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Guía:
Enzimas y metabolismo
celular
SGUICES032CB31-A17V1
SOLUCIONARIO GUÍA
Enzimas y metabolismo celular
Tabla de corrección:
Ítem
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
Alternativa
A
C
A
A
B
D
C
B
E
C
A
C
D
D
E
C
D
B
B
B
E
E
C
A
D
Habilidad
Reconocimiento
Reconocimiento
Reconocimiento
Reconocimiento
Reconocimiento
ASE
Reconocimiento
Reconocimiento
Reconocimiento
Comprensión
Comprensión
Reconocimiento
Reconocimiento
Comprensión
Comprensión
Comprensión
Reconocimiento
ASE
Comprensión
Comprensión
ASE
ASE
ASE
Comprensión
ASE
Dificultad estimada
Fácil
Fácil
Fácil
Fácil
Fácil
Media
Media
Media
Media
Media
Media
Media
Media
Media
Media
Media
Media
Media
Media
Media
Media
Difícil
Difícil
Difícil
Difícil
Tabla de defensa:
Ítem
1.
Alternativa
A
Defensa
En la célula ocurren reacciones químicas de dos tipos:
catabólicas y anabólicas. El catabolismo corresponde a
reacciones químicas de destrucción, donde sustancias más
complejas se rompen, generando sustancias más simples. El
anabolismo es lo contrario, pues implica reacciones químicas
en que sustancias simples se unen para formar otras más
complejas. Por lo tanto, la alternativa correcta es A, ya que la
glucólisis es el rompimiento de la molécula de glucosa en el
citoplasma celular.
2.
C
La glucólisis es la primera parte de la respiración celular.
Consiste, fundamentalmente, en el rompimiento de la
molécula de glucosa, que cuenta con 6 átomos de carbono,
en dos moléculas de piruvato, de 3 átomos de carbono cada
una (alternativa C correcta).
La alternativa A es falsa, ya que acetilación es la formación
de acetil coenzima A, a partir de piruvato, de forma aeróbica.
La alternativa B se descarta, pues, el ciclo de Krebs es un
conjunto de reacciones en que el piruvato se degrada hasta
Transformarse en CO2 al interior de la mitocondria.
La fermentación es el proceso de degradación anaeróbica de
la glucosa, que permite obtener el ATP producido en la
glucólisis y regenerar las moléculas necesarias para realizar
nuevamente el proceso (alternativa D incorrecta).
La alternativa E es falsa ya que la fosforilación oxidativa
corresponde a la formación de ATP, que se realiza en las
mitocondrias y es lo último en términos de obtención de
energía, en tanto que la formación del piruvato se realiza en
el citoplasma y es un paso inicial en la degradación de la
glucosa.
3.
A
Las enzimas son catalizadores biológicos, es decir, moléculas
que aceleran la velocidad de las reacciones químicas
(alternativa E incorrecta). La mayoría de ellas son proteínas
(alternativa A correcta), aunque se han encontrado algunos
ARN con actividad catalítica, llamados ribozimas. Son
altamente específicas (alternativa B incorrecta) y solo se
encuentran en los seres vivos (alternativa C incorrecta). Al
término de la reacción química no sufren cambios por lo que
pueden ser reutilizadas en otra reacción química (alternativa
D incorrecta).
4.
A
La glucólisis es un proceso que ocurre en el citoplasma
celular en condiciones anaeróbicas. Consiste en la
degradación de la glucosa en dos moléculas de piruvato. Los
demás procesos se producen en el interior de las
mitocondrias, ya que requieren de oxígeno.
5.
B
Algunas características de las enzimas son:
•
•
•
•
•
•
•
•
Reducen la energía de activación de las reacciones
químicas (alternativa D incorrecta).
Son eficientes en pequeñas cantidades (alternativa A
incorrecta).
No son alteradas químicamente.
No afectan el equilibrio de la reacción.
Presentan sitio activo.
Son específicas (alternativa B correcta).
Están sujetas a regulación.
Actúan en diferentes rangos de pH (alternativa C
incorrecta).
Hay moléculas como algunos ARN que presentan actividad
enzimática (alternativa E incorrecta).
6.
D
Según el gráfico la enzima tiene su máxima actividad a pH
alcalino, cercano a 8 (opción I correcta). Se observa que a pH
menor a 8, la actividad enzimática va disminuyendo hasta
inactivarse totalmente, de modo que a pH 4 (ácido) ya no
presenta actividad (opción II correcta). En los extremos de la
curva, la actividad enzimática es nula, A partir de esto, se
puede inferir que debido a los cambios de pH, la enzima se
desnaturaliza, perdiendo su función. Desde el estado de
desnaturalización se puede producir una recuperación de la
actividad enzimática al reestablecer las condiciones óptimas
de pH. Sin embargo, esto no necesariamente ocurrirá, por
ejemplo, porque la enzima requiere de una proteína
chaperona para plegarse correctamente o se forma a partir de
un péptido de mayor tamaño que luego se corta, como en el
caso de la insulina. Por otro lado, en el gráfico no se
representa que la enzima, después de haber estado a pH de
inactividad, sea trasladada a pH óptimo, recuperando su
actividad (opción III incorrecta).
7.
C
Las células pueden sintetizar ATP a través del proceso de
glucólisis (proceso anaeróbico) y/o de la respiración celular
(proceso aeróbico). Si el oxígeno no está disponible para
realizar la respiración celular, el ácido pirúvico, que es el
producto de la glucólisis, puede ser metabolizado en un
proceso llamado fermentación. La fermentación alcohólica
utiliza ácido pirúvico y NADH y produce etanol y NAD+
(alternativa A incorrecta), mientras que la fermentación láctica
utiliza los mismos reactantes, produciendo ácido láctico y
NAD+. El NADH producido en la glucólisis se oxida formando
NAD+, el cual interviene otra vez en la glucólisis, formando
ATP, aunque en cantidades menores que en el proceso
aeróbico de respiración celular. De esta forma, la
fermentación hace posible producir ATP continuamente en
ausencia de oxígeno. Así, no es el proceso de fermentación el
que genera ATP, sino que solamente regenera las moléculas
necesarias para que se lleve a cabo la glucólisis de forma
continua, proceso en el que sí se produce ATP.
Por lo tanto, la fermentación es un proceso energéticamente
menos eficiente que la respiración celular, pues se obtiene
solo el ATP proveniente de la glucólisis, generándose menos
ATP por cada molécula de glucosa degradada (alternativa C
correcta).
Con los procesos de fermentación se obtienen múltiples
productos beneficiosos para el hombre, como es el caso del
yogurt, pero este proceso no sólo está presente en hongos y
bacterias. Por ejemplo, la fermentación láctica también está
presente en el ser humano, bajo condiciones de ejercicio
anaeróbico (alternativas B y D incorrectas).
8.
B
El ciclo de Krebs, también conocido como ciclo del ácido
cítrico, es un proceso aeróbico y la vía final de oxidación de
carbohidratos, ácidos grasos y aminoácidos. Por lo tanto,
corresponde a un conjunto de reacciones catabólicas, donde
se degradan moléculas orgánicas (alternativa E incorrecta).
Se inicia con el acetil CoA, el que se va oxidando y
transformando en otros compuestos, hasta formar CO2, ATP,
NADH y FADH2, siendo estas dos últimas, moléculas que se
oxidan, es decir, que ceden electrones (alternativa D
incorrecta). Los portadores de los electrones pasarán a la
siguiente etapa de la respiración celular y entregarán su
electrón para crear un gradiente y sintetizar ATP a partir de
ADP, proceso conocido como fosforilación oxidativa
(alternativa A incorrecta).
Este ciclo de reacciones no puede llevarse a cabo en
ausencia de oxígeno. Bajo condiciones anaeróbicas la
alternativa para producir ATP es la glucólisis seguida por
fermentación, produciéndose menos ATP por molécula de
glucosa (alternativa C incorrecta).
9.
E
Los productos finales de la respiración celular corresponden a
36 moléculas de ATP (2 por el ciclo de Krebs y 34 por la
fosforilación oxidativa), más dióxido de carbono (CO2) y agua
(H2O), que se liberan como productos finales de desecho de
la acetilación, del ciclo de Krebs y de la cadena
transportadora de electrones. Los ATP totales de la
respiración celular, incluyen 2 ATP de la glucólisis, por lo que
da 38 ATP como producto final.
10.
C
El término anfibólico significa que se presenta una función
anabólica y una catabólica a la vez. El ciclo de Krebs
presenta una función principalmente catabólica, pero también
participa en vías anabólicas, de forma secundaria. Esto
porque es la vía final de degradación de compuestos
orgánicos como carbohidratos, aminoácidos y ácidos grasos,
que permite obtener de ellos energía (catabolismo; opción I
correcta); sin embargo también produce moléculas que
actúan como precursores de macromoléculas orgánicas y de
esta forma participa en vías anabólicas (opción II correcta).
La opción III es falsa, ya que el ciclo de Krebs es dependiente
de oxígeno.
11.
A
En el diagrama presentado, la X representa un producto de la
glucólisis que puede tener dos caminos: la vía de acetilación
para formar acetil coenzima A y la vía fermentativa para
formar ácido láctico (fermentación láctica) o etanol
(fermentación alcohólica). Por lo anterior, el producto es el
ácido pirúvico o piruvato.
La acetil coenzima A es el producto de la acetilación del
piruvato, previo al ingreso al ciclo de Krebs; el ácido
oxalacético es una molécula de 4 carbonos que se combina
con piruvato, en el primer paso del ciclo de Krebs; el oxígeno
es requerido para llevar a cabo la oxidación del piruvato, el
ciclo de Krebs y la fosforilación oxidativa y el dióxido de
carbono es uno de los productos finales de la respiración
celular.
12.
C
El ácido láctico se produce a partir del piruvato (alternativa E
incorrecta) en los músculos como resultado del proceso de
fermentación láctica. Esto proceso ocurre en el citoplasma
celular (alternativas A y D incorrectas) en condiciones
anaeróbicas (alternativa C correcta; B incorrecta) y además
produce NAD+ a partir de NADH, regenerando las moléculas
necesarias para que se lleve a cabo la glucólisis. Este último
proceso no requiere oxígeno y produce 2 moléculas de ATP
por glucosa degradada, de modo que acoplado a la
fermentación, permite obtener energía en ausencia de
oxígeno.
13.
D
La acetilación es la formación de acetil coenzima A, molécula
que ingresa al ciclo de Krebs. A su vez este es una secuencia
de reacciones en que el acetil CoA se oxida, formando ATP y
poder reductor, en forma de NADH y FADH2. Ambos son
procesos aeróbicos y se realizan al interior de las
mitocondrias (alternativas A y B incorrectas).
La glucólisis es el proceso de degradación o lisis de la
glucosa en el citoplasma de la célula para formar dos
moléculas de ácido pirúvico (alternativa C incorrecta).
La fermentación es la vía anaeróbica que sigue el ácido
pirúvico, en el citoplasma celular, formando lactato o etanol
(alternativa D correcta).
La fosforilación oxidativa es la obtención de ATP a partir de
ADP, a través de la cadena transportadora de electrones en
las crestas mitocondriales (alternativa E incorrecta).
14.
D
Habilidad de pensamiento científico: Análisis del desarrollo
de alguna teoría o concepto.
Como se señala en el enunciado, Fritz Lipmann descubrió el
rol de la coenzima A como agente acetilante en la formación
de citrato (ácido cítrico) a partir de ácido pirúvico, paso que da
inicio al ciclo de Krebs (o ciclo del ácido cítrico). Por lo tanto,
podemos decir que su trabajo entregó información clave para
comprender el funcionamiento del ciclo de Krebs, pues
dilucidó un paso clave para que este se inicie (opción I
correcta).
Aunque los trabajos de Krebs y de Lipmann son
complementarios, razón por la cual recibieron juntos el
Premio Nobel de Fisiología y Medicina en 1953, en el texto
jamás se señala que estos investigadores hayan trabajado
juntos (opción II incorrecta).
Si bien la hipótesis inicial de Lipmann era que el acetilfosfato
actuaría como un intermediario de alta energía en el proceso
de acetilación, lo que resultó ser incorrecto, el análisis
riguroso de su trabajo experimental le permitió rechazar esta
hipótesis y finalmente descubrir el rol de la coenzima A
(opción III correcta).
15.
E
La amilasa salival es una enzima que actúa sobre el sustrato
almidón (opción I correcta), rompiendo esta macromolécula
en moléculas más simples. Como resultado se obtiene el
disacárido maltosa, una molécula más simple y pequeña, por
lo que la enzima cataliza una reacción de tipo catabólica
(opción II correcta).
Como toda enzima, al término de la reacción química no sufre
cambios en su estructura y puede ser reutilizada (opción III
correcta).
16.
C
Las enzimas se clasifican según el tipo de reacción que
catalizan, es decir, si rompen enlaces, unen moléculas,
reducen u oxidan. Las enzimas ligasas unen sustancias
simples para formar sustancias más complejas, por lo que
actúan en reacciones anabólicas (alternativa C correcta). Este
tipo de reacción consume energía, por lo que la alternativa D
es incorrecta.
Según el tipo de ligasa, pueden actuar a algún valor de pH,
de temperatura o requerir de algún cofactor, pero no se puede
inferir esta información a partir del texto (alternativas A, B y E
incorrectas).
17.
D
Durante la fosforilación oxidativa se producen 34 moléculas
de ATP por molécula de glucosa, gracias a la energía química
de la cadena transportadora de electrones (alternativa D
correcta).
Durante la glucólisis y ciclo de Krebs se producen solo dos
moléculas de ATP por molécula de glucosa, en términos
netos (alternativas B y C incorrectas). En la fermentación solo
se obtienen los dos ATP de la glucólisis y el resto del proceso
permite regenerar NAD+ para romper más moléculas de
glucosa, pero no produce más ATP (alternativa A incorrecta).
La acetilación es una etapa en la cual se transforma el
piruvato en acetil CoA, sin liberación de energía
biológicamente útil (alternativa E incorrecta).
18.
B
El gráfico solo muestra que la velocidad de la reacción
aumenta a medida que lo hace la concentración de sustrato,
hasta cierto punto en el cual la velocidad se mantiene
constante pese a que el sustrato sigue aumentando
(alternativa B correcta).
La alternativa A es incorrecta, ya que indica una relación de
proporcionalidad directa entre la velocidad de reacción y la
concentración de sustrato, pero si así fuese esperaríamos
una curva lineal, en la que al aumentar la concentración, la
velocidad aumente en la misma proporción, lo que no se
observa en el gráfico. Tampoco podemos hablar de un
aumento exponencial de la velocidad con la concentración de
sustrato, puesto que en ese caso observaríamos una curva
como la que se muestra en la siguiente figura (alternativa E
incorrecta).
La alternativa C hace mención a una variable que no está
indicada en el gráfico, la temperatura, por lo que es
incorrecta. Tampoco se puede saber si la concentración de
sustrato es la variable más importante para determinar la
velocidad de reacción, puesto que no se analizan otros
factores (alternativa D incorrecta).
19.
B
El esquema muestra la acción de una enzima sobre un
sustrato. En una primera instancia aparece la enzima (1) con
su sitio activo despejado a la espera del sustrato (2); en una
segunda instancia podemos ver que se unió el sustrato con la
enzima, conformando el complejo enzima-sustrato (3), y
finalmente 4 corresponde al producto obtenido de esta
reacción. 3 no puede ser una coenzima o cofactor, ya que
como indica el esquema, el sustrato luego se transforma en el
producto.
20.
B
Habilidad de pensamiento científico: Identificación de
teorías y marcos conceptuales, problemas, hipótesis,
procedimientos experimentales, inferencias y conclusiones,
en investigaciones científicas clásicas o contemporáneas.
En el párrafo se indica que Lipmann, al estudiar la adición de
grupos acetilo en amidas aromáticas, en presencia de ATP y
acetato, esperaba que el ATP reaccionara con el acetato para
generar acetilfosfato. Lo anterior corresponde a una hipótesis,
ya que se trata de una explicación posible para un fenómeno
(en este caso para el mecanismo de acetilación), que debe
someterse a prueba.
Luego se señala que Lipmann comprobó que el acetilfosfato
era inactivo como agente acetilante, lo que corresponde a las
conclusiones de su investigación. En ellas, el científico debió
rechazar su hipótesis y proponer una nueva.
21.
E
La zona 1 indica la matriz mitocondrial, lugar donde se llevan
a cabo las dos primeras etapas de la respiración celular
aeróbica, que corresponden a la acetilación del piruvato y al
ciclo de Krebs. En este último se obtienen dos moléculas de
ATP a partir de la degradación de la molécula acetil CoA. La
zona 2 indica las crestas mitocondriales, lugar donde ocurre
la cadena transportadora de electrones y la fosforilación
oxidativa, etapas que dan como resultado la síntesis de 34
moléculas de ATP.
22.
E
Uno de los efectos bioquímicos del cianuro es que, una vez
que ingresa al cuerpo y al torrente sanguíneo, forma un
complejo estable con la enzima citocromo oxidasa. Esta
enzima es la última de la cadena transportadora de electrones
y está encargada de entregar un electrón al oxígeno, aceptor
final de esta cadena. Al ocurrir esta reacción de reducción, se
forma agua (opción I correcta). Por lo tanto, el cianuro
bloquea la cadena transportadora de electrones, impidiendo
que se complete la respiración celular y que se produzca ATP
de forma aeróbica (opción III correcta).
Si la citocromo oxidasa no funciona correctamente las células
no consiguen aprovechar el oxígeno del torrente sanguíneo,
lo que causa hipoxia citotóxica o asfixia celular. La
imposibilidad de utilizar el oxígeno provoca que el
metabolismo cambie de aerobio a anaerobio, lo que produce
la acumulación de lactato en la sangre (opción II correcta). El
efecto conjunto de la hipoxia y la acidosis láctica provoca una
depresión en el sistema nervioso central que puede causar
paro respiratorio y resultar mortal.
23.
C
La actividad enzimática se ve afectada por diferentes factores
como la temperatura y el pH, que están representados en los
gráficos. La pérdida de la actividad se asocia a la alteración
de la conformación espacial de la proteína (desnaturalización)
causada por estos agentes. A pH y temperatura normal de la
sangre, la enzima se encontrará en su funcionamiento óptimo
y no desnaturalizada (alternativa B incorrecta). La enzima que
se analiza es funcional entre un pH 4 y 8, no solo a pH neutro
(pH = 7; alternativa A incorrecta), por lo tanto, si el pH es
inferior a 4 se espera que la enzima esté inactiva debido a la
desnaturalización
(alternativa
C
correcta),
independientemente de que la temperatura se encuentre
dentro de su rango de actividad.
Por lo general, un aumento moderado de la temperatura o
cambios de pH afectan a la estructura secundaria de la
proteína, pero no son suficientes para romper los enlaces
peptídicos, ya que estos enlaces son muy fuertes. En el
sistema digestivo, por ejemplo, pese a haber un pH ácido, se
requiere de peptidasas para romper estos enlaces. Por lo
tanto, no es correcto afirmar que a temperaturas superiores a
60°C se produzca ruptura de enlaces peptídicos (alternativa
D incorrecta).
Tanto con la temperatura como con los cambios de pH se
observa pérdida total de la actividad enzimática, por lo que no
es posible afirmar que uno de los dos sea más efectivo como
agente desnaturalizante (alternativa E incorrecta).
24.
A
El esquema muestra una enzima conjugada que está
compuesta por una fracción proteica, la apoenzima (figura 1),
y una fracción no proteica, el cofactor o coenzima (figura 2).
En conjunto (la proteína unida a una coenzima o cofactor)
reciben el nombre de holoenzima (figura 3).
25.
D
La eficacia de un enzima se mide por la velocidad de
transformación del sustrato en producto. La actividad de las
enzimas se ve afectada por diversos factores, entre los que
destacan concentración de sustrato, temperatura, inhibidores,
pH y concentración de la enzima. La cantidad absoluta de
enzima con que se cuenta para la reacción, es uno de los
factores más importantes como regulador de la actividad
enzimática. Si se cuenta con un suministro ilimitado del
sustrato, el aumento en las cantidades de enzima, permite
que cada molécula enzimática sea ocupada por su respectivo
sustrato, lo que produce la transformación de sustrato a
producto en menor tiempo. Si la cantidad de sustrato es
limitada, la actividad enzimática irá en ascenso a medida que
se aporte más enzima, hasta que se agote el sustrato
(alternativa A incorrecta). Por otra parte, si disponiendo de la
enzima se adiciona sustrato permanentemente, en algún
momento la actividad enzimática se tornará constante por
saturación de la enzima, es decir, porque no hay moléculas
de la enzima disponibles para interactuar con más sustrato
(alternativa D correcta).
Si bien la temperatura es un factor a considerar en la
actividad enzimática, ya que cada enzima tiene una
temperatura óptima, y un rango de temperaturas en las que
presentan actividad, este dato no se muestra en los gráficos
entregados.