Encabezado

Realizado por:

Castro Martínez Stephannye, Castro Villalobos Luis Carlos, Fonseca Morales William, Salas Roger C.

Universidad Internacional de las Américas (UIA), Carrera de Farmacia, III Cuatrimestre 2011. 

Objetivo:

Recolectar información concisa y precisa acerca de los pasos y vías que existen en la obtención de energía por parte de la célula a través del proceso de la degradación de la glucosa hasta su finalización.  Aunque esta información va dirigida principalmente a los estudiantes universitarios a la hora de estudiar o investigar sobre el proceso de la respiración celular, creemos que puede ser comprendida por estudiantes de otros niveles inferiores independientemente de que posean conocimientos previos del tema o no.

Introducción de la respiración celular

Introducción de la respiración celular

Las células necesitan obtener energía para utilizarla con el fin de sintetizar,  degradar,  almacenar y liberar sustancias en forma controlada para poder llevar a cabo las reacciones metabólicas indispensables para la supervivencia de un organismo. Para iniciar estas reacciones la célula requiere que la energía se encuentre en una forma que se pueda utilizar,  es decir, en adenosina trifosfato (ATP).

El ATP es la fuente universal de energía ya que tanto los organismos fotosintéticos que obtienen energía del sol y los animales que obtienen energía de plantas y otros animales  (heterótrofos) convierten su energía en ambos casos  en ATP para que la célula lleve a cabo sus reacciones químicas necesarias para la vida. De ahí la importancia de la respiración celular en la cual, a través de una serie de reacciones que se efectúan en condiciones aeróbicas se descompone la glucosa en dióxido de carbono, agua y ATP para que nuestro organismo realice sus actividades vitales.

La glucosa es una molécula clave en el almacenamiento de energía para su posterior conversión en ATP, debido a que todas las células metabolizan la glucosa para obtener energía y también debido a que cuando se utilizan otros reactivos orgánicos para producir energía las células convierten primero estas moléculas en glucosa. Por ejemplo en el caso de los organismos fotosintéticos, estos primeramente la energía luminosa y la almacenan en forma de moléculas de glucosa, que a su vez necesita descomponerse en las mitocondrias durante la respiración celular para obtener la energía necesaria para mantenerse con vida. De la misma manera el metabolismo humano  también degrada la glucosa en la glucolisis y en la respiración celular  para producir  ATP.

Las ecuaciones químicas de la formación de glucosa en la fotosíntesis y de la combustión de la glucosa en la respiración aeróbica  son las siguientes:

Fotosíntesis: 6 CO₂  + 6 H₂O + E  → C₆H₁₂O₆  + 6 H₂O

Combustión de la glucosa: C₆H₁₂O₆  + 6 O₂  → 6 CO₂  + 6 H₂O + ATP

Figura 1. Liberación de energía.

Publicado por: Luis Carlos Castro V.



Importancia de la respiración celular

Al igual que obtenemos energía calorífica al quemar leña en una chimenea, las células “queman” la materia orgánica contenida en su alimento (fundamentalmente glucosa y grasas) obteniendo así la energía que necesitan para realizar todas sus funciones. La energía química se almacena en unas moléculas especiales llamadas ATP. En ello consiste la respiración celular. (1)

Siguiendo con el ejemplo de la chimenea, igual que la leña necesita oxigeno para arder, la célula también precisa de este gas para respirar. Como el proceso respiratorio ocurre en las mitocondrias, podemos considerar estas como las centrales de energía de la célula. (1)

Figura 1. Respiración celular

Al respirar, las células toman oxígeno del aire y a la vez expulsan dióxido de carbono. De no ser por las plantas verdes que toman ese dióxido de carbono y liberan oxigeno en la fotosíntesis, llegaría un momento en que la vida sería imposible por falta de oxigeno.

Figura 2. Fotosíntesis - Respiración

Importancia:

·         Crecimiento.

·         Transporte activo de sustancias energéticas.

·         Movimiento, ciclosis.

·         Regeneración de células.

·         Síntesis de proteínas

·         División de células

·         Proceso más  importante dentro de la célula.

·         Comprende la respiración aeróbica que consiste en la degradación de los piruvatos

                producidos durante la glucólisis hasta CO₂, H₂O y obtención de 36 a 38 ATP.

Figura 3. Glucólisis, fermentación y Krebs.

·         Permite a los músculos esqueléticos realizar su contracción.

Figura 4. Correr.



·         Comprende el proceso de glicolisis, la glucólisis es la única vía que produce  ATP en los animales.

·         Es la degradación de biomoléculas (glucosa, lípidos, proteínas) para que se produzca la liberación de energía necesaria, y así el organismo pueda cumplir con sus funciones vitales.

·         Sin respiración celular las células no obtienen su combustible o sea,  el adenosin trifosfato (ATP).

·         Un aspecto importante es la liberación de agua a la atmosfera, la liberación de  moléculas de CO2 (dióxido de carbono) útil para las plantas para realizar la fotosíntesis.

·         Todas las células vivas llevan a cabo respiración celular para obtener la energía necesaria para sus funciones.

·         Usualmente se usa glucosa como materia prima, la cual se metaboliza a dióxido de carbono y agua, produciéndose energía que se almacena como ATP (adenosin trifosfato).

·         Su importancia es que es la que permite la obtención de energía a las células.

·         Sin la respiración no se realizarían los procesos biológicos.

El ATP  es una molécula energética utilizada por los seres vivos en:

·         Trabajo mecánico llevado a cabo por la contracción de las fibras musculares.

·         Transporte activo, en el trasporte celular de iones y moléculas contra sus gradientes de concentración.

·         Producción de calor para los organismos como las aves y los mamíferos que dependen del calor generado internamente.

Referencias:

(1)    Flojos.cl. 2011. La célula y sus funciones. Documento. Fecha de consulta: 1/12/2011. Disponible en: www.flojos.cl/Lacelulaysusfunciones.doc .

Publicado por: Luis Carlos Castro V.

Fermentación

Fermentación.

La fermentación es realizada por diferentes bacterias y microorganismos en medios anaeróbicos, es decir, en los que falta aire, por eso es un proceso de oxidación incompleta. Las bacterias o microorganismos, así como también las levaduras, se alimentan de algún tipo de componente natural y se multiplican, cambiando la composición del producto inicial. En el caso de las levaduras que se utilizan para hacer fermentar el pan, las mismas requieren de la presencia de azúcar o glucosa ya que es esta la que se convierte en su alimento y les permite crecer en tamaño. Lo mismo sucede con la fermentación alcohólica que da bebidas como el vino o la cerveza.

Tanto en el caso de la fermentación que tiene lugar en los alimentos como la que tiene lugar en las bebidas, ambas suponen la conversión de los azúcares en etanol y esta es la razón por qué muchas veces los alimentos fermentados (tales como el pan o el yogur) poseen cierto aroma particular que proviene de la presencia de esos gases naturales. Dependiendo del tipo de producto al que se haga referencia, el proceso de fermentado será distinto, requiriendo una mayor o menor cantidad de fermento, más o menos tiempo de descanso, más o menos cantidad de azúcares. El exceso del proceso de fermentado puede fácilmente arruinar el producto ya que la presencia de gases en demasía hace que el mismo pierda su cualidad de consumible por el ser humano.

Publicado por: William Fonseca Morales

Fermentación

Fermentación láctica.

Es una ruta metabólica anaeróbica que ocurre en el citosol de la célula, en la cual se oxida parcialmente la glucosa para obtener energía y donde el producto de desecho es el ácido láctico.

Este proceso lo realizan muchas bacterias (llamadas bacterias lácticas), hongos, algunos protozoos y muchos tejidos animales; en efecto, la fermentación láctica también se verifica en el tejido muscular cuando, a causa de una intensa actividad motora, no se produce una aportación adecuada de oxígeno que permita el desarrollo de la respiración aeróbica. Cuando el ácido láctico se acumula en las células musculares produce síntomas asociados con la fatiga muscular. Algunas células, como los eritrocitos, carecen de mitocondrias de manera que se ven obligadas a obtener energía por medio de la fermentación láctica; por el contrario, el parénquima muere rápidamente ya que no fermenta, y su única fuente de energía es la respiración aeróbica.

Un ejemplo de este tipo de fermentación es la acidificación de la leche. Ciertas bacterias (Lactobacillus, Streptococcus), al desarrollarse en la leche utilizan la lactosa (azúcar de leche) como fuente de energía. La lactosa, al fermentar, produce energía que es aprovechada por las bacterias y el ácido láctico es eliminado. La coagulación de la leche (cuajada) resulta de la precipitación de las proteínas de la leche, y ocurre por el descenso de pH debido a la presencia de ácido láctico. Este proceso es la base para la obtención del yogur. El ácido láctico, dado que otorga acidez al medio, tiene excelentes propiedades conservantes de los alimentos. Ejemplos de esto último son el chucrut y el ensilado de granos para forraje.

La fermentación láctica es causada por algunos hongos y bacterias. El ácido

Láctico más importante que producen las bacterias es el lactobacillus. Otras bacterias que produce el ácido láctico son: Leuconostoc mesenteroides, Pediococcus cerevisiae, Estreptococo lactis y Bifidobacterium bifidus. La fermentación láctica es usada en todo el mundo para producir variedad de comidas:

* Mundo Occidental: yogur, panes de pan fermentado, chucrut, encurtidos de pepino y aceitunas.

* Medio Oriente: verduras en escabeche

* Corea: kimchi (mezcla fermentada de col china, rábanos, rojo Pimienta, ajo y jengibre)

* Rusia: kéfir

* Egipto: rayab de laban y zeer de laban (leche fermentada), kishk (mezcla de leche fermentada y cereal)

* Nigeria: gari (mandioca ó yuca fermentada)

* Sudáfrica: magou (avena de maíz fermentada)

* Tailandia: nham (cerdo fresco fermentado)

* Filipinas: balao de balao (mezcla de langostino y arroz fermentado)

La presencia del ácido láctico, producido durante la fermentación láctica es responsable del sabor amargo, y de mejorar la estabilidad y seguridad microbiológica del alimento. Este ácido láctico fermentado es responsable del sabor amargo de productos lácteos como el queso, yogurt, cuajada, crema ácida, etc. El ácido láctico tiene excelentes propiedades conservantes de los alimentos.

Publicado por: William Fonseca Morales

Fermentación

Fermentación alcohólica

(denominada también como fermentación del etanol o incluso fermentación etílica) es un proceso biológico de fermentación en plena ausencia de aire (oxígeno - O₂), originado por la actividad de algunos microorganismos que procesan los hidratos de carbono (por regla general azúcares: como pueden ser por ejemplo la glucosa, la fructosa, la sacarosa, el almidón, etc.) para obtener como productos finales: un alcohol en forma de etanol (cuya fórmula química es: CH₃-CH₂-OH), dióxido de carbono (CO₂) en forma de gas y unas moléculas de ATP que consumen los propios microorganismos en su metabolismo celular energético anaeróbico. El etanol resultante se emplea en la elaboración de algunas bebidas alcohólicas, tales como el vino, la cerveza, la sidra, el cava, etc. Aunque en la actualidad se empieza a sintetizar también etanol mediante la fermentación a nivel industrial a gran escala para ser empleado como biocombustible.

La fermentación alcohólica tiene como finalidad biológica proporcionar energía anaeróbica a los microorganismos unicelulares (levaduras) en ausencia de oxígeno para ello disocian las moléculas de glucosa y obtienen la energía necesaria para sobrevivir, produciendo el alcohol y CO₂ como desechos consecuencia de la fermentación. Las levaduras y bacterias causantes de este fenómeno son microorganismos muy habituales en las frutas y cereales y contribuyen en gran medida al sabor de los productos fermentados. Una de las principales características de estos microorganismos es que viven en ambientes completamente carentes de oxígeno (O₂), máxime durante la reacción química, por esta razón se dice que la fermentación alcohólica es un proceso anaeróbico.

La fermentación alcohólica es un proceso anaeróbico realizado por las levaduras y algunas clases de bacterias. Estos microorganismos transforman el azúcar en alcohol etílico y dióxido de carbono. La fermentación alcohólica, comienza después de que la glucosa entra en la celda. La glucosa se degrada en un ácido piruvico. Este ácido piruvico se convierte luego en CO2 y etanol. Los seres humanos han aprovechado este proceso para hacer pan, cerveza, y vino. En estos tres productos se emplea el mismo microorganismo que es: la levadura común o lo Saccharomyces cerevisae.

Fermentación de Pan

Durante el proceso de fermentación de pan, el azúcar es convertida en alcohol etílico y dióxido de carbono. El dióxido de carbono formará burbujas, que serán atrapadas por el gluten del trigo que causa que el pan se levante. Debido a la rapidez con que se fermenta el pan, se requieren apenas pocas cantidades de alcohol, cuya mayoría se evapora durante el proceso de levitación.

AFermentación de Vino

Los responsables de la fermentación alcohólica de los vinos son las Saccharomyces. El jugo de uva contiene altos niveles de azúcar en forma natural. Estos azúcares se transforman en alcohol y dióxido de carbono. La fermentación del vino es de las más conocidas y estudiadas por afectar a una industria muy extendida y con gran solera. En el caso del vino las levaduras responsables de la vinificación son unos hongos microscópicos que se encuentran de forma natural en los hollejos de las uvas (generalmente en una capa en forma de polvo blanco fino que recubre la piel de las uvas (vitis vinifera l.) y que se denomina "pruina"). Los vinos deben tener una cantidad de alcohol debido a la fermentación de al menos un 9% en volumen. Con la excepción de los vinos verdes como puede ser el chacolí que pueden tener una graduación inferior. La fermentación alcohólica del vino es muy antigua y ya en la Biblia se hacen numerosas referencias al proceso. Las especies de levaduras empleadas en la elaboración del vino suelen ser por regla general las Saccharomyces cerevisiae aunque a veces también se emplean la S. bayanus y la S. oviformis, aunque en muchas variedades de vides la kloeckera apiculata y la metschnikowia pulcherrima son levaduras endógenas capaces de participar en las primeras fases de la fermentación. Para frenar la aparición de bacterias indeseables y otros organismos limitantes de la fermentación se suele esterilizar el mosto a veces con dióxido de azufre (SO₂) antes del proceso.

La elaboración del vino pasa por una fermentación alcohólica de la fruta de la vid en unos recipientes (hoy en día elaborados en acero inoxidable) en lo que se denomina fermentación tumultuosa debido a gran ebullición que produce durante un periodo de 10 días aproximadamente (llegando hasta aproximadamente unas dos semanas). Tras esta fermentación 'principal' en la industria del vino se suele hacer referencia a una fermentación secundaria que se produce en otros contenedores empleados en el trasiego del vino joven (tal y como puede ser en las botellas de vino). Los vinos blancos fermentan a temperaturas relativamente bajas de 10º-15 °C y los vinos tintos a temperaturas mayores de 20º-30 °C. A veces se interrumpe voluntariamente la fermentación etílica en el vino por diversas causas, una de las más habituales es que haya alcanzado la densidad alcohólica establecida por la ley. En otros casos por el contrario se activa de forma voluntaria el proceso de fermentado mediante la adición de materiales azucarados, este fenómeno recibe el nombre de chaptalización y está muy regulado en los países productores de vino.

Fermentación de cerveza.

La cerveza es una bebida alcohólica producida por la fermentación alcohólica mezcla de algunos cereales (en forma de malta) mezclados con agua. Los cereales empleados son por regla general: cebada, centeno, trigo, etc. El contenido de la cerveza ya se reglamentó en Europa en la famosa ley alemana de la Reinheitsgebot que data del año 1516. Las levaduras empleadas en el proceso de fermentación de la cerveza se dedican a trabajar contra la maltosa y por regla general suelen depender de las características del producto cervecero final que se desee obtener, por ejemplo se suele emplear la Saccharomyces cerevisiae para elaborar cervezas de tipo ale (de color pálido) y la saccharomyces carlsbergensis que sirve para la elaboración de la cerveza tipo lager (Generalmente de color rubio) y la Stout (Cerveza oscura de alto contenido alcohólico generalmente más dulce, un ejemplo: Guinness). El proceso de fermentación en la cerveza en las cubas de fermentación ronda entre los 5 y 9 días.

La industria cervecera ha seleccionado durante siglos las cepas de levaduras para que se adaptaran al proceso de elaboración de cerveza, logrando una gran variedad de las mismas. Durante el proceso se le añade lúpulo (Humulus lupulus) con el objeto de saborizar, aromatizar y controlar las reacciones enzimáticas durante el proceso de elaboración de la cerveza. El proceso de fermentación de la cerveza se produce en un medio ácido que suele oscilar entre los pH 3,5 y 5,6. Por regla general la fermentación de la cerveza se regula mediante la regulación de la temperatura de la fermentación del mosto de malta.

Publicado por: William Fonseca Morales

Proceso de Glucolisis

Proceso de Glucolisis.

Glucolisis

Es un conjunto de reacciones por las que una molécula de glucosa se convierte en 2 moléculas de ácido pirúvico (C3H6O3).

C6H12O6! 2CH3-CO-COOH

Esto se da en el citoplasma y siempre en condiciones anaerobias (sin oxígeno). Es universal para todas las células. Se forman 2 moléculas de ATP en la glucólisis. Ocurre en torno a 9 etapas, e interviene enzimas específicas en cada una.

A partir de la glucólisis el ácido pirúvico puede seguir una ruta aerobia o una ruta anaerobia. La aerobia comprende el ciclo de Krebs y la fosforilación oxidativa.

En presencia de O2 el ácido pirúvico va a atravesar la membrana mitocondrial, y dentro de la mitocondria se va a producir su degradación total en pasos escalonados. 2 etapas: ciclo de Krebs (o ciclo del ácido cítrico), que ocurre en el interior de las mitocondrias con intervención de enzimas específicas; y luego ocurre la fosforilación oxidativa.

2CH3-CO-COOH! 6CO2 + 6H2O + ENERGÍA (38 ATP's)

Descomposición de la glucosa

Glucolisis

Glucolisis quiere decir “quiebre” o rompimiento (lisis) de la glucosa. Es la ruta bioquímica principal (secuencia específica de reacciones catalizadas por enzimas que transforman un compuesto en otro) para la descomposición de la glucosa en sus componentes mas simples dentro de las células del organismo. La glucolisis se caracteriza porque, si esta disponible, puede utilizar oxigeno (ruta aeróbica) o, si es necesario, puede continuar en ausencia de este (ruta anaeróbica), aunque produce menos energía.

La glucolisis que ocurre en el citosol y no requiere de oxigeno, “descompone” la glucosa en piruvato, captando la energía en dos moléculas de ATP. Si no hay oxigeno presente (condiciones anaeróbicas), la glucolisis va seguida de la fermentación, que no produce energía química adicional. Durante la fermentación, el piruvato se convierte ya sea en lactato, o en etanol y CO2.

Si hay oxigeno presente (condiciones aeróbicas), la mayoría de los seres vivos utilizan un proceso llamado respiración celular para “descomponer” el piruvato en dióxido de carbono y agua.

Referencias:

(1)Glucolisis: el ciclo del citosol. En línea. Consultado 20/11/2011. Disponible en: www.biologia.eduar/metabolismo/met3glicolisis.htm

(2)Glucolisis y respiración celular. En línea. Consultado 23/11/2011. Disponible en: glucolisisyrespiracioncelular.blogspot.com/

Publicado por: Stephannye Castro Martinez