Respiración Celular
La respiración celular es el proceso en el que las células descomponen la glucosa con oxígeno para liberar energía en forma de ATP, produciendo dióxido de carbono y agua.
Formula
C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \rightarrow 6CO_2 + 6H_2O + \text{energy}
Definition
La respiración celular es la manera en que las células obtienen energía del alimento: combinan el azúcar con el oxígeno que respiras, liberan la energía almacenada en el azúcar, y expulsan dióxido de carbono y agua como desecho. La ecuación global es $C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \rightarrow 6CO_2 + 6H_2O + \text{energy}$, con la energía capturada en el ATP; el proceso comienza en el citoplasma con la glucólisis y termina en las mitocondrias, y cuando no hay oxígeno disponible las células recurren a la fermentación, que produce mucho menos. La respiración aeróbica tiene tres etapas: la glucólisis en el citosol (de glucosa a dos piruvatos, con una ganancia neta de $2$ ATP y $2$ NADH), el ciclo del ácido cítrico en la matriz mitocondrial (el piruvato se oxida a $CO_2$, produciendo NADH, FADH$_2$ y GTP), y la fosforilación oxidativa en la membrana mitocondrial interna, donde los electrones del NADH y el FADH$_2$ pasan por la cadena de transporte de electrones hasta el oxígeno, bombeando protones que impulsan la ATP sintasa. El cambio de energía libre de la oxidación de la glucosa es de unos $-2{,}870\ \text{kJ/mol}$, y cerca del $34$ por ciento se captura como ATP en condiciones celulares.
Example
Cuando corres, tus células musculares queman azúcar más rápido y necesitan más oxígeno, así que respiras con más fuerza, y el dióxido de carbono que exhalas fue producido por la respiración celular en esos músculos. Una glucosa completamente descompuesta produce entre $30$ y $32$ ATP, mientras que fermentar la misma glucosa produce solo $2$ ATP, razón por la cual los músculos se cansan rápido y producen ácido láctico cuando no pueden obtener oxígeno con la suficiente rapidez durante una carrera veloz. Cada NADH aporta aproximadamente $2.5$ ATP y cada FADH$_2$ unos $1.5$ ATP mediante la fosforilación oxidativa, y al sumar los $2$ ATP de la glucólisis y los $2$ GTP del ciclo del ácido cítrico, el total se acerca a $30$ a $32$ ATP por glucosa, dependiendo de la lanzadera usada para llevar el NADH citosólico hacia la mitocondria.
Key Insight
Todos los seres vivos realizan la respiración celular, incluidas las plantas, que producen azúcar durante el día pero deben descomponerla para obtener energía tanto de día como de noche. Es lo opuesto a la fotosíntesis: entran azúcar y oxígeno, salen dióxido de carbono y agua, y juntos ambos procesos hacen circular el carbono y el oxígeno por toda la biosfera. El oxígeno se necesita solo en el último paso, como aceptor final de electrones; sin él, la cadena de transporte de electrones se satura, el NADH no puede reciclarse, y la célula recurre a la fermentación solo para mantener la glucólisis en marcha.