- Definición
- Resumen
- Respiración aeróbica vs anaeróbica
- Similitudes
- Diferencias
- Respiración celular en diferentes organismos
- Anaerobic Respiration Equations
- Examples of Anaerobic Respiration
- Sore Muscles and Lactic Acid
- Yeasts and Alcoholic Drinks
- La metanogénesis y las cervezas caseras peligrosas
- El queso suizo y el ácido propiónico
- Vinegar and Acetogenesis
- Quiz
- Bibliography
Definición
La respiración anaeróbica es el tipo de respiración mediante el cual las células pueden descomponer los azúcares para generar energía en ausencia de oxígeno. Esto contrasta con el proceso altamente eficiente de la respiración aeróbica, que depende del oxígeno para producir energía.
El oxígeno molecular es el aceptor de electrones más eficiente para la respiración, debido a su alta afinidad por los electrones. Sin embargo, algunos organismos han evolucionado para utilizar otros aceptores finales de electrones, y como tales, pueden realizar la respiración sin oxígeno.
Resumen
La respiración es crucial para la supervivencia de una célula porque si no puede liberar energía de los combustibles, no tendrá suficiente energía para impulsar sus funciones normales. Esta es la razón por la que los organismos que respiran aire mueren tan rápidamente sin un suministro constante de oxígeno: nuestras células no pueden generar suficiente energía para mantenerse vivas sin él.
En lugar de oxígeno, las células anaeróbicas utilizan sustancias como el sulfato, el nitrato, el azufre y el fumarato para impulsar su respiración celular. Muchas células pueden llevar a cabo la respiración aeróbica o anaeróbica, dependiendo de si el oxígeno está disponible.
Respiración aeróbica vs anaeróbica
Similitudes
Tanto en la respiración aeróbica como en la anaeróbica, las dos moléculas de piruvato se someten a otra serie de reacciones que utilizan cadenas de transporte de electrones para generar más ATP.
Estas reacciones son las que requieren un aceptor de electrones -ya sea oxígeno, sulfato, nitrato, etc. – para poder llevarlas a cabo.
Muchas bacterias y arqueas sólo pueden realizar la respiración anaeróbica. Muchos otros organismos pueden realizar tanto la respiración aeróbica como la anaeróbica, dependiendo de si el oxígeno está presente.
Los humanos y otros animales dependen de la respiración aeróbica para mantenerse vivos, pero pueden prolongar la vida o el rendimiento de sus células en ausencia de oxígeno mediante la respiración anaeróbica.
Diferencias
Después de la glucólisis, tanto las células aeróbicas como las anaeróbicas envían las dos moléculas de piruvato a través de una serie de reacciones químicas para generar más ATP y extraer electrones para utilizarlos en su cadena de transporte de electrones.
Sin embargo, cuáles son estas reacciones, y dónde ocurren, varía entre la respiración aeróbica y la anaeróbica
Durante la respiración aeróbica, la cadena de transporte de electrones, y la mayoría de las reacciones químicas de la respiración, ocurren en la mitocondria. El sistema de membranas de la mitocondria hace que el proceso sea mucho más eficiente al concentrar los reactivos químicos de la respiración juntos en un pequeño espacio.
En cambio, la respiración anaeróbica suele tener lugar en el citoplasma. Esto se debe a que la mayoría de las células que realizan exclusivamente la respiración anaeróbica no tienen orgánulos especializados. La serie de reacciones es típicamente más corta en la respiración anaeróbica y utiliza un aceptor final de electrones como el sulfato, el nitrato, el azufre o el fumarato en lugar del oxígeno.
La respiración anaeróbica también produce menos ATP por cada molécula de azúcar digerida que la respiración aeróbica, lo que la convierte en un método menos eficiente para generar energía celular. Además, produce diferentes productos de desecho – ¡incluyendo, en algunos casos, alcohol!
Respiración celular en diferentes organismos
Los organismos pueden clasificarse en función de los tipos de respiración celular que llevan a cabo.
- Aerobios obligados: organismos que no pueden sobrevivir sin oxígeno. Por ejemplo, los seres humanos son aerobios obligados.
- Anaerobios obligados: organismos que no pueden sobrevivir en presencia de oxígeno. Ciertas especies de bacterias son anaerobios obligados, como el Clostridium tetani, que causa el tétanos.
- Organismos aerotolerantes – organismos que pueden vivir en presencia de oxígeno, pero no lo utilizan para crecer. Por ejemplo, la bacteria Streptococcus, causante de la faringitis estreptocócica.
- Aerobios facultativos: organismos que pueden utilizar el oxígeno para crecer, pero que también pueden realizar la respiración anaeróbica. Por ejemplo, Saccharomyces cerevisiae, que es la levadura utilizada en la fabricación de cerveza.
- Fermentación del ácido láctico – En este tipo de respiración anaeróbica, la glucosa se divide en dos moléculas de ácido láctico para producir dos ATP. Se produce en ciertos tipos de bacterias y en algunos tejidos animales, como las células musculares
- Fermentación alcohólica – En este tipo de respiración anaeróbica, la glucosa se divide en etanol o alcohol etílico. Este proceso también produce dos ATP por molécula de azúcar. Esto ocurre en las levaduras e incluso en algunos tipos de peces, como los peces de colores.
- Otros tipos de fermentación – Algunos tipos de fermentación son realizados por algunas bacterias y arqueas. Entre ellos se encuentran la fermentación del ácido propiónico, la fermentación del ácido butírico, la fermentación de disolventes, la fermentación de ácidos mixtos, la fermentación del butanediol, la fermentación de Stickland, la acetogénesis y la metanogénesis.
Los científicos pueden clasificar los microbios de esta manera utilizando un sencillo montaje experimental con caldo de tioglicolato. Este medio contiene un rango de concentraciones de oxígeno, produciendo un gradiente. Esto se debe a la presencia de tioglicolato de sodio, que consume oxígeno, y al suministro continuo de oxígeno del aire; en la parte superior del tubo, habrá oxígeno, y en la parte inferior, no habrá oxígeno.
<h2title=»Tipos»>Tipos de respiración anaerobia
Los tipos de respiración anaerobia son tan variados como sus aceptores de electrones. Los tipos importantes de respiración anaeróbica incluyen:
Anaerobic Respiration Equations
The equations for the two most common types of anaerobic respiration are:
• Lactic acid fermentation:
C6H12O6 (glucose)+ 2 ADP + 2 pi → 2 lactic acid + 2 ATP
• Alcoholic fermentation:
C6H12O6 (glucose) + 2 ADP + 2 pi → 2 C2H5OH (ethanol) + 2 CO2 + 2 ATP
Examples of Anaerobic Respiration
Sore Muscles and Lactic Acid
During intense exercise, our muscles use oxygen to produce ATP faster than we can supply it.
When this happens, muscle cells can perform glycolysis faster than they can supply oxygen to the mitochondrial electron transport chain.
The result is that anaerobic respiration and lactic acid fermentation occurs within our cells – and after prolonged exercise, the built-up lactic acid can make our muscles sore!
Yeasts and Alcoholic Drinks
Las bebidas alcohólicas, como el vino y el whisky, suelen producirse embotellando levaduras -que realizan la fermentación alcohólica- con una solución de azúcar y otros compuestos aromatizantes.
Las levaduras pueden utilizar carbohidratos complejos, incluidos los que se encuentran en las patatas, las uvas, el maíz y muchos otros granos, como fuentes de azúcar para llevar a cabo la respiración celular.
Colocar la levadura y su fuente de combustible en una botella hermética asegura que no habrá suficiente oxígeno alrededor, y así la levadura se convertirá en respiración anaeróbica. Esto produce alcohol.
El alcohol es en realidad tóxico para las levaduras que lo producen – cuando las concentraciones de alcohol se vuelven lo suficientemente altas, la levadura comenzará a morir.
Por esa razón, no es posible elaborar un vino o una cerveza que tenga más de 30% de contenido de alcohol. Sin embargo, el proceso de destilación, que separa el alcohol de otros componentes de la infusión, puede utilizarse para concentrar el alcohol y producir bebidas espirituosas como el vodka.
La metanogénesis y las cervezas caseras peligrosas
Desgraciadamente, la fermentación alcohólica no es el único tipo de fermentación que puede ocurrir en la materia vegetal. Un alcohol diferente, llamado metanol, puede producirse a partir de la fermentación de la celulosa. Esto puede provocar una intoxicación por metanol.
Los peligros del «moonshine» -alcohol casero y barato que a menudo contiene altas cantidades de metanol debido a procesos de elaboración y destilación deficientes- se anunciaron en el siglo XX durante la prohibición.
La muerte y los daños nerviosos provocados por la intoxicación por metanol siguen siendo un problema en las zonas donde la gente intenta elaborar alcohol de forma barata. Así que, si vas a convertirte en cervecero, ¡asegúrate de hacer tus deberes!
El queso suizo y el ácido propiónico
La fermentación del ácido propiónico da al queso suizo su sabor característico. Los agujeros del queso suizo están hechos en realidad por burbujas de gas de dióxido de carbono liberadas como producto de desecho de una bacteria que utiliza la fermentación del ácido propiónico.
Después de la implantación de normas sanitarias más estrictas en el siglo XX, muchos productores de queso suizo se quedaron perplejos al descubrir que su queso estaba perdiendo sus agujeros, y su sabor.
Se descubrió que el culpable era la falta de una bacteria específica que produce ácido propiónico. A lo largo de los años, esta bacteria se había introducido como un contaminante del heno que comían las vacas. Pero después de que se introdujeran normas de higiene más estrictas, ¡esto ya no ocurría!
Esta bacteria se añade ahora intencionadamente durante la producción para garantizar que el queso suizo mantenga su sabor y conserve su instantáneo y reconocible aspecto holey.
Vinegar and Acetogenesis
Bacteria that perform acetogenesis are responsible for the making of vinegar, which consists mainly of acetic acid.
Vinegar actually requires two fermentation processes, because the bacteria that make acetic acid require alcohol as fuel!
As such, vinegar is first fermented into an alcoholic preparation, such as wine. The alcoholic mixture is then fermented again using the acetogenic bacteria.