Respiración anaeróbica en la levadura
La producción de energía requiere oxígeno. La cadena de transporte de electrones, donde se forma la mayor parte del ATP, requiere un gran aporte de oxígeno. Sin embargo, muchos organismos han desarrollado estrategias para llevar a cabo el metabolismo sin oxígeno, o pueden pasar de la respiración celular aeróbica a la anaeróbica cuando el oxígeno escasea.
Durante la respiración celular, algunos sistemas vivos utilizan una molécula orgánica como aceptor final de electrones. Los procesos que utilizan una molécula orgánica para regenerar NAD+ a partir de NADH se denominan colectivamente fermentación. Por el contrario, algunos sistemas vivos utilizan una molécula inorgánica como aceptor final de electrones. Ambos métodos se denominan respiración celular anaeróbica, en la que los organismos convierten la energía para su uso en ausencia de oxígeno.
Algunos procariotas, incluidas algunas especies de bacterias y arqueas, utilizan la respiración anaeróbica. Por ejemplo, el grupo de arqueas llamado metanógeno reduce el dióxido de carbono a metano para oxidar el NADH. Estos microorganismos se encuentran en el suelo y en el tracto digestivo de los rumiantes, como las vacas y las ovejas. Del mismo modo, las bacterias y arqueas reductoras de sulfato, la mayoría de las cuales son anaerobias, reducen el sulfato a sulfuro de hidrógeno para regenerar NAD+ a partir de NADH.
Ecuación de la respiración anaeróbica en los músculos
Tanto la respiración anaeróbica como la aeróbica comienzan con la descomposición anaeróbica de la glucosa en el citosol mediante la glucólisisLa glucólisis descompone la glucosa (6-C) en dos moléculas de piruvato (3C), y también produce:Resumen de la glucólisis
Respiración anaeróbicaLa respiración anaeróbica se produce en ausencia de oxígeno y no da lugar a la producción de más moléculas de ATPEl objetivo de la respiración anaeróbica es restaurar las reservas de NAD+, ya que esta molécula es necesaria para la glucólisisLa conversión de piruvato en ácido láctico (animales) o etanol y CO2 (plantas / levaduras) es reversibleResumen de la respiración anaeróbica
Las contracciones musculares requieren el gasto de grandes cantidades de energía y, por lo tanto, requieren altos niveles de ATPCuando se realiza un ejercicio de alta intensidad, las demandas de energía de las células superan lo que los niveles disponibles de O2 pueden suministrar aeróbicamenteEsto dará lugar a un aumento en la producción de ácido láctico, lo que conduce a la fatiga muscularAunque los hidratos de carbono, los lípidos y las proteínas pueden ser consumidos como fuentes de energía, sólo los hidratos de carbono suelen sufrir la respiración anaeróbica
Ecuación de la respiración anaeróbica
Los músculos de este velocista necesitarán mucha energía para completar su corta carrera, ya que correrán a máxima velocidad. La acción no durará mucho, pero será muy intensa. La energía que necesita el velocista no puede ser proporcionada con la suficiente rapidez por la respiración celular aeróbica. En su lugar, sus células musculares deben utilizar un proceso diferente para alimentar su actividad.
Las células de los seres vivos alimentan sus actividades con la molécula portadora de energía ATP (trifosfato de adenosina). Las células de la mayoría de los seres vivos producen ATP a partir de la glucosa en el proceso de respiración celular. Este proceso consta de tres etapas principales y una intermedia: la glucólisis, la oxidación del piruvato, el ciclo de Krebs y el transporte de electrones. Las dos últimas etapas requieren oxígeno, por lo que la respiración celular es un proceso aeróbico. También hay otras formas de fabricar ATP a partir de la glucosa sin oxígeno, como la respiración anaeróbica y la fermentación, de fabricar ATP a partir de la glucosa sin oxígeno. Nuestras células no realizan la respiración anaeróbica. Por lo tanto, en esta sección sólo nos centraremos en la fermentación.
Respiración celular
Todas las células del cuerpo humano emplean reacciones bioquímicas conocidas como respiración celular para producir la energía que necesitan para funcionar y mantenerse vivas. El azúcar glucosa es el principal combustible de la respiración celular humana. Las células pueden descomponer la glucosa para generar energía utilizando la respiración aeróbica, que depende del oxígeno, o la respiración anaeróbica, que no requiere oxígeno. Mientras que la respiración aeróbica genera energía de forma más eficiente, las células musculares humanas pueden utilizar la respiración anaeróbica cuando carecen de suficiente oxígeno o necesitan una ráfaga rápida de energía.
La respiración anaeróbica en los seres humanos se produce principalmente en las células musculares durante el ejercicio de alta intensidad. Esto puede ocurrir si está forzando sus límites durante una actividad aeróbica, como el spinning o un entrenamiento de cardio, y el suministro de oxígeno a sus músculos es insuficiente para mantener la respiración aeróbica. La respiración anaeróbica también se produce en actividades que requieren ráfagas cortas e intensas de fuerza muscular, como el sprint o el levantamiento de potencia.
Todos los músculos contienen dos tipos de fibras musculares denominadas fibras de contracción rápida y fibras de contracción lenta. Las proporciones varían en los distintos músculos. Las fibras de contracción lenta están orientadas a la actividad sostenida y normalmente dependen principalmente de la respiración aeróbica, aunque pueden emplear la respiración anaeróbica si es necesario. Las fibras musculares de contracción rápida están orientadas funcionalmente a la respiración anaeróbica porque genera energía mucho más rápidamente -hasta 100 veces más rápido- que la respiración aeróbica. Sin embargo, como la respiración anaeróbica es menos eficiente que la aeróbica, las fibras musculares de contracción rápida se fatigan con relativa rapidez.