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Respiración anaeróbica

Definición

La respiración anaeróbica es el tipo de respiración a través del cual las células pueden descomponer los azúcares para generar energía en ausencia de oxígeno. Esto contrasta con el proceso altamente eficiente de 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 de electrones finales y, como tales, pueden realizar la respiración sin oxígeno.

Respiración anaerobica
Respiración anaerobica

Visión general

La respiración es el proceso mediante el cual la energía almacenada en el combustible se convierte en una forma que puede utilizar una célula. Por lo general, la energía almacenada en los enlaces moleculares de una molécula de azúcar o grasa se usa para producir ATP, tomando electrones de la molécula de combustible y usándolos para impulsar una cadena de transporte de electrones.

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 usan sustancias como sulfato, nitrato, azufre y fumarato para impulsar su respiración celular. Muchas células pueden realizar respiración aeróbica o anaeróbica, dependiendo de si hay oxígeno disponible.

Respiración anaeróbica vs aeróbica

Similitudes

Tanto la respiración aeróbica como la anaeróbica son métodos para recolectar energía de una fuente de alimentos, como grasas o azúcares. Ambos procesos comienzan con la división de una molécula de azúcar de seis carbonos en 2 moléculas de piruvato de tres carbonos en un proceso llamado glucólisis. Este proceso consume dos moléculas de ATP y crea cuatro ATP, para una ganancia neta de dos ATP por molécula de azúcar que se divide.

Tanto en la respiración aeróbica como anaeróbica, las dos moléculas de piruvato están sujetas a otra serie de reacciones que utilizan cadenas de transporte de electrones para generar más ATP.

Son estas reacciones las que requieren un aceptor de electrones, ya sea oxígeno, sulfato, nitrato, etc., para impulsarlas.

Muchas bacterias y arqueas solo pueden realizar respiración anaeróbica. Muchos otros organismos pueden realizar respiración aeróbica o anaeróbica, dependiendo de si hay oxígeno presente.

Los seres humanos y otros animales dependen de la respiración aeróbica para mantenerse con vida, pero pueden prolongar la vida o el rendimiento de sus células en ausencia de oxígeno a través de la respiración anaeróbica.

Diferencias

Después de la glucólisis, las células aeróbicas y anaeróbicas envían las dos moléculas de piruvato a través de una serie de reacciones químicas para generar más ATP y extraer electrones para su uso en su cadena de transporte de electrones.

Sin embargo, cuáles son estas reacciones y dónde ocurren, varía entre la respiración aeróbica y anaeróbica.

Durante la respiración aeróbica, la cadena de transporte de electrones y la mayoría de las reacciones químicas de la respiración ocurren en las mitocondrias. El sistema de membranas de las mitocondrias hace que el proceso sea mucho más eficiente al concentrar los reactivos químicos de la respiración juntos en un espacio pequeño.

Por el contrario, 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 usa un aceptor final de electrones como sulfato, nitrato, azufre o fumarato en lugar de 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, ¡incluido, en algunos casos, alcohol!

Los microorganismos crecen de manera diferente en los medios según su estado respiratorio.
Las bacterias aeróbicamente diferentes se comportan de manera diferente cuando se cultivan en caldo de tioglicolato. 1. Las bacterias aeróbicas obligatorias se acumulan en la parte superior del tubo de ensayo para acceder al oxígeno. 2. Las bacterias anaeróbicas obligadas se acumulan en la parte inferior para evitar el oxígeno de la parte superior. 3. Las bacterias facultativas se acumulan principalmente en la parte superior ya que la respiración aeróbica es más eficiente, pero como pueden sobrevivir con falta de oxígeno, se pueden encontrar en todo el cultivo. 4. Los microaerófilos se acumulan en la parte superior del tubo de ensayo, pero no en la parte superior. Requieren oxígeno pero están envenenados por altas concentraciones de oxígeno. 5. Los organismos aerotolerantes no se ven afectados en absoluto por el oxígeno y se distribuyen uniformemente a lo largo del tubo de ensayo.

Respiración celular en diferentes organismos

Los organismos pueden clasificarse según los tipos de respiración celular que realizan.

  • Aerobios obligados: organismos que no pueden sobrevivir sin oxígeno. Por ejemplo, los humanos son aerobios obligados.
  • Anaerobios obligados: organismos que no pueden sobrevivir en presencia de oxígeno. Ciertas especies de bacterias son anaerobios obligados, como Clostridium tetani,  que causa el tétanos.
  • Organismos aerotolerantes: organismos que pueden vivir en presencia de oxígeno, pero que no lo utilizan para crecer. Por ejemplo, la bacteria Streptococcus, que causa la faringitis estreptocócica.
  • Aerobios facultativos: organismos que pueden usar oxígeno para crecer, pero que también pueden realizar respiración anaeróbica. Por ejemplo, Saccharomyces cerevisiae,  que es la levadura utilizada en la elaboración de cerveza.

Los científicos pueden clasificar los microbios de esta manera usando una configuración experimental simple 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 = ”Types”> Tipos de respiración anaeróbica

Los tipos de respiración anaeróbica son tan variados como sus aceptores de electrones. Los tipos importantes de respiración anaeróbica incluyen:

  • Fermentación del ácido láctico: en este tipo de respiración anaeróbica, la glucosa se divide en dos moléculas de ácido láctico para producir dos ATP. Ocurre 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 la levadura e incluso en algunos tipos de peces, como los peces de colores.
  • Otros tipos de fermentación: algunas bacterias y arqueas realizan otros tipos de fermentación. Estos incluyen fermentación con ácido propiónico, fermentación con ácido butírico, fermentación con disolventes, fermentación con ácidos mixtos, fermentación con butanodiol, fermentación Stickland, acetogénesis y metanogénesis.

Ecuaciones de respiración anaeróbica

Las ecuaciones para los dos tipos más comunes de respiración anaeróbica son:

• Fermentación del ácido láctico:

6 H 12 O 6 (glucosa) + 2 ADP + 2 pi → 2 ácido láctico + 2 ATP

• Fermentación alcohólica:

6 H 12 O 6 (glucosa) + 2 ADP + 2 pi → 2 C 2 H 5 OH (etanol) + 2 CO 2 + 2 ATP

Ejemplos de respiración anaeróbica

Músculos doloridos y ácido láctico

Durante el ejercicio intenso, nuestros músculos usan oxígeno para producir ATP más rápido de lo que podemos suministrarlo.

Cuando esto sucede, las células musculares pueden realizar la glucólisis más rápido de lo que pueden suministrar oxígeno a la cadena de transporte de electrones mitocondrial.

El resultado es que la respiración anaeróbica y la fermentación del ácido láctico ocurren dentro de nuestras células, y después de un ejercicio prolongado, ¡el ácido láctico acumulado puede hacer que nuestros músculos duelan!

Levaduras y bebidas alcohólicas

La fermentación de la cerveza se basa en la respiración anaeróbica.
La fermentación de la cerveza se basa en la fermentación del etanol por levadura.

Las bebidas alcohólicas como el vino y el whisky se producen típicamente embotellando levaduras, que realizan la fermentación alcohólica, con una solución de azúcar y otros compuestos aromatizantes.

Las levaduras pueden usar carbohidratos complejos, incluidos los que se encuentran en las papas, uvas, maíz y muchos otros granos, como fuentes de azúcar para llevar a cabo la respiración celular.

Poner la levadura y su fuente de combustible en una botella hermética asegura que no habrá suficiente oxígeno alrededor y, por lo tanto, la levadura se convertirá en respiración anaeróbica. Esto produce alcohol.

El alcohol es realmente tóxico para las levaduras que lo producen; cuando las concentraciones de alcohol son lo suficientemente altas, la levadura comenzará a morir.

Por esa razón, no es posible elaborar vino o una cerveza que tenga un contenido de alcohol superior al 30%. Sin embargo, el proceso de destilación, que separa el alcohol de otros componentes de la infusión, se puede utilizar para concentrar el alcohol y producir bebidas espirituosas como el vodka.

Metanogénesis y cervezas caseras peligrosas

Desafortunadamente, la fermentación alcohólica no es el único tipo de fermentación que puede ocurrir en la materia vegetal. Se puede producir un alcohol diferente, llamado metanol, a partir de la fermentación de celulosa. Esto puede causar intoxicación por metanol.

Los peligros de la “luz de luna” – barato, alcohol homebrewed que a menudo contiene altas cantidades de metanol debido a la mala procesos de elaboración de la cerveza y la destilación – se anunciaron en la 20 ª siglo durante la prohibición.

La muerte y el daño a los nervios por intoxicación por metanol sigue siendo un problema en áreas donde la gente intenta preparar alcohol a bajo precio. Entonces, si vas a convertirte en cervecero, ¡asegúrate de hacer tu tarea!

Queso suizo y ácido propiónico

La fermentación con ácido propiónico le da al queso suizo su sabor distintivo. Los agujeros en el queso suizo en realidad están hechos por burbujas de gas de dióxido de carbono liberado como producto de desecho de una bacteria que usa la fermentación del ácido propiónico.

Los agujeros en el queso suizo provienen de la respiración anaeróbica.
Los agujeros en el queso suizo provienen de la respiración anaeróbica.

Después de la aplicación de las normas más estrictas de saneamiento en el 20 º siglo, muchos productores de queso suizo se sorprendieron al encontrar que su queso estaba perdiendo sus agujeros – y su sabor.

Se descubrió que el culpable era la falta de una bacteria específica que produzca ácido propiónico. A lo largo de los siglos, esta bacteria se había introducido como contaminante del heno que comían las vacas. Pero después de que se introdujeron normas de higiene más estrictas, ¡esto ya no sucedía!

Esta bacteria ahora se agrega intencionalmente durante la producción para garantizar que el queso suizo se mantenga sabroso y conserve su apariencia perforada reconocible al instante.

Vinagre y acetogénesis

Las bacterias que realizan la acetogénesis son responsables de la elaboración del vinagre, que se compone principalmente de ácido acético.

El vinagre en realidad requiere dos procesos de fermentación, ¡porque las bacterias que producen ácido acético requieren alcohol como combustible!

Como tal, el vinagre se fermenta primero en una preparación alcohólica, como el vino. A continuación, la mezcla alcohólica se fermenta de nuevo utilizando bacterias acetogénicas.

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