Ejercicio resuelto de Respiración celular · Biología · 2020

Una inundación ha provocado una falta de oxígeno en las raíces de un cultivo.

a) ¿Qué procesos se verán afectados por esta situación?
b) Explica qué rutas se activarían para compensar esta situación.

$\textbf{a) ¿Qué procesos se verán afectados por esta situación?}$

El proceso afectado es la respiración celular aerobia de las células de la raíz y, dentro de ella, la etapa que depende directamente del oxígeno: la cadena transportadora de electrones y la fosforilación oxidativa que se realizan en la membrana mitocondrial interna.

El oxígeno es el aceptor final de los electrones que la cadena va transfiriendo; si escasea, los electrones no encuentran salida, la cadena se detiene y con ella el bombeo de protones que hace funcionar a la ATP-sintasa. Al acumularse NADH y $\text{FADH}_2$ sin reoxidar, se frena también el ciclo de Krebs, que necesita $\text{NAD}^{+}$ y FAD libres.

Conviene precisar que las raíces no realizan la fotosíntesis, de modo que dependen por completo de la respiración para obtener ATP; y que la glucólisis, en cambio, no se ve afectada, porque es una vía anaerobia que transcurre en el citosol.

El déficit de ATP repercute además en el transporte activo de iones por la raíz, de manera que la planta deja de absorber correctamente las sales minerales.

$\textbf{b) Explica qué rutas se activarían para compensar esta situación.}$

Se activarían las fermentaciones, que permiten seguir obteniendo ATP en ausencia de oxígeno.

El mecanismo es el siguiente: para que la glucólisis continúe hace falta regenerar el $\text{NAD}^{+}$ que consume, y sin cadena respiratoria la única salida es reducir el propio piruvato. En las raíces inundadas se activa sobre todo la fermentación alcohólica, en la que el piruvato se descarboxila a acetaldehído y este se reduce a etanol, liberando $\text{CO}_2$; en menor medida se activa también la fermentación láctica, que reduce el piruvato a lactato.

El precio de esa compensación es doble. Por un lado, el rendimiento cae de unos $30\text{-}32$ ATP por glucosa a solo $2$, de modo que la planta debe consumir muchísima más glucosa de sus reservas para obtener la misma energía. Por otro, el etanol y el lactato acumulados son tóxicos y acidifican el citosol.

Por eso la solución es solo transitoria: si la inundación se prolonga, el cultivo acaba muriendo por asfixia radicular. Las plantas adaptadas a suelos encharcados, como el arroz, resuelven el problema de otro modo: desarrollan aerénquima, un tejido con grandes espacios aéreos que conduce el oxígeno desde las hojas hasta las raíces.