La respiración celular
Lo que vas a aprender
- Explicar la respiración celular como la liberación de la energía química de la glucosa con ayuda del oxígeno.
- Nombrar los reactivos y los productos de la respiración celular y comprobar que su ecuación global está balanceada.
- Comprobar con las masas de las moléculas que la masa de los reactivos es igual a la de los productos.
- Explicar que la respiración celular ocurre en todos los seres vivos, también en las plantas, de día y de noche.
Para qué
¿Para qué sirve esto?
Un colibrí agita las alas tan rápido que casi no se ven. Una semilla de fríjol enterrada rompe su cáscara y empuja un tallito hacia arriba. Un hongo crece sobre un tronco caído. Los tres están haciendo trabajo, y para eso necesitan energía. ¿De dónde la sacan?
En la lección anterior viste que la fotosíntesis guarda la energía de la luz como energía química en la glucosa. Pero esa energía, guardada, no mueve un ala ni empuja un tallo. Hace falta liberarla, y eso lo hace un proceso que ocurre dentro de las células de casi todos los seres vivos: la respiración celular.
Antes de empezar recuerda la ecuación de la fotosíntesis y cómo se calcula la masa de una molécula sumando las masas de sus átomos, en u.
Explicación
Qué es la respiración celular
La respiración celular es el proceso con el que una célula descompone la glucosa con ayuda del oxígeno para liberar la energía química que esa glucosa guarda. Como resultado quedan dióxido de carbono y agua.
- Reactivos: glucosa (C₆H₁₂O₆) y oxígeno (O₂).
- Productos: dióxido de carbono (CO₂) y agua (H₂O).
- Lo que se obtiene: energía que la célula puede usar.
Su ecuación global es:
C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O
Se lee así: una molécula de glucosa y seis de oxígeno forman seis moléculas de dióxido de carbono y seis de agua, y en el proceso se libera energía. Como en la fotosíntesis, es una ecuación global: resume muchos pasos que ocurren uno tras otro. Esos pasos los verás en grados superiores. En las células de los animales, de las plantas y de los hongos, la mayor parte de este proceso ocurre en las mitocondrias, que estudiaste en 6.º.
Respirar no es lo mismo que la respiración celular
En la vida diaria, «respirar» es tomar aire y botarlo. Eso que hacen tus pulmones, o las branquias de un pez, sirve para que el oxígeno llegue a las células y para sacar el dióxido de carbono que ellas producen. Pero la respiración celular, la que libera la energía, ocurre dentro de cada célula: en las de tus músculos, en las de una hoja, en las de la raíz de una yuca.
Las plantas no tienen pulmones, y aun así respiran. Los gases entran y salen por los estomas de las hojas y por pequeñas aberturas de los tallos; las raíces toman el oxígeno del aire que queda entre las partículas del suelo. Por eso una matera que se mantiene encharcada puede pudrir las raíces: el agua ocupa esos espacios y el oxígeno no llega.
¿Quién respira y cuándo?
Casi todos los seres vivos hacen respiración celular: animales, plantas, hongos y muchas bacterias. Las plantas respiran todo el tiempo, de día y de noche, en todas sus células: en las hojas, en el tallo, en las raíces, en las flores y en las semillas que germinan. De día también hacen fotosíntesis, pero eso no reemplaza la respiración: las dos ocurren a la vez. De noche, sin luz, la fotosíntesis se detiene y la planta sigue respirando con la glucosa que fabricó.
Ejemplo resuelto
Contar los átomos de la respiración
Comprueba que la ecuación de la respiración celular, $\mathrm{C_{6}H_{12}O_{6} + 6O_{2} \rightarrow 6CO_{2} + 6H_{2}O}$, tiene los mismos átomos de cada elemento a los dos lados.
Ver la solución paso a paso
Revisamos la ecuación elemento por elemento:
$$\mathrm{C_{6}H_{12}O_{6} + 6O_{2} \rightarrow 6CO_{2} + 6H_{2}O}$$
Carbono: los seis de la glucosa salen uno en cada molécula de CO₂.
$$\text{átomos de C en }\mathrm{C_{6}H_{12}O_{6}} = 6 \cdot \text{átomos de C en }\mathrm{CO_{2}}$$
Hidrógeno: los doce de la glucosa quedan, de a dos, en las seis moléculas de agua.
$$\text{átomos de H en }\mathrm{C_{6}H_{12}O_{6}} = 6 \cdot \text{átomos de H en }\mathrm{H_{2}O}$$
Oxígeno: a la izquierda, seis en la glucosa y dos en cada O₂; a la derecha, dos en cada CO₂ y uno en cada agua.
$$\text{átomos de O en }\mathrm{C_{6}H_{12}O_{6}} + 6 \cdot \text{átomos de O en }\mathrm{O_{2}} = 6 \cdot \text{átomos de O en }\mathrm{CO_{2}} + 6 \cdot \text{átomos de O en }\mathrm{H_{2}O}$$
Los tres elementos cuadran: los átomos de la glucosa no desaparecen, se reorganizan en CO₂ y agua.
Respuesta: A cada lado hay 6 átomos de carbono, 12 de hidrógeno y 18 de oxígeno: la ecuación está balanceada.
Mira cómo la glucosa y el oxígeno se desarman y se vuelven a unir en dióxido de carbono y agua: es la fotosíntesis al revés. Cuenta los átomos de cada lado: 6 de carbono, 12 de hidrógeno y 18 de oxígeno antes y después.
La masa se conserva
Si los átomos no se crean ni se destruyen, la masa tampoco cambia: la masa de los reactivos tiene que ser igual a la de los productos. Esto se llama conservación de la masa, y vale para toda reacción química. Lo puedes comprobar con las masas de las moléculas, sumando las masas redondeadas de sus átomos (C: 12 u, H: 1 u, O: 16 u).
Ejemplo resuelto
La masa antes y después
Con las masas redondeadas (C: 12 u, H: 1 u, O: 16 u), comprueba que en la respiración celular la masa de los reactivos es igual a la de los productos.
Ver la solución paso a paso
Masa de una molécula de glucosa:
$$6 \cdot M_m\left(\mathrm{C}\right) + 12 \cdot M_m\left(\mathrm{H}\right) + 6 \cdot M_m\left(\mathrm{O}\right)$$
Da, en u:
$$180$$
Masa de los reactivos: una glucosa y seis moléculas de O₂, de 32 u cada una.
$$M_m\left(\mathrm{C_{6}H_{12}O_{6}}\right) + 6 \cdot M_m\left(\mathrm{O_{2}}\right)$$
Da, en u:
$$372$$
Masa de los productos: seis moléculas de CO₂, de 44 u, y seis de agua, de 18 u.
$$6 \cdot M_m\left(\mathrm{CO_{2}}\right) + 6 \cdot M_m\left(\mathrm{H_{2}O}\right)$$
Da, en u:
$$372$$
Las dos masas son iguales:
$$M_m\left(\mathrm{C_{6}H_{12}O_{6}}\right) + 6 \cdot M_m\left(\mathrm{O_{2}}\right) = 6 \cdot M_m\left(\mathrm{CO_{2}}\right) + 6 \cdot M_m\left(\mathrm{H_{2}O}\right)$$
La glucosa no «se gasta» hasta desaparecer: su masa sale completa en el CO₂ y en el agua. Lo que la célula aprovecha es la energía, no la masa.
Respuesta: Los reactivos tienen 372 u y los productos también 372 u: la masa se conserva.
Para qué sirve la energía liberada
La respiración celular no crea energía: transforma la energía química de la glucosa en otras formas que la célula puede usar. Con ella:
- los músculos de un animal se mueven y su corazón late;
- las células se dividen y el organismo crece, como la semilla que germina;
- las células reparan sus partes y fabrican sustancias nuevas;
- una planta lleva sustancias de un lugar a otro, por ejemplo azúcares de las hojas a las raíces o a los frutos;
- las aves y los mamíferos mantienen su cuerpo caliente.
Una parte importante de esa energía termina como calor, que se va al ambiente. Es lo que viste en la unidad anterior: en cada nivel de la cadena trófica, la mayor parte de la energía se pierde en la respiración. Un montón de hojas que se descompone se siente tibio por dentro: los hongos y las bacterias que lo descomponen están respirando.
De dónde viene la glucosa que se respira
Una planta respira la glucosa que ella misma fabricó en la fotosíntesis, o la que guardó como almidón en sus raíces, tallos y semillas. Un animal, un hongo o una bacteria que descompone obtienen la glucosa de su alimento, es decir, de otros seres vivos. Por eso, si sigues la energía que mueve el ala del colibrí hacia atrás, llegas a una flor y, al final, al sol.
Ejemplo resuelto
Una semilla que germina
Una semilla de fríjol que germina descompone 5 moléculas de glucosa en la respiración. ¿Cuántas moléculas de O₂ consume y cuántas de CO₂ produce?
Ver la solución paso a paso
La ecuación dice que cada molécula de glucosa necesita seis de O₂. Para cinco:
$$5 \cdot 6$$
Da:
$$30$$
Cada glucosa tiene seis átomos de carbono, y cada uno sale en una molécula de CO₂. Los átomos de carbono de las cinco glucosas son:
$$5 \cdot \text{átomos de C en }\mathrm{C_{6}H_{12}O_{6}}$$
Y como cada CO₂ lleva un solo carbono, las moléculas de CO₂ son:
$$\frac{5 \cdot \text{átomos de C en }\mathrm{C_{6}H_{12}O_{6}}}{\text{átomos de C en }\mathrm{CO_{2}}}$$
Da:
$$30$$
La semilla todavía no tiene hojas verdes: no hace fotosíntesis, pero sí respira, con la glucosa que tenía guardada como almidón.
Respuesta: Consume 30 moléculas de O₂ y produce 30 de CO₂.
Práctica
¿Verdadero o falso? Esta ecuación, escrita sin coeficientes, tiene los mismos átomos de cada elemento a los dos lados: $\mathrm{C_{6}H_{12}O_{6} + O_{2} \rightarrow CO_{2} + H_{2}O}$
A la izquierda hay seis átomos de carbono y a la derecha uno solo. Por eso la ecuación de la respiración lleva el 6 delante del O₂, del CO₂ y del agua.
Una molécula de glucosa tiene 180 u y una de O₂, 32 u. ¿Cuál es la masa, en u, de una molécula de glucosa más seis de oxígeno?
180 + 6 × 32 = 180 + 192 = 372 u.
En la respiración salen 6 moléculas de CO₂ por cada glucosa. Si cada una tiene 44 u, ¿cuál es su masa total en u?
6 × 44 = 264 u. Sumadas a las 108 u de las seis moléculas de agua dan 372 u, lo mismo que los reactivos.
Con 6 moléculas de agua de 18 u cada una, ¿cuál es su masa total en u?
6 × 18 = 108 u.
¿Verdadero o falso? Como el CO₂ se va al aire, la masa de los productos de la respiración es menor que la de los reactivos: $6 \cdot M_m\left(\mathrm{CO_{2}}\right) + 6 \cdot M_m\left(\mathrm{H_{2}O}\right) < M_m\left(\mathrm{C_{6}H_{12}O_{6}}\right) + 6 \cdot M_m\left(\mathrm{O_{2}}\right)$
Las dos masas son de 372 u. Que el CO₂ salga al aire no quiere decir que desaparezca: sigue teniendo su masa, solo que ya no está dentro del organismo.
En la respiración, $\mathrm{C_{6}H_{12}O_{6} + 6O_{2} \rightarrow 6CO_{2} + 6H_{2}O}$, ¿cuántas moléculas de O₂ se consumen para descomponer 2 moléculas de glucosa?
Cada glucosa necesita seis moléculas de O₂: 2 × 6 = 12.
Un hongo descompone 3 moléculas de glucosa en la respiración. ¿Cuántos átomos de carbono salen al aire en el CO₂?
Cada glucosa tiene seis átomos de carbono y todos salen en el CO₂: 3 × 6 = 18.
Marca las sustancias de la respiración celular que tienen átomos de hidrógeno.
Marca todas las que apliquen.
Solo la glucosa y el agua tienen hidrógeno: los doce átomos de hidrógeno de la glucosa terminan en las seis moléculas de agua.
¿Para qué usa un colibrí la energía que libera la respiración celular en sus células?
La energía química de la glucosa se transforma en movimiento, en calor y en el trabajo de crecer y reparar. Una parte sí se pierde como calor, pero no toda. Fabricar glucosa con CO₂ y agua es la fotosíntesis, que el colibrí no hace.
¿Cuándo hace respiración celular una mata de yuca?
Las plantas respiran todo el tiempo, porque todas sus células necesitan energía todo el tiempo. De día hacen además fotosíntesis; de noche la fotosíntesis se detiene y la respiración sigue.
Reto
Une cada grupo de moléculas con su masa en u.
Usa C: 12 u, H: 1 u y O: 16 u. Cada ficha de la izquierda es una parte de la ecuación de la respiración.
Reto
¿De día y de noche, o solo con luz?
Arrastra cada proceso a su canasta. Piensa en qué necesita luz y qué ocurre siempre en las células vivas.
Cierre
En resumen
La respiración celular descompone la glucosa con oxígeno para liberar la energía química que guarda; produce dióxido de carbono y agua.
Su ecuación global, C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O, está balanceada: hay 6 átomos de carbono, 12 de hidrógeno y 18 de oxígeno a cada lado.
La masa se conserva: los reactivos y los productos de la respiración tienen la misma masa, 372 u.
La energía liberada sirve para moverse, crecer, reparar las células y mantener la temperatura; una parte se pierde como calor.
Respiran casi todos los seres vivos, y las plantas lo hacen de día y de noche, en todas sus células.
Vocabulario
- Respiración celular
Proceso con el que las células usan oxígeno para descomponer la glucosa y liberar la energía química que guarda; produce dióxido de carbono y agua.
- Respirar
En el lenguaje de todos los días, tomar aire y botarlo. En los animales es la forma de llevar oxígeno a las células y sacar el dióxido de carbono; la respiración celular ocurre dentro de las células.
- Conservación de la masa
En una reacción química la masa de los reactivos es igual a la masa de los productos, porque los átomos no se crean ni se destruyen.
- Reactivos y productos
Los reactivos son las sustancias que entran a una reacción; los productos, las que se forman.
Guía para el docente
Tiempos
- Inicio · 5 min — Pregunte de dónde saca un colibrí la energía para mover las alas y si las plantas respiran. Anote las respuestas sin corregirlas.
- Explicación · 20 min — Escriba la ecuación debajo de la de la fotosíntesis y cuente los átomos con el grupo. Distinga respirar (tomar aire) de la respiración celular. Haga en el tablero la suma de masas de reactivos y de productos.
- Práctica · 15 min — Preguntas y retos en parejas. Si quiere una demostración, con su supervisión: semillas germinando en un termo o frasco tapado junto a otro con semillas secas, con un termómetro en cada uno, y al día siguiente compare las temperaturas.
- Cierre · 5 min — Vuelva a la pregunta de si las plantas respiran y pida que cada estudiante lo justifique con la palabra «células».
Preguntas para el salón
- Si la masa se conserva, ¿a dónde va la masa de la glucosa que una planta respira durante la noche?
- ¿Por qué una matera siempre encharcada puede matar una planta?
- ¿Por qué un montón de hojas que se descompone se siente tibio por dentro?
Errores típicos
- Creer que las plantas no respiran, o que solo respiran de noche. Recuerde que todas las células vivas necesitan energía siempre; de noche solo se nota más porque la fotosíntesis se detiene.
- Confundir respirar (ventilar los pulmones) con la respiración celular. Pregunte dónde se usa el oxígeno que entra a los pulmones: en las células. Las plantas no tienen pulmones y sí respiran.
- Pensar que la glucosa «se convierte en energía» y su masa desaparece. Muestre la suma de masas: 372 u a cada lado. Lo que se libera es energía; la masa sale en el CO₂ y en el agua.
- Decir que la respiración produce energía. Pida completar «la energía química de la glucosa se transforma en…», con movimiento y calor.
Tarea sugerida
Escribir debajo de la ecuación de la respiración la masa de cada grupo de moléculas (glucosa, seis O₂, seis CO₂, seis aguas), sumar los dos lados y explicar en dos frases por qué dan lo mismo.