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CIE
O
ED I
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RAMA INTERM
G
O
NCIAS BÁSICAS
Guía
Enzimas y metabolismo celular
A continuación, se presentan los siguientes ejercicios, de los cuales sugerimos responder
el máximo posible y luego, junto a tu profesor(a), revisar detalladamente las preguntas
más representativas, correspondientes a cada grado de dificultad estimada. Solicita a tu
profesor(a) que resuelva aquellos ejercicios que te hayan resultado más complejos.
GUICES032CB31-A17V1
Ejercicios PSU
1. ¿Cuál de las siguientes reacciones químicas es catabólica?
A)
B)
C)
D)
E)
2.
El nombre que recibe el proceso que transforma la glucosa en dos moléculas de piruvato es
A)
B)
C)
D)
E)
3.
Respecto a las enzimas, es correcto afirmar que
A)
B)
C)
D)
E)
Glucólisis.
Fotosíntesis.
Replicación de ADN.
Formación de proteínas.
Síntesis de ATP.
acetilación.
ciclo de Krebs.
glucólisis.
fermentación.
fosforilación oxidativa.
por lo general son de naturaleza proteica.
cada enzima puede actuar sobre un gran número de sustratos.
están presentes en los seres vivos y en la materia inerte.
reaccionan con el sustrato, consumiéndose en el proceso.
son moléculas que reducen la velocidad de una reacción química.
Cpech
1
Ciencias Básicas Biología
4.
De los siguientes procesos asociados a la respiración celular, ¿cuál ocurre en el citoplasma de las
células eucariontes?
A)Glucólisis
B) Formación de acetil CoA
C) Ciclo de Krebs
D) Cadena transportadora de electrones
E) Fosforilación oxidativa
5.
Con relación a las enzimas que actúan en nuestro organismo, es correcto afirmar que
A)
B)
C)
D)
E)
El siguiente gráfico muestra la actividad de una enzima digestiva a diferentes pH:
Actividad enzimática
6.
son eficientes solo en grandes cantidades.
su acción es específica para cada sustrato.
todas actúan en el mismo rango de pH.
aumentan la energía de activación de las reacciones químicas.
son las únicas macromoléculas que presentan actividad enzimática.
4
2
12
I)
II)
III)
su nivel de pH óptimo es levemente alcalino.
a pH fuertemente ácido, la enzima se inactiva.
una vez desnaturalizada la enzima, se recupera por pH óptimo.
A)
B)
C)
D)
E)
Solo I
Solo II
Solo III
Solo I y II
I, II y III
Cpech
A partir del gráfico, es correcto afirmar que
8
pH
GUÍA
7. Con respecto a la fermentación, es correcto afirmar que
A)
B)
C)
D)
E)
8. los productos de la fermentación alcohólica son ATP y etanol.
la fermentación alcohólica se da en células musculares humanas en situaciones de estrés
físico.
es energéticamente menos eficiente que la respiración aeróbica, debido a que la ganancia
neta de ATP es muy baja.
se realiza solo en hongos y algunas bacterias, presentando múltiples beneficios
biotecnológicos para el ser humano.
solo en la fermentación láctica se permite que las células recuperen el NAD+, para reutilizarlo
en la glucólisis y producir una pequeña cantidad de ATP.
Respecto al ciclo de Krebs, es correcto afirmar que
A)
B)
C)
D)
E)
es el proceso de formación de ATP a partir de ADP en la membrana mitocondrial.
comienza con el acetil CoA, que se va oxidando en una serie de reacciones químicas.
puede ocurrir en ausencia de oxígeno, generando menos ATP que en condiciones aeróbicas.
produce moléculas aceptoras de electrones como el NAD+ y el FAD.
es un conjunto de reacciones anabólicas que se realizan en la membrana interna de la
mitocondria.
9.
¿Cuáles son los productos finales de la respiración celular aeróbica?
A)
B)
C)
D)
E)
Glucosa y oxígeno
Ácido pirúvico, NADH y ATP
Acetil CoA, CO2 y ATP
CO2, NADH y ATP
CO2, H2O y ATP
10. Con relación al ciclo de Krebs, se le considera una vía anfibólica debido a que
I)
II)
III)
se degradan biomoléculas orgánicas para obtener energía.
produce intermediarios que son precursores de macromoléculas orgánicas.
se obtienen compuestos con o sin la presencia de oxígeno.
Es (son) correcta(s)
A)
B)
C)
D)
E)
solo I.
solo II.
solo I y II.
solo I y III.
solo II y III.
Cpech
3
Ciencias Básicas Biología
11. El siguiente esquema muestra los procesos involucrados en la degradación de la glucosa:
Acetilación
Glucosa
Ciclo de Krebs
Glucólisis
Fosforilación
oxidativa
X
Fermentación
A partir del esquema, ¿qué producto estaría representando la X?
A)
B)
C)
D)
E)
Ácido pirúvico
Acetil coenzima A
Acido oxalacético
Oxígeno
Dióxido de carbono
12. Se ha señalado que la sensación de ardor en los músculos durante el ejercicio intenso se debe a
la acumulación de ácido láctico, el cual se produce
A)
B)
C)
D)
E)
en la matriz mitocondrial.
en condiciones aeróbicas.
en condiciones anaeróbicas.
en las crestas mitocondriales.
directamente a partir de la glucosa.
13. ¿A qué etapa pasa el ácido pirúvico si no existe oxígeno en su medio?
4
Cpech
A)Acetilación
B) Ciclo de Krebs
C) Glucólisis
D) Fermentación
E) Fosforilación oxidativa
GUÍA
14. Fritz Albert Lipmann fue un bioquímico alemán famoso por su descubrimiento de la acetil coenzima A.
En la década de 1940, Lipmann estudiaba la adición de grupos acetilo (acetilación) en compuestos
orgánicos, en presencia de ATP y acetato, usando extractos de hígado de paloma. Esperaba que
el ATP reaccionara con acetato para generar acetilfosfato, compuesto intermediario que produciría
la acetilación. Pero contrario a sus predicciones, comprobó que el acetilfosfato era inactivo como
agente acetilante. Por lo tanto, debía haber otro compuesto que actuara como intermediario. Ese
otro compuesto fue finalmente aislado y químicamente caracterizado por Lipmann y otros grupos
de investigadores, y resultó ser la coenzima A. Esta sustancia actúa en la formación de citrato,
dando inicio al ciclo del ácido cítrico, dilucidado por Hans Krebs.
Con respecto al fragmento anterior, podemos concluir que
I)
II)
III)
A)
B)
C)
D) E) el trabajo de Lipmann contribuyó al actual entendimiento del ciclo de Krebs, proporcionando
información sobre un paso clave para este ciclo de reacciones.
Lipmann y Krebs trabajaron juntos en el desarrollo del conocimiento sobre la función del
acetilfosfato en el ciclo del ácido cítrico.
a pesar de que la hipótesis de Lipmann sobre el rol del acetilfosfato en la acetilación de
compuestos orgánicos era falsa, el resultado lo llevó al descubrimiento de la coenzima A.
Solo I
Solo II
Solo III
Solo I y III
I, II y III
15. En el esquema se representa la forma en que actúa la enzima amilasa salival:
Almidón
(polisacárido)
Amilasa salival
Maltosa
(disacárido)
En relación con el esquema, es correcto inferir que
I)
II)
III)
el sustrato sobre el que actúa esta enzima es el almidón.
la amilasa salival es una enzima que actúa en una reacción de tipo catabólica.
al término de la reacción química, la amilasa no sufre cambios y puede ser reutilizada.
A)
B)
C)
D)
E)
Solo I
Solo II
Solo III
Solo I y III
I, II y III
Cpech
5
Ciencias Básicas Biología
16. Las ligasas son un grupo de enzimas que catalizan la unión de dos moléculas mediante la formación
de enlaces covalentes. A partir de esta información, es correcto afirmar que las ligasas
A)
B)
C)
D)
E)
actúan únicamente a pH neutro.
actúan solo a temperatura fisiológica normal.
actúan en reacciones anabólicas.
participan en reacciones que liberan energía.
necesitan de un cofactor para aumentar su actividad enzimática.
17. El nombre que recibe el proceso en el cual se forman 34 moléculas de ATP por molécula de glucosa
es
A) B) C) D) E) fermentación.
ciclo de Krebs.
glucólisis.
fosforilación oxidativa.
acetilación.
Velocidad de reacción
18. El siguiente gráfico muestra el efecto de la concentración de sustrato sobre la velocidad de una
reacción química:
Concentración del sustrato
A partir del gráfico, se puede afirmar que
A)
B)
C)
D)
E)
6
Cpech
la velocidad de reacción es directamente proporcional a la concentración de sustrato.
existe una concentración de sustrato sobre la cual no es posible aumentar la velocidad de
reacción si se agrega más sustrato.
para lograr la máxima velocidad de reacción se deben aumentar simultáneamente la
concentración de sustrato y la temperatura.
la concentración de sustrato es el factor más importante para determinar la velocidad de
reacción.
la velocidad de reacción aumenta exponencialmente con la concentración de sustrato.
GUÍA
19. El siguiente esquema muestra la acción de una enzima sobre un sustrato.
2
4
3
1
A partir del esquema, ¿qué representa cada número?
A)
B)
C)
D)
E)
1
Enzima
Enzima
Sustrato
Enzima
Sustrato
2
Sustrato
Sustrato
Enzima
Sustrato
Enzima
3
Producto
Complejo enzima-sustrato
Cofactor
Producto
Complejo enzima-sustrato
4
Coenzima
Productos
Productos
Holoenzima
Productos
20. En la década de 1940, el bioquímico alemán Fritz Albert Lipmann estudiaba la adición de grupos
acetilo (acetilación) en amidas aromáticas, en presencia de ATP y acetato. Esperaba que el ATP
reaccionara con acetato para generar acetilfosfato, compuesto que activaría a la amida y produciría
la acetilación. Pero contrario a lo esperado, comprobó que el acetilfosfato, su supuesto intermediario, era inactivo como agente acetilante. Por lo tanto, debía haber otro compuesto que actuara
como intermediario.
Con respecto al texto anterior, es correcto señalar que contiene
A)
B)
C)
D)
E)
una hipótesis y el experimento para someterla a prueba.
una hipótesis y las conclusiones derivadas de una investigación.
un procedimiento experimental y las conclusiones derivadas de él.
un experimento y la teoría construida a partir de sus conclusiones.
un modelo teórico y las predicciones derivadas de él.
Cpech
7
Ciencias Básicas Biología
21. El siguiente esquema muestra distintas zonas de la mitocondria:
1
2
A partir del esquema, ¿qué etapas de la respiración celular se llevan a cabo en la zona que indica
cada número?
1
Cadena transportadora de electrones
A)
y fosforilación oxidativa
2
Glucólisis y acetilación
B)
Glucólisis y acetilación
Cadena transportadora de
electrones y fosforilación oxidativa
C)
Cadena transportadora de electrones
y fosforilación oxidativa
Acetilación y ciclo de Krebs
D)
Glucólisis y ciclo de Krebs
E)
Acetilación y ciclo de Krebs
Cadena transportadora de
electrones y fosforilación oxidativa
Cadena transportadora de
electrones y fosforilación oxidativa
22. El cianuro es un gas tóxico para los seres humanos, ya que una vez que entra al torrente sanguíneo
forma un complejo estable (unión) con la enzima citocromo oxidasa, última enzima de la cadena
transportadora de electrones, que recibe al electrón y lo transfiere a una molécula de oxígeno,
sintetizando ATP.
8
Del análisis de la información, es correcto inferir que
I)
II)
III)
A)
B)
C)
D)
E)
Cpech
la enzima citocromo oxidasa cataliza la reducción del oxígeno, permitiendo la formación de
agua.
la incapacidad de utilizar el oxígeno provoca que el metabolismo cambie de aerobio a
anaerobio, lo que produce la acumulación de lactato en la sangre.
el cianuro bloquea la cadena transportadora de electrones, sistema central del proceso de
respiración celular.
Solo I
Solo II
Solo III
Solo I y III
I, II y III
GUÍA
Actividad enzimática
Actividad enzimática
23. Los siguientes gráficos muestran el efecto de la temperatura y el pH sobre la actividad de una
enzima:
4
6
8
20
pH
40
60
Temperatura (ºC)
A partir de los gráficos, es correcto inferir que
A)
B)
C)
D)
E)
la enzima solo se encuentra activa a pH neutro.
a pH y temperatura normal de la sangre, la enzima se encuentra desnaturalizada.
en un medio con pH = 3 y 40 ºC de temperatura, la enzima se encuentra desnaturalizada.
el aumento de la temperatura sobre los 60 ºC produce ruptura de enlaces peptídicos.
la temperatura es más efectiva que el pH como agente desnaturalizante.
24. El siguiente esquema representa una enzima conjugada y cómo esta se une a su sustrato:
Sustrato
+
2
1
3
En relación al esquema, ¿cuáles son los nombres correctos de cada una de las estructuras
indicadas con números?
A)
B)
C)
D)
E)
1
Apoenzima
Apoenzima
Cofactor
Holoenzima
Holoenzima
2
Cofactor
Holoenzima
Holoenzima
Apoenzima
Cofactor
3
Holoenzima
Cofactor
Apoenzima
Cofactor
Apoenzima
Cpech
9
Ciencias Básicas Biología
Actividad enzimática
Actividad enzimática
25. Los siguientes gráficos muestran el efecto de la concentración de la enzima y del sustrato sobre
la velocidad de una reacción química:
Concentración de enzima
Concentración de sustrato
Del análisis de los gráficos, es correcto inferir que
A)
B)
C)
D)
E)
10
Cpech
una mayor concentración de la enzima va a acelerar la reacción química, independientemente
de la disponibilidad del sustrato.
la temperatura influye en la concentración de sustrato y por ende en la actividad enzimática.
mayores concentraciones de sustrato y de enzima van a acelerar la reacción química,
siempre que la temperatura se encuentre en su rango óptimo.
al aumentar la concentración del sustrato, la actividad enzimática aumenta hasta que el
sistema se satura por falta de enzima o exceso de sustrato.
la actividad enzimática aumenta dependiendo solo de la concentración de enzima, mientras
más alta sea esta mayor será la actividad de la enzima.
GUÍA
Tabla de corrección
Ítem
Alternativa
Habilidad
Dificultad estimada
1
Reconocimiento
Fácil
2
Reconocimiento
Fácil
3
Reconocimiento
Fácil
4
Reconocimiento
Fácil
5
Reconocimiento
Fácil
6
ASE
Media
7
Reconocimiento
Media
8
Reconocimiento
Media
9
Reconocimiento
Media
10
Comprensión
Media
11
Comprensión
Media
12
Reconocimiento
Media
13
Reconocimiento
Media
14
Comprensión
Media
15
Comprensión
Media
16
Comprensión
Media
17
Reconocimiento
Media
18
ASE
Media
19
Comprensión
Media
20
Comprensión
Media
21
ASE
Media
22
ASE
Difícil
23
ASE
Difícil
24
Comprensión
Difícil
25
ASE
Difícil
Cpech
11
Ciencias Básicas Biología
Resumen de contenidos
1.Enzimas
Las enzimas son mayormente proteínas formadas por una o varias cadenas polipeptídicas. Se trata
de catalizadores reguladores que aceleran las reacciones químicas. En algunas enzimas, la actividad
catalítica depende exclusivamente de su estructura proteica. En otros casos, se necesita de otras
sustancias para que la enzima actúe. Estas sustancias se denominan cofactores si son inorgánicos y
coenzimas si son orgánicos y pueden ser:
Coenzimas (Orgánicos)
NAD, NADP, FAD, CoA y otros.
Cofactores (Inorgánicos)
Mg+, Mn2+, Cu2+, Zn2+, Na+ y otros.
La energía de activación se define como la energía mínima requerida por un sistema de partículas
para que se produzca una reacción química. Las enzimas logran sus efectos reduciendo la energía de
activación. En consecuencia, la velocidad a la que se alcanza el equilibrio es mayor en presencia del
catalizador.
Energía de activación
Sin enzima
Energía
Energía de
activación
sin la enzima
Con
enzima
Energía de
activación con
la enzima
Energía total
liberada durante
la reacción
Avance de la reacción
1.1 Características de las Enzimas
-
-
-
-
-
-
-
12
Cpech
Son eficientes en pequeñas cantidades.
No son alteradas químicamente, es decir, se recuperan por completo al finalizar la reacción.
No afectan el equilibrio de la reacción, solo hacen que este equilibrio se alcance más rápidamente.
Son específicas.
Están sujetas a regulación.
Reducen la energía de activación de las reacciones químicas que catalizan.
Presentan sitio activo.
GUÍA
1.2 Actividad Enzimática
Sustrato
Sitio Activo
Enzima
2. El sitio activo
cambia de forma,
promoviendo la
reacción entre los
sustratos.
1. Los sustratos entran
en el sitio activo
con una orientación
específica.
3. Los sutratos, ya
unidos, salen de
la enzima, la cual
está lista para
otros sustratos.
Enzima + Producto
Complejo
Enzima-Sustrato
El primer paso en el desarrollo de la actividad enzimática es la unión del reactante o sustrato a la enzima
en su sitio activo. Las enzimas forman enlaces químicos transitorios con sus sustratos, originando el
complejo enzima sustrato. Cuando se desdoblan estos complejos, se libera el producto y se regenera
la enzima original.
1.3 Modelos complejo enzima-sustrato
a. Modelo llave-cerradura
Las enzimas son muy específicas; en base a esto, se deduce que enzima y sustrato poseen
complementariedad geométrica, es decir, sus estructuras encajan exactamente una en la otra. Así, la
enzima actúa como una especie de cerradura y el sustrato como la llave que encaja perfectamente.
b. Modelo ajuste-inducido
Las enzimas son estructuras bastante flexibles, por lo que el sitio activo podría cambiar su conformación
estructural al interaccionar con el sustrato y, de esta forma, la enzima puede llevar a cabo su función
catalítica. Este modelo plantea una especificidad relativa, ya que la enzima podría interaccionar con
distintos sustratos.
Cpech
13
Ciencias Básicas Biología
1.4 Cinética Enzimática
La cinética enzimática estudia la velocidad de las reacciones que catalizan las enzimas y los factores
que modifican esta velocidad. Estos factores son:
Temperatura
Velocidad
máxima
Velocidad de la reacción
Velocidad de la reacción
Concentración de sustrato
Velocidad máxima
Temperatura
óptima
Concentración de sustrato
Temperatura
pH
Velocidad de la reacción
Velocidad
máxima
pH
óptimo
pH
2.Metabolismo
La totalidad de las transformaciones bioquímicas que ocurren en un organismo, ya sea en el sentido de
la fabricación o bien de la degradación, se denomina metabolismo. Las reacciones que conforman el
metabolismo se clasifican en dos tipos:
a. Reacciones catabólicas
Son todas aquellas reacciones que se caracterizan por la oxidación de un sustrato para formar sustancias
más simples. Las reacciones catabólicas son exergónicas, ya que liberan energía.
b. Reacciones anabólicas
Son todas aquellas reacciones de síntesis de moléculas y macromoléculas complejas a partir de
sustancias más simples. Se caracterizan por la reducción de un sustrato y requieren del suministro de
energía, por tanto, son endergónicas.
14
Cpech
GUÍA
2.1. Catabolismo y respiración celular
El catabolismo está representado principalmente por el conjunto de reacciones que integran la
respiración celular, proceso por el cual se degradan los nutrientes, principalmente la glucosa, pero
también los aminoácidos y ácidos grasos. Las reacciones que se llevan a cabo en este proceso son de
tipo oxidativas. Hay dos tipos de respiración celular: la respiración aeróbica (con O2) y la anaeróbica
(sin O2).
2.1.1 Respiración aeróbica (se obtienen 36/38 ATP)
Glucosa
ATP
GLUCÓLISIS
NADH
Ácido
pirúvico
NADH
Acetil-CoA
ATP
CICLO DE
KREBS
FADH
CADENA
RESPIRATORIA
NADH
ATP
a. Glucólisis
Rompimiento de una molécula de glucosa en 2 moléculas de piruvato. Ocurre en el citoplasma y se
libera ATP y NADH.
Cpech
15
Ciencias Básicas Biología
b. Acetilación
En este proceso se degrada el ácido pirúvico hasta acetil CoA. Se lleva a cabo en la matriz mitocondrial.
c. Ciclo de Krebs
También llamado ciclo del ácido cítrico. Se lleva a cabo en la matriz mitocondrial. Es una secuencia
cíclica de reacciones, en la cual la acetil coenzima A (acetil-CoA), que se obtuvo del catabolismo del
piruvato, se oxida en presencia de O2, liberando CO2, H2O y poder reductor formado a partir de las
coenzimas NAD+ y FAD+, que se convierten en NADH y FADH2, respectivamente.
d. Transporte de electrones y síntesis de ATP
Recibe el nombre de cadena de transporte de electrones o cadena respiratoria. Se lleva a cabo en
la membrana mitocondrial interna e implica la oxidación liberadora de energía. El NADH y FADH2,
obtenidos en el ciclo de Krebs, son moléculas reducidas que donan sus electrones a la cadena
transportadora de electrones (se oxidan), cuyo último aceptor es el oxígeno. La transferencia de
electrones va acompañada del transporte de protones desde la matriz mitocondrial hacia el espacio
intermembrana, produciéndose un potencial electroquímico que ayudará a que la ATP sintetasa forme
ATP, proceso completo que recibe el nombre de fosforilación oxidativa.
2.1.2 Respiración anaeróbica
a. Fermentación láctica
La glucosa se degrada, produciendo ácido láctico como desecho. Ocurre en muchas bacterias (bacterias
lácticas), también en algunos protozoos y en el músculo esquelético humano (cuando es sometido a
estrés físico), entre otros. El rendimiento energético es menor que en la respiración aeróbica.
b. Fermentación alcohólica
La glucosa se degrada, produciendo alcohol etílico como desecho. Se desarrolla en levaduras (hongo
unicelular) y algunas bacterias. La fermentación alcohólica es la base de las siguientes aplicaciones en
la alimentación humana: pan, cerveza, vino y otras.
16
Cpech
GUÍA
Estrategia de síntesis
A partir de los contenidos trabajados sobre la respiración celular, completa el siguiente
esquema de ideas de forma sintética, con una idea clave.
Glucólisis:
Acetilación:
Ciclo de krebs:
Cadena transportadora de electrones y fosforilación oxidativa:
Cpech
17
Ciencias Básicas Biología
Mis apuntes
18
Cpech
GUÍA
Mis apuntes
Cpech
19
_____________________________________________________
Han colaborado en esta edición:
Directora Académica
Paulina Núñez Lagos
Directora de Desarrollo Académico e Innovación Institucional
Katherine González Terceros
Equipo Editorial
Karla Hernández Quijada
Claudia Tapia Silva
Marcela Cárdenas Barrera
Equipo Gráfico y Diagramación
Vania Muñoz Díaz
Tania Muñoz Romero
Elizabeth Rojas Alarcón
Equipo de Corrección Idiomática
Paula Santander Aguirre
Imágenes
Banco Archivo Cpech
El grupo Editorial Cpech ha puesto su esfuerzo en
obtener los permisos correspondientes para utilizar las
distintas obras con copyright que aparecen en esta
publicación. En caso de presentarse alguna omisión
o error, será enmendado en las siguientes ediciones a
través de las inclusiones o correcciones necesarias.
Registro de propiedad intelectual de Cpech.
Prohibida su reproducción total o parcial.