Cual es la diferencia entre aeróbicos y anaeróbicos

Todos los seres vivos necesitan un suministro continuo de energía para mantener sus células funcionando normalmente y mantenerse saludables. Algunos organismos, llamados autótrofos, pueden producir su propia energía usando la luz del sol a través del proceso de fotosíntesis . Otros, como los humanos, necesitan comer alimentos para producir energía.

Diferencia entre aeróbicos y anaeróbicos

Sin embargo, ese no es el tipo de células de energía que se usan para funcionar. En cambio, usan una molécula llamada adenosina trifosfato (ATP) para mantenerse en funcionamiento.

Las células, por lo tanto, deben tener una forma de tomar la energía química almacenada en los alimentos y transformarla en el ATP que necesitan para funcionar. Las células de proceso que se someten a este cambio se llaman respiración celular.

Dos tipos de procesos celulares

La respiración celular puede ser aeróbica (lo que significa “con oxígeno”) o anaeróbica (“sin oxígeno”). La ruta que toman las células para crear el ATP depende únicamente de si hay o no suficiente oxígeno para someterse a la respiración aeróbica. Si no hay suficiente oxígeno para la respiración aeróbica, el organismo recurrirá a la respiración anaeróbica u otros procesos anaeróbicos como la fermentación.

Respiración aeróbica

Para maximizar la cantidad de ATP producida en el proceso de la respiración celular, debe haber oxígeno. A medida que las especies eucariotas evolucionaron con el tiempo, se volvieron más complejas con más órganos y partes del cuerpo. Se hizo necesario que las células pudieran crear tanto ATP como fuera posible para mantener estas nuevas adaptaciones funcionando correctamente.

La atmósfera primitiva de la Tierra tenía muy poco oxígeno. No fue hasta después de que los autótrofos se volvieron abundantes y liberaron grandes cantidades de oxígeno como un subproducto de la fotosíntesis que la respiración aeróbica podría evolucionar. El oxígeno permitió que cada célula produjera muchas veces más ATP que sus antiguos ancestros que dependían de la respiración anaeróbica.

Este proceso ocurre en el orgánulo celular llamado mitocondria .

Procesos Anaeróbicos

Más primitivos son los procesos que sufren muchos organismos cuando no hay suficiente oxígeno presente. Los procesos anaeróbicos más comúnmente conocidos se conocen como fermentación. La mayoría de los procesos anaeróbicos comienzan de la misma manera que la respiración aeróbica, pero se detienen a mitad de camino porque el oxígeno no está disponible para que termine el proceso de respiración aeróbica, o se unen a otra molécula que no es oxígeno como el aceptor de electrones final. La fermentación produce muchos menos ATP y también libera subproductos de ácido láctico o alcohol, en la mayoría de los casos. Los procesos anaeróbicos pueden ocurrir en las mitocondrias o en el citoplasma de la célula.

La fermentación del ácido láctico es el tipo de proceso anaeróbico que experimentan los seres humanos si hay escasez de oxígeno. Por ejemplo, los corredores de larga distancia experimentan una acumulación de ácido láctico en sus músculos porque no consumen suficiente oxígeno para mantenerse al día con la demanda de energía necesaria para el ejercicio. El ácido láctico puede incluso causar calambres y dolor en los músculos a medida que pasa el tiempo.

La fermentación alcohólica no ocurre en humanos. La levadura es un buen ejemplo de un organismo que se somete a la fermentación alcohólica.

El mismo proceso que ocurre en las mitocondrias durante la fermentación del ácido láctico también ocurre en la fermentación alcohólica. La única diferencia es que el subproducto de la fermentación alcohólica es el alcohol etílico .

La fermentación alcohólica es importante para la industria cervecera. Los fabricantes de cerveza agregan levadura que se someterá a fermentación alcohólica para agregar alcohol a la infusión. La fermentación del vino también es similar y proporciona el alcohol para el vino.

¿Cual es mejor?

La respiración aeróbica es mucho más eficiente en la fabricación de ATP que los procesos anaeróbicos como la fermentación. Sin oxígeno, el ciclo de Krebs y la cadena de transporte de electrones en la respiración celular se respaldan y ya no funcionarán. Esto obliga a la célula a someterse a una fermentación mucho menos eficiente. Si bien la respiración aeróbica puede producir hasta 36 ATP, los diferentes tipos de fermentación solo pueden tener una ganancia neta de 2 ATP.

Evolución y respiración

Se cree que el tipo de respiración más antiguo es anaeróbico. Dado que había poco o ningún oxígeno presente cuando las primeras células eucariotas evolucionaron a través de la endosimbiosis , solo pudieron someterse a la respiración anaeróbica o algo similar a la fermentación. Sin embargo, esto no fue un problema, ya que esas primeras células eran unicelulares. Producir solo 2 ATP a la vez fue suficiente para mantener funcionando la celda individual.

A medida que los organismos eucariotas multicelulares comenzaron a aparecer en la Tierra, los organismos más grandes y más complejos necesitaban producir más energía. A través de la selección natural , los organismos con más mitocondrias que podrían someterse a la respiración aeróbica sobrevivieron y se reprodujeron, transmitiendo estas adaptaciones favorables a su descendencia. Las versiones más antiguas ya no podían seguir el ritmo de la demanda de ATP en el organismo más complejo y se extinguieron.

Introducción a los tipos de respiración

La respiración es el proceso por el cual los organismos intercambian gases entre sus células corporales y el medio ambiente. Desde bacterias procariotas y arqueas hasta protistas eucariotas , hongos , plantas y animales , todos los organismos vivos se someten a la respiración. La respiración puede referirse a cualquiera de los tres elementos del proceso. Primero, la respiración puede referirse a la respiración externa o al proceso de respiración (inhalación y exhalación), también llamada ventilación. En segundo lugar, la respiración puede referirse a la respiración interna, que es la difusión de gases entre los fluidos corporales ( sangre y fluido intersticial) y los tejidos. Finalmente, la respiración puede referirse a los procesos metabólicos de convertir la energía almacenada en las moléculas biológicas en energía utilizable en forma de ATP. Este proceso puede implicar el consumo de oxígeno y la producción de dióxido de carbono, como se ve en la respiración celular aeróbica , o puede no implicar el consumo de oxígeno, como en el caso de la respiración anaeróbica.

Respiración externa

Un método para obtener oxígeno del ambiente es a través de la respiración o respiración externa. En organismos animales, el proceso de respiración externa se realiza de varias maneras diferentes. Los animales que carecen de órganos especializados para la respiración dependen de la difusión a través de las superficies externas del tejido para obtener oxígeno. Otros tienen órganos especializados para el intercambio de gases o tienen un sistema respiratorio completo . En los organismos, como los nematodos (gusanos redondos), los gases y los nutrientes se intercambian con el entorno externo por difusión a través de la superficie del cuerpo de los animales. Los insectos y las arañas tienen órganos respiratorios llamados tráqueas, mientras que los peces tienen branquias como sitios para el intercambio de gases. Humanos y otros mamíferostener un sistema respiratorio con órganos respiratorios especializados ( pulmones ) y tejidos. En el cuerpo humano, el oxígeno es llevado a los pulmones por inhalación y el dióxido de carbono es expulsado de los pulmones por exhalación. La respiración externa en mamíferos abarca los procesos mecánicos relacionados con la respiración. Esto incluye la contracción y relajación del diafragma y los músculos accesorios , así como la frecuencia respiratoria.

Respiración interna

Los procesos respiratorios externos explican cómo se obtiene el oxígeno, pero ¿cómo llega el oxígeno a las células del cuerpo ? La respiración interna implica el transporte de gases entre la sangre y los tejidos corporales. El oxígeno dentro de los pulmones se difunde a través del delgado epitelio de los alvéolos pulmonares (sacos de aire) a los capilares circundantes que contienen sangre sin oxígeno. Al mismo tiempo, el dióxido de carbono se difunde en la dirección opuesta (desde el alvéolo de la sangre al pulmón) y es expulsado. La sangre rica en oxígeno es transportada por el sistema circulatoriodesde capilares pulmonares hasta células y tejidos corporales. Mientras que el oxígeno se deposita en las células, el dióxido de carbono se recoge y se transporta desde las células de los tejidos a los pulmones.

Tipos de respiración

Respiración celular

El oxígeno obtenido de la respiración interna es utilizado por las células en la respiración celular . Para acceder a la energía almacenada en los alimentos que comemos, las moléculas biológicas que componen los alimentos ( carbohidratos , proteínas , etc.) deben descomponerse en formas que el cuerpo pueda utilizar. Esto se logra a través del proceso digestivo donde los alimentos se descomponen y los nutrientes se absorben en la sangre. A medida que la sangre circula por todo el cuerpo, los nutrientes se transportan a las células del cuerpo. En la respiración celular, la glucosa obtenida de la digestión se divide en sus partes constituyentes para la producción de energía. A través de una serie de pasos, la glucosa y el oxígeno se convierten en dióxido de carbono (CO 2), agua (H 2 O) y la molécula de alta energía adenosin trifosfato (ATP). El dióxido de carbono y el agua formados en el proceso se difunden en el fluido intersticial que rodea las células. A partir de ahí, el CO 2 se difunde en el plasma sanguíneo y los glóbulos rojos . El ATP generado en el proceso proporciona la energía necesaria para realizar funciones celulares normales, como la síntesis de macromoléculas, la contracción muscular, el movimiento de cilios y flagelos y la división celular .

Respiración aeróbica

La respiración celular aeróbica consta de tres etapas: glucólisis , ciclo del ácido cítrico ( ciclo de Krebs) y transporte de electrones con fosforilación oxidativa.

  • La glucólisis ocurre en el citoplasma e implica la oxidación o división de la glucosa en piruvato. Dos moléculas de ATP y dos moléculas del NADH de alta energía también se producen en la glucólisis. En presencia de oxígeno, el piruvato ingresa a la matriz interna de las mitocondrias de las células y sufre una mayor oxidación en el ciclo de Krebs.
  • Ciclo de Krebs: en este ciclo se producen dos moléculas adicionales de ATP junto con CO 2 , protones y electrones adicionales y las moléculas de alta energía NADH y FADH 2 . Los electrones generados en el ciclo de Krebs se mueven a través de los pliegues en la membrana interna (crestas) que separan la matriz mitocondrial (compartimiento interno) del espacio intermembrana (compartimiento externo). Esto crea un gradiente eléctrico, que ayuda a la cadena de transporte de electrones a bombear protones de hidrógeno fuera de la matriz y hacia el espacio intermembrana.
  • La cadena de transporte de electrones es una serie de complejos de proteína transportadora de electrones dentro de la membrana interna mitocondrial. NADH y FADH 2 generados en el ciclo de Krebs transfieren su energía en la cadena de transporte de electrones para transportar protones y electrones al espacio intermembrana. La alta concentración de protones de hidrógeno en el espacio intermembrana es utilizada por el complejo de proteína ATP sintasa para transportar protones a la matriz. Esto proporciona la energía para la fosforilación de ADP a ATP. El transporte de electrones y la fosforilación oxidativa son responsables de la formación de 34 moléculas de ATP.

En total, 38 moléculas de ATP son producidas por procariotas en la oxidación de una sola molécula de glucosa. Este número se reduce a 36 moléculas de ATP en eucariotas, ya que se consumen dos ATP en la transferencia de NADH a las mitocondrias.

Tipos de respiración

Fermentación

La respiración aeróbica solo ocurre en presencia de oxígeno. Cuando el suministro de oxígeno es bajo, la glucólisis solo puede generar una pequeña cantidad de ATP en el citoplasma de la célula . Aunque el piruvato no puede entrar en el ciclo de Krebs o en la cadena de transporte de electrones sin oxígeno, aún se puede usar para generar ATP adicional por fermentación. La fermentación es un proceso químico para la descomposición de los carbohidratosen compuestos más pequeños para la producción de ATP. En comparación con la respiración aeróbica, solo se produce una pequeña cantidad de ATP en la fermentación. Esto se debe a que la glucosa está solo parcialmente descompuesta. Algunos organismos son anaerobios facultativos y pueden utilizar la fermentación (cuando el oxígeno es bajo o no está disponible) y la respiración aeróbica (cuando hay oxígeno disponible). Dos tipos comunes de fermentación son la fermentación del ácido láctico y la fermentación alcohólica (etanol). La glucólisis es la primera etapa en cada proceso.

Fermentación de ácido láctico

En la fermentación de ácido láctico, NADH, piruvato y ATP se producen por glucólisis. NADH luego se convierte a su forma de baja energía NAD + , mientras que el piruvato se convierte en lactato. NAD + se recicla a la glucólisis para generar más piruvato y ATP. La fermentación del ácido láctico se realiza comúnmente por el músculocélulas cuando los niveles de oxígeno se agotan. El lactato se convierte en ácido láctico, que puede acumularse a niveles elevados en las células musculares durante el ejercicio. El ácido láctico aumenta la acidez muscular y causa una sensación de ardor que ocurre durante el esfuerzo extremo. Una vez que se restablecen los niveles normales de oxígeno, el piruvato puede entrar en la respiración aeróbica y se puede generar mucha más energía para ayudar en la recuperación. El aumento del flujo sanguíneo ayuda a liberar oxígeno y eliminar el ácido láctico de las células musculares.

Fermentación alcohólica

En la fermentación alcohólica, el piruvato se convierte en etanol y CO 2 . NAD + también se genera en la conversión y se recicla a la glucólisis para producir más moléculas de ATP. La fermentación alcohólica es realizada por plantas , levaduras ( hongos ) y algunas especies de bacterias. Este proceso se usa en la producción de bebidas alcohólicas, combustible y productos horneados.

Respiración anaerobica

¿Cómo les gusta a los extremófilos algunas bacterias y archaeas?sobrevivir en ambientes sin oxígeno? La respuesta es por respiración anaeróbica. Este tipo de respiración ocurre sin oxígeno e implica el consumo de otra molécula (nitrato, azufre, hierro, dióxido de carbono, etc.) en lugar de oxígeno. A diferencia de la fermentación, la respiración anaeróbica implica la formación de un gradiente electroquímico por un sistema de transporte de electrones que da como resultado la producción de varias moléculas de ATP. A diferencia de la respiración aeróbica, el receptor final de electrones es una molécula distinta del oxígeno. Muchos organismos anaerobios son anaerobios obligados; no realizan la fosforilación oxidativa y mueren en presencia de oxígeno. Otros son anaerobios facultativos y también pueden realizar respiración aeróbica cuando hay oxígeno disponible.

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