La respiración celular es el conjunto de reacciones químicas mediante las que las células obtienen energía a partir de nutrientes, especialmente de la glucosa. Aunque solemos relacionarla con respirar oxígeno, no son exactamente lo mismo: respirar introduce oxígeno en el organismo, mientras que la respiración celular ocurre dentro de las células y transforma la energía de los alimentos en ATP, la molécula que funciona como combustible inmediato. En este proceso, una molécula de glucosa puede convertirse en dióxido de carbono y agua, liberando energía de manera controlada. Conocer las fases de la respiración celular permite entender cómo trabajan las células musculares, las plantas, los hongos y muchos microorganismos.

 
Infografia sobre Fases de la respiración celular

¿Dónde ocurre la respiración celular y cuál es su función?

En las células eucariotas, la primera fase tiene lugar en el citoplasma, mientras que las siguientes ocurren principalmente en las mitocondrias. Por eso, a menudo se llama a estos orgánulos las centrales energéticas de la célula. Sin embargo, esta comparación debe entenderse bien: las mitocondrias no producen energía de la nada, sino que convierten la energía química de la glucosa en una forma que la célula puede utilizar.

La respiración celular cumple una función esencial: suministrar ATP para actividades como el movimiento, el crecimiento, la reparación de tejidos, el transporte de sustancias y la división celular. También genera moléculas intermedias que pueden emplearse para fabricar otros compuestos necesarios para el organismo.

  • La glucosa es uno de los combustibles más importantes.
  • El ATP es la principal moneda energética celular.
  • El oxígeno permite obtener mucha más energía, pero no participa directamente en todas las fases.

Primera fase: la glucólisis rompe la glucosa

La glucólisis es la primera etapa de la respiración celular y ocurre en el citoplasma, sin necesidad directa de oxígeno. En ella, una molécula de glucosa, que contiene seis átomos de carbono, se divide en dos moléculas de piruvato, cada una con tres carbonos.

Para iniciar el proceso, la célula invierte dos moléculas de ATP. Después, las reacciones producen cuatro ATP y moléculas de NADH, que transportan electrones ricos en energía. Por eso, el balance final de esta fase es de dos ATP netos y dos NADH por cada glucosa.

La glucólisis es importante porque puede funcionar incluso cuando el oxígeno escasea. Si no hay oxígeno suficiente, el piruvato puede participar en la fermentación, un proceso menos eficiente que permite mantener activa la producción básica de ATP.

Segunda y tercera fases: del piruvato al ciclo de Krebs

Cuando hay oxígeno disponible, el piruvato entra en la mitocondria y se transforma en acetil-CoA. Esta reacción, llamada oxidación del piruvato o reacción de transición, libera dióxido de carbono y produce NADH. Es el paso que conecta la glucólisis con el ciclo de Krebs.

A continuación comienza el ciclo de Krebs, también conocido como ciclo del ácido cítrico. El acetil-CoA se combina con otras moléculas y atraviesa una serie de reacciones repetidas. En cada vuelta se libera dióxido de carbono y se forman transportadores de electrones, principalmente NADH y FADH2. También se produce una pequeña cantidad de ATP.

Como una glucosa origina dos moléculas de piruvato, el ciclo de Krebs debe funcionar dos veces por cada glucosa. Su importancia no está solo en el ATP que genera directamente, sino en que carga de energía a NADH y FADH2, que llevarán electrones a la última fase.

  • La oxidación del piruvato libera CO2 antes del ciclo de Krebs.
  • El ciclo de Krebs ocurre en la matriz mitocondrial.
  • NADH y FADH2 actúan como transportadores de electrones y energía.

Cuarta fase: la cadena de transporte de electrones y la quimiosmosis

La última etapa ocurre en la membrana interna de la mitocondria. Allí, los electrones transportados por NADH y FADH2 pasan por una serie de proteínas llamada cadena de transporte de electrones. La energía liberada sirve para bombear protones y crear una diferencia de concentración a ambos lados de la membrana.

Después, los protones regresan a través de una proteína llamada ATP sintasa. Este movimiento impulsa la fabricación de gran parte del ATP mediante un mecanismo conocido como quimiosmosis. Al final, el oxígeno acepta los electrones y se combina con protones para formar agua. Por eso, el oxígeno es el aceptor final de electrones en la respiración aeróbica.

Esta fase produce la mayor cantidad de ATP: aproximadamente entre 26 y 28 moléculas por glucosa. Sumadas a las obtenidas antes, las células eucariotas suelen lograr un rendimiento total cercano a 30 o 32 ATP, aunque la cifra puede variar según el tipo de célula y las condiciones del proceso.

¿Qué ocurre si falta oxígeno?

Sin oxígeno, la cadena de transporte de electrones se detiene y la célula ya no puede mantener el mismo rendimiento energético. Aun así, la glucólisis puede continuar durante un tiempo si el piruvato se transforma mediante fermentación. En las células musculares, por ejemplo, puede producirse fermentación láctica durante un esfuerzo intenso. En algunas levaduras ocurre fermentación alcohólica, que genera etanol y dióxido de carbono.

La fermentación produce solo los dos ATP netos de la glucólisis, por lo que es mucho menos eficiente que la respiración aeróbica. Esta diferencia explica por qué una célula necesita recurrir a ella solo como solución temporal o cuando vive en ambientes sin oxígeno. En conjunto, las fases de la respiración celular forman una cadena coordinada: la glucólisis divide la glucosa, el ciclo de Krebs extrae electrones y la cadena respiratoria utiliza esos electrones para producir la mayor parte del ATP.

  • Respiración aeróbica: utiliza oxígeno y produce mucho ATP.
  • Fermentación: no utiliza oxígeno y produce poco ATP.
  • El CO2 se libera principalmente durante la oxidación del piruvato y el ciclo de Krebs.
  • El agua se forma al final de la cadena de transporte de electrones.