Pasos en la respiración aeróbica y fermentación
La respiración aeróbica es el metabolismo de la glucosa o ácidos grasos que son completamente oxidados por los organismos con oxígeno a dióxido de carbono (CO₂) y agua (H₂O). La respiración aeróbica ocurre en el citoplasma de las bacterias. Las mitocondrias son el sitio principal de los eucariotas. La respiración aeróbica se divide en tres fases. La primera etapa es la glucólisis, que ocurre en el citoplasma; la segunda etapa es el ciclo del ácido cítrico, también conocido como el ciclo de los ácidos tricarboxílicos, que reacciona en la matriz mitocondrial; y la tercera etapa es la fosforilación oxidativa en la membrana mitocondrial interna (cadena de transporte de electrones y ATPasa).
La fermentación es la oxidación y descomposición incompleta de sustancias orgánicas, como azúcares (plantas, animales, hongos y algunas bacterias), en un ambiente anaeróbico con la ayuda de la catálisis enzimática. La glucólisis sigue siendo la primera etapa. La segunda etapa también ocurre en el citoplasma, y el piruvato se descompone en alcohol, dióxido de carbono, ácido láctico. A menudo se ven burbujas en frascos de vidrio para la elaboración casera, y las paredes del frasco se calientan ligeramente.
Energía y aceptores de electrones
La mayor diferencia entre ellos es la forma y la eficiencia de la producción de energía. La respiración aeróbica es la forma principal en que los eucariotas y las bacterias aeróbicas obtienen energía. La mayor parte de la energía proviene de la fosforilación oxidativa en la membrana mitocondrial interna. Los electrones caen desde un estado de alta energía potencial (NADH y FADH₂) a un estado de baja energía potencial (átomos de oxígeno) a lo largo de la cadena respiratoria o cadena de transporte de electrones. La energía potencial disminuida se transforma en un gradiente de protones transmembrana que acopla la energía de la materia orgánica con la producción de ATP. El proceso siguiente es como un generador en una presa: los protones fluyen a través de la ATPasa para sintetizar ATP. Aproximadamente el 40% de la energía almacenada en la glucosa se convierte en ATP, y el resto se disipa como calor.
El 40% puede no parecer lo suficientemente eficiente, pero en realidad es alrededor de 15 veces más que la fermentación. En la fermentación, la glucólisis es el único paso para la generación de energía. No hay cadena de transporte de electrones ni ATPasa. Se producen 2 moléculas de ATP por fosforilación a nivel de sustrato. Los otros pasos no producen ATP. Su importancia radica en consumir el compuesto de alta energía NADH producido por la glucólisis y volver a producir NAD⁺. De lo contrario, el NAD⁺ sería agotado por la glucólisis, lo que inhibiría la fermentación. Para la mayoría de los eucariotas, casi toda la energía para las actividades vitales es proporcionada por la respiración aeróbica. Así, la fermentación solo les ayuda a sobrevivir temporalmente, y no es una estrategia a largo plazo.
Glucosa + 2NAD⁺ + 2ADP + 2Pi → 2 Piruvato + 2ATP + 2NADH + 2H₂O + 2H⁺
Piruvato + NADH + H⁺ → Ácido Láctico + NAD⁺
Productos de la respiración aeróbica y fermentación
El CO₂ y el H₂O inofensivos son los productos finales de la respiración aeróbica. Sin embargo, el ácido láctico o el alcohol de la fermentación son tóxicos. Después del ejercicio intenso, el ácido láctico se acumula en los músculos de los animales y causa dolor. Algunas bacterias usan el ácido láctico para bajar el pH en su entorno y así inhibir a otras bacterias. El alcohol desnaturaliza proteínas, por lo que si la falta de oxígeno se prolonga demasiado, tanto las plantas como los hongos morirán.
C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + 32ATP
C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂ + 2ATP
C₆H₁₂O₆ → 2C₃H₆O₃ (Ácido láctico) + 2ATP