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1 Secuencia Didáctica 2: Nutrición celular • Nutrición autótrofa • Nutrición heterótrofa Con base en los conocimientos que has acumulado en tu vida responde cada uno de los planteamientos que se te presentan a continuación. 1.- ¿Por qué es necesario alimentarse? 2.- ¿Qué diferencia existe entre nutrición, digestión y alimentación? 3.- ¿Cómo utilizan los organismos los alimentos para crecer, desarrollarse y mantenerse sanos? 4. Dibuja un esquema en el que señales el recorrido que siguen los alimentos en tu cuerpo. DEINICIONES DE NUTRICIÓN. La nutrición es el conjunto de procesos mediante los cuales las células adquieren y transforman materia y energía del exterior. Comprende el intercambio de sustancias a través de la membrana, las transformaciones químicas de las moléculas y la excreción de los productos de desecho producidos por la célula. Estos procesos permiten reparar o construir nuevas estructuras y obtener energía para realizar todas las actividades de la célula. Es el proceso biológico en el que los organismos asimilan y utilizan los alimentos y los líquidos para el funcionamiento, crecimiento y el mantenimiento de las funciones normales. La nutrición también es el estudio de la relación entre los alimentos con la salud, especialmente en la determinación de una dieta óptima. Aunque alimentación y nutrición se utilizan frecuentemente como sinónimos, son términos diferentes ya que la nutrición hace referencia a los nutrientes y comprende un conjunto de fenómenos involuntarios que suceden tras la ingestión de los alimentos; es decir, la digestión, la absorción o paso a la sangre desde el tubo digestivo de sus componentes o nutrientes, su metabolismo o transformaciones químicas en las células y excreción o eliminación del organismo. La alimentación comprende un conjunto de actos voluntarios y conscientes que van dirigidos a la elección, preparación e ingestión de los alimentos, fenómenos muy relacionados con el medio sociocultural y económico que determinan en gran parte, los hábitos dietéticos y estilos de vida. Los organismos han desarrollado, a través de la evolución, diversas formas para obtener sus nutrientes. Éstos son indispensables para obtener la energía que les permite mantener sus procesos vitales. ¿Cómo es posible clasificar a los

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Secuencia Didáctica 2: Nutrición celular • Nutrición autótrofa • Nutrición heterótrofa Con base en los conocimientos que has acumulado en tu vida responde cada uno de los planteamientos que se te presentan a continuación.

1.- ¿Por qué es necesario alimentarse?2.- ¿Qué diferencia existe entre nutrición, digestión y alimentación?3.- ¿Cómo utilizan los organismos los alimentos para crecer, desarrollarse y mantenerse sanos?4. Dibuja un esquema en el que señales el recorrido que siguen los alimentos en tu cuerpo.

DEINICIONES DE NUTRICIÓN.La nutrición es el conjunto de procesos mediante los cuales las células adquieren y transforman materia y energía del exterior. Comprende el intercambio de sustancias a través de la membrana, las transformaciones químicas de las moléculas y la excreción de los productos de desecho producidos por la célula. Estos procesos permiten reparar o construir nuevas estructuras y obtener energía para realizar todas las actividades de la célula. Es el proceso biológico en el que los organismos asimilan y utilizan los alimentos y los líquidos para el funcionamiento, crecimiento y el mantenimiento de las funciones normales.

La nutrición también es el estudio de la relación entre los alimentos con la salud, especialmente en la determinación de una dieta óptima. Aunque alimentación y nutrición se utilizan frecuentemente como sinónimos, son términos diferentes ya que la nutrición hace referencia a los nutrientes y comprende un conjunto de fenómenos involuntarios que suceden tras la ingestión de los alimentos; es decir, la digestión, la absorción o paso a la sangre desde el tubo digestivo de sus componentes o nutrientes, su metabolismo o transformaciones químicas en las células y excreción o eliminación del organismo. La alimentación comprende un conjunto de actos voluntarios y conscientes que van dirigidos a la elección, preparación e ingestión de los alimentos, fenómenos muy relacionados con el medio sociocultural y económico que determinan en gran parte, los hábitos dietéticos y estilos de vida.

Los organismos han desarrollado, a través de la evolución, diversas formas para obtener sus nutrientes. Éstos son indispensables para obtener la energía que les permite mantener sus procesos vitales. ¿Cómo es posible clasificar a los organismos con base en sus necesidades nutricionales? Es útil comprender que la nutrición tiene dos componentes principales:

1. Modo en que la célula obtiene los átomos de carbono necesarios para constituir los esqueletos de carbono de sus moléculas orgánicas.2. Modo en que obtiene energía.

Existen dos mecanismos básicos de nutrición en los seres vivos: autótrofa y heterótrofa, cada una es una manera distinta con la que el organismo obtiene sus nutrientes. Los organismos heterótrofos dependen, para su nutrición, de los seres autótrofos, necesitan alimentarse directamente de ellos o de otros seres que se alimentan de los autótrofos.Toda la energía de que disponen los seres vivos (autótrofos y heterótrofos) ha sido incorporada por organismos autótrofos, ya que estos son los únicos que pueden captar energía libre del medio. Estos intercambios los realizan los seres vivos mediante la coordinación de las reacciones del metabolismo, acoplando rutas anabólicas y catabólicas.

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NUTRICIÓN AUTÓTROFA.Los seres autótrofos (a veces llamados productores) son organismos capaces de sintetizar todas las sustancias esenciales para su metabolismo a partir de sustancias inorgánicas, de manera que para su nutrición no necesitan de otros seres vivos. El término autótrofo procede del griego y significa "que se alimenta por sí mismo".

o Los organismos autótrofos producen su masa celular y materia orgánica, a partir del dióxido de carbono, que es inorgánico, como única fuente de carbono, usando la luz o sustancias químicas como fuente de energía. Las plantas y otros organismos que usan la fotosíntesis son las bacterias que utilizan la oxidación de compuestos inorgánicos como el anhídrido sulfuroso o compuestos ferrosos como producción de energía se llaman quimiolitotróficos (realizan la quimiosíntesis).

o Los autótrofos son capaces de realizar la fijación de carbono; emplean CO2 como fuente de dicho elemento. La energía puede provenir de nutrimentos químicos (quimioautótrofos) o de la luz (fotoautótrofos).

o Algunos organismos autótrofos no requieren de la luz solar, sino que utilizan como fuente de energía a ciertas sustancias químicas a las que oxidan; por eso se llaman quimiosintéticos. Estos organismos obtienen su energía a partir de la oxidación de sustancias inorgánicas como sulfuro de hidrógeno (H S), nitrito (NO2) – o amoniaco (NH3).Parte de esta energía sirve después para realizar la fijación del carbono. Ejemplo de estos organismos son las bacterias sulfurosas de las termales y las bacterias nitrificantes que se encuentran en las raíces de las plantas leguminosas, como frijol, chícharo o alfalfa. Algunas de estas bacterias también viven en los pantanos o en el fondo del mar, hasta a 1,500 metros de profundidad en grietas hidrotermales, donde inician una cadena alimenticia autotrófica.

LA QUIMIOSÍNTESIS es la producción biológica de materia orgánica a partir de moléculas de un átomo de carbono (generalmente dióxido de carbono o metano) y otros nutrientes, usando la oxidación de moléculas inorgánicas, como por ejemplo el ácido sulfhídrico (H2S) o el hidrógeno gaseoso o el metano como fuente de energía, sin contar con la luz solar, a diferencia de la fotosíntesis. Cadenas alimentarias completas basan su existencia en la producción quimiosintética en torno a las emanaciones termales que se encuentran en las dorsales oceánicas, así como en sedimentos profundos.En la quimiosíntesis al igual que en la fotosíntesis se pueden observar dos fases:

1.º. en la primera se obtiene ATP y NADPH y 2.º. en la segunda esas sustancias se utilizan para sintetizar compuestos orgánicos a

partir de sustancias inorgánicas.

Los organismos quimioautótrofos, son seres vivos que obtienen su energía oxidando moléculas inorgánicas y su fuente de carbono son moléculas inorgánicas, por ejemplo, bacterias nitrificadoras y desnitrificadoras.  No son muy comunes en la naturaleza, pero sus actividades son de gran importancia. Las bacterias nitrificantes, por ejemplo, hacen accesible el nitrógeno del suelo para las plantas y de esta manera favorecen su desarrollo. La fijación del nitrógeno es un proceso muy importante para el enriquecimiento de los suelos de cultivo. Las bacterias sulfurosas del fondo del mar, por su parte, son una fuente importante de alimento en su ambiente; han llamado la atención de los científicos que buscan descendientes de las primeras formas de vida que hubo en la Tierra.

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Los organismos fotoautótrofos (autótrofos fotosintéticos) usan luz como principal fuente de energía. Los seres vivos fotoautótrofos, que incluyen las plantas verdes, algas y algunas bacterias, se encuentran en todos los ecosistemas de la Tierra. Estos organismos deben romper moléculas de carbohidratos para formar ATP, estos carbohidratos se encuentran generalmente en forma de azúcares simples, especialmente en forma de glucosa. Sin embargo, no toman estos azúcares como comida, sino que ellos mismos los fabrican. ¿Cómo producen estos azúcares? Los organismos fotoautótrofos atrapan energía para fabricar carbohidratos en un proceso llamado fotosíntesis. La luz del sol es la fuente de energía natural para la fotosíntesis.

FOTOSÍNTESIS: captación de energía luminosaLos organismos fotosintéticos atrapan la luz solar formando ATP y NADPH, que utilizan como fuente de energía para fabricar glúcidos y otros componentes orgánicos a partir de CO2 y H2O. Los heterótrofos aeróbicos usan el O2 para degradar los productos orgánicos ricos en energía producidos en la fotosíntesis a CO2 y H2O, generando ATP para sus propias actividades. El CO2 formado regresa a la atmósfera para volver a ser utilizado por los organismos fotosintéticos. De este modo la energía solar proporciona la fuerza motriz para la ciclación continua del CO2 y O2 atmosféricos.

La fotosíntesis consiste en convertir el dióxido de carbono y el agua en azúcares que sirvan como alimento al fotoautótrofos y a los organismos que los consuman.

Los organismos fotosintéticos surgieron hace unos 2,500 millones de años, antes de ellos la atmósfera terrestre carecía de oxígeno libre y de capa de ozono. Fueron los procesos fotosintéticos los que comenzaron a modificar la atmósfera, de manera que se convirtiera en la que hoy presenta el planeta; que contiene oxígeno y la capa de ozono que protege de las radiaciones ultravioleta del sol.

La mayor parte de los organismos fotosintéticos se encuentran en el océano y que son las algas microscópicas las que llevan a cabo alrededor del 70% de la fotosíntesis de la Tierra. La ecuación global de la fotosíntesis describe una reacción de óxido-reducción en la que el H2O provee el hidrógeno necesario para la reducción del CO2 a glúcidos (CH2O), con liberación de oxígeno molecular:

Luz6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2

Clorofila

La fotosíntesis abarca dos procesos: las reacciones luminosas (etapa clara), que sólo tienen lugar cuando se iluminan las plantas, y las reacciones de fijación de carbono (Ciclo de Calvin), mal llamadas reacciones oscuras (etapa oscura), ya que tienen lugar tanto en la luz como en la oscuridad; sería más correcto denominarlas reacciones fotoindependientes.

LAS REACCIONES LUMINOSAS La fase luminosa, fase clara, fase fotoquímica o reacción de Hill es la primera etapa o fase de la fotosíntesis, que depende directamente de la luz o energía lumínica para poder obtener energía química en forma de ATP y NADPH, a partir de la disociación de moléculas de agua, formando oxígeno e hidrógeno.Este tipo de reacciones son el componente “foto” de la fotosíntesis, se lleva a cabo en los tilacoides.

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En las reacciones luminosas se absorbe energía luminosa por parte de la clorofila y otros pigmentos, conservándola en forma química mediante dos productos ricos en energía: ATP y NADPH. En las reacciones de fijación de carbono se utilizan el ATP y el NADPH para reducir el CO2, formando glucosa y otros productos orgánicos Durante esta fase las reacciones hacen que las moléculas de agua se desintegren, de manera que quedan disponibles los hidrógenos y la energía para seguir con el ciclo de Calvin; además, el oxígeno del agua se libera.

Al observar la diversidad de plantas en un bosque o un vivero, se nota que no todas tienen el mismo color. Algunas son verde oscuro, otras son más claras, las hay incluso amarillas, rojizas o pardas. Esto se debe a la diversidad de pigmentos y a la proporción en que se encuentran en cada una. Los pigmentos fotosintéticos la clorofila (verdes), los carotenos (rojos o naranjas) las xantofilas (amarillas), la ficocianina (azul) y la ficoeritrina (roja) presente en algunas algas y la bacterioclorofila, que está en bacterias fotosintéticas.

La clorofila capta ciertas longitudes de onda, principalmente las que corresponden al violeta, al azul y también al rojo.Es verde porque refleja y no absorbe la luz verde. Los distintos pigmentos absorben energía luminosa de distintas longitudes de onda y se la transfieren a la clorofila. Esto aumenta la eficiencia del proceso, es como tener un equipo de antenas captando distintas señales de televisión.

REACCIONES INDEPENDIENTE DE LA LUZ O FASE OSCURA.El ciclo de Calvin es la serie de reacciones por medio de las cuales se forman azúcares sencillos mediante la utilización de dióxido de carbono y del hidrógeno del agua. El ciclo es la etapa “síntesis” de la fotosíntesis y se realiza en el estroma.Esta fase ocurre en el estroma, espacio interno del cloroplasto. El ATP y el NADPH formados durante la reacción luminosa, son utilizados junto con CO2 para formar glucosa. El dióxido de carbono penetra en la planta a través de los estomas que se encuentran en el envés de las hojas. La energía en las moléculas de ATP y NADPH es utilizada por la célula para formar enlaces covalentes dentro de las moléculas de azúcar.

NUTRICIÓN HETERÓTROFA:Los organismos heterótrofos (del griego hetero, otro, desigual, diferente y trofo, que se alimenta), en contraste con los organismos autótrofos, son aquellos que deben alimentarse con las sustancias orgánicas sintetizadas por otros organismos, bien autótrofos o heterótrofos a su vez. Un organismo heterótrofo es aquel que obtiene su carbono y nitrógeno de la materia orgánica de otros y también en la mayoría de los casos obtiene su energía de esta manera. La nutrición heterótrofa se realiza cuando la célula va consumiendo materia orgánica ya formada. En este tipo de nutrición no hay, pues, transformación de materia inorgánica en materia orgánica. Sin embargo, la nutrición heterótrofa permite la transformación de los alimentos en materia celular propia.A este grupo pertenecen todos los integrantes del reino animal, los hongos, gran parte de los moneras y de las arqueobacterias (algunas bacterias, los protozoos,)

El proceso de nutrición heterótrofa de una célula se puede dividir en siete etapas:

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1. Captura. La célula atrae las partículas alimenticias creando torbellinos mediante sus cilios o flagelos, o emitiendo seudópodos, que engloban el alimento.

2. Ingestión. La célula introduce el alimento en una vacuola alimenticia o fagosoma. Algunas células ciliadas, como los paramecios, tienen una especie de boca, llamada citostoma, por la que fagocitan el alimento.

3. Digestión. Los lisosomas viertes sus enzimas digestivas en el fagosoma, que así se transformará en vacuola digestiva. Las enzimas descomponen los alimentos en las pequeñas moléculas que las forman.

4. Metabolismo. Es el conjunto de reacciones que tienen lugar en el citoplasma. Su fin es obtener energía para la célula y construir materia orgánica celular propia. El metabolismo se divide en dos fases:

Anabolismo o fase de construcción en la que, utilizando la energía bioquímica procedente del catabolismo y las pequeñas moléculas procedentes de la digestión, se sintetizan grandes moléculas orgánicas.Catabolismo o fase de destrucción, en la que la materia orgánica, mediante la respiración celular, es oxidada en el interior de las mitocondrias, obteniéndose energía bioquímica.

5. Paso de membrana. Las pequeñas moléculas liberadas en la digestión atraviesan la membrana de la vacuola y se difunden por el citoplasma.

6. Excreción. La excreción es la expulsión al exterior, a través de la membrana celular, de los productos de desecho del catabolismo. Estos productos son normalmente el dióxido de carbono (CO2), el agua (H2O) y el amoniaco (NH3).

7. Defecación o egestión. La célula expulsa al exterior las moléculas que no le son útiles.

Tipos de nutrición heterótrofa:1.- Holotrófica: es la nutrición animal que abarca la cadena alimenticia desde las plantas hasta los máximos depredadores, ya que en ellos ocurre una transferencia de energía por alimentación de materia orgánica viva. Ej. Los herbívoros (alimentan de hierbas), carnívoros (de animales herbívoros u otros carnívoros), fitófagos (de los frutos de las plantas), granívoros (semillas), insectívoros (de insectos), etc... 

2.- Saprófita: es aquella que se basa en la nutricion por degradacion de materia orgánica muerta (cadaveres) y actúan luego de que los máximos depredadores u otros seres mueren, es decir, cuando ya no existe posibilidad de continuar la cadena alimenticia de forma Holotrófica. Ej. Los buitres, las bacterias, hongos, etc... 

3.- Parásitos: son aquellos que se alimentan de un ser vivo sin matarlo, solo acompañándolo como un ser adherido al que se aprovecha de dicho ser mientras ese dicho ser solo se perjudica en enfermedades o molestias. Puede ser según el medio del ser vivo donde actúa de dos formas: 

3.1 Endoparásito: actúa dentro del ser vivo, es decir, dentro de su organismo (estomago, intestinos, etc.). Ej. Las Tenias (gusanos planos parásitos del sistema digestivo humano que se alimenta de lo que nosotros comemos). 3.2 Exoparásito: actúa fuera de nuestro organismo, es decir, desde nuestro externo (piel, vellos, ojos, etc.). Ej. Los piojos o garrapatas (que se adhieren a nuestra piel o viven en nuestro cabello alimentándose de nuestra sangre y reproduciéndose en ella).

En los organismos unicelulares y en los pluricelulares de organización sencilla, las células están en contacto con el medio, de donde toman directamente los nutrientes (oxígeno, agua, sustancias disueltas y sólidos) al que también vierten directamente tanto las sustancias no

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asimiladas en la digestión como los productos de desecho de su metabolismo. Sin embargo, los individuos de organización más compleja necesitan disponer de órganos, aparatos o sistemas que desempeñan diversas funciones relacionadas con la nutrición: digestión de las sustancias orgánicas complejas (aparato digestivo); captación de oxígeno del aire (aparato respiratorio); eliminación de los productos de desecho que se originan en el metabolismo celular (órganos y aparatos excretores) y transporte de los nutrientes y de los productos de desecho (sistema circulatorio).

Los organismos heterótrofos dependen para su nutrición de los seres autótrofos; necesitan alimentarse directamente de ellos o de otros seres que se alimentan de los autótrofos. Toda la energía de que disponen los seres vivos (autótrofos y heterótrofos) ha sido incorporada por organismos autótrofos, ya que éstos son los únicos que pueden captar energía libre del medio.

Las células son diminutas fábricas donde se procesan materiales a nivel molecular, a través de miles de reacciones metabólicas. En los procesos de nutrición autótrofa se describieron reacciones de síntesis de moléculas orgánicas (anabólicas). Las reacciones anabólicas de las células dan como resultado la formación de proteínas, ácidos nucleicos, lípidos, polisacáridos y otras moléculas que ayudan a mantener la vida de la célula o del organismo del que ésta forma parte. Casi todas las reacciones anabólicas son endotérmicas y requieren ATP o alguna otra fuente de energía que las impulse.

SECUENCIA DIDÁCTICA 2_ARespiración AerobiaRespiración AnaerobiaRESPIRACIÓN CELULARTodo ser vivo necesita alimentos y oxígeno para poder vivir, sabemos que existen organismos unicelulares y multicelulares -como nosotros, una planta, un perro, un mosquito, etc. Cada una de nuestras células necesita nutrientes y también oxígeno y… ¿Cómo le llega a cada una de nuestras células oxígeno y nutrientes? Pues a través de la sangre.

La respiración celular consiste en la oxidación de sustancias provenientes de los alimentos, como los hidratos de carbono, grasas y proteínas, y la liberación de energía, dióxido de carbono y agua.

La respiración celular es el conjunto de reacciones bioquímicas que ocurre en la mayoría de las células, en las que el ácido pirúvico producido por la glucólisis se desdobla a dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O) y se producen 36 moléculas de ATP.

Su ecuación general es: C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O y se liberan 36 moléculas de ATP.

CARACTERISTICASLa respiración celular es una parte del metabolismo, concretamente del catabolismo, en la cual la energía contenida en distintas biomoléculas, como los glúcidos o los lípidos, es liberada de manera controlada. Durante la respiración una parte de la energía libre desprendida en estas reacciones exotérmicas, es incorporada a la molécula de ATP, que puede ser a continuación utilizado en los procesos endotérmicos, como son los de mantenimiento y desarrollo del organismo (anabolismo).

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La respiración celular permite la liberación y aprovechamiento de la energía contenida en los nutrientes a partir de su degradación. Los organismos pluricelulares del Reino Animal nos alimentamos principalmente de metabolitos complejos (proteínas, lípidos, glúcidos) que degradamos a lo largo del tracto intestinal, de modo que a las células llegan metabolitos menos complejos que los ingeridos. La energía liberada se reserva en el organismo en forma de ATP (Adenosin trifosfato), que es una molécula “contenedora de energía” aprovechable.

RESPIRACIÓN AEROBIA: Hace uso del O2 como aceptor último de los electrones desprendidos de las sustancias orgánicas. Es la forma más extendida, propia de una parte de las bacterias y de los organismos eucariontes, cuyas mitocondrias derivan de aquéllas. Se llama aerobios a los organismos que, por este motivo, requieren O2.

Durante el proceso respiratorio, parte de la energía contenida en la glucosa pasa a las moléculas de ATP. Con esta energía se alimentan, excretan los desechos, se reproducen y realizan todas las funciones que les permiten vivir. Tanto el dióxido de carbono como el agua salen de la célula y del cuerpo del ser vivo (Si se trata de un organismo pluricelular) por que constituyen sustancias de desecho. La energía puede utilizarse de inmediato o almacenarse para su uso posterior.

ETAPAS DE LA RESPIRACIÓN AEROBIA

Etapa Sitio donde se lleva a cabo ATP producidos Requerimientos

Glucólisis Citoplasma 2 Sin oxígeno

Ciclo de Krebs Mitocondria: matriz 2 Oxígeno

Cadena de transporte de e- Mitocondria: Crestas 32 Oxígeno

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Las reacciones químicas de la respiración aerobia de la glucosa pueden agruparse en cuatro etapas. En los eucariontes la primera etapa (glucólisis) se realiza en el citosol, y el resto ocurre en el interior de las mitocondrias. La mayor parte de las bacterias también efectúan estos procesos, pero dado que sus células carecen de mitocondrias, todas las etapas se llevan a efecto en el citosol y en asociación con la membrana plasmática. A continuación se describe las transformaciones de cada etapa:

En la respiración aerobia, el oxígeno logra atravesar las membranas biológicas (en primera instancia la membrana plasmática y después las membranas mitocondriales) hasta unir electrones y protones para formar átomos de hidrógeno y, a través de ellos, agua. El ácido pirúvico que se obtiene en la primera fase de la anaerobia es oxidado con el oxígeno para aportar además energía y dióxido de carbono. Es posible dividir la respiración aerobia en distintas etapas.

1.º. La primera fase se conoce como glucolisis y surge cuando la molécula de glucosa se oxida y se divide en un par de moléculas de ácido pirúvico.

2.º. La segunda etapa se conoce como descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico. En este periodo, el ácido pirúvico entra en la matriz de la mitocondria, donde el complejo enzimático piruvato deshidrogenasa se encarga de procesarlo.

3.º. La respiración aerobia continúa con el denominado ciclo de Krebs (caracterizado por la oxidación de los acetilos que transporta el acetil coenzima A, procedente del piruvato), la cadena respiratoria y la fosforilación oxidativa.

1. Glucolisis. Una molécula de glucosa, molécula de seis carbonos, se convierte en dos moléculas de piruvato, de tres carbonos, con la formación de ATP y NADH. La glucolisis es un camino metabólico casi universal de los sistemas biológicos. Para los organismos aerobios es el comienzo de todo el catabolismo que después proseguirá la degradación aerobiamente. Para los organismos anaerobios es el único camino de obtención de energía. Significa romper la glucosa. Este proceso se realiza en el citoplasma de la célula. Se inicia cuando la glucosa, molécula de seis carbonos, entra a través de la membrana celular. Entonces empiezan a actuar sobre ella diversas enzimas que la rompen hasta convertirla en dos moléculas de tres carbonos, llamadas ácido pirúvico.

2. Formación de acetilcoenzima A. Cada molécula de piruvato entra en una mitocondria y se oxida para convertirse en una molécula de dos carbonos (acetato) que se combina con coenzima A y forma acetilcoenzima A; se produce NADH y se libera dióxido de carbono como producto de desecho.

3. Ciclo de Krebs o Ciclo del ácido cítrico. El grupo acetato de la acetilCoA se combina con una molécula de cuatro carbonos (oxalacetato), y se forma una molécula de seis carbonos (citrato). En el transcurso del ciclo ésta se recicla a oxalacetato y se libera dióxido de carbono como producto de desecho. Se captura energía como ATP y los compuestos reducidos de alto contenido de energía NADH y FADH2

4. Cadena de transporte de electrones y quimiósmosis. Los electrones extraídos de la glucosa durante las etapas precedentes se transfieren de NADH a FADH2 a una cadena de compuestos aceptores de electrones. A medida que los electrones pasan de un aceptor a otro, parte de su energía se emplea para bombear hidrogeniones (protones) a través de la membrana mitocondrial interna, con lo que

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se forma un gradiente de protones. En un proceso denominado quimiósmosis, la energía de este gradiente se usa para producir ATP. La quimiósmosis es un mecanismo fundamental de acoplamiento energético en las células; hace posible que procesos redox exotérmicos impulsen la reacción endotérmica en la cual se produce ATP por fosforilación del ADP. En la fotosíntesis, el ATP se produce mediante un proceso comparable. En el siguiente esquema se presentan estas etapas de la respiración aerobia.

RESPIRACIÓN ANAERÓBICA: No interviene el oxígeno, sino que se emplean otros aceptores finales de electrones, muy variados, generalmente minerales y, a menudo, subproductos del metabolismo de otros organismos. Un ejemplo de aceptor es el SO4 2- (anión sulfato), que en el proceso queda reducido a H2S:La respiración anaeróbica es propia de procariotas diversos, habitantes sobre todo de suelos y sedimentos, y algunos de estos procesos son importantes en los ciclos biogeoquímicos de los elementos. No debe confundirse la respiración anaerobia con la fermentación, que es una oxidación-reducción interna a la molécula procesada, en la que no se requiere ni 02 ni ningún otro aceptor de electrones.

LAS FERMENTACIONESLa fermentación es un proceso catabólico, mediante el que se oxida materia rica en glúcidos (a veces prótidos), produciendo moléculas más pequeñas y generando energía para el organismo que la realiza.

Fue descubierta por Louis Pasteur, que la describió como la vie sans l´air (la vida sin el aire). La fermentación típica es llevada a cabo por las levaduras. También algunos metazoos y protistas son capaces de realizarla.El proceso de fermentación es anaeróbico ya que se produce en ausencia de oxígeno; ello significa que el aceptor final de los electrones del NADH producido en la glucólisis no es el oxígeno, sino un compuesto orgánico que se reducirá para poder reoxidar el NADH a NAD+. El compuesto orgánico que se reduce (acetaldehído, piruvato,) es un derivado del sustrato que se ha oxidado anteriormente.En los seres vivos, la fermentación es un proceso anaeróbico y en él no interviene la mitocondria ni la cadena respiratoria.

Son propias de los microorganismos, como algunas bacterias y levaduras. También se produce la fermentación en la mayoría de las células de los animales (incluido el hombre), excepto en las neuronas que mueren rápidamente si no pueden realizar la respiración celular; algunas células, como los eritrocitos, carecen de mitocondrias y se ven obligadas a fermentar; el tejido muscular de los animales realiza la fermentación láctica cuando el aporte de oxígeno a las células musculares no es suficiente para el metabolismo aerobio y la contracción muscular.

Desde el punto de vista energético, las fermentaciones son muy poco rentables si se comparan con la respiración aerobia, ya que a partir de una molécula de glucosa sólo se

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obtienen 2 moléculas de ATP, mientras que en la respiración se producen 36. Esto se debe a la oxidación del NADH, que en lugar de penetrar en la cadena respiratoria, cede sus electrones a compuestos orgánicos con poco poder oxidante.

En la industria la fermentación puede ser oxidativa, es decir, en presencia de oxígeno, pero es una oxidación aeróbica incompleta, como la producción de ácido acético a partir de etanol.Las fermentaciones pueden ser: naturales, cuando las condiciones ambientales permiten la interacción de los microorganismos y los sustratos orgánicos susceptibles; o artificiales, cuando el hombre propicia condiciones y el contacto referido.Se pueden destacar varios tipos de fermentaciones, como son la fermentación alcohólica, la fermentación láctica y la, mal llamada, fermentación acética, pues desde el punto de vista bioquímico, no es una auténtica fermentación, sino una oxidación incompleta de materia orgánica (interviene oxígeno en el proceso).

Fermentación lácticaSe realiza en los músculos de nuestro organismo, sobre todo cuando se hace ejercicio de manera exagerada, ya que aunque la respiración celular aerobia proporciona más ATP que la glucólisis, se encuentra limitada por la capacidad del organismo para brindar oxígeno a sus células musculares, y cuando sus músculos están desprovistos de oxígeno no dejan de trabajar de manera inmediata. En lugar de eso, la glucólisis continúa durante un tiempo proporcionando sus escasas dos moléculas de ATP por cada molécula de glucosa y generando ácido pirúvico y NADH, entonces, el ácido pirúvico (C3H4O3) se vuelve aceptor del hidrógeno y se forma el ácido láctico (C3H6O3). Sin embargo, el ácido láctico es tóxico en concentraciones elevadas, por lo que pronto causa malestar intenso y fatiga, haciendo que el individuo disminuya su ritmo o se detenga y mientras descansa respira rápidamente para restituir el suministro de oxígeno, haciendo que el ácido láctico se vuelva a convertir en ácido pirúvico, lo que no ocurre en las células musculares sino en el hígado.

Fermentación alcohólicaSe lleva a cabo en muchos microorganismos como las levaduras del género Saccharomyces. Después de que se obtienen las dos moléculas de ácido pirúvico (C3H4O3), éstas se degradan hasta formar dos moléculas de CO2, dos moléculas de alcohol etílico (C2H6O) y más dos moléculas de ATP.

La fermentación alcohólica se utiliza en la industria en la fabricación de diferentes tipos de bebidas alcohólicas y en la elaboración de pan, donde el alcohol se evapora y el CO2 provoca que el pan esponje. Algunos otros microorganismos realizan otros tipos de fermentación, se produce ácido acético o alcohol. Otros más respiran anaerobiamente desechando metano u otros productos. La respiración anaerobia se considera ineficiente porque produce poca energía, se obtienen dos moléculas de ATP por cada molécula de glucosa.

Fermentación acéticaLa fermentación acética es la fermentación bacteriana por Acetobacter, un género de bacterias aeróbicas, que transforma el alcohol etílico en ácido acético, la sustancia característica del vinagre. La fermentación acética del vino proporciona el vinagre debido a un exceso de oxígeno y es uno de los fallos del vino, un proceso que degrada sus cualidades. La

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fermentación acética es un área de estudio dentro de la Cimología (es el estudio de la fermentación de los alimentos).Aunque es una fermentación en el sentido original de la palabra, un proceso que partiendo de un azúcar produce ácidos, gases o alcohol, se aparta de la regla en que es un proceso aerobio, es decir, que requiere oxigenoLa formación de ácido acético (CH3COOH) resulta de la oxidación de un alcohol por la bacteria del vinagre en presencia del oxígeno del aire. Estas bacterias, a diferencia de las levaduras productoras de alcohol, requieren un suministro generoso de oxígeno para su crecimiento y actividad. El cambio que ocurre es descrito generalmente por la ecuación:

Los licores de fermentación suave, se convierten solo con la exposición al aire. Esto es debido a la conversión del alcohol en ácido acético. El ácido acético es producido mediante la fermentación de varios sustratos, como solución de almidón, soluciones de azúcar, o productos alimenticios alcohólicos como vino o sidra, con bacterias de Acetobacter.

Fermentación butíricaLa fermentación butírica (descubierta por Louis Pasteur) es la conversión de los glúcidos en ácido butírico por acción de bacterias de la especie Clostridium butyricum en ausencia de oxígeno. Se produce a partir de la lactosa con formación de ácido butírico y gas. Es característica de las bacterias del género Clostridium y se caracteriza por la aparición de olores pútridos y desagradables.Se puede producir durante el proceso de ensilado sólo si la cantidad de azúcares en el pasto no es lo suficientemente grande como para producir una cantidad de ácido láctico que garantice un pH inferior a 5.

Tipo de fermentación

Microorganismo implicado

Sustrato Producto Alimento

Alcohólica Levadura Almidón, Glucosa Etanol y CO2 Pan, vino, cervezaLáctica Bacteria Carne picada Ácido láctico EmbutidosHomoláctica Bacteria Lactosa, glucosa Ácido láctico Yogur, quesoHeteroláctica Bacteria Carne picada,

pescadoÁcido láctico, CO2 y etanol

Embutidos, salsas de pescado

Acética Bacteria Vino, suero, malta, sidra

Ácido acético Vinagre

MOLECULAS QUE INTEVIENEN EN LA RESPIRCIÓN CELULAR

NAD: El dinucleótido de nicotinamida y adenina, más conocido como nicotin adenin dinucleótido, (abreviado NAD+ en su forma oxidada y NADH en su forma reducida). Su función principal es el intercambio de electrones y protones y en la producción de energía de todas las células.

Acetobacter aceti

C2H5OH + O2 CH3COOH + H2O

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FAD El flavín adenín dinucleótido o dinucleótido de flavina y adenina (abreviado FAD en su forma oxidada y FADH2 en su forma reducida) es una coenzima que interviene en las reacciones metabólicas de oxidación-reducción. El FAD es una molécula compuesta por una unidad de riboflavina (vitamina B2), unida a un pirofosfato (PPi), éste unido a una ribosa y ésta unida a una adenina. Por tanto, la molécula es en realidad ADP unido a riboflavina. Es una coenzima que interviene como dador o aceptor de electrones y protones (poder reductor) en reacciones metabólicas redox; su estado oxidado (FAD) se reduce a FADH2 al aceptar dos átomos de hidrógeno (cada uno formado por un electrón y un protón)

ATP El trifosfato de adenosina (adenosín trifosfato, del inglés adenosine triphosphate) es un nucleótido fundamental en la obtención de energía celular. Está formado por una base nitrogenada (adenina) unida al carbono 1 de un azúcar de tipo pentosa, la ribosa, que en su carbono 5 tiene enlazados tres grupos fosfato. Es la principal fuente de energía para la mayoría de las funciones celulares. Su fórmula molecular es C10H16N5O13P3.

ADP El Adenosin difosfato es un nucleótido difosfato, es decir, un compuesto químico formado por un nucleósido y dos radicales fosfato unidos entre sí. En este caso el nucleósido lo componen una base púrica, la adenina, y un azúcar del tipo pentosa que es la ribosa. C10H15N5O10P2

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NAD+, NADH dinucleótido de nicotinamida y adenina, o nicotin adenin dinucleótido,

FAD, FADH2 El flavín adenín dinucleótido o dinucleótido de flavina y adenina

ATP trifosfato de adenosina O adenin trifosfatoC10H16N5O13P3.

ADP adenosin difosfatoC10H15N5O10P2

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Glucólisis

Cadena de transporte de electrones.

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Ciclo de Krebs:

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