+

Transporte de Electrones Los Electrones de alta energía del NADH y FADH2 pasan de transportador a transportador a lo largo de la cadena de transporte de electrones. Se forma agua cuando el oxígeno acepta a los electrones en combinación con iones hidrógeno. La energía generada por la cadena de transporte de electrones es usada para mover Iones H+ a través de la membrana interna mitocondrial y hacia el espacio intermembrana.

+ 4H+

FAD H+ Transportadores de electrones

O2 +

4e-‐

ATPATP

ADP

NADH membrana mitocondrial Interna

NAD +

H+ FADH 2

2 H2O

H+

H+ H+ H+

ESPACIO INTERMEMBRANA

Membrana Externa mitocondrial

C I T O P L A S M A 12

Glucosa Glucólisis 2

2 ATP

El Total

¿Cuánto ATP genera la Respiración celular?

Ciclo de Krebs CO2

Cadena de transporte de e-‐

O2 H2 O

25 ATP

2 ATP

FIGURA 9–7 Energía Total La descomposición completa de la Glucosa mediante la respiración celular permite la producción de 29 moléculas de ATP. Calcula ¿Cuántas veces más energía es transferida a moléculas de ATP por las tres etapas de la respiración celular comparada con la que se transfiere sólo por la glucólisis?

Aunque la glucólisis rinde sólo 2 Moléculas de ATP por molécula de Glucosa, en presencia de O2, todo cambia. La glucólisis, el ciclo de Krebs y la cadena de transporte de electrones generan aproximadamente 29 moléculas de ATP por molécula de glucosa. Fíjese en la Figura 9–7 que, bajo condiciones aeróbicas, estas vías permiten a la célula transferir cerca de 15 veces más energía al ATP si se compara por la energía transformada sólo por la glucólisis, un proceso anaeróbico. (vías aeróbicas=27 Moléculas de ATP por Molécula de glucosa, versus solo 2 Moléculas de ATP por la glucólisis). Nuestra dieta contiene mucho más que únicamente Glucosa, pero eso no es problema para la célula. Los carbohidratos Complejos son descompuestos a azúcares simples como la Glucosa. Los lípidos y las proteínas pueden ser descompuestas a moléculas que entran al ciclo de Krebs o a la glucólisis en uno de varios lugares de esas vías metabólicas. Al igual que un horno que puede quemar petróleo, gas o madera, la célula puede transformar la energía química de varias biomoléculas a ATP. ¿Cuán eficiente es la Respiración celular? Las 29 moléculas de ATP generadas representan sólo un porcentaje cercano al 30% por ciento de la energía total liberada de la glucosa por la respiración celular. Eso no parece ser mucha, pero significa que la célula es en realidad más eficiente en usar los alimentos que los motores de un automóvil al quemar gasolina. ¿Qué pasa con el porcentaje remanente? Es liberado como calor, lo cual es una de la razones de por qué tu cuerpo se siente caliente después de un ejercicio vigoroso y de por qué la Tº de tu cuerpo permanece en homeostasis térmica, entre Ca. 36,5ºC a algunas décimas más de 37ºC tanto en el día como en la noche.

Revisa conceptos clave 1. a. Revisa ¿Cuáles son los productos de la glucólisis? b. Compara y Contrasta ¿Cuál es la similitud de la función del NAD+ y del NADP+? 2. a. Revisa ¿Qué le ocurre al ácido pirúvico en el ciclo de Krebs? b. Interpreta imágenes Observa la Figura 9–5 y enumera los productos del ciclo de Krebs. ¿Qué le ocurre a cada uno de esos productos? 3. a. Revisa ¿Cómo la cadena de transporte de electrones usa a los electrones de alta energía de la glucólisis y del ciclo de Krebs ? b. Relaciona Causa y Efecto ¿Cómo usa la célula la diferencia de carga que se genera entre ambos lados de la membrana interna mitocondrial durante la Respiración celular? 4. a. Revisa ¿Cuántas moléculas de ATP son producidos en la descomposición completa de la glucosa? b. Usa Analogías Haz una analogía entre la mitocondria y la célula

Bases celulares de la vida 5. Como has aprendido, la respiración celular es un proceso mediante el cual las células transforman la energía almacenada en los enlaces de Moléculas de Alimentos en los enlaces del ATP. ¿Qué hace tu cuerpo con la totalidad del ATP que este proceso genera? Revisa las características de la vida y explica por qué el ATP es necesario para cada proceso de la vida.

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Biología y Sociedad

¿Debieran ser regulados los suplementos de Creatina?

ATP es el compuesto químico que da Energía a los músculos para contraerse, pero la cantidad de ATP en la mayoría de las células musculares es sólo lo suficiente para unos pocos segundos de actividad. Sin embargo, las células musculares tienen un truco químico que les permite mantener el máximo esfuerzo durante varios segundos más. Ellas unen grupos fosfato a un compuesto llamado creatina. A medida que se contraen, las células transfieren rápidamente el fosfato de la creatina al ADP, produciendo suficiente ATP para seguir trabajando. El fosfato de la creatina en los músculos esqueléticos dobla o triplica la cantidad de ATP disponible para el ejercicio intenso con eficacia. Si un poco de creatina es bueno, entonces más creatina sería aún mejor, ¿verdad? Eso es lo que muchos atletas piensan y por eso toman suplementos de creatina. Algunos estudios sugieren que la creatina puede aumentar la capacidad del cuerpo para las contracciones musculares fuertes. Sin embargo, como una razón para regular el uso de la creatina, los críticos señalan efectos secundarios potencialmente graves tales como daño hepático y renal cuando la creatina se usa en exceso. Debido a que la creatina se produce naturalmente en el cuerpo y en los alimentos, los test para detectar el uso de la creatina es casi imposible; así, la creatina no es penada en las principales disciplinas deportivas. Sin embargo, debido a la carencia de estudios de largo plazo, la NCAA prohíbe a los entrenadores dar creatina a atletas universitarios. Algunas universidades afirman que la creatina debe ser prohibida por completo.

Los suplementos de creatina deben ser regulados. Los científicos saben que la creatina puede causar graves problemas de salud cuando se abusa de ella. Pero incluso, cuando se utiliza correctamente, se sabe que la creatina puede causar algunos problemas, tales como deshidratación y malestar estomacal. No se han realizado estudios adecuados sobre el uso de la creatina por personas menores de 18 años y no hay buenos estudios sobre sus efectos a largo plazo. Por estas razones, los suplementos de creatina deben ser regulados así como los cigarrillos y el alcohol y no se debe permitir la venta de alcohol a ninguna persona menor de 18 años y las escuelas deberían tener el derecho de regular o prohibir su uso por los atletas.

Investiga y decide 1. Analiza puntos de vista Obtén más información acerca de este problema mediante la consulta de recursos en Internet. A continuación, haz una lista de los principales argumentos de los defensores y de los críticos al uso de la creatina. 2. Forma una Opinión ¿Debería regularse la creatina? Da ejemplos de investigación de las universidades que han prohibido el uso de creatina por los atletas. ¿Cuáles fueron las razones de estas decisiones? ¿Estás de acuerdo con ellas?

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Puntos de vista Los suplementos de creatina no debería regularse Tomada en dosis recomendadas, la creatina ayuda a desarrollar potencia muscular y aumentar el rendimiento. Se ha informado que no tiene efectos secundarios graves si se siguen las instrucciones en las etiquetas del envase. Por supuesto, cualquier cosa puede ser perjudicial cuando se abusa, pero la creatina no debe ser tratada de manera diferente a otras sustancias como la cafeína o el azúcar.

Fermentación

Preguntas clave ¿Cómo generan energía los organismos cuando el oxígeno no está disponible? ¿Cómo produce ATP un organismo durante diferentes estados de un ejercicio físico?

PIENSA EN ESTO Somos organismo que respiran aire y usamos Oxígeno para liberar Energía química de los alimentos que comemos. Pero ¿y si el oxígeno no está presente? ¿Qué sucede cuando se contiene la respiración y nos sumergimos en agua, o utilizamos Oxígeno tan rápido que no se puede reemplazar lo suficientemente rápido? ¿Tus células simplemente dejan de funcionar? Y, ¿qué pasa con los microorganismos que viven en lugares donde el Oxígeno no está disponible? ¿Hay una vía que permite a las células extraer Energía de los Alimentos en ausencia de Oxígeno?

Vocabulario Fermentación Fermentación

¿Cómo los organismos generan energía cuando el oxígeno no está disponible?

Toma apuntes Esquematiza Antes de leer. Haz un esquema utilizando los títulos verde y azul en el texto. A medida que leas, completa las notas bajo cada título.

ARMA Vocabulario PALABRAS RELACIONADAS. El sustantivo fermentación y el verbo fermentar son palabras que están relacionadas. La masa que empieza a fermentar está comenzando a experimentar el proceso de fermentación.

Recuerda lo que se señaló anteriormente en ente documento sobre los dos beneficios de la glucólisis: a) puede producir ATP rápidamente y, b) no requiere oxígeno. Sin embargo, cuando una célula genera grandes cantidades de ATP por glucólisis, surge un problema. En tan sólo unos segundos, todas las moléculas de NAD+ disponibles en las células se llenan con electrones. Sin oxígeno, la cadena de transporte de electrones no funciona, por lo que no hay ningún lugar para que las moléculas de NADH transfieran sus electrones. Por lo tanto, el NADH no consigue convertirse de nuevo a NAD+. Sin NAD+, la célula no puede mantener la glucólisis en funcionamiento, de modo que se detiene la producción de ATP. Ahí es donde un proceso llamado fermentación comienza a funcionar. Cuando el oxígeno no está presente, la glucólisis es seguida por una vía que hace posible continuar la producción de ATP, sin oxígeno. El proceso combinado de esta vía y la glucólisis es llamado fermentación. En ausencia de oxígeno, la fermentación libera energía de algunas biomoléculas contenidas en los alimentos, con el objeto de producir ATP. Durante la fermentación, las células convierten NADH a NAD+ pasando los electrones de alta energía al ácido pirúvico. Esta acción convierte NADH a una molécula transportadora de electrones NAD+, permitiendo que la glucólisis siga produciendo ATP. La Fermentación es un proceso anaeróbico que ocurre en el citoplasma de las células. Hay dos formas sutilmente diferentes del proceso—la fermentación alcohólica y la fermentación del ácido láctico, tal como se ilustra en la Figura 9–8.

En tu Cuaderno Haz una tabla de comparación/contrastación mediante la cual compares la fermentación alcohólica con la fermentación del ácido láctico.


Fermentación alcohólica Las levaduras y unos pocos microorganismos Usan la fermentación alcohólica, la cual produce alcohol etílico y dióxido de carbono. Un resumen de la fermentación alcohólica después de la glucólisis es

Ácido pirúvico + NADH Alcohol + CO2 + NAD+

La Fermentación alcohólica es usada para producir bebidas alcohólicas. Es también el proceso que provoca la subida del pan (no de precio, sino de volumen). Cuando las células de la levadura en la masa funcionan sin oxígeno, la masa comienza a fermentar, generando pequeñas burbujas de dióxido de carbono. Estas burbujas forman los espacios de aire que vemos en una rodaja de pan. La pequeña cantidad de alcohol producida en la masa se evapora cuando el pan se está cociendo. Fermentación del ácido láctico La mayoría de los organismos realizan fermentación usando una reacción química que convierte ácido pirúvico a ácido láctico. A diferencia de la fermentación alcohólica, la fermentación del ácido láctico no genera dióxido de carbono. Sin embargo, al igual que la fermentación alcohólica, la fermentación láctica también regenera NAD+ para que la glucólisis no se detenga. La fermentación del ácido láctico después de la glucólisis se resume así:

Ácido pirúvico + NADH Ácido láctico + NAD+

Ciertas bacterias que producen ácido láctico como un producto de desecho durante la fermentación son importantes para la industria. Por ejemplo, los procariotas se utilizan en la producción de una amplia variedad de Alimentos y bebidas-‐ tal como queso, yogur, suero de leche y crema ácida, a los cuales el ácido láctico contribuye a darle su sabor especial. Los pickles, chucrut y kimchi también se producen utilizando fermentación del ácido láctico. Los seres humanos son fermentadores de ácido láctico. Durante breves períodos sin Oxígeno, muchas de la células en nuestros cuerpos son capaces de producir ATP por fermentación del ácido láctico. Sin embargo, las células mejor adaptadas para hacer eso son las musculares, que a menudo necesitan grandes suministros de ATP para explosiones rápidas de actividad.

FIGURA 9–8 Fermentación. En la fermentación alcohólica, el ácido pirúvico producido por la glucólisis es convertido a alcohol y dióxido de carbono. La fermentación del ácido láctico convierte al ácido pirúvico a ácido láctico. Compara y Contrasta ¿Cuáles reactantes y productos tienen en común los dos tipos de fermentación?

Glucólisis

2 NAD+ vuelve a la glucólisis

NAD +

Glucosa

2 ADP C I T O P L A S M A NAD+ vuelve a la glucólisis 2 NADH 2 ATP

2 Ácido pirúvico

2 NADH 2 NADH

2 NAD + 2 CO2 2 NAD +

Fermentación Alcohólica

2 Alcohol etílico 2 Ácido láctico

Fermentación del ácido láctico

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2

¿Cómo afecta el ejercicio a la eliminación de residuos procedentes de la respiración celular?

1 Rotula A y B a dos tubos de ensayo. Pon 10 ml de agua y unas gotas de solución de bromotimol azul en cada tubo de ensayo. El CO2 causa que el bromotimol azul se ponga amarillo o verde.

4 Corre rápidamente en el patio durante 2 Minutos. PRECAUCIÓN: No hagas esto si tienes una condición médica que interfiera con el ejercicio. Si te sientes débil o mareado, detente y siéntate de inmediato.5

Tu compañero te va a medir el tiempo en este paso. Cuando él te diga "ya," sopla aire lentamente a través de una paja cuyo extremo distal esté en la parte inferior del tubo de ensayo A. PRECAUCIÓN: No inhales a través de la paja..

Cuando la solución cambie de color, tu pareja debe decir "listo" y luego registrar cuánto tiempo tomó el cambio de color.

3

5 Repite los pasos 2–4 usando el tubo de ensayo B. 6 Cambia de roles con tu pareja. Repite los pasos 1 al 5.

Analiza y Concluye 1. Analiza Datos ¿Cómo afecta el ejercicio el tiempo que tomó la solución en cambiar de color?

2. Infiere ¿Cuál proceso en tu cuerpo produce dióxido de Carbono? ¿Cómo afecta a este proceso el ejercicio?

Energía y Ejercicio ¿Cómo tu cuerpo produce ATP durante diferentes estados de un ejercicio?

FIGURA 9–9 Ejercicio y Energía Durante una carrera, los corredores confían -‐los que saben-‐ en la energía suministrada por el ATP para llegar a la línea de final. Aplica conceptos. Al comienzo de una carrera, ¿cuál es la principal fuente de Energía para los músculos de los corredores?

¡Bang! La pistola del Juez de Salida se dispara y los atletas empujan sobre sus tacos de salida e inician la carrera por la pista, tal como se ve en la Figura 9-‐9. La dosis inicial de energía desaparece pronto y los atletas, después de algún corto tiempo, establecen un ritmo constante. Después de que los atletas cruzan la meta, caminan despacio y respiran profundamente para recuperar el aliento. Echemos un vistazo a lo que sucede en cada etapa de la carrera en cuanto a las vías que el cuerpo utiliza para obtener energía. Los seres humanos tienen tres fuentes principales de ATP: el ATP ya presente en los músculos, el ATP hecho por la fermentación del ácido láctico y el ATP producido por la respiración celular. Al inicio de una carrera, el cuerpo utiliza las tres fuentes de ATP, pero el ATP almacenado y el producido por la fermentación del ácido láctico puede suministrar energía sólo durante un tiempo limitado. Energía Rápida ¿Qué sucede cuando el cuerpo necesita una gran cantidad de energía de urgencia? En respuesta a un peligro repentino, acciones rápidas pueden hacer la diferencia entre la vida y la muerte. Para un atleta, un repentino impulso de velocidad podría darle cierta ventaja para ganar una carrera. Las células normalmente contienen pequeñas cantidades de ATP producido durante la Respiración celular. Cuando la pistola de salida es disparada, los músculos de los atletas contienen sólo lo suficiente de este ATP para unos pocos segundos de actividad intensa. Antes de que la mayoría de los atletas hayan pasado la marca de los 50 metros, ese ATP almacenado casi ha desaparecido.

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En este punto, las células musculares de los atletas están produciendo la mayor parte del ATP por fermentación láctica que, por lo general, pueden suministrar suficiente ATP para durar unos 90 segundos. En una carrera de velocidad de 200 ó 300 metros, esto puede ser suficiente para llegar a la línea final. La fermentación produce ácido láctico como un subproducto. Cuando termina la carrera, la única manera de deshacerse del ácido láctico es por una vía química que requiere oxígeno adicional. Por esa razón, podemos describir a las carreras de velocidad rápida como creadora de una deuda de oxígeno que un corredor tiene que ”pagar” con muchas respiraciones forzadas después de la carrera. Un esfuerzo intenso que dura sólo 10 ó 20 segundos puede producir una deuda de oxígeno que requiere de varios minutos de jadeos y resoplidos para recuperarnos. . Para explosiones cortas y rápidas de energía, el cuerpo utiliza ATP ya presente en los músculos, así como ATP hecho por fermentación láctica.

Las ballenas dependen de la fermentación del ácido láctico durante gran parte de su deuda de oxígeno, ¿qué hacen con todo el ácido láctico producido por fermentación?

Energía de largo plazo. ¿Qué sucede si una carrera es más larga? ¿Cómo funciona tu cuerpo para generar el ATP que necesita para correr 2 kilómetros o más, o para jugar en un partido de fútbol que dura más de una hora? Para el ejercicio de mayor duración, de aproximadamente 90 segundos, la respiración celular es la única manera de seguir generando un suministro de ATP. La respiración celular libera energía más lentamente que la liberada por la fermentación, por lo que, incluso los atletas bien acondicionados, tienen que mantener un ritmo constante durante una carrera larga o en el transcurso de un juego. Tu cuerpo almacena energía en el músculo y otros tejidos en la forma de glucógeno. Estas reservas de glucógeno son generalmente suficientes para durar entre 15 a 20 minutos de actividad. Después de eso, tu cuerpo comienza a catabolizar a otras moléculas almacenadas, incluidas las grasas, para obtener energía. Esta es una razón del por qué las formas de ejercicio aeróbico, como correr, bailar y nadar son tan beneficiosas para el control del peso. Algunos organismos, como el oso en la Figura 9-‐10, cuentan con energía almacenada en la grasa para mantenerse a través de largos períodos sin alimentos.

FIGURA 9–10 Almacenamiento de energía. Los animales que hibernan, como este oso pardo de Alaska, dependen de la grasa almacenada para obtener energía cuando duermen durante el invierno. Predice ¿Cuán diferente será el aspecto de este oso cuando se despierte de la hibernación?

Revisión de conceptos clave 1. a. Revisa Nombra los dos tipos principales de fermentación. b. Compara y Contrasta ¿En qué se parecen la fermentación alcohólica y la fermentación del ácido láctico? ¿En qué se diferencian? 2. a. Revisión ¿Por qué los corredores respiran pesadamente después de una carrera de velocidad? b. Secuencia Enumera las fuentes de energía del cuerpo en el orden en el que se utilizan durante una carrera de larga distancia.

Lección 9.3

3. Has abierto una panadería, que vende pan elaborado según la receta secreta de tu familia. Desafortunadamente, la mayoría de los clientes encuentran al pan demasiado pesado. Repasa lo que has aprendido sobre las reacciones químicas y haz una lista con los factores, tal como la temperatura, que pueden afectar la reacción de fermentación catalizada por enzimas involucrada en la cocción del pan. Predice cómo cada factor afectará la tasa de fermentación y propón una solución para hacer el pan más liviano añadiendo más burbujas para tu receta de pan familiar.

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Este documento sobre Respiración celular ha sido traducido, modificado y actualizado por

Gustavo Toledo C, profesor del SFC. Los alumnos podrán usarlo para estudiar y como material bibliográfico para poder responder las siguientes guía que mantengo en Slideshare: http://www.slideshare.net/gustavotoledo/respiracin-‐celular-‐una-‐visin-‐general-‐gua-‐para-‐primero-‐medio-‐biologa-‐o http://www.slideshare.net/gustavotoledo/el-‐proceso-‐de-‐respiracin-‐celular http://www.slideshare.net/gustavotoledo/el-‐proceso-‐de-‐la-‐respiracin-‐celular2 http://www.slideshare.net/gustavotoledo/fermentacion-‐gua-‐para-‐tercero-‐medio-‐electivo http://www.slideshare.net/gustavotoledo/respiracin-‐celular-‐hojas-‐de-‐trabajo Espero que mis alumnos del tercero medio, electivo biólogo o cualquier usuario, puedan sacarle el máximo provecho a estos materiales educativos y, lo que aprendan con este aporte a su educación, les permita sortear con menor dificultad los problemas a los cuales se enfrentarán en este tema, tan importante para cualquier carrera de biología, especialmente, las del área de la salud. Les estima, Gustavo Toledo C. Profesor de Biología y Ciencia Naturales SFC, 2014.

Respiración celular. Glicólisis, Ciclo de Krebs, Cadena de transporte de electrones y...

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