Respiración aerobia y anaerobia

Introducción

?La respiración se acompaña de consumo de oxigeno y producción de CO2.

La respiración puede definirse como el proceso mediante el cual los seres vivos intercambian con el medio, oxigeno y CO2.

En los seres vivos mas evolucionado, el intercambio de los gases se realiza ante el ambiente, los órganos especializados que forman parte del aparato respiratorio y las células. En algunos seres vivos el transporte de gases se realiza a través de la sangre. El oxigeno que se encuentra en el interior oxida las sustancias protoplasmáticas. En este proceso se libera la energía y se produce gas carbónico (CO2).

Las reacciones químicas de la respiración solo se pueden realizar en presencia de enzimas especializadas. Por esta razón muchos autores le denominan reacciones enzimáticas.

La respiración acompaña a la transformación bioquímica de la energía disponible en los orgánicos derivados de alimentos, hasta la energía utilizada para los fenómenos de síntesis y transporte. La transformación anterior, que suele identificarse como metabolismo, requiere a menudo la presencia de oxigeno y comprende la oxidación completa de orgánicos hasta bióxido de carbono y agua (respiración aerobia). Si la oxidación es incompleta, los productos terminales son compuestos orgánicos, no intervienen en forma típica el oxigeno y el proceso se identifica como respiración anaerobia.

El proceso físico que hace que pasen los gases por los tejidos vivos, es el de la difusión pasiva simple.

El intercambio de gases de la respiración también depende de dos movimientos de convección de líquidos. El primero es el transporte masivo del medio externo, aire o agua, a través de las superficies para intercambio respiratorio externo. El segundo es el transporte de líquidos celómicos o a través de las superficies internas del órgano respiratorio. Estos dos transportes de convección se conocen como ventilación y circulación. Y son procesos activos, impulsados por bombas ciliares o musculares.

Por eso los órganos o aparatos respiratorios se hallan estrechamente ligados al sistema circulatorio, en el que se han desarrollado elementos celulares especializados en transportar el oxigeno, lo que consiguen capturando a este mediante pigmentos tales como la hemoglobina.

En muchos vertebrados e innumerables invertebrados, el medio interno circulante de liquido celómicos, hemolinfa o sangre, contiene un pigmento respiratorio como seria hemocianina o la hemoglobina, que se liga reversiblemente con O2, CO2, y protones+. Los pigmentos respiratorios aumentan el intercam- bio de gases de la respiración al aumentar la capacidad para el transporte masivo de ellos y también al influir en la presión parcial de gases y sus gradientes entre las superficies del intercambio tisular.

Tipos y clases de respiración.

– Aerobia

Respiración

– Anaerobia

Respiración Anaerobia:

Esta se realiza en ausencia de oxigeno del aire. Es la descomposición parcial de la glucosa sin la participación de oxigeno. La respiración anaerobia se conoce con el nombre de fermentación que es la industrialización de bebidas alcohólicas.

Respiración Aerobia:

Esta se realiza en presencia de abundante oxigeno del aire el cual se usa para descomponer la glucosa.

La respiración aerobia se divide en dos tipos:

– Externa.

– Interna.

Externa:

Es el intercambio de O2 y CO2 entre el organismo y su medio. En casi todos los organismos multicelulares y en casi todos los vertebrados, con excepción de unas cuantas salamandras que carecen de pulmones y branquias, la respiración externa se hace en estructuras especializadas llamados órganos respiratorios, como los ya dichos pulmonares y branquiales.

Interna:

Esta consiste en el proceso gradual de reacción química entre el O2 y las pequeñas moléculas orgánicas procedentes del alimento.

– Directa

Respiración

– Indirecta

Respiración Directa:

Se realiza a través de una membrana que se encuentra en contacto con el aire.

Respiración Indirecta:

Es cuando las células no se encuentran en contacto con el medio y los gases tienen que llevarse hacia el cuerpo y hacia la célula.

Para esta respiración es necesario un conjunto de órganos especializados para el intercambio gaseoso.

El conjunto de órganos y tejidos responsables de suministrar oxígeno al organismo y liberar CO2 recibe el nombre deaparato respiratorio.

Respiración aeróbica

?En presencia de oxígeno, el ácido pirúvico proveniente de la glucólisis, se oxida totalmente en la mitocondria, este proceso se divide en dos fases. En la primera, el ácido pirúvico ingresa a la mitocondria donde es fraccionado y oxidado completamente hasta liberar CO2. Como oxidantes actúan coenzimas, que a su vez son reducidas. El hidrógeno unido a las coenzimas es transferido en la segunda fase al oxígeno molecular, con formación de agua.

La degradación del ácido pirúvico se lleva a cabo en la matriz mitocondrial, donde se encuentran las enzimas del ciclo de Krebs (Hans Krebs postuló esta vía metabólica en 1937 y posteriormente recibió el premio Nobel por su trabajo) o de los ácidos tricarboxílicos, conocido también como ciclo del ácido cítrico. Los sistemas Red-0x del transporte de electrones se encuentran adosados a las crestas mitocondriales, terminando con la fosforilación oxidativa, la que ocurre tanto en bacterias aeróbicas como en las mitocondrias de células eucarióticas. Una versión resumida de las dos fases la vemos en la figura siguiente:

Respiración anaeróbica

?La respiración anaeróbica es un proceso biológico de oxido reducción de monosacáridos y otros compuestos en el que el aceptor terminal de electrones es una molécula inorgánica distinta del oxígeno, y más raramente una molécula inorgánica cadena transportadora de electrones análoga a la de la mitocondria en la respiración aeróbica. No debe confundirse con la fermentación, que es un proceso también anaeróbico, pero en el que no participa nada parecido a una cadena transportadora de electrones y el aceptor final de electrones es siempre una molécula orgánica como el NAD.

En el proceso anaeróbico no se usa oxígeno, sino que para la misma función se emplea otra sustancia oxidante distinta, como el sulfato o el nitrato. En las bacterias con respiración anaerobia interviene también una cadena transportadora de electrones en la que se re oxidan los coenzimas reducidos durante la oxidación de los substratos nutrientes; es análoga a la de la respiración aerobia, ya que se compone de los mismos elementos (citocromos, quinonas, proteínas ferrosulfúricas, etc.). La única diferencia, por tanto radica, en que el aceptor último de electrones no es el oxígeno.

?Objetivo

?Lograr observar lo que sucede en la fermentación, y también saber más sobre los tipos de respiración celular aerobia y anaerobia.

?La fermentación es un proceso que realizan muchos microorganismos, efectuando reacciones sobre algunos compuestos orgánicos y liberando energía. Hay muchos tipos diferentes de fermentación, pero en condiciones fermentativas solamente se efectúa una oxidación parcial de los átomos de carbono del compuesto orgánico y, por consiguiente, sólo una pequeña cantidad de la energía potencial disponible se libera.

?Los conocimientos sobre la fermentación fueron atesorados desde la antigüedad por importantes civilizaciones como la egipcia y la asiria que la emplearon para la producción de bebidas alcohólicas; o como la azteca y la china que la utilizaron en la obtención de productos alimenticios tales como salsas fermentadas. Las técnicas de fermentación se modernizaron a partir de la aparición de técnicas de cultivos puros de células animales y vegetales, al igual de otro tipo de cultivos microbianos. Así, se industrializa la fermentación y da origen a grandes industrias tales como las alimenticias donde se destacan la panificadora y la de bebidas alcohólicas; la industria farmacéutica en el campo de las vacunas, medicamentos, etc., y la industria química que produce ácidos, aldehídos, etc.

?El proceso de fermentación no sólo incluye la desasimilación anaeróbica como la formación de alcohol, butanol-acetona, ácido láctico, etc., sino también la producción industrial de vinagre, ácido cítrico, enzimas, penicilina etc.. Todos estos productos son el resultado de procesos microbianos y se llaman productos de fermentación. Análogamente, el término fermentador no sólo hace referencia a los recipientes en los cuales se realiza la fermentación con exclusión de aire, sino también a los tanques en los cuales se producen oxidaciones microbianas aeróbicas y a los tanques de propagación de levaduras y otros microorganismos en presencia del aire.

?Fermentación microbiana

Promovidas o catalizadas por microorganismos. La reproducción de los microorganismos conlleva a que la reacción tenga un comportamiento autocatalítico siendo la concentración de los microorganismos variable. Dentro de este tipo de reacción hay 2 clases bien definidas:

Cultivos de tejidos o microorganismos (células vegetales y animales).

Reactores microbianos en sí (cultivo de microorganismos).

Materiales

?Dos recipientes

?500 g. de harina de trigo

?20 g. de levadura

?100 ml. de agua tibia

?Un vaso

?1 cuchara

Procedimiento

1. Disuelve la levadura en 50 ml. de agua tibia y etiqueta cada recipiente con leyendas "con levadura" y "sin levadura"

2. Coloca 250 g. de harina en cada recipiente. A uno agrega la levadura disuelta y a otro solo los restantes de 50 ml. de agua tibia.

3. Revuelve cada porción hasta conseguir una masa firme y uniforme en cada caso (no confundas a cual le pusiste levadura).

4. Deja reposar las masas en un lugar sin luz. Después de don horas, obsérvalas. ¿Qué diferencias encuentras en las dos? Registra tus resultados.

5. Ya que tengas las dos masas, ve las diferencias y anótalas en tu libreta para saber cuál de los dos tubos algún cambio.

Resultados

?Veras que de las dos masas la que aumento su volumen fue la que tenia levadura y la otra se quedo igual. También se observa que la masa de la levadura se esponja por que la levadura está muerta y cuando le ponemos agua tibia o caliente y la ponemos en masa se pone a trabajar como una célula normal, ya que la levadura se encuentra muerta pero poniéndole agua caliente esta se va respirando como un ser vivo normal y hace que la masa se vaya haciendo más grande por la cantidad de levadura que tenga. Y así obtenemos a lo que llamamos "fermentación"

?Comprender el proceso de fermentación y todos los aspectos relacionados con él.

?Conocer de manera precisa el proceso de fermentación de la masa empleando  levadura como microorganismo, para así poder controlar las variables del proceso adecuadamente.

?Obtener etanol mediante el proceso de fermentación anteriormente nombrado.

?Calcular el rendimiento de la fermentación para sabes cuando deja de funcionar la fermentación.

?Analizar qué factores afectan el proceso de fermentación en cuanto a su rendimiento y duración.

?Ver que  la fermentación en una solución acuosa de azúcar por el jugo obtenido prensando células muertas de levadura. 

Bibliografía

? Libro Castillo Biología Ciencias I: Bloque 2, Práctica de laboratorio "La Respiración"

?http://mx.answers.yahoo.com/question/index?qid=20080922211625AAAXyje

?http://enciclopedia.us.es/index.php/Fermentaci%C3%B3n

?http://bibliotecadeinvestigaciones.wordpress.com/biologia/sistemas-y-aparatos-del-cuerpo-humano/sistema-respiratorio/la-respiracion-aerobia-y-anaerobia/

Autor:

Jesus Torres