Volver a la portadaIntroducción a la Química · 4° año · Cambiar asignatura
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Secundaria 4° · Introducción a la Química
Química y alimentación: nutrición, enzimas y metabolismo · Alimentos, enzimas y energía

Respiración, fermentación y rendimiento energético en ATP

Un domingo, Thiago juega un partido de fútbol y, en el último tramo, siente las piernas «quemar». Después se come un plato de fideos y recupera fuerzas. ¿De dónde sacan energía sus músculos? ¿Por qué la sensación cambia según el tipo de esfuerzo? Al final de la página vas a poder explicarlo.

Anabolismo y catabolismo

Una célula está siempre «trabajando»: construye moléculas y también las rompe. Al conjunto de todas esas reacciones químicas se lo llama metabolismo.

Ejemplos: armar una proteína a partir de aminoácidos es anabolismo; degradar glucosa hasta CO₂ y agua es catabolismo.

Esquema del anabolismo, que construye moléculas grandes y consume energía, y del catabolismo, que las degrada y libera energía. Moléculas pequeñas Moléculas grandes Anabolismo consume energía Catabolismo libera energía

La energía liberada en el catabolismo no se pierde toda: gran parte se guarda en una molécula «moneda de cambio», el ATP.

Practica★☆☆Sin empezar
Diferenciá anabolismo de catabolismo. Para cada uno, dá un ejemplo y señalá si en general libera o consume energía.

Diferenciá anabolismo de catabolismo. Para cada uno, dá un ejemplo y señalá si en general libera o consume energía.

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Respiración celular aeróbica

Con oxígeno, la célula degrada la glucosa por completo. La ecuación global es:

$$\ce{C6H12O6 + 6 O2 -> 6 CO2 + 6 H2O + energía}$$

Pero no ocurre de un solo golpe: es una cadena de etapas, y en cada una se va liberando un poco de energía, que se aprovecha para fabricar ATP.

Etapas de la respiración aeróbica: glucólisis en el citoplasma, ciclo de Krebs y fosforilación oxidativa en la mitocondria. 1. Glucólisis citoplasma 2. Ciclo de Krebs mitocondria 3. Fosforilación oxidativa mitocondria Glucosa → piruvato se libera CO₂ se usa O₂, se forma H₂O + 2 ATP netos la mayor parte del ATP
  • Glucólisis: en el citoplasma. La glucosa (6 carbonos) se parte en 2 piruvatos (3 carbonos). Deja una ganancia neta de 2 ATP. No necesita oxígeno.

  • Ciclo de Krebs: en la mitocondria. El piruvato se degrada por completo y se libera CO₂.

  • Fosforilación oxidativa: en la membrana interna de la mitocondria. Acá se usa el O₂ y se forma agua. Es donde se produce la mayor parte del ATP.

En total, la respiración aeróbica rinde alrededor de 30 a 32 ATP por molécula de glucosa. En los ejercicios usá 32.

Practica★☆☆Sin empezar
Ordená las siguientes etapas de la respiración celular aeróbica según el orden en que ocurren: ciclo de Krebs, glucólisis, fosforilación oxidativa. Indicá además en qué…

Ordená las siguientes etapas de la respiración celular aeróbica según el orden en que ocurren: ciclo de Krebs, glucólisis, fosforilación oxidativa. Indicá además en qué parte de la célula se produce la glucólisis.

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Fermentación: energía sin oxígeno

Si falta oxígeno, la célula igual puede obtener algo de energía: hace la glucólisis y después «recicla» el piruvato por una fermentación. La glucosa no se degrada por completo, así que el rendimiento es mucho menor: solo los 2 ATP de la glucólisis.

Tipo Producto final Quién la hace Dónde la ves
Láctica ácido láctico (lactato) bacterias lácticas, células musculares yogur, queso, músculo en esfuerzo intenso
Alcohólica etanol y CO₂ levaduras pan, cerveza, vino

Ecuaciones globales:

$$\ce{C6H12O6 -> 2 C3H6O3 + energía}$$ $$\ce{C6H12O6 -> 2 C2H5OH + 2 CO2 + energía}$$
Practica★☆☆Sin empezar
Nombrá dos tipos de fermentación y un producto final de cada una. Indicá un alimento o bebida cuya elaboración dependa de alguno de estos procesos.

Nombrá dos tipos de fermentación y un producto final de cada una. Indicá un alimento o bebida cuya elaboración dependa de alguno de estos procesos.

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Practica★★☆Sin empezar
En la glucólisis, una molécula de glucosa ($C_6H_{12}O_6$) produce 2 moléculas de piruvato, con una ganancia neta de 2 ATP. Si una célula degrada 15 moléculas de glucosa…

En la glucólisis, una molécula de glucosa ($C_6H_{12}O_6$) produce 2 moléculas de piruvato, con una ganancia neta de 2 ATP. Si una célula degrada 15 moléculas de glucosa solo por glucólisis, calculá cuántos ATP netos obtiene. Explicá además qué le ocurre al piruvato si no hay oxígeno.

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Comparar rendimientos

Respiración aeróbica Fermentación
¿Necesita O₂? Sí No
Productos finales CO₂ y H₂O Lactato, o etanol y CO₂
Degradación de la glucosa Completa Parcial
ATP por glucosa ≈ 32 2
Practica★★☆Sin empezar
Compará la respiración celular aeróbica con la fermentación respecto de tres aspectos: si necesitan oxígeno, qué productos finales generan y si degradan por completo la…

Compará la respiración celular aeróbica con la fermentación respecto de tres aspectos: si necesitan oxígeno, qué productos finales generan y si degradan por completo la glucosa. Presentá la comparación en una tabla.

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Practica★★☆Sin empezar
Una célula muscular consume 10 moléculas de glucosa. Considerá que la respiración aeróbica rinde 32 ATP por glucosa y la fermentación láctica rinde 2 ATP por glucosa.…

Una célula muscular consume 10 moléculas de glucosa. Considerá que la respiración aeróbica rinde 32 ATP por glucosa y la fermentación láctica rinde 2 ATP por glucosa. Calculá los ATP totales que obtiene en cada caso y cuántas veces mayor es el rendimiento de la respiración.

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Fermentación y respiración en la vida real

En el músculo. En un esfuerzo corto e intenso (como correr 100 metros), el oxígeno no llega a los músculos tan rápido como se necesita. La fermentación láctica entrega ATP rápido, aunque en poca cantidad, y se acumula lactato. En un esfuerzo prolongado y moderado (una maratón), la respiración aeróbica aporta mucho ATP de forma sostenida, porque el oxígeno alcanza.

En la panadería. La levadura (Saccharomyces cerevisiae) fermenta los azúcares de la masa. Produce etanol y CO₂. El CO₂ queda atrapado en la masa y la hace crecer. Al hornear, el etanol se evapora y el CO₂ se expande, así que el pan queda esponjoso.

En la cocina de todos los días. El yogur y el queso dependen de la fermentación láctica de la leche; la cerveza y el vino, de la alcohólica.

Comparación del ATP obtenido de 5 glucosas: 10 ATP por fermentación y 160 ATP por respiración aeróbica. Fermentación 10 ATP Respiración 160 ATP Datos: 5 glucosas, 2 y 32 ATP por glucosa
Practica★★★Sin empezar
Thiago corre una carrera de velocidad de 100 metros y, después, una maratón de 42 kilómetros. Argumentá qué proceso predomina en sus músculos en cada caso (fermentación…

Thiago corre una carrera de velocidad de 100 metros y, después, una maratón de 42 kilómetros. Argumentá qué proceso predomina en sus músculos en cada caso (fermentación láctica o respiración aeróbica), por qué se acumula lactato en uno de ellos y cómo se relaciona esto con el rendimiento de ATP y con la rapidez con que se obtiene la energía.

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Practica★★★Sin empezar
Una panadería de Rosario prepara masa con levadura (Saccharomyces cerevisiae*) y la deja reposar. Se observa que la masa aumenta de volumen. Escribí la ecuación global…

Una panadería de Rosario prepara masa con levadura (Saccharomyces cerevisiae) y la deja reposar. Se observa que la masa aumenta de volumen. Escribí la ecuación global de la fermentación alcohólica de la glucosa, explicá el origen del aumento de volumen y qué ocurre con el etanol al hornear. Luego, si la levadura tuviera oxígeno en abundancia, comparalo con lo que ocurriría: calculá cuántos ATP obtendría de 5 moléculas de glucosa en cada caso (2 ATP por glucosa en la fermentación y 32 ATP por glucosa en la respiración) y analizá por qué, aun así, la fermentación es útil para el panadero.

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Metabolismo basal y aportes energéticos

Aunque estés quieto, tu cuerpo gasta energía para mantenerse vivo: respirar, bombear sangre, mantener la temperatura. Ese gasto mínimo es la tasa metabólica basal (TMB). Encima se suma lo que gastás al moverte, por ejemplo jugando al fútbol.

Los nutrientes aportan distinta energía por gramo: los hidratos de carbono y las proteínas rinden unas 4 kcal/g y las grasas unas 9 kcal/g. Por eso las grasas son la mejor reserva de energía.

Vuelta al principio: en el último tramo del partido, el oxígeno no alcanza a cubrir el pedido de energía de los músculos de Thiago. Entra a trabajar más la fermentación láctica, que da ATP rápido pero poco. Con los fideos, después, repone la glucosa para volver a fabricar ATP.

Resumen

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