Respiración celular

En este video, vamos a hablar de la respiración celular, y aunque suena como un término muy sofisticado, en realidad se trata de los procesos bioquímicos que toman los elementos que se encuentran en los alimentos para convertirlos en formas de energía que se pueden utilizar para hacer actividades como correr, mantener nuestra temperatura corporal, o mantener la homeostasis del cuerpo. Y aunque este es un video muy general, vamos a entrar en la química de la respiración celular y para ello, empezaremos por escribir la ecuación química de la respiración. Y lo que aquí tenemos es una serie de pasos que en conjunto nos dicen lo siguiente: si empezamos con la glucosa justo aquí, y usamos oxígeno, —es por eso que tenemos que inhalar muy fuerte para realizar nuestra respiración celular—; produciremos algo de dióxido de carbono, —y por ello también necesitamos exhalar fuerte para expulsar ese dióxido de carbono—; y también produciremos algo de agua y energía. Ahora bien, la energía que producimos está en forma de calor, lo que puede ayudarnos a mantener nuestra temperatura corporal, especialmente si nuestro entorno es frío. Pero también producimos ATP. Seguro te estás preguntando, ¿qué es el ATP? Y para ayudarnos a responder esa pregunta, te mostraré una imagen del ATP, y también te mostraré una imagen de la glucosa. Y bueno, no es necesario que memorices completamente estas estructuras. Ahora bien, a medida que seamos capaces de convertir la glucosa en otras cosas, a medida que seamos capaces de romper sus enlaces, y de construir nuevos enlaces entre sus elementos constitutivos y otros elementos, es decir, a medida que todo esto ocurra, habrá una liberación neta de energía. Y esa energía se puede utilizar para poner en juego lo que se conoce como como un DP, el cual tiene dos grupos fosfato, y para añadirle un tercer grupo fosfato justo aquí. Ahora tal vez te preguntes, ¿por qué es útil esto? ¿Por qué se trata de una forma de energía más fácil de usar? Bueno, es que a medida que avances en tus estudios sobre biología o en tu comprensión de ella, verás que las moléculas de ATP como esta, al perder este fosfato y permitir que ese fosfato se una con otros elementos, pueden liberar energía, alimentar los músculos, e impulsar otros procesos biológicos. Ahora bien, para entender estos pasos, vamos a empezar en el citosol de una célula, donde un proceso conocido como la glucólisis se lleva a cabo. Glucólisis significa literalmente “ruptura de la glucosa”. Así que déjame escribirlo, la glucólisis. Y lo que hace la glucólisis es romper cada molécula de glucosa en dos moléculas conocidas como piruvato. Este proceso por sí mismo empieza ya a producir algunos ATPs y también ayuda a producir algunas moléculas conocidas como NADH, y esto lo estudiaremos con mayor profundidad en otros videos. Y sé que todo esto suena muy complejo, pero tienes una molécula conocida como NAD+, y para que sepas cómo se ve te mostraré esta imagen. Una vez más, no te compliques demasiado con los detalles. También vale la pena mencionar que NAD significa nicotinamida adenina dinucleótido. Y también sabemos que ATP significa adenosín trifosfato. Así que tenemos estos componentes moleculares que aparecen en diferentes lugares en la biología, y además seguramente ya te habrás dado cuenta de que la adenosina está involucrada en la formación del ADN. Así que, una vez más, estas moléculas se adaptan y se reutilizan por todas partes. Pero si regresamos a nuestro viaje por la respiración celular, si a una molécula de NAD+, le añadimos dos protones de hidrógeno, y —esta es la parte importante—, dos electrones, se reducirá a NADH. Y recuerda, la reducción es la ganancia de electrones, que es justo lo que sucede por aquí. Y la razón por la que estos dos electrones son tan interesantes es que en NADH están en un estado de energía bastante alto. Y como veremos, al ser capaces de moverse hacia otras moléculas y transitar a estados de energía cada vez más bajos, también serán capaces de hacer cosas útiles que eventualmente pueden terminar en la producción de ATP. Es esencialmente una transferencia de energía. Así que la glucólisis está produciendo directamente algunos ATP, y también está reduciendo el NAD de esta manera para producir NADH. Para la siguiente etapa, iremos a la mitocondria, que a menudo se conoce como la central energética o la fábrica de energía de la célula, donde ahora nuestro piruvato entrará en la matriz mitocondrial justo aquí. Y aquí es donde ocurre el ciclo del ácido cítrico. Y el ciclo del ácido cítrico va a utilizar un derivado del piruvato, que obtuvimos de la glucólisis. De nuevo recuerda que no tienes que conocer todos los detalles, pero este derivado se llama acetil-CoA, y va a pasar por una serie de transformaciones. Y la razón por la que se llama un ciclo, es porque hay algunas moléculas que reaccionan con el acetil-CoA, y luego a través de una serie de transformaciones, vuelven a donde empezaron. Y la razón por la que se llama ciclo del ácido cítrico es porque uno de esos intermediarios es el citrato. Pero, una vez más, este proceso produce directamente más ATPs, pero también produce más NADHs, y también es capaz de hacerle algo similar a otra molécula. Y una vez más, no vamos a entrar en todos los detalles, pero la otra molécula que es capaz de producir se le conoce como flavina adenina dinucleótido, FAD, más dos protones de hidrógeno, más dos electrones llegamos a FADH2, que una vez más es una molécula interesante, porque tiene estos electrones en un nivel más alto de energía, que, a través de una serie de procesos moleculares, que vamos a estudiar con mucho más detalle en los próximos cursos, son capaces de hacer un trabajo útil, son capaces de transferir energía. Así que una vez tenemos unos pocos ATPs y un montón de NADHs y FADHs, a continuación, entramos en algo conocido como la cadena de transporte de electrones. Básicamente aquí es donde los electrones van de un estado de alta energía y se transfieren de una molécula a otra, en realidad a lo largo de esta membrana justo aquí. Y mientras lo hacen, las proteínas con las que están interactuando son capaces de utilizar esa energía con el fin de bombear protones de hidrógeno en este espacio intermembranoso de la mitocondria. Y entonces ese gradiente de concentración de protones de hidrógeno, se libera a través de otra enzima, que realmente es capaz de producir ATP. Sé que es mucho lo que hay que procesar, pero esto pretende ser sólo un resumen. Y seguramente tienes muchas preguntas igual que yo cuando aprendí todo esto por primera vez. Pero lo importante es darse cuenta de que la glucosa almacena energía, pero esa energía no se usa directamente. Hay que pasar por el proceso de respiración celular para convertir esa glucosa en ATPs, lo cual se utiliza más fácilmente por las células. Ahora bien, los distintos pasos también van a producir calor a medida que liberan energía, lo cuál también es útil para la célula. Y ahora, un último punto. Tal vez estés pensando: “la glucosa es sólo una forma de alimento, ya qué inicialmente Sal mostró una imagen de pan”. Y bueno, los carbohidratos están hechos de cadenas de azúcares simples como la glucosa. Y si pensamos en cosas como las proteínas o las grasas, también se pueden utilizar para obtener energía, pero serán adaptados y entrarán en diferentes fases de la respiración celular. Pero en algún momento, tendrás un proceso muy similar. Creo que mentí, en realidad tengo un último, último punto. Hemos hablado mucho sobre la glucosa cuando entra en la glucólisis, y luego del piruvato cuando entra en la mitocondria. Pero ¿qué pasa con el oxígeno? ¿Cuál es su aportación al entrar a la cadena? Bueno, el oxígeno es el eventual aceptor de electrones al final de la cadena de transporte de electrones. Y no sólo está aceptando electrones, está aceptando protones de hidrógeno. Así que el oxígeno es una entrada en la cadena de transporte de electrones. Y luego, una vez que obtiene esos electrones y esos protones de hidrógeno, bueno, ya puedes imaginar la salida. Si agregamos un poco de oxígeno a algunos protones de hidrógeno y electrones, obtendremos agua. Así que vas a obtener esa salida justo aquí. ¿Y qué pasa con el dióxido de carbono? Bueno, el dióxido de carbono va a ser una salida del ciclo del ácido cítrico.