Respiración aeróbica, un proceso que usa oxígeno, y respiración anaeróbica, un proceso que no usa oxígeno, son dos forma de respiración celular. Aunque algunas células pueden sólo usan un tipo de respiración, la mayoría de las células pueden usar ambos tipos, dependiendo de las necesidades de=l organismo. Respiración celular también ocurre fuera de micro-organismos, como procesos químicos, por ejemplo, en fermentación. En general, respiración se usa para eliminar desperdicios y generar energía.
Tabla de comparación
 | Respiración Aeróbica | Respiración Anaeróbica |
|---|---|---|
| Definición | Respiración aeróbica usa oxígeno | Respiración anaeróbica ocurre sin oxígeno. El proceso usa una cadena respiratoria de transporte de electrones pero no usa oxígeno como el aceptor de electrones. |
| Células que lo usan | La mayoría de las células | Ocurre mayormente en células procariotas (que no tiene núcleo) |
| Cantidad de energía soltada | Alta (de 36-38 moléculas de ATP) | Baja (de 2 a 18 moléculas de ATP) |
| Etapas | Glicólisis, Ciclo de Krebs, Cadena de Transporte de Electrones | Glicólisis, Ciclo de Krebs, Cadena de Transporte de Electrones |
| Productos | Dióxido de carbono (CO2), agua y ATP | CO2, solutos reducidos, ATP |
| Sitio de reacciones | Citoplasma y mitocondrios | Citoplasma y mitocondrios |
| Reactantes | Glucosa, oxígeno | Glucosa, aceptor de electrones (que no es oxígeno) |
| Combustión | Completa | Incompleta |
| Producción de etanol o ácido láctico | No produce etanol o ácido láctico | Produce etanol y ácido láctico |
Procesos Aeróbicos vs. Anaeróbicos
Procesos aeróbicos en respiración celular sólo pueden ocurrir cuando hay oxígeno presente. Cuando una célula necesita liberar energía, el citoplasma (la sustancia entre la membrana celular y el núcleo) y los mitocondrios (estructuras en el citoplasma que ayudan en procesos metabólicos) inician intercambios químicos que lanzan la descomposición de glucosa. Esta azúcar se lleva en la sangre y se guarda en e cuerpo como una fuente rápida de energía. Al romperse la glucosa, forma trifosfato de adenosina (ATP, en inglés) y suelta dióxido de carbono (CO2), un producto que tiene que eliminarse del cuerpo. En plantas, le proceso que suelta energía es fotosíntesis. que usa CO2 y suelta oxígeno.
Procesos anaeróbicos no usan oxígeno, así que el producto piruval (ATP es un tipo de producto piruval) se queda en su lugar y se cataliza (rompe) con otras reacciones, como sucede en loa tejidos musculares o en fermentación. Ácido láctico, que se forma en los músculos según gastan energía en procesos aeróbicos, es un producto de procesos anaeróbicos. Aunque estos procesos anaeróbicos producen energía adicional, el ácido láctico reduce la capacidad de las células de procesar los desperdicios acumulados, que conlleva a la fatiga y dolencias musculares. Las células se recuperan al usar más oxígeno mediante la circulación, que eventualmente saca el ácido láctico acumulado.
El siguiente video de 13 minutos discute el rol del ATP en el cuerpo humano. Para llegar de inmediato a la información de respiración anaeróbica, haga clic aquí (5:33), y para respiración anaeróbica, haga clic aquí (6:45).
Fermentación
Cuando moléculas de azúcar (mayormente glucosa, fructosa y sucrosa) se catalizan en respiración anaeróbica, el piruvato que producen se queda en la sangre. Sin oxígeno, el piruvato no se cataliza por completo para soltar su energía. Lo que hace la celular es remover los cargadores de hidrógeno, creando diferentes productos como desperdicios. Este proceso más lento se llama fermentación. Cuando se usa levadura para respiración anaeróbica de azúcares, los productos creados son alcohol y CO2. La remoción de CO2 deja etanol, la base para bebidas alcohólicas y combustible. Frutas, plantas azucaradas (como la caña de azúcar) y granos son usados para fermentación, siendo levadura o bacterias los procesadores sw. Para hornear, el CO2 producido por fermentación es lo que hace que los panes y otras confecciones suban.
Ciclo de Krebs
El Ciclo de Krebs también se conoce como el ciclo de ácido cítrico y el ciclo tricarboxílico (TCA, en inglés). El Ciclo de Krebs es el proceso clave de producción de energía en la mayoría de los organismos multicelulares. La forma más común de este ciclo usa glucosa como su fuente de energía.
Durante el proceso llamado glicólisis, la celular convierte la glucosa, una molécula de 6 carbones, en dos moléculas de 3 carbones llamado piruvatos. Estos dos piruvatos sueltan electrones que se combinan con otra molécula llamada NAD+ (en inglés) para formar NADH y dos moléculas de trifosfato de adenosina (ATP, en inglés).
Estas moléculas de ATP son el verdadero "combustible" para un organismo y se convierten ene energía mientras que las moléculas de piruvatos y NADH entran a los mitocondrios. Ahí es donde los moléculas de 3 carbones se catalizan a moléculas de 2 carbones llamadas Acetil-CoA y CO2. En cada ciclo, Acetíl CoA se cataliza y se usa para reconstruir cadenas de carbones, para soltar electrones y así generar más ATP. Este ciclo es más complejo que glicólisis y también puede catalizar grasas y proteínas para energía.
Tan pronto las moléculas libres disponibles de azúcares se acaban, el Ciclo de Krebs en el tejido muscular comienza a catalizar moléculas de grasas y cadenas de proteínas para generar energía. Mientras que la catálisis de moléculas de grasas puede ser un beneficio para el organismo (baja de peso, menos colesterol en la sangre), si se lleva al exceso puede hacerle daño al cuerpo porque el cuerpo necesita grasa para protegerse y para procesos metabólicos. Por otro lado, el catalizar proteínas de cuerpo es casi siempre una señal de hambruna.
Ejercicios aeróbicos y anaeróbicos
Respiración aeróbica es 19 veces más efectiva en soltar energía que respiración anaeróbica porque los procesos aeróbicos extraen casi toda la energía molecular de la glucosa en la forma de ATOP mientras que los procesos anaeróbicos dejan la mayor parte de las fuentes que prioducen ATP en los desperdicios. En humanos, los procesos aeróbicos si inician para acciones rápidas, mientras que los procesos anaeróbicos se usan para esfuerzos sostenidos y extremos.
Ejercicios aeróbicos, como correr, saltar y correr bicicleta son excelentes para quemar azúcares en exceso en el cuerpo, pero para quemar grasas, se tiene que hacer los ejercicios aeróbicos por al menos 20 minutos o más. Sin embargo, sesiones breves de ejercicios, como correr rápido, entrenar con resistencias o alzar pesas, son excelentes para aumentar masa muscular, un proceso que requiere catalizar moléculas de grasas para guardar energía en las células más grandes y más abundantes que hay de tejido muscular.
Evolución
La evolución de respiración aeróbica es más antigua que la respiración anaeróbica. Dos factores hacen de esta progresión una sin debate. Primero, la Tierra tenía un nivel de oxígeno mucho más bajo cuando se desarrollaron os primeros organismos unicelulares, con la mayoría de los nichos ecológicos carentes de oxígeno. Segundo, la respiración anaeróbica produce sólo 2 moléculas de ATP por ciclo, suficiente para necesidades unicelulares, pero no para organismos multicelulares.
Respiración anaeróbica surgió sólo cuando los niveles de oxígeno en el aire, agua y suelo eran abundantes para llevar a cabo procesos de reducción-oxigenación. Oxidación provee más ATP (hasta 36 moléculas por ciclo) y puede suceder con una mayor variedad de sustancias reductivas. Esto significa que los organismos podían vivir, crecer y ocupar más nichos. La selección natural favorecería entonces aquellos organismos que podían usar respiración anaeróbica, y aquellos que podían hacerlo con mayor eficiencia para crecer más rápido y adaptarse mejor a los ambientes nuevos y cambiantes.
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