Dentro del campo de la biología, existen diversos conceptos, que permiten tener un mejor entendimiento, respecto al comportamiento del metabolismo de los organismos vivos presentes en nuestra naturaleza.
Siendo uno de tales conceptos, el referido a la respiración aerobia, la cual procederemos a explicar en las siguientes líneas, por lo cual indagaremos en que consiste este proceso, la descripción de sus etapas y otros aspectos de interés.
¿En qué consiste la respiración aerobia?
Este proceso, también conocido como respiración aeróbica, es un tipo de metabolismo, mediante el cual los seres vivos logran extraer energía a partir de moléculas orgánicas, tales como la glucosa.
Durante dicho proceso, el carbono es oxidado mediante el oxígeno que proviene del aire.
Debido a este proceso de respiración aerobia, es que la mayoría de los seres vivos, requieran el oxígeno para lograr sobrevivir. Este tipo de respiración, es propia de los organismos eucariontes en general, así como de algunos tipos de bacterias.
Mientras sucede este proceso, el oxígeno, logra atravesar las membranas biológicas, atravesando en primera instancia la membrana plasmática y posteriormente las membranas mitocondriales.
Es en la matriz de la mitocondria, donde el oxígeno se une con los protones y electrones (que en conjunto forman los átomos de hidrógeno) formando el agua.
En dicha oxidación, se obtiene la energía requerida para la fosforilación del ATP.
Por otra parte, y en presencia del oxígeno, el ácido pirúvico, obtenido en la primera fase anaerobia o glucólisis; sufre el proceso de oxidación para obtener energía, agua y dióxido de carbono, proceso que es conocido como la reacción o respiración aeróbica.
Etapas de la Respiración Aeróbica
Con el fin de obtener una noción más exacta del funcionamiento de la respiración aerobia, a continuación una síntesis de sus etapas relevantes:
- Glucólisis: En esta fase, una molécula de glucosa, es oxidada y se divide en dos moléculas de ácido pirúvico (o piruvato).Seguidamente, se obtienen dos moléculas netas de ATP, y se obtiene una reducción de dos moléculas de NAD.
Al mismo tiempo, el número de carbonos no sufre variación (teniendo 6 en la molécula inicial -3 en cada una de las moléculas de ácido pirúvico-); siendo que todo este proceso se produce en el citosol de la célula.
La glicerina (o glicerol), formado en la lipólisis de los triglicéridos, es incorporado a la glucólisis a nivel del gliceraldehido.
Es de hacer notar que, el proceso de desaminación oxidativa, presente en algunos aminoácidos, también produce pirúvato, los cuales tienen el mismo destino metabólico que aquel obtenido por glucólisis.
- Descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico: En esta parte del proceso, el ácido pirúvico ingresa a la matriz mitocondrial, donde se lleva a cabo su procesamiento a través del complejo enzimático piruvato deshidrogenasa.
Posteriormente se completa la descarboxilación oxidativa del piruvato, llamado de esta forma debido a que se le quita uno de los tres carbonos del ácido pirúvico (que se desprende en forma de CO2).
De igual manera, se le denomina oxidativa, debido a que le quitan dos átomos de hidrógeno (o también conocido como proceso de oxidación mediante deshidrogenación), los cuales son captados por el NAD+ que luego se reduce a NADH.
En consecuencia, el piruvato es transformado en un radical acetilo (que posee la fórmula –CO-CH3, ácido acético sin el grupo hidroxilo) que a su vez es captado por el coenzima A (que pasa a acetil-CoA) que cumple la función de transportarlo hasta el ciclo de Krebs.
- Ciclo de Krebs: Este ciclo consta de una ruta metabólica cíclica, que se produce dentro de la matriz mitocondrial, en cuyo interior se lleva a cabo la oxidación de los dos acetilos que han sido transportados por el acetil coenzima A, que a su vez provienen del piruvato, hasta que se producen dos moléculas de CO
De esta manera, se produce la liberación de energía que puede ser aprovechable, con poder reductor (NADH, FADH2) y GTP.
Cabe destacar que, para cada glucosa se generan dos vueltas completas del ciclo de Krebs, en virtud que ya han sido generadas dos moléculas de acetil coenzima A (de acuerdo al paso descrito anteriormente), por lo que se ganan 2 GTPs y son liberadas 4 moléculas de CO2.
En definitiva, estas cuatros moléculas, en conjunto con las dos generadas en el proceso de la descarboxilación oxidativa del piruvato, totalizan seis moléculas, siendo el total de moléculas de CO2 generadas en el proceso de respiración aeróbica o aerobia.
Explicación de la Cadena respiratoria y fosforilación oxidativa
Siendo las últimas fases de la respiración aerobia o anaeróbica, teniendo dos objetivos primordiales:
- Llevar a cabo el proceso de re oxidación de las coenzimas, que han sido reducidas en fases anteriores (NADH y FADH2), con la finalidad que estén nuevamente libres y puedan aceptar protones y electrones de nuevos substratos oxidables.
- Generar energía que se pueda aprovechar en forma de ATP.
En este sentido, estos dos fenómenos, poseen una estrecha relación y se complementan mutuamente. Se llevan a cabo en una serie de complejos enzimáticos situados en el interior de la membrana que posee la mitocondria.
Posteriormente, cuatro complejos ejecutan el proceso de oxidación de las ya mencionadas coenzimas, logrando transportar los electrones y usan su energía para bombear los protones desde la matriz mitocondrial hasta el espacio intermembrana.
Cabe destacar que, los protones solo pueden regresar a la matriz, mediante la ATP sintasa, enzima que logra el aprovechamiento del gradiente electroquímico generado para fosforilar el ADP a ATP, proceso denominado como fosforilación oxidativa.
Tanto los protones como los electrones, que forman parte de estos procesos, son cedidos de forma permanente al oxígeno, el cual se reduce a agua.
En este particular, el oxígeno atmosférico que se obtiene mediante el proceso de ventilación pulmonar, tiene como objetivo final actuar como aceptor final de protones y electrones en la respiración aerobia.
Ejemplos de Procesos de Respiración Aerobia
Entre los ejemplos más representativos, de organismos que producen este tipo de respiración aerobia, destacan los siguientes:
- El proceso metabólico de los seres humanos, mamíferos, aves y reptiles, quienes utilizan sus pulmones para obtener el oxígeno del aire.
- Los peces y otros animales marinos, utilizan las branquias para obtener oxígeno del agua.
- El metabolismo de los insectos, que obtienen el oxígeno, mediante una serie de tráqueas que poseen a lo largo del cuerpo.
