La obtención de energía y la mitocondria
Lo que vas a aprender
- Explicar para qué necesita energía una célula y de dónde la obtiene.
- Describir con palabras la respiración celular, qué entra y qué sale de la mitocondria.
- Reconocer que las células de plantas, animales y hongos tienen mitocondrias y respiran.
- Interpretar tablas y gráficas de experimentos sencillos sobre la respiración.
Para qué
¿Para qué sirve esto?
Cuando corres un rato, sientes calor y respiras más rápido. Cuando llevas muchas horas sin comer, te sientes sin fuerzas. Las dos cosas tienen la misma explicación, y no está en los pulmones ni en el estómago: está dentro de cada una de tus células.
Cada célula de tu cuerpo, y también cada célula de una planta de maíz o de un hongo, trabaja sin descanso. Para trabajar necesita energía, y la saca de los alimentos en un organelo pequeñísimo: la mitocondria. En esta lección vas a ver cómo lo hace, qué necesita y qué deja como desecho.
Antes de empezar recuerda las partes de la célula eucariota que ya estudiaste (membrana, citoplasma, núcleo y organelos) y que la membrana deja pasar unas sustancias y otras no.
Explicación
¿Para qué necesita energía una célula?
Una célula viva nunca está quieta, aunque no la veas moverse. Usa energía para:
- fabricar sus propias piezas, por ejemplo las proteínas de la membrana;
- mover sustancias a través de la membrana cuando tienen que entrar o salir en contra de la difusión;
- dividirse, porque copiar todo lo que hay en el núcleo y partirse en dos cuesta mucho trabajo;
- moverse, como hacen las células de los músculos cuando se contraen.
Si una célula se queda sin energía, todo eso se detiene, y la célula termina por morir.
La energía está guardada en los alimentos
Los alimentos tienen sustancias que guardan energía. La más importante para las células es un azúcar llamado glucosa. Las plantas la fabrican en sus cloroplastos con la luz del Sol (eso es la fotosíntesis, que estudiarás a fondo el próximo año). Los animales y los hongos no pueden fabricarla con la luz: la obtienen de lo que comen.
Fíjate en una idea importante: la célula no crea energía de la nada. La energía ya estaba guardada en la glucosa, y la célula la libera poco a poco para usarla. Es parecido a lo que pasa con la leña: la energía del fuego estaba en la madera, y al quemarse sale como calor y luz. La diferencia es que la célula no hace fuego: libera la energía en muchos pasitos pequeños, controlados, sin llamas.
La respiración celular
El proceso con el que la célula libera la energía de la glucosa se llama respiración celular. Dicho en palabras:
La glucosa se empieza a partir en el citoplasma. Sus pedazos y el oxígeno entran a la mitocondria, y allí se terminan de desarmar y se libera la mayor parte de la energía que la glucosa tenía guardada. Como desechos quedan dióxido de carbono y agua.
La célula usa una parte de esa energía para trabajar, y otra parte se escapa como calor. Por eso tu cuerpo está tibio, y por eso sientes más calor cuando haces ejercicio: tus células musculares están respirando más.
No confundas la respiración celular con respirar con los pulmones. Respirar es el intercambio de gases entre tu cuerpo y el aire: los pulmones toman el oxígeno que la sangre lleva a todas las células, y sacan el dióxido de carbono que las células producen. La respiración celular ocurre dentro de cada célula, sobre todo en sus mitocondrias. Una depende de la otra: respiras para que tus células puedan respirar.
Esquema de una mitocondria: entran los pedazos de la glucosa, que se empezó a partir en el citoplasma, y oxígeno; salen dióxido de carbono, agua y energía que la célula puede usar. La membrana interna tiene pliegues, las crestas.
La mitocondria por dentro
La mitocondria es un organelo de forma alargada, como un fríjol, que tiene dos membranas. La de afuera es lisa. La de adentro está llena de pliegues, las crestas. Los pliegues sirven para que quepa mucha más membrana en poco espacio, y en esa membrana es donde se hace la mayor parte del trabajo de la respiración. Más pliegues, más lugar para trabajar.
Una célula no tiene una sola mitocondria: suele tener muchas. Las células que gastan más energía, como las de los músculos, tienen más mitocondrias que las que gastan poca. Por eso se dice que la mitocondria es la "central de energía" de la célula; recuerda, eso sí, que una central no inventa la energía: la saca de un combustible, y el combustible de la célula es la glucosa.
Las plantas también respiran
Un error muy común es pensar que las plantas solo hacen fotosíntesis y que la respiración es cosa de animales. No es así. Las células de las plantas tienen cloroplastos y también mitocondrias. En los cloroplastos fabrican glucosa con la luz; en las mitocondrias le terminan de sacar, de día y de noche, la energía que necesitan para crecer y vivir. Una semilla que germina bajo tierra, sin luz, vive del alimento que guarda (sobre todo almidón, que convierte en glucosa) y lo gasta respirando.
Los hongos, como la levadura del pan o el champiñón, también tienen mitocondrias. En cambio, las bacterias son células procariotas y no tienen mitocondrias ni otros organelos con membrana; obtienen su energía con otras partes de la célula.
¿Cómo se ve la respiración en un experimento?
La respiración no se ve a simple vista, pero se notan sus efectos. Si pones semillas que están germinando en un termo, el calor que liberan al respirar se queda adentro y la temperatura sube. Si pones una planta a oscuras en una bolsa cerrada, no hace fotosíntesis, y el dióxido de carbono que suelta al respirar se va acumulando en la bolsa. Los ejemplos que siguen usan datos inventados de experimentos así.
Gira la célula animal y busca sus mitocondrias. Cambia a la vegetal: tiene cloroplastos, que fabrican la glucosa con la luz, y también mitocondrias, que le sacan la energía. Las plantas también respiran.
Temperatura en dos termos (datos inventados). Línea continua: semillas de fríjol germinando, de 20 °C el día 0 a 29 °C el día 3. Línea punteada: semillas hervidas, que ya no están vivas y se quedan en 20 °C.
Ejemplo resuelto
El termo con semillas que germinan
En la gráfica de los termos, el de semillas de fríjol germinando se calienta día tras día, y el de semillas hervidas se queda igual. ¿Por qué se comportan distinto? ¿Para qué sirve el termo de semillas hervidas?
Ver la solución paso a paso
Las semillas que germinan están vivas: sus células respiran para sacar energía del alimento que guardan.
Una parte de esa energía se escapa como calor. El termo no deja que el calor salga, y la temperatura sube.
Las semillas hervidas ya no están vivas: no respiran y no liberan calor. Su termo sirve para comparar: muestra que la subida no viene del termo ni del aire, sino de las semillas vivas.
Respuesta: El termo de semillas vivas se calienta porque respiran y liberan calor; el de semillas hervidas no cambia y sirve de comparación.
Mitocondrias contadas en tres células modelo de un animal de ejemplo (datos inventados). A, de músculo, 800; B, de la piel, 200; C, que guarda grasa, 100.
Ejemplo resuelto
¿Cuál célula gasta más energía?
En la gráfica de barras, la célula A, de músculo, tiene muchas más mitocondrias que la B, de la piel, y que la C, que guarda grasa. ¿Qué nos dice eso de cada célula?
Ver la solución paso a paso
La respiración celular ocurre sobre todo en las mitocondrias. Más mitocondrias, más lugar para liberar la energía de la glucosa.
La célula A puede liberar mucha más energía que B y que C.
Tiene sentido: el músculo trabaja cada vez que te mueves, y la célula que guarda grasa casi no hace trabajo.
Respuesta: La célula de músculo, con más mitocondrias, es la que más energía necesita; la que guarda grasa, la que menos.
Ejemplo resuelto
Una planta que respira a oscuras
Una planta en maceta se encierra en una bolsa transparente, en un cuarto oscuro. Un sensor muestra que el dióxido de carbono de la bolsa sube hora tras hora. ¿De dónde sale? ¿Por qué el experimento se hace a oscuras?
Ver la solución paso a paso
Las células de la planta tienen mitocondrias y respiran todo el tiempo: liberan la energía de la glucosa y dejan dióxido de carbono como desecho.
Con luz, la planta también haría fotosíntesis, que toma dióxido de carbono del aire. Eso taparía lo que pasa con la respiración.
A oscuras no hay fotosíntesis, así que el dióxido de carbono que suelta la planta al respirar se va acumulando en la bolsa.
Respuesta: El dióxido de carbono sale de la respiración de la planta; a oscuras no hay fotosíntesis que lo tome, y por eso se acumula.
Práctica
En la gráfica de los termos, ¿por qué sube la temperatura del termo con semillas que germinan?
Las células de las semillas vivas respiran, y una parte de la energía que liberan se escapa como calor. Dentro del termo, oscuro, no hay fotosíntesis, y el termo solo guarda el calor: no lo fabrica.
¿Verdadero o falso? El termo con semillas hervidas sirve para comparar: como sus semillas ya no están vivas, no respiran y su temperatura no sube.
Sin células vivas no hay respiración ni calor. Si los dos termos se calentaran igual, la subida no vendría de las semillas.
En la gráfica de barras, la célula A, de músculo, tiene muchas más mitocondrias que la C, que guarda grasa. ¿Qué indica eso?
La respiración ocurre sobre todo en las mitocondrias: más mitocondrias, más energía liberada. El músculo trabaja mucho y necesita esa energía. La célula C también respira, pero menos.
¿Verdadero o falso? La mitocondria crea energía nueva, sin necesitar ningún alimento.
La célula no crea energía de la nada: la energía ya estaba guardada en la glucosa, y la mitocondria la libera con ayuda del oxígeno.
Una planta en una bolsa cerrada, a oscuras, hace subir el dióxido de carbono de la bolsa. ¿Por qué?
Las células de las plantas tienen mitocondrias y respiran de día y de noche. A oscuras no hacen fotosíntesis, que tomaría ese dióxido de carbono, y por eso se acumula.
¿Verdadero o falso? Las plantas solo respiran de noche; de día solo hacen fotosíntesis.
Las mitocondrias de las plantas trabajan de día y de noche. De día la planta hace las dos cosas: fotosíntesis en los cloroplastos y respiración en las mitocondrias.
¿Qué hace la mitocondria en la respiración celular?
La energía no se crea: estaba en la glucosa, y la mitocondria la libera usando oxígeno. Fabricar glucosa con luz es lo que hace el cloroplasto, y llevar aire a los pulmones es trabajo del sistema respiratorio, no de la mitocondria.
¿Cuáles de estas células tienen mitocondrias? Marca todas las correctas.
Marca todas las que apliquen.
Plantas, animales y hongos son eucariotas y tienen mitocondrias; la hoja tiene además cloroplastos. Las bacterias son procariotas: no tienen mitocondrias.
Reto
¿Entra o sale de la mitocondria?
Lleva cada cosa a su canasta según la respiración celular.
Reto
El crucigrama de la respiración celular.
Lee cada pista y escribe la palabra, sin tildes.
Cierre
En resumen
La célula necesita energía para fabricar sus piezas, mover sustancias, dividirse y moverse.
La energía está guardada en los alimentos, sobre todo en la glucosa; la célula no la crea, la libera.
En la respiración celular, la glucosa y el oxígeno dan energía, y quedan como desechos dióxido de carbono y agua; parte de la energía se escapa como calor.
La mitocondria es el organelo donde ocurre la mayor parte; tiene dos membranas, y la interna forma pliegues llamados crestas.
Plantas, animales y hongos tienen mitocondrias y respiran, de día y de noche; las bacterias no tienen mitocondrias.
Vocabulario
- Respiración celular
Proceso por el cual la célula libera la energía guardada en los alimentos, como la glucosa, usando oxígeno. Deja como desechos dióxido de carbono y agua.
- Mitocondria
Organelo de las células eucariotas donde ocurre la mayor parte de la respiración celular. Tiene dos membranas; la interna está llena de pliegues.
- Glucosa
Azúcar sencillo que sirve de combustible a las células. Las plantas lo fabrican en la fotosíntesis y los animales lo obtienen de los alimentos.
- Crestas
Pliegues de la membrana interna de la mitocondria. Aumentan la superficie donde trabaja la respiración celular.
Guía para el docente
Tiempos
- Inicio · 5 min — Pregunte por qué sentimos calor al correr y anote las respuestas sin corregirlas; se retoman al final.
- Explicación · 20 min — Para qué sirve la energía, de dónde sale y la respiración celular en palabras, con el esquema de la mitocondria. Resuelva los tres ejemplos en el tablero.
- Práctica · 15 min — Preguntas y retos en parejas; las canastas se pueden proyectar y resolver en grupo.
- Cierre · 5 min — Vuelva a la pregunta del inicio: que cada estudiante la conteste usando las palabras glucosa, oxígeno y mitocondria.
Preguntas para el salón
- Si la mitocondria no fabrica la energía, ¿de dónde sale?
- ¿Por qué una planta necesita mitocondrias si ya tiene cloroplastos?
- ¿Por qué el termo de semillas hervidas sirve para comparar?
Errores típicos
- Decir que la mitocondria «fabrica» o «crea» energía. Use la comparación con la leña: la energía estaba en la madera. Pida que reescriban la frase con el verbo «liberar».
- Creer que las plantas no respiran, o que solo respiran de noche. Muestre que la célula vegetal tiene mitocondrias y recuerde la semilla que germina sin luz bajo tierra.
- Confundir respirar con los pulmones con la respiración celular. Haga una tabla de dos columnas: dónde ocurre, qué entra, qué sale. Que vean que una alimenta a la otra.
Tarea sugerida
Explicar por escrito, con un dibujo de la mitocondria, qué entra, qué sale y para qué le sirve la energía a una célula de una hoja; el docente puede repetir en clase el experimento del termo con semillas de fríjol remojadas.