Tipos de respiración y sus características
Los tipos de respiración se pueden clasificar en respiración celular, respiración externa y respiración en plantas. La respiración es un proceso metabólico que ocurre en todos los seres vivos, dándose en todas las células como un conjunto de reacciones químicas, bien sea en presencia o ausencia de oxígeno.
Cuando pensamos en la palabra “respiración” usualmente se nos viene a la mente el proceso vital de inhalar aire a través de nuestra nariz y/o boca con el fin de introducir aire oxigenado hacia nuestros pulmones, y de exhalar para expulsar aire con dióxido de carbono fuera de ellos.
Sin embargo, todos los seres vivos respiran, tanto aquellos animales pluricelulares con sistemas respiratorios complejos con pulmones, tráqueas o branquias, como aquellos organismos unicelulares más simples y otros seres vivos distintos a los animales, como son los hongos y las plantas.
Por esta razón decimos que la respiración no es solo el proceso físico de intercambio de gases entre un organismo y el ambiente que lo rodea, sino que es la suma entre el intercambio gaseoso y el empleo de los gases introducidos a las células para la producción de energía.
La respiración a nivel celular es relativamente equivalente en todos los seres vivos, pero en el reino animal, por ejemplo, existe gran variedad de sistemas corporales destinados a permitir la introducción de gases hacia el cuerpo y la posterior liberación de los gases de desecho, lo que muchos autores denominan “respiración externa”.
A continuación se describen los tipos de respiración que existen en los seres vivos y sus características.
Respiración celular
Aunque es algo difícil de imaginar, las células respiran. Cada célula de nuestro cuerpo, así como cada célula en el cuerpo de un animal, de una planta y de un hongo, respira. Respiran también las bacterias y otros organismos unicelulares compuestos por células animales o vegetales.
La respiración celular es un proceso metabólico, lo que quiere decir que consiste en una serie de reacciones bioquímicas que se llevan a cabo en el interior de todas las células.
Existen dos tipos de respiración celular: una se da en presencia de oxígeno (aeróbica) y la otra no (anaeróbica). Estamos familiarizados con los dos tipos de respiración:
La mayor parte de las células de nuestro cuerpo respiran utilizando el oxígeno que obtenemos del aire que nos rodea, es decir, realizan respiración aeróbica.
Por otro lado, muchos alimentos consumidos por el hombre son producidos por los metabolitos resultantes de la respiración anaeróbica de distintos tipos de microorganismos. Ejemplo de estos son el yogurt, el queso, la cerveza, el vino, el pan, entre otros.
Respiración celular aeróbica
La respiración aeróbica es la que ocurre en presencia de oxígeno. Se da en las plantas y en los animales, así como en muchos otros organismos unicelulares eucariotas y procariotas. Es un tipo de respiración muy común y se describe simplificada en muchos libros mediante la siguiente ecuación:
Glucosa (C6H12O6) + Oxígeno (O2) → Energía química (ATP) + Dióxido de carbono (CO2) + Agua (H20)
A través de la respiración aeróbica, las células de cualquier organismo producen energía por medio del procesamiento de los azúcares contenidos en las moléculas de las que se alimentan (principalmente glucosa), para lo cual emplean oxígeno.
Este proceso está dividido en tres fases, que en las células eucariotas ocurre entre dos compartimentos distintos: el citosol y la mitocondria (un orgánulo celular). Las tres fases son, en realidad, tres rutas metabólicas que se conocen como glucólisis, ciclo de Krebs y cadena transportadora de electrones.
Mientras que la glucólisis tiene lugar en el citosol, el ciclo de Krebs y la cadena transportadora de electrones ocurren primordialmente en las mitocondrias, que son unos orgánulos citosólicos alargados, con forma de salchicha, reconocidos como la “fuente de poder” de toda célula.
Respiración celular anaeróbica
La respiración anaeróbica es la que ocurre en ausencia de oxígeno.
Podemos decir que existen dos tipos de respiración anaeróbica: una que se conoce como fermentación, en la cual no participan las mitocondrias, y la otra que se presenta en algunos organismos como una respiración donde se emplean moléculas alternativas al oxígeno en la cadena transportadora de electrones.
Fermentación
La fermentación puede darse prácticamente en cualquier célula viva cuando esta no recibe suficiente oxígeno para llevar a cabo la respiración aeróbica, y es la única forma de respiración en anaerobiosis (ausencia de oxígeno) de muchos microorganismos.
En nuestro cuerpo, por ejemplo, algunas de nuestras células musculares respiran anaeróbicamente cuando realizamos actividades físicas muy demandantes que requieren la liberación rápida de energía y no obtienen el oxígeno suficientemente rápido, como cuando corremos muy rápidamente distancias cortas.
En vez de producirse dióxido de carbono, ATP y agua, en las células musculares que respiran anaeróbicamente se produce ácido láctico y NAD+, que permite que siga produciéndose ATP a partir de la glucólisis (que es mucho menos de lo que se produce en la mitocondria).
El pan, el vino y la cerveza son buenos ejemplos de la utilidad de la respiración anaeróbica en la producción de alimentos, pues estos son elaborados gracias a los productos de la fermentación alcohólica de hongos conocidos como levaduras.
Respiración anaeróbica con sustratos alternativos al oxígeno
Por otra parte, existen organismos que tienen sistemas celulares capaces de llevar a cabo procesos muy similares a los de la respiración aeróbica, es decir, donde funciona la cadena transportadora de electrones, pero donde en vez de oxígeno se emplean sulfatos o nitratos como aceptores de electrones.
Este tipo de respiración ocurre solamente en ciertas bacterias y arqueas extremófilos, es decir, organismos procariotas que viven en ambientes extremos donde la disponibilidad de oxígeno es muy limitada, pero existen otras moléculas “comparables” en cuanto a la función de este durante la respiración.
Así, este tipo de organismos no depende únicamente de la glicólisis como sistema de producción de energía, lo que sí es cierto para las células que fermentan que, por ende, deben consumir cantidades mucho mayores de azúcares para abastecer las necesidades energéticas celulares.
Respiración externa
La respiración externa es aquella de la que estamos más conscientes. Tiene que ver con el proceso físico que se da en los animales, por medio del cual se intercambian gases con el ambiente a través de estructuras especializadas en el cuerpo.
Dependiendo del tipo de animal, así como del medio ambiente donde vive, la respiración externa puede ocurrir por branquias, tráqueas, tegumentos o pulmones bien desarrollados.
Respiración branquial
Muchos animales acuáticos respiran por respiración branquial, es decir a través de branquias. Los peces son unos de ellos, así como algunos invertebrados del grupo de los moluscos y otros.
En los peces, las branquias son órganos respiratorios que se ven como “hendiduras” en los costados de la cabeza, los cuales parecen formados por pliegues o “láminas” blandas por donde puede ocurrir el intercambio de gases entre el agua y la sangre, pues es una zona rica en vasos sanguíneos.
El oxígeno disuelto en el agua puede difundir hacia el interior de los vasos sanguíneos, al mismo tiempo que el dióxido de carbono (producto de desecho) difunde hacia el agua, abandonando el cuerpo del animal.
El oxígeno que ingresa es transportado por la sangre hacia los tejidos corporales, donde finalmente alcanza las células que lo emplearán para la respiración celular, produciendo agua, dióxido de carbono y ATP. El dióxido de carbono alcanza la circulación sanguínea y es intercambiado con oxígeno nuevo.
Respiración pulmonar
Muchos animales vertebrados, acuáticos y terrestres, respiran empleando pulmones, a través de la respiración pulmonar. Los pulmones son órganos internos formados por paredes de tejido muy delgadas donde se encuentra gran cantidad de vasos sanguíneos.
En los seres humanos, por ejemplo, los pulmones se encuentran en el interior de la cavidad toráxica y son como “sacos” llenos de aire que reciben el aire rico en oxígeno que es introducido por la nariz y la boca.
La estructura de estos órganos es tal que, en su interior, el oxígeno pasa hacia la sangre, donde es transportado por el resto del cuerpo acomplejado con una molécula llamada hemoglobina.
La hemoglobina “entrega” el oxígeno a las células, proporcionando esta molécula fundamental para la producción de energía a través de la respiración celular.
Al mismo tiempo, el dióxido de carbono que se desecha es transferido de las células a la sangre, desde donde es dirigido hacia los pulmones para su eliminación con la exhalación.
Respiración traqueal
Los insectos y los arácnidos son los animales invertebrados más conocidos que realizan la respiración traqueal, donde el intercambio gaseoso se da a través de unos órganos con forma de tubo ramificado que están llenos de aire y que se conocen como tráqueas.
En este tipo de respiración, dado que las tráqueas forman un conjunto de conductos conectados con los tejidos, el oxígeno difunde directamente desde el ambiente hacia las células del cuerpo, por lo que no participa el sistema circulatorio.
Respiración cutánea
La respiración cutánea ocurre por medio de la piel, es decir, de la superficie del cuerpo animal. Se da específicamente en los animales del grupo de los anfibios, así como en otros organismos más simples como las lombrices y las sanguijuelas, por ejemplo, que suelen habitar en ambientes húmedos.
La respiración cutánea tiene que ver con el intercambio gaseoso a través de la piel, que en estos animales suele ser muy delgada y húmeda, permitiendo que el gas difunda hacia las capas internas vascularizadas, desde donde es transportado por el sistema circulatorio a todas las células del cuerpo.
Respiración en las plantas
Las plantas son las responsables de la producción de gran parte del oxígeno que los animales utilizamos para respirar, lo que consiguen a través de un proceso metabólico denominado fotosíntesis, que a menudo se describe como “contrario” a la respiración.
Sin embargo, las células vegetales también necesitan producir energía y lo hacen, al igual que las células animales, a través de la respiración mitocondrial y del empleo de los azúcares sintetizados durante la fotosíntesis para obtener energía en forma de ATP.
A pesar de que las plantas no tienen un sistema circulatorio como el de los animales para el transporte de los gases por el cuerpo, tienen unas aperturas especiales para tal fin en las hojas, los tallos, las raíces y las flores, es decir en todo el cuerpo.
Estas aperturas se conocen como estomas cuando están en las hojas y lenticelas cuando están en los tallos, y es a través de las cuales puede ingresar el oxígeno y liberarse el dióxido de carbono de desecho.
Referencias
- Fox, S. I. (2002). Human physiology. McGraw-Hill.
- Kardong, K. V. (2006). Vertebrates: comparative anatomy, function, evolution (No. QL805 K35 2006). New York: McGraw-Hill.
- Nelson, D. L., Lehninger, A. L., & Cox, M. M. (2008). Lehninger principles of biochemistry. Macmillan.
- Stenesh, J. (1989). Dictionary of biochemistry and molecular biology. John Wiley.
- Taiz, L., Zeiger, E., Møller, I. M., & Murphy, A. (2015). Plant physiology and development.