Metabolismo

PRÁCTICA DE METABOLISMO
VERIFICACIÓN EXPERIMENTAL DE LA RESPIRACIÓN CELULAR

I. EL PROBLEMA
Establecer experimentalmente diferencias entre la respiración aerobia y la fermentación.

II. FUNDAMENTO TEÓRICO
La célula necesita hacer catabolismo u oxidación de los átomos de carbono de las moléculas orgánicas para convertirlas en energía libre que se requiere para otras reacciones bioquímicas, tales el caso de la biosíntesis de biomoléculas, indispensables para sobrevivir, sin mencionar otros eventos moleculares en donde se precisa de energía biológicamente útil (ATP).

La acción más común de la célula es catabolizar glucosa de tal manera que se pueda liberar energía para la formación de ATP, FAD+ y NAD+. Para llevar a cabo este proceso degradativo las células poseen una maquinariaenzimática; cuando en las reacciones se llevan a cabo la oxidación completa de los átomos de carbono de este azúcar y los electrones de los átomos de hidrógeno se dirigen hacia el oxígeno molecular (O2), este proceso se denomina respiración aerobia.

En las células que han adaptado su maquinaria enzimática a condiciones aeróbicas de respiración, el ácido pirúvico es llevado a la mitoncondria dondeocurren una serie de reacciones de oxidación en el llamado “ciclo de Krebs”. En este proceso, después de la descarboxilación oxidativa del piruvato, se forma la Acetil CoA, molécula con la cual ocurre la primera reacción del ciclo; posteriormente ocurren descarboxilaciones, es decir, se forma CO2, lo cual significa que se ha conseguido la oxidación completa del carbono y así, puede ser finalmenteeliminado en forme de gas por medio de la respiración pulmonar.
Paralelo a anteriores las oxidaciones, las enzimas de la célula han removido átomos de hidrógeno de correspondientes moléculas de carbono (reducción). Los hidrógenos son removidos por cofactores como NAD+ y FAD+ y, finalmente transferidos al oxígeno (O2); con el cual forman moléculas de agua. Este último paso se denomina cadenarespiratoria.

El balance energético de la respiración en términos de ganancia para la vida de la célula es de 686 Kcal/mol por cada mol de glucosa sometida a la oxidación completa. Es decir, se cumple la ecuación que resume la respiración celular:

C6H12O6 + O2 + H2O 2 CO2 + 12 H2O


Muchas bacterias y microorganismos tienen otro tipo de metabolismo denominado larespiración anaeróbica, la cual es un proceso biológico de oxido-reducción de monosacáridos y otros compuestos en el que el aceptor terminal de electrones es una molécula inorgánica distinta del oxígeno, y más raramente una molécula orgánica. Para ello utilizan una cadena transportadora de electrones análoga a la de las mitocondria en la respiración aeróbica. No debe confundirse con la fermentación,que es un proceso también anaeróbico, pero en el que no participa nada parecido a una cadena transportadora de electrones y el aceptor final de electrones es siempre una molécula orgánica.

En otras células que se han adaptado por evolución a condiciones tanto aerobias como anaerobias, la glicólisis termina en la descarboxilación del ácido pirúvico, produciendo CO2 y CH3-CH2OH. Por ejemplo, laslevaduras y otras células como las musculares anoxigénicas o anaerobias. En estas últimas, cuando no hay suficiente oxígeno para hacer respiración aeróbica, entonces el ácido pirúvico no se transporta a la mitocondria sino que se reduce, produciendo ácido láctico en dichas células.

Esta ruta se resume en un proceso denominado la fermentación:

C6H12O6 2 CH3-CH2OH + 2CO2
Glucosa Etanol Dióxido de carbono


El dióxido de carbono puede servir entonces, para detectar la actividad respiratoria, si se tiene en cuenta que ese gas en presencia de agua forma ácido carbónico.

CO2 + H2O H2CO3
Dióxido de carbono Acido carbónico

H2CO3...