El término ‘’respiración’’ tiene dos posibles significados en biología, que se aplican en distintos niveles de organización. Por un lado, a nivel celular, la respiración es el proceso mediante el cual el oxígeno ingresa a las células y permite la degradación total de las moléculas orgánicas dentro de las mismas, obteniéndose como resultado dióxido de carbono, agua y energía en forma de moléculas de ATP. A este proceso se lo denomina respiración celular o respiración interna.
Por otro lado, a nivel de los organismos pluricelulares, el término ‘’respiración’’ equivale al de ‘’ventilación’’, también llamada respiración externa. Se refiere al intercambio de oxígeno y dióxido de carbono entre el organismo y el medio circundante, en general, a través del sistema respiratorio. En las siguientes secciones profundizaremos en estas dos definiciones del concepto de respiración.
Respiración celular o interna
La respiración celular, también denominada respiración aeróbica o interna, permite que las células obtengan energía a partir de la degradación de moléculas orgánicas como la glucosa. A través de este proceso, que ocurre únicamente en presencia de oxígeno, se obtienen moléculas de ATP (energía química), y dióxido de carbono y agua como sustancias de desecho.
La respiración celular se produce dentro de las mitocondrias, y a fines de su estudio puede dividirse en dos etapas principales:
– El ciclo de Krebs: Se trata de un conjunto de reacciones químicas que se llevan a cabo de forma sucesiva y cíclica en la matriz mitocondrial. Dichas reacciones van degradando progresivamente al ácido pirúvico obtenido luego de la glucólisis, y van liberando energía química en forma de moléculas de ATP. Durante el ciclo de Krebs también se generan moléculas de NADH y FADH2, que son moléculas aceptoras de electrones con un rol importante en el siguiente paso de la respiración celular para generar más energía química.
– Transporte de electrones: La cadena de transporte de electrones, también conocida como cadena respiratoria, es la etapa final de la respiración celular. Se lleva a cabo en las crestas mitocondriales, y se compone de una serie de reacciones sucesivas de oxido-reducción que va conduciendo los electrones ganados por las moléculas de NADH y FADH2 hacia niveles energéticos menores. Este proceso permite la producción de más energía química en forma de moléculas de ATP gracias al proceso de fosforilación oxidativa. Dichos electrones, finalmente son captados por el oxígeno, que, tras combinarse con protones, da como resultado moléculas de agua como sustancia de desecho de la reacción.
Respiración externa acuática y terrestre
La respiración externa o ventilación permite la hematosis, es decir, el intercambio de gases entre el ambiente y la sangre de un organismo pluricelular complejo, a través de su sistema respiratorio. En los organismos pluricelulares más simples existen otros mecanismos que permiten la llegada de oxígeno a todas las células del cuerpo, como así también la eliminación de dióxido de carbono.
El mecanismo de la respiración es diferente si el organismo en cuestión se encuentra en un medio acuático o en un medio terrestre. Hay que tener en cuenta que la concentración de oxígeno es menor en el agua que en el aire, y que además su distribución es más heterogénea.
Existen dos tipos diferentes de respiración acuática:
– Respiración cutánea: Se da en organismos más simples, como esponjas y gusanos, por ejemplo. En este tipo de respiración, el oxígeno y el dióxido de carbono se intercambian a través de la piel del organismo, que, por su baja complejidad y estructura corporal simple, permite que dichos gases difundan directamente entre todas las células que lo conforman.
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– Respiración branquial: La respiración a través de branquias se lleva a cabo en organismos acuáticos complejos, como los peces. Las branquias se componen de laminillas delgadas, muy irrigadas de vasos sanguíneos, a través de las cuales pasa la corriente de agua rica en oxígeno cuando el animal se moviliza. A través de sus paredes se produce el intercambio gaseoso entre el agua y la sangre.
Por otro lado, existen también dos tipos diferentes de respiración en el medio terrestre:
– Respiración mediante tráqueas: Este tipo de respiración no necesita de un sistema circulatorio para transportar los gases a todas las células del cuerpo, ya que los mismos son transportados directamente por una serie de conductos denominados tráqueas que atraviesan todo el cuerpo y tienen salida al exterior a través de unos pequeños orificios. La respiración mediante tráqueas es posible únicamente en organismos de pequeño tamaño, como por ejemplo los insectos.
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– Respiración mediante pulmones: La respiración pulmonar permite que organismos complejos de un tamaño relativamente grande obtengan oxígeno de la atmósfera y eliminen dióxido de carbono. El intercambio gaseoso se da dentro de órganos especializados, los pulmones, que tienen forma de sacos y contienen una gran cantidad de alvéolos íntimamente relacionados con capilares sanguíneos del sistema circulatorio. Tras el intercambio gaseoso, el oxígeno ingresado es transportado por la sangre a todas las células del cuerpo. A su vez, el dióxido de carbono presente en la sangre es eliminado al exterior. En este tipo de respiración, el flujo de aire entre el interior y el exterior del cuerpo se produce gracias a movimientos de la caja torácica que genera cambios de presión en los pulmones, produciendo la entrada de aire durante la inspiración, y la salida de aire durante la espiración.
Relación entre la respiración celular y la ventilación
En los organismos pluricelulares complejos, la respiración celular y la ventilación son procesos relacionados: la ventilación permite que el oxígeno presente en el medio ambiente ingrese al organismo y, en un proceso posterior de transporte por el sistema circulatorio, llegue a cada una de las células que integran el cuerpo. Solo así dichas células son capaces de obtener el oxígeno necesario para llevar a cabo el proceso de respiración celular visto anteriormente.
Referencias bibliográficas
Curtis, H. y Cols. (2022). ‘’Biología en contexto social’’. Octava edición. Buenos Aires: Médica Panamericana.Didáctica, Enciclopedia Temática Ilustrada. Tomo 1, ‘’Biología’’. Editorial Oriente S.A.
Autora
Escrito por Tatiana Bengochea para la Edición #117 de Enciclopedia Asigna, en 11/2022. Tatiana es Lic. en Ciencias Biológicas y Prof. en Biología. Graduada en la UBA, Arg.