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MADRID /SEPTIEMBRE 14. LOGSE / BIOLOGIA / CELULA Y SUS
COMPONENTES. METABOLISMO CELULAR / OPCIÓN A/ ACTIVIDAD 1
OPCIÓN A
a)
El balance global de la glucólisis sería:
Glucosa + 2ADP+Pi + 2NAD+ 2 Piruvato + 2ATP + 2 NADH+ H+
Se realiza em El citoplasma celular
b)
6CO2 + 18 ATP + 12 NADPH+ 12 H+  1 Hexosa + 18 ADP + 18Pi +
NADP
La fotosíntesis la realizan los siguientes seres eucariotas: las plantas, las algas uni y
pluricelulares,
Se realiza en los cloroplastos
a) La reacción está en el apartado anterior. El ATP y NADPH+H obtenidos en la
fase luminosa se utilizan en el ciclo de Calvin en la fase oscura
MADRID /JUNIO 14. LOGSE / BIOLOGIA / CELULA Y SUS COMPONENTES.
METABOLISMO CELULAR / OPCIÓN B/ ACTIVIDAD 1
OPCIÓN B
a) El ATP ( adenosin trifosfato) es un nucleótido constituido por el monosacárido
ribosa unido por el carbono 1´ a la base nitrogenada Adenosina.(que se une a la
ribosa por su nitrogeno 9). Y por el carbono 5´se une a tres moléculas de fosfato.
Las moléculas de fosfato se unen entre si y a la ribosa por enlace ester.
Es decir el ATP esta formado por una ribosa, una aadenina y 3 fostatos.
b)
- Ciclo de Calvin: Se consume el ATP formado en la fase luminosa de la
fotosíntesis
- Fosforilación oxidativa: Se obtiene ATP asociado a un gradiente electroquímico,
ya que la energía liberada por el transporte de electrones realizado a favor de
gradiente de potencial redox , es acoplada a la fosforilación del ADP
- Biosíntesis de aminoácidos: Se consume ATP
- Fofofosforilación: Se obtiene ATP a partir de la energía de la luz solar
- Ciclo de Krebs: Se obtiene ATP a partir de la degradación del Acetil CoA
producido en la glucolisis
- Biosíntesis de ácidos grasos: Se consume ATP
MADRID / SEPTIEMBRE 12. LOGSE / BIOLOGIA / CELULA Y SUS
COMPONENTES. METABOLISMO CELULAR / OPCIÓN A/ ACTIVIDAD 1
OPCIÓN A
MADRID / JUNIO 12. LOGSE / BIOLOGIA / CELULA Y SUS
COMPONENTES. METABOLISMO CELULAR / OPCIÓN B/ ACTIVIDAD 5
OPCIÓN B
5. Las fermentaciones son procesos catabólicos de enorme importancia en la
Biología y en la Biotecnología.
a) ¿En qué consiste un proceso catabólico? Cite algún proceso anabólico importante
en la Naturaleza (0,5 puntos).
b) Indique dos similitudes y dos diferencias entre la fermentación alcohólica y la
fermentación láctica (1 punto).
c) Indique dos procesos industriales basados en fermentaciones (0,5 puntos).
a) Un proceso catabólico consiste en reacciones de degradación oxidativa de
moléculas orgánicas cuya finalidad es la obtención de energía necesaria para que la
célula realice sus funciones vitales.
Son la fermentación y respiración celular.
Un proceso anabólico consiste en reacciones de biosíntesis, requieren energía.
Son reacciones anabólicas la fotosíntesis, la quimiosíntesis , la síntesis de glúcidos,
lípidos y proteínas.
b) Similitudes:
- Son procesos catabólicos en los que el aceptor de e- es un compuesto
orgánico, generalmente formado en la propia ruta metabólica.
- Se realizan en ausencia de oxígeno por microorganismos anaerobios estrictos
o anaerobios
- El rendimiento energético es muy bajo
Diferencias:
- En la fermentación láctica el sustrato es la lactosa presente en la leche; en la
alcohólica el sustrato son azúcares (glucosa) de cereales
- Los microorganismos en la fermentación láctica son bacterias del género
Lactobacillus y Streptococus; en la fermentación alcohólica son levaduras
Saccaromyces cerevisiae
- En la fermentación láctica se obtiene ácido láctico y 4 ATP; en la alcohólica,
etanol, dioxido de carbono y 2 ATP
c)Procesos industriales:
Fermentación láctica: fabricación de yogurt, cuajada, queso…
Fermentación alcoholica: fabricación de bebidas alcoholicas como la cerveza,
el vino. Tambien en la producción de pan
MADRID / SEPTIEMBRE 11. LOGSE / BIOLOGIA / CELULA Y SUS
COMPONENTES. METABOLISMO CELULAR / OPCIÓN A/ ACTIVIDAD 5
OPCIÓN A
5.- En la glucólisis la glucosa se oxida a piruvato.
a) ¿En qué tipo de moléculas se puede transformar el piruvato en
condiciones anaeróbicas? ¿Cómo se denominan estos procesos? En
cada caso, ponga un ejemplo de su aplicación industrial (1 punto).
b) ¿Cuál sería el destino del piruvato en condiciones aeróbicas? ¿En qué
parte de la célula se produce? (0,5 puntos).
c) Explique cómo se produce la síntesis de ATP en la glucólisis (0,5
puntos).
a) El proceso de denomina fermentación. Dependiendo del producto final d la
fermentación se distinguen:
Fermentación Láctica: Los piruvatos se reducen a lactato consumiendo el
NADH producido en la glucólisis
Tienen importantes aplicaciones a nivel industrial para la obtención de derivados
lácticos como queso, mantequilla, cuajada y yogur.
Fermentación Alcohólica: El piruvato pasa a acetaldehído que se reduce
mediante el NADH formando etanol.
En la industria tiene interés lo que para los microorganismos son sus productos
de desechos es decir el alcohol y el CO2
En la fermentación alcohólica para la fabricación de bebidas alcohólicas se
utilizan
b)El Piruvato pasa por transporte facilitado a la matriz mitocondrial donde se convierte
en Acetil-CoA
Esta reacción es irreversible y dirige al piruvato a su oxidación final a CO2 y H2O en
dos etapas sucesivas: “El ciclo de Krebs” y la “Cadena respiratoria”.
c) Consiste en la rotura de la glucosa en 2 moléculas de Piruvato.
- Es un proceso que NO requiere O2 y ocurre en el citosol.
- Su rendimiento energético es de 2ATP.
- Se diferencian 2fases:
Fase Preparatoria
- Consta de 5 etapas en las que se gastan 2 ATP
- Se forma 1 molécula de Gliceraldehido y otra de dihidroxiacetona fostato, pero
como esta última no puede seguir la ruta glucolítica se isomeriza y pasa a
gliceraldehido fostato
-
Resumen: En esta fase de 1 glucosa se forman 2 moléculas de
gliceraldehido-3-fostato con gasto de 2 ATP
Fase de Beneficio
- Consta de 5 fases en las que se forman 4ATP
- A partir de 2 moléculas de gliceraldehido se forman 2 de Piruvato, y se forman
2 NADH+H+ (poder reductor)
-
Resumen: En esta fase de 2 gliceraldehido-3-fostato se obtienen 2 de
Piruvato, 2 de NADH+H+ , y 4 ATP.
El balance global de la glucólisis sería:
Glucosa + 2ADP+Pi + 2NAD+ 2 Piruvato + 2ATP + 2 NADH+ H+
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COMPONENTES. METABOLISMO CELULAR / OPCIÓN A/ ACTIVIDAD 4
OPCIÓN B
4.- La obtención de determinados productos alimentarios se basa en
algunos procesos metabólicos celulares.
a) Explique la transformación que sigue la glucosa durante el proceso de
elaboración del pan ¿Cómo se denomina el proceso? ¿En qué etapa se
produce la síntesis de ATP? (1 punto).
b) ¿Qué organismos están relacionados con la elaboración del pan? ¿A
qué tipo de organización celular pertenecen estos organismos? Indique
sus componentes estructurales (1 punto).
a) El proceso que sigue la glucosa es La fermentación alcohólica que es como
sigue:
Fermentación alcohólica
- Mediante la fermentación alcohólica la glucosa forma 2 moléculas
de etanol y 2 de CO2 produciendo 2ATP.
- Se produce la glucólisis que forma 2 piruvatos. Es en este proceso
donde se produce el ATP
- El piruvato pasa a acetaldehído que se reduce mediante el NADH
formando etanol.
b)
- La fermentación alcohólica es realizada por las levaduras del género
Saccaromyces, ciertas bacterias y otros microorganismos.
- Saccaromyces, es una levadura. Las levaduras son hongos
unicelulares, por tanto pertenecen al reino fungi.
- Los hongos son eucariotas y heterótrofos. Su componentes
estructurales son:
o Pared celular de quitina
o Citoplasma con orgánulos celulares
o Núcleo
a)
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COMPONENTES. METABOLISMO CELULAR / OPCIÓN A/ ACTIVIDAD 2
OPCIÓN A
2.- Referente al Ciclo de Krebs:
a) Indique, razonando la respuesta, si está relacionado con el anabolismo,
con el catabolismo o con ambos (0,5puntos).
b) Cite los productos finales (0,5 puntos).
c) ¿Cuál es la vía metabólica que sigue al citado ciclo? Explique la
finalidad de esa vía e indique su localización a nivel de orgánulo (1
punto).
Es un proceso catabólico.
A través de los procesos catabólicos las moléculas orgánicas complejas se van
degradando en otras más sencillas.
A lo largo de esta degradación se libera energía que forma ATP
Las reacciones catabólicas son similares en los organismos autótrofos y en los
heterótrofos.
Las reacciones catabólicas son procesos de oxidación reducción en los que intervienen
generalmente enzimas deshidrogenasas.
Las moléculas se van oxidando, es decir, perdiendo electrones.
Dependiendo de la naturaleza orgánica o inorgánica de la molécula final aceptora de e-,
se diferencian dos modalidades de catabolismo: “La Fermentación” y “La respiración
celular”.
b) El balance final del ciclo de Krebs es:
2 Acetil-CoA + 6NAD+ + 2GDP+ Pi + 2FAD  2 CoA-SH
6NADH+H+ + 2GTP + 2FADH2 + 2CO2
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COMPONENTES. METABOLISMO CELULAR / OPCIÓN A/ ACTIVIDAD 5
OPCIÓN A
5.- Sobre la respiración celular:
a) Indique, razonando la respuesta, si es un proceso anabólico o
catabólico (0,5 puntos).
b) Enumere sus etapas, describa brevemente cada una de ellas e indique
su localización en la célula y a nivel de orgánulo (0,75 puntos).
c) Explique las diferencias entre fosforilación a nivel de sustrato y
fosforilación oxidativa. ¿En qué etapa o etapas de la respiración celular
se produce la fosforilación a nivel de sustrato? (0,75 puntos).
a) Es un proceso catabólico, porque a través de los procesos catabólicos las
moléculas orgánicas complejas se van degradando en otras más sencillas.
A lo largo de esta degradación se libera energía que forma ATP Las reacciones
catabólicas son procesos de oxidación reducción en los que intervienen
generalmente enzimas deshidrogenasas. Las moléculas se van oxidando, es
decir, perdiendo electrones.
b)Consta del ciclo de krebs y la cadena respiratoria y la fosforilación oxidativa
asociada a esta última, Se producen tanto en célula vegetal como animal en la
mitocondrias. El ciclo de krebs se realiza en la matriz mitocondrial; la cadena
respiratoria se produce en las crestas mitocondriales.
Ciclo de Krebs:
- Se inicia con la incorporación al ciclo del Acetil-CoA procedente de la
glucosa, al ácido oxalacético, formándose ácido cítrico (3 grupos
carboxilo).
- Cada vuelta del ciclo consume un grupo acetilo y regenera ácido
oxalacético que puede iniciar otra vez el ciclo. Se genera 1GTP,
3NADH, 1FAD.
- Para oxidar 1 molécula de glucosa se necesitan 2 vueltas del ciclo, ya
que de cada glucosa se obtienen 2 Acetil-CoA.
- El balance final del ciclo de Krebs es:
2 Acetil-CoA + 6NAD+ + 2GDP+ Pi + 2FAD  2 CoA-SH
6NADH+H+ + 2GTP + 2FADH2 + 2CO2
Cadena respiratoria
- La mayor parte de la energía liberada se encuentra en los e- altamente
energéticos del NADH y el FADH2 .
- Estos e- pasan a través de la cadena respiratoria ( con tres complejos
enzimáticos), liberando energía suficiente para la síntesis de ATP. El
conjunto de estos procesos recibe el nombre de “Fosforilación
oxidativa”.
- Los átomos de hidrógeno no son transportados como tales sino
escindidos en protones y e-. Los e- van pasando por una cadena de
transportadores. Empiezan en un nivel energético muy alto y terminan
con un nivel energético bajo, en el cual ya pueden ser cedidos al O 2 ,
que se combina entonces con los protones formando agua.
- En la membrana mitocondrial interna se localizan 3 complejos
enzimáticos de la cadena respiratoria. Son:
o El complejo NADH deshidrogenasa: toma e- procedentes del
NADH y se los cede a la ubiquinona. En el proceso se libera
energía suficiente para bombear protones desde la matriz
mitocondrial al espacio intermembrana.
o El complejo citocromo b-c1 : acepta e- de la ubiquinona y los
cede al citocromo c. También se bombean protones al espacio
intermembrana.
-
-
-
-
-
-
o El complejo citocromo oxidasa: toma e- del citocromo c y los
cede al O2 que es el último aceptor de e-. También la energía
liberada permite bombear protones al espacio intermembrana. El
O2 acepta 4e- y se combina con 4 protones (H+).
4e- + H+ + O2  H2O
Los protones pasan del espacio intermembrana a la matriz por el
proceso siguiente:
Como resultado del bombeo de protones al espacio intermembrana se
ha creado un “gradiente electroquímico de protones” (eléctrico: distinta
carga en el espacio intermembrana + y en la matriz -; químico por
diferencia de pH, ácido en el espacio intermembrana, básico en la
matriz) entre la matriz y el espacio intermembrana.
Este gradiente electroquímico impulsa a los protones de regreso a la
matriz a traves de la ATPsintetasa, de modo que la energía liberada por
el flujo de protones a favor de gradiente permite la unión de ADP+Pi
para formar ATP.
La función ATP sintetasa la realizan “Las particulas F”. Estas forman
canales ( en la membrana de las crestas mitocondriales) a través de las
cuales pueden fluir los protones hacia la matriz mitocondrial. Cada
partícula F0 es un complejo enzimático constituido por una porción F 0
anclada en la membrana de la cresta , y otra F1 que sobresale hacia la
matriz. Tanto F0 como F1 están integradas por varias subunidades
diferentes.
Las partículas F son también las responsables de la actividad ATPasa
en la fotofosforilación que se produce durante la fotosíntesis (ver tema
16)
En general se admite que cada par de e- del NADH que recorre la
cadena respitatoria suministra energía para formar 3 ATP. Y cada
par de e- del FADH2 (que se incorporan en el 2º complejo de la
cadena) se generan 2 ATP.
El balance energético de la respiración para una molécula de glucosa
es:
o
o
o
Glucólisis:
2Piruvato2Acetil CoA:
Ciclo de Krebs:
2NADH x 3
2NADH x 3
6NADH x 3
2FADH2 x 2
TOTAL
2ATP
6ATP
6ATP
18ATP
4ATP
2ATP
38 ATP
Por tanto la oxidación completa de la glucosa a CO2 y H2O rinde un
máximo de 38 ATP.
c) La fosforilación oxidativa está explicada en el apartado anterior. La
fosforilación a nivel de sustrato es la síntesis de ATP acoplada a una reacción
exorgónica, sin que intervenga la enzima ATP sintetasa.
Se produce durante el ciclo de krebs que se forma 1GTP que es equivalente al
ATP. También antes de iniciarse la respiración celular y en el citoplasma la
glucosa se oxida hasta piruvato, en un proceso denominado glucolisis,
obteniéndose 2ATP
-
MADRID / SEPTIEMBRE 10. LOGSE / BIOLOGIA / CELULA Y SUS
COMPONENTES. METABOLISMO CELULAR / OPCIÓN A/ ACTIVIDAD 5
OPCIÓN A
5.- El esquema que se indica presenta un proceso catabólico de la célula
a) ¿A qué proceso se refiere el enunciado? Cite sus etapas e indique su
localización a nivel de la célula y de orgánulo. ¿Qué ocurre en cada una
de esas etapas? (1 punto).
b) Explique cómo se produce la síntesis de ATP en cada uno de los casos
del esquema del enunciado: (A), (B) y (C), y relaciónelos con las etapas
aludidas en el apartado anterior (1 punto).
a) Al catabolismo de glúcidos. Las etapas son:
- Glucolisis:
- Consiste en la rotura de la glucosa en 2 moléculas de Piruvato.
- Es un proceso que NO requiere O2 y ocurre en el citosol.
- Su rendimiento energético es de 2ATP.
- Se produce en el citoplasma celular
- Paso de los piruvato a 2 moléculas de Acetil CoA para pasa al interior de las
mitocondrias. Se desprenden 2 CO2 y se obtienen 2 NADH+H+
- Ciclo de Krebs:
- El piruvato se oxida a CO2
- Se obtiene por cada Acetil CoA 3 NADH+H+, 1 FADH2 y 1 GTP
- Se produce en la matriz mitocondrial
-Cadena respiratoria y fosforilación oxidativa
- El NADH+H+, y el FADH2 formados en las etapas anteriores pasan a
una cadena de transporte electrónico donde los electrones van
liberando energía suficiente para la síntesis de ATP. El conjunto de
estos procesos recibe el nombre de “Fosforilación oxidativa”.
- En la actualidad se acepta que la fosforilación oxidativa tienen lugar
según la teoría quimiosmótica de Mitchell (1961).
- Los átomos de hidrógeno no son transportados como tales sino
escindidos en protones y e-. Los e- van pasando por una cadena de
transportadores. Empiezan en un nivel energético muy alto y
terminan con un nivel energético bajo, en el cual ya pueden ser
cedidos al O2 , que se combina entonces con los protones formando
agua.
-
El proceso se produce en la membrana mitocondrial interna en concreto
en las crestas mitocondriales.
b)
(A) La glucolisis se produce en dos etapas: la fase preparatoria donde se
consumen 2ATP; y la fase de beneficio donde se sintetizan 4ATP. El resultado
final es 2 ATP de beneficio. Se produce en el citoplasma celular
(B)Durante el ciclo de Krebs se forma 1GTP que pasa posteriormente a ATP.
Se produce en el interior de las mitocondrias en la matriz mitocondrial
(C) El ATP se poduce en la ATP sintetasa que se localiza inserta en la
membrana de las crestas mitocondriales. Corresponde con las partículas F de
la teoria quimiosmótica de Mitchel.
En la membrana mitocondrial interna se localizan 3 complejos enzimáticos de
la cadena respiratoria. Son:
o El complejo NADH deshidrogenasa: toma e- procedentes del
NADH y se los cede a la ubiquinona. En el proceso se libera
energía suficiente para bombear protones desde la matriz
mitocondrial al espacio intermembrana.
o El complejo citocromo b-c1 : acepta e- de la ubiquinona y los
cede al citocromo c. También se bombean protones al espacio
intermembrana.
o El complejo citocromo oxidasa: toma e- del citocromo c y los
cede al O2 que es el último aceptor de e-. También la energía
liberada permite bombear protones al espacio intermembrana.
Como resultado del bombeo de protones al espacio intermembrana se ha
creado un “gradiente electroquímico de protones” (eléctrico: distinta carga en el
espacio intermembrana + y en la matriz -; químico por diferencia de pH, ácido
en el espacio intermembrana, básico en la matriz) entre la matriz y el espacio
intermembrana.
Este gradiente electroquímico impulsa a los protones de regreso a la matriz a
traves de la ATPsintetasa, de modo que la energía liberada por el flujo de
protones a favor de gradiente permite la unión de ADP+Pi para formar ATP.
La función ATP sintetasa la realizan “Las particulas F”. Estas forman canales (
en la membrana de las crestas mitocondriales) a través de las cuales pueden
fluir los protones hacia la matriz mitocondrial. Cada partícula F0 es un complejo
enzimático constituido por una porción F0 anclada en la membrana de la cresta
, y otra F1 que sobresale hacia la matriz. Tanto F0 como F1 están integradas por
varias subunidades diferentes.
MADRID / JUNIO 10. LOGSE / BIOLOGIA / CELULA Y SUS
COMPONENTES. METABOLISMO CELULAR / OPCIÓN A/ ACTIVIDAD 5
OPCIÓN A
5.- Referente al metabolismo celular:
a) Concepto de fermentación. Indique sus tipos y cite su localización
celular (0,75 puntos).
b) Explique la síntesis de ATP durante la fermentación (0,5 puntos).
c) ¿Cuál es la relación entre las fermentaciones y la elaboración del
queso? Indique el sustrato y el producto final.
¿Qué microorganismos intervienen? (0,75 puntos).
a)
Las fermentaciones son procesos catabólicos en los que el aceptor de ees un compuesto orgánico, generalmente formado en la propia ruta
metabólica.
- Las fermentaciones son procesos anaeróbicos realizados en ausencia
de oxígeno por microorganismos anaerobios estrictos o anaerobios
facultativos, y se realiza en algunas células animales o vegetales
cuando no llega suficiente oxígeno.
- El rendimiento energético es muy bajo. Así en la fermentación de la
glucosa se obtienen únicamente 2ATP.
- Los combustibles más comunes para la fermentación son azúcares
(glucosa), también otros como ácidos orgánicos, aa .Dependiendo del
producto final de la fermentación se distinguen varios tipos: Láctica;
alcoholica o pútrida.
-
b) La síntesis de ATP se `produce durante elrpoceso de glucolisis en que la
glucosa se oxida a piruvato formándose por cada glucosa energía en forma de
2 ATP y poder reductor en forma de NADH+H
c) En la elaboración de queso se produce una fermentación láctica donde el
sustrato es la lactosa de la leche (disacárido formado por galactosa y glucosa)
y el producto final es el ácido láctico. El micororganismo responsable de esta
fermentación es una bacteria denominada Lactobacillus casei
MADRID / JUNIO 10. LOGSE / BIOLOGIA / CELULA Y SUS
COMPONENTES. METABOLISMO CELULAR / OPCIÓN B/ ACTIVIDAD 4
OPCIÓN B
4.- Relacionado con los procesos metabólicos:
a) Defina fermentación e indique sus tipos. ¿Cuál es su localización
celular? (0,75 puntos).
b) Explique la formación de ATP durante la fermentación (0,5 puntos).
c) ¿Cuál es la relación entre el metabolismo fermentativo y la fabricación
del vino? Cite los productos: inicial y final. Indique los microorganismos
que intervienen (0,75 puntos).
a) Las fermentaciones son procesos catabólicos en los que el aceptor de e- es
un compuesto orgánico, generalmente formado en la propia ruta metabólica.
Las fermentaciones son procesos anaeróbicos realizados en ausencia de
oxígeno por microorganismos anaerobios estrictos o anaerobios facultativos, y
se realiza en algunas células animales o vegetales cuando no llega suficiente
oxígeno.
El rendimiento energético es muy bajo. Así en la fermentación de la glucosa se
obtienen únicamente 2ATP.
Los combustibles más comunes para la fermentación son azúcares (glucosa),
también otros como ácidos orgánicos, aa .
Dependiendo del producto final de la fermentación se distinguen varios tipos:
Fermentación láctica y fermentación alcoholica
b)En el proceso de fermentación láctica y l en la alcoholica, se parte de la
glucosa y por el proceso denominado glucolisis la glucosa se oxida hasta
piruvato obteniéndose 2 ATP por glucosa.
c) La formación de vino es un proceso de fermentación alcohólica. Mediante la
fermentación alcohólica la glucosa forma 2 moléculas de etanol y 2 de CO 2
produciendo 2ATP.
La glucosa es el producto inicial y los productos finales son el etanol y el
dioxido de carbono.
Se produce la glucólisis que forma 2 piruvatos
El piruvato pasa a acetaldehído que se reduce mediante el NADH formando La
fermentación alcohólica es realizada por las levaduras del género
Saccaromyces, ciertas bacterias y otros microorganismos.
En la industria tiene interés lo que para los microorganismos son sus productos
de desechos es decir el alcohol y el CO2
En la fermentación alcohólica para la fabricación de bebidas alcohólicas se
utilizan especies anaerobias facultativas del género Saccaromyces.
MADRID / JUNIO 10. LOGSE / BIOLOGIA / CELULA Y SUS
COMPONENTES. METABOLISMO CELULAR / OPCIÓN A / ACTIVIDAD 5
OPCIÓN B
5.- Relacionado con el metabolismo celular:
a) Defina fotofosforilación, indique sus tipos y los productos que se
originan. Cite el proceso metabólico relacionado con la fotofosforilación y
la etapa del mismo donde tiene lugar (1 punto).
b) ¿Cuáles son las semejanzas y las diferencias más relevantes entre la
fotofosforilación y la fosforilación oxidativa? Razone la respuesta (1
punto).
a) La fotoforilación es una fosforilación asociada a un gradiente
electroquímico, ya que la energía liberada por el transporte de electrones
realizado a favor de gradiente de potencial redox , es acoplada a la
fosforilación del ADP.
Se puede producir por flujo acíclico o por flujo cíclico.
En el primer caso se forma ATP y NADPH. Interviene el agua, la luz y los
fotosistemas I y II. Se desprende oxígeno si la fotosíntesis es oxigénica, o se
desprende azufre si es anoxigénica.
En el flujo cíclico se forma sólo ATP. No interviene el agua, ni el fotosistema II
y No se desprende ni oxígeno (si es oxigénica) , ni azufre (si es anoxigénica).
El proceso metabólico relacionado con la fotofosforilación es la Fotosíntesis (ya
sea oxigénica o anoxigénica); tiene lugar en la fase luminosa de la fotosíntesis
b) La semejanza entre ambos procesos son:
- En ambos casos se produce ATP según la teoría quimiosmótica de
Mitchell. se ha creado un “gradiente electroquímico de protones”
(eléctrico: distinta carga en el espacio intermembrana o en el interior
de los tilacoides,que será positivo, y en la matriz nitocondrial o el
estroma de los cloroplastos que será negativo; químico por diferencia
de pH, ácido en el espacio intermembrana o interior de los tilacoides,
básico en la matriz o en el estroma) entre la matriz y el espacio
intermembrana, o entre el estroma y el interior de los tilacoides.
Este gradiente electroquímico impulsa a los protones de regreso a la
matriz o al estroma a traves de la ATPsintetasa, de modo que la
energía liberada por el flujo de protones a favor de gradiente permite
la unión de ADP+Pi para formar ATP.
- En ambos casos La función ATP sintetasa la realizan “Las particulas
F”. Estas forman canales ( en la membrana de las crestas
mitocondriales o de los tilacoides) a través de las cuales pueden fluir
los protones hacia la matriz mitocondrial o el estroma de los
cloroplastos. Cada partícula F0 es un complejo enzimático
constituido por una porción F0 anclada en la membrana de la cresta ,
y otra F1 que sobresale hacia la matriz. Tanto F0 como F1 están
integradas por varias subunidades diferentes.
Diferencias:
- En la fotofosforilación la energía que va a formar el ATP es la
energía solar. En la fosforilación oxidativa es la energía de los
enlaces de moléculas orgánicas
- La fotofosforilación se realiza en la fotosíntesis que es un proceso
anabólico . La fosforilación oxidativa es un proceso catabólico
- En la fotofosforilación se desprende oxígeno en la fosforilación
oxidativa se necesita oxígeno como último aceptor de electrones.
MADRID / SEPTIEMBRE 09. LOGSE / BIOLOGIA / CELULA Y SUS
COMPONENTES.
METABOLISMO CELULAR / OPCIÓN B/ ACTIVIDAD 2
OPCIÓN B
4.- El esquema siguiente está relacionado con un proceso metabólico
celular básico:
a) ¿A qué proceso metabólico se refiere el enunciado?, indique el lugar de
síntesis a nivel subcelular y de orgánulo de cada uno de los compuestos
indicados en el esquema (1 punto).
b) Explique el mecanismo de formación de ATP en el esquema (0,5
puntos).
c) Cite otras dos rutas metabólicas que pueda seguir el piruvato, e
indique para cada una de ellas: su denominación, el producto originado y
el lugar dónde se produce (0,5 puntos).
a)Se refiere a la Respiración celular. Es la vía aerobia de degradación del
Pirúvico. Es un conjunto de reacciones catabólicas en que la glucosa u otros
compuestos azucarados se oxidan totalmente hasta CO2 obteniendo así toda la
energía contenida en sus enlaces.
Si fuera el primer compuesto la glucosa tendríamos las siguientes fases:
Glucolisis: paso de glucosa a Piruvato. Se realiza en el citoplasma celular
Carboxilación del piruvato a Acetil CoA para pasar al interior de las
mitocondrias
Ciclo de Krebs degradación del acetil CoA a CO2. En la matriz mitocondrial
Cadena respiratoria transferencia electrónica desde el NADPH+H y el FADH
hasta el O para liberar la energía que formará el ATP. En las crstas
mitocondriales de la membrana interna.
b) El ATP se forma según la teoría quimiosmótica de Mitchel
- Como resultado del bombeo de protones al espacio intermembrana
se ha creado un “gradiente electroquímico de protones” (eléctrico:
distinta carga en el espacio intermembrana + y en la matriz -;
químico por diferencia de pH, ácido en el espacio intermembrana,
básico en la matriz) entre la matriz y el espacio intermembrana.
- Este gradiente electroquímico impulsa a los protones de regreso a la
matriz a traves de la ATPsintetasa, de modo que la energía liberada
por el flujo de protones a favor de gradiente permite la unión de
ADP+Pi para formar ATP.
- La función ATP sintetasa la realizan “Las particulas F”. Estas
forman canales ( en la membrana de las crestas mitocondriales) a
través de las cuales pueden fluir los protones hacia la matriz
mitocondrial. Cada partícula F0 es un complejo enzimático
constituido por una porción F0 anclada en la membrana de la cresta ,
y otra F1 que sobresale hacia la matriz. Tanto F0 como F1 están
integradas por varias subunidades diferentes.
- Las partículas F son también las responsables de la actividad
ATPasa en la fotofosforilación que se produce durante la
fotosíntesis (ver tema 16)
- En general se admite que cada par de e- del NADH que recorre la
cadena respitatoria suministra energía para formar 3 ATP. Y
cada par de e- del FADH2 (que se incorporan en el 2º complejo de
la cadena) se generan 2 ATP.
- El balance energético de la respiración para una molécula de
glucosa es:
c) La fermentación. El piruvato se degrada parcialmente hasta una molécula
orgánica que aún contiene energía. Es un proceso anaerobio
La gluconeogénesis. Es un proceso de formación de glucosa a paritr de
piruvato. Es el proceso inverso de la glucolisis aunque hay reacciones
exclusivas e irreversibles en cada caso
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COMPONENTES. METABOLISMO CELULAR / OPCIÓN B/ ACTIVIDAD 2
OPCIÓN B
2.- Los esquemas siguientes, (A) y (B), están relacionados con dos
procesos catabólicos que tienen
lugar en los seres vivos:
(A) GLUCOSA→ → → → PIRUVATO→ → → → LACTATO
(B) GLUCOSA→ →→ → PIRUVATO→ → → → ACETIL- CoA
a) ¿A qué proceso corresponde cada esquema? (0,5 puntos).
b) Cite las etapas del proceso representado en el esquema (A) (0,5
puntos).
c) En el esquema (B) indique, a nivel subcelular, dónde se forma el AcetilCoA, las etapas que sigue hasta finalizar el proceso metabólico y la
localización de cada una de ellas también a nivel subcelular (1 punto).
a) El A corresponde con la fermentación láctica. El B corresponde con la
respiración celular
b)La primera etapa es el paso de glucosa a piruvato, se denomina glucolisis y
consiste en:
- Consiste en la rotura de la glucosa en 2 moléculas de Piruvato.
- Es un proceso que NO requiere O2 y ocurre en el citosol.
- Su rendimiento energético es de 2ATP.
- Se diferencian 2fases:
a) Fase Preparatoria
- Consta de 5 etapas en las que se gastan 2 ATP
- Se forma 1 molécula de Gliceraldehido y otra de dihidroxiacetona
fostato, pero como esta última no puede seguir la ruta glucolítica se
isomeriza y pasa a gliceraldehido fostato
-
Resumen: En esta fase de 1 glucosa se forman 2 moléculas de
gliceraldehido-3-fostato con gasto de 2 ATP
b) Fase de Beneficio
- Consta de 5 fases en las que se forman 4ATP
- A partir de 2 moléculas de gliceraldehido se forman 2 de Piruvato, y se
forman 2 NADH+H+ (poder reductor)
-
Resumen: En esta fase de 2 gliceraldehido-3-fostato se obtienen 2
de Piruvato, 2 de NADH+H+ , y 4 ATP.
El balance global de la glucólisis sería:
Glucosa + 2ADP+Pi + 2NAD+ 2 Piruvato + 2ATP + 2 NADH+ H+
La segunda fase es el paso de piruvato a lactato:
- Los piruvatos se reducen a lactato consumiendo el NADH producido en
la glucólisis
4Piruvatos  4Lactatos
Por cada glucosa se forman 2ATP, por tanto en este proceso se producen
4ATP
c) El Piruvato pasa por transporte facilitado a la matriz mitocondrial donde se
convierte en Acetil-CoA
2Piruvato + 2 NAD+  2 Acetil-CoA + 2CO2 + NADH + H+
Esta reacción es irreversible y dirige al piruvato a su oxidación final a
CO2 y H2O en dos etapas sucesivas: “El ciclo de Krebs” y la “Cadena
respiratoria”.
El AcetilCoA pasa al ciclo de Krebs para su degradación total a CO2 este
proceso se realiza en la matirz mitocondrial.
El poder reductor obtenido (NADH y el FADH2 ) a lo largo de todos estos
procesos pasan a la cadena respiratoria produciendose la fosforilación
oxidativa y obteniendose ATP
-
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COMPONENTES. METABOLISMO CELULAR / OPCIÓN A/ ACTIVIDAD 2
OPCIÓN A
2.- Con relación al metabolismo de los lípidos:
a) Indique a qué tipo de ruta pertenece la β-oxidación de los ácidos
grasos, el compartimento celular en el que se realiza y el producto final
que se obtiene (0,75 puntos).
b) Mencione la vía que sigue el producto final al que se alude en el
apartado anterior hasta oxidarse por completo. Indique el compartimento
subcelular donde ocurre esta vía y cuáles son los productos finales de la
misma (1,25 puntos).
a)
o En la matriz mitocondrial los ácidos grasos son degradados
mediante un proceso denominado “-oxidación de los ácidos
grasos”.
o La “-oxidación de los ácidos grasos” se denomina así porque es
el carbono  del ácido graso el que se oxida cada vez que se
liberan 2 carbonos en forma de Acetil -CoA.
o En cada vuelta de ciclo se liberan un Acetil-CoA de 2C más
1FADH2 más 1NADH+H+
o El ciclo se repite hasta la total degradación del ácido graso.
b)
o Los Acetil-CoA siguen la ruta del ciclo de Krebs y el NADH y
FADH2 formados pasan directamente a la cadena respiratoria.
o En cada vuelta del ciclo de Krebs se genera 1GTP, 3NADH,
1FAD.
o El ciclo de Krebs se realiza en la matriz mitocondrial y la cadena
respiratoria en la membrana interna de las mitocondrias
o En general se admite que cada par de e- del NADH que recorre
la cadena respitatoria suministra energía para formar 3 ATP.
Y cada par de e- del FADH2 (que se incorporan en el 2º complejo
de la cadena) se generan 2 ATP.
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COMPONENTES. METABOLISMO CELULAR / OPCIÓN A/ ACTIVIDAD 2
OPCIÓN A
2.- El esquema siguiente esta relacionado con procesos catabolicos
fundamentales en los seres vivos:
GLUCOSA→ → → → PIRUVATO + NADH + ATP
a) ¿De qué proceso biológico se trata?, ¿de qué tipo de célula es
característico, de la célula animal o de la célula vegetal?, indique su
localización a nivel celular (0,75 puntos).
b) Explique el mecanismo de síntesis de ATP en el proceso mencionado
en el apartado anterior (0,5 puntos).
c) Indique los productos que se pueden originar a partir del piruvato (0,75
puntos).
a)Se trata de la Glucolisis. Se da tanto en célula vegetal como animal. Se
realiza en el citoplasma celular
b)La glucolisis consta de 2 fases en la primera se consumen 2ATP y se forman
2 moléculas de gliceraldehido 3 P; en la segunda fase se forman 4ATP, 2
Piruvato y poder reductor en forma de NADH+H .
El balance global es la formación de ATP.
c)Puede ir por 2 vías:
- La vía aerobia, la respiración celular: El Piruvato pasa por transporte facilitado
a la matriz mitocondrial donde se convierte en Acetil-CoA
- La vía anaerobia, la fermentación: puede ser láctica, si el piruvato pasa a
lactato; o alcoholica si el piruvato pasa a etanol
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COMPONENTES. METABOLISMO CELULAR / OPCIÓN A/ ACTIVIDAD 2
OPCIÓN A
2.- Referente a la formación de ATP en los procesos biológicos:
a) Explique sus mecanismos de síntesis (1 punto).
b) Para cada mecanismo de síntesis de ATP, cite un proceso biológico e
indique su localización celular y a nivel de orgánulo (1 punto).
a)El ATP se sintetiza en los siguietes procesos:
- Respiración celular en las mitocondrias de las células eucariotas o en los
mesososmas de las bacterias aerobias. Consiste en oxidar materia orgánica,
obteniéndose energía que se almacena en moléculas de ATP.
La síntesis de ATP por la ATP sintetasa se explica mediante la quimioósmosis.
Los electrones cargados de energía procedentes de la nutrición son obligados
a pasar por la cadena de proteínas de la membrana interna (cadena de
transporte de electrones), en la que el electrón pierde energía que es utilizada
para bombear protones H+ hacia la matriz, lo que origina un gradiente químico
cuya energía es utilizada para formar ATP en las ATP-sistetasas. Es un
proceso de fosforilación oxidativa
- En la fermentación Las fermentaciones son procesos anaeróbicos realizados
en ausencia de oxígeno por microorganismos anaerobios estrictos o
anaerobios facultativos, y se realiza en algunas células animales o vegetales
cuando no llega suficiente oxígeno.El rendimiento energético es muy bajo. Así
en la fermentación de la glucosa se obtienen únicamente 2ATP. Los
combustibles más comunes para la fermentación son azúcares (glucosa),
también otros como ácidos orgánicos, aa .
La realizan algunas bacterias anaerobias como Lactobacillus tambien en
células musculares de animales en la fermentación láctica; y levaduras como
Saccaromyces.
Es una fosforilación a nivel de sustrato
- En la fase luminosa de la fotosíntesis en la que se transforma la energía solar
en ATP. Se realiza en los cloroplastos de las células vegetales o en los
mesososmas de las bacterias fotosintéticas. Es un proceso de fotofosforilación
Este ATP se utiliza posteriormente en la fase oscura para transformar materia
inorgánica en orgánica.
b) Respiración celular, fase luminosa de la fotosíntesis son fotofosforilacione y
fermentación es una fosforilación a nivel de sustrato. El resto explicado en el
apartado a
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COMPONENTES. METABOLISMO CELULAR / OPCIÓN B/ ACTIVIDAD 2
OPCIÓN B
2.- En una célula muscular:
a) Indique: (I) qué principio inmediato le proporciona energía para realizar
la contracción: (II) a través de qué rutas metabólicas se obtiene y (III)
cómo se denomina el proceso (1 punto)
b) Cuando el aporte de oxígeno al músculo es insuficiente y éste debe
continuar la contracciónm indique qué ruta metabólica utlilizaría; (II) el
producto final de dicha ruta y (III) la relación que éste tiene con la
aparición de las agujetas (1 punto)
a) (I) La glucosa; (II) se obtiene energía a partir de la glucosa por la glucolisis y
la respiración celular (ciclo de Krebs y cadena respiratoria) o bien glucolisis y
fermentación; (III) son ambos procesos catabólicos en los que la oxidación de
la glucosa aporta energía en forma de ATP
b) (I) Se utiliza la fermentación para que no se acumule piruvato en el músculo
y esto detenga el proceso respiratorio.(II) es el lactato. El piruvato pasa a
lactato obteniéndose 2 ATP. (III) El ácido láctito cristaliza, baja el pH del
músculo y esto produce las agujetas
MADRID / JUNIO 06. LOGSE / BIOLOGIA / CELULA Y SUS
COMPONENTES. METABOLISMO CELULAR / OPCIÓN B/ ACTIVIDAD 2
OPCIÓN B
2.- Respecto del catabolismo de un triacilglicérido en células animales:
a) Indique las cuatro moléculas que se obtienen de su hidrólisis y la
localización celular del proceso (0,75 puntos).
b) Nombre la ruta metabólica que permite la degradación de las tres
moléculas similares obtenidas por hidrólisis y su localización celular a
nivel de orgánulo (0,5 puntos).
c) En la ruta metabólica indicada en el apartado "b", cite qué producto se
incorpora al ciclo de Krebs para continuar Su degradación y qué dos
coenzimas reducidas se obtienen (0,75 puntos).
Solución:
a)Glicerina y 3 ácidos grasos saturados (ya que son células animales)
b)
o Los ácidos grasos atraviesan las membranas de las mitocondrias
para degradarse en su interior.
o Para ello se activan en la membrana mitocondrial externa
uniéndose a un Acetil-CoA en una reacción catalizada por la
enzima Acil-CoA sintetasa, consumiendo 1 ATP.
o El ácido graso activado forma un “Acil-CoA que atraviesa la
membrana mitocondrial interna
o En la matriz mitocondrial los ácidos grasos son degradados
mediante un proceso denominado “-oxidación de los ácidos
grasos”.
o La “-oxidación de los ácidos grasos” se denomina así porque es
el carbono  del ácido graso el que se oxida cada vez que se
liberan 2 carbonos en forma de Acetil -CoA.
o En cada vuelta de ciclo se liberan un Acetil-CoA de 2C más
1FADH2 más 1NADH+H+
o El ciclo se repite hasta la total degradación del ácido graso.
o Los Acetil-CoA siguen la ruta del ciclo de Krebs y el NADH y
FADH2 formados pasan directamente a la cadena respiratoria.
c) Los Acetil-CoA siguen la ruta del ciclo de Krebs y el NADH y FADH2
formados pasan directamente a la cadena respiratoria.
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COMPONENTES. METABOLISMO CELULAR / OPCIÓN A/ ACTIVIDAD 2
OPCIÓN A
2. Referente a la síntesis de ATP:
a) Indique sus mecanismos de síntesis en la célula (0,5 puntos).
b) Cite la localización de los mecanismos de síntesis de ATP en el
cloroplasto y explique el mecanismo de producción en el citado
orgánulo (0,75 puntos).
c) Indique la denominación de los procesos de síntesis de ATP en los
mitcondrias y cite una diferencia entre ambos procesos (0,75
puntos).
RESPUESTA:
a) Las reacciones metabólicas están acopladas energéticamente a través del
ATP.
En el metabolismo celular tienen lugar reacciones que liberan energía y otras
que la consumen (en el catabolismo se libera energía y en el anabolismo se
consume).
Estos procesos energéticos no tienen por qué ocurrir al mismo tiempo ni en el
mismo lugar en la célula. Por lo tanto, debe existir un mecanismo que
almacene y transporte esa energía desde los lugares donde se libera a los
lugares donde se consume. Este mecanismo se base en la formación y
posterior ruptura de enlaces químicos que almacenan y liberan gran cantidad
de energía. Estos enlaces se denominan enlaces de alta energía. El ATP
(adenosín trifosofato) es una molécula de gran importancia biológica, no sólo
como coenzima, sino también por la energía bioquímica que es capaz de
almacenar en sus dos enlaces esterfosfóricos.
El ATP es sintetizado en el metabolismo mediante tres mecanismos
principales:
- Fosforilación a nivel de sustrato.
- Fosforilación oxidativa.
- Fotofosforilación.
b) La fotofosforilación es la formación de ATP debida a la luz, tiene lugar en la
membrana tilacoidal de los cloroplastos. Según la “hipótesis quimiosmótica” de
Mitchell, la energía liberada en el transporte de electrones desde el agua hasta
el NADP+ se utiliza para bombear protones en contra de un gradiente, desde el
estroma la espacio intratilacoidal. Estos protones regresan al estroma a favor
de gradiente a través del complejo enzimático denominado ATP-asa, que
utilizará la energía liberada en el transporte para fosforilar el ADP y
transformarlo en ATP.
c) La fosforilación oxidativa es la producción de ATP en la mitocondria gracias
a la energía liberada durante el proceso de transporte electrónico desde las
coenzimas reducidas hasta el oxígeno molecular. La reoxidación de las
coenzimas obtenidas en la respiración celular tiene lugar durante el transporte
electrónico.
La cadena de transporte electrónico consta de una serie de enzimas
oxidorreductasas, localizadas en la membrana mitocondrial interna, que
recogen los electrones de las coenzimas reducidos (NADH y FADH2) de las
fases anteriores y los van pasando de una a otra hasta un aceptor final de
electrones, el oxígeno molecular, que al reducirse, origina agua.
El ATP es sintetizado gracias a la acción del enzima ATP-sintetasa, que está
ligado a la membrana interna de la mitocondria. Según la “hipótesis
quimiosmótica”, la única que ha sido comprobada experimentalmente y la que
se acepta en la actualidad, durante el transporte electrónico desde el NADH
hasta el oxígeno molecular se produce un bombeo de protones desde la matriz
mitocondrial al espacio intermembrana. La disipación posterior de este
gradiente qimiosmótico creado a través de la ATP-sintetasa proporcionará la
energía suficiente para la producción de ATP.
MADRID / SEPTIEMBRE 04. LOGSE / BIOLOGÍA / CÉLULA Y SUS
COMPONENTES. METABOLISMO CELULAR / OPCIÓN A / CUESTIÓN 2
OPCIÓN A
2. En el metabolismo de los seres vivos:
a) Indique qué es un coenzima y qué papel desempeña (1 punto).
b) Ponga un ejemplo de un coenzima oxidado e indique una ruta
metabólica en la que actúe (0,5 puntos).
c) Explique qué ocurren con los coenzimas reducidos en la cadena
respiratoria (0,5 puntos).
Solución:
a) Una coenzima es la fracción no proteica de un enzima. Generalmente, se
trata de una molécula orgánica compleja que determinados enzimas requieren
para su actividad catalítica.
b) El NAD y el NADP son coenzimas que intervienen en el metabolismo celular.
Una coenzima es la fracción no proteica de un enzima. Generalmente, se trata
de una molécula orgánica compleja que determinados enzimas requieren para
su actividad catalítica.
En muchas reacciones bioquímicas del metabolismo sucede que los electrones
liberados van ligados a protones en forma de hidrógeno. Cuando en una
reacción metabólica se produce una deshidrogenación, el hidrógeno que se
transfiere debe considerarse como protones más electrones ( 2H = 2 H+ + 2 e). Estos electrones son transportados enzimáticamente desde las reacciones
catabólicas de oxidación hasta las anabólicas de reducción. Una molécula,
pierde hidrógeno (se oxida) en presencia de enzimas deshidrogenasas, cuyas
coenzimas de oxidorreducción tienen gran afinidad para captarlo (se reducen),
para después volver a cederlo (se oxidan) a otros compuestos que se reducen.
El NADH y el NADPH actúan como coenzimas de oxidorreducción, que
transportan los electrones desde un punto a otro de la célula de un modo
similar a como el ATP lleva los grupos fosfato y la energía.
c) Las coenzimas reducidas (NADH y FADH2) ceden los electrones obtenidos
en fases anteriores de oxidación a la cadena de transporte electrónico
respiratoria. Ésta consta de una serie de enzimas oxidorreductasas o
transportadores, localizadas en la membrana mitocondrial interna que conforma
las crestas mitocondriales, que recogen los electrones y los van pasando de
una a otra hasta el aceptor final de electrones, el oxígeno molecular, que al
reducirse, origina agua.
MADRID / JUNIO 04. LOGSE / BIOLOGÍA / CÉLULA Y SUS
COMPONENTES. METABOLISMO CELULAR / OPCIÓN A / CUESTIÓN 2
OPCIÓN A
2. Con referencia al catabolismo:
a) Explique la diferencia entre respiración y fermentación. (1 punto).
b) Explique a qué se debe el diferente rendimiento energético en estos
procesos(1 punto).
a) El catabolismo comprende el metabolismo de degradación oxidativa de
moléculas orgánicas para la obtención de la energía necesaria para que la
célula realice sus funciones vitales. La energía útil, necesaria para las múltiples
actividades de los distintos organismos, procede de la almacenada en los
enlaces químicos de biomoléculas exclusivas de los seres vivos.
La célula debe disponer de una última molécula aceptora de los electrones o
los hidrógenos desprendidos en las reacciones de oxidación. Según sea la
naturaleza de la molécula aceptora final de esos electrones, los seres vivos se
pueden clasificar como aerobios, si el aceptor es el oxígeno molecular, o
anaeróbicos, si es otra molécula.
El conjunto de las rutas de degradación de la glucosa y otras biomoléculas en
condiciones aerobias se denomina respiración celular. Las rutas de
degradación de la glucosa en condiciones anaerobias se denominan
fermentaciones.
El catabolismo aerobio está formado por varias rutas metabólicas que
conducen finalmente a la obtención de moléculas de ATP. La glucosa y los
ácidos grasos que entran en la célula son degradados mediante glucólisis y la
beta oxidación respectivamente a acetil-CoA. Las proteínas se descomponen
en sus aminoácidos constituyentes, formando diferentes metabolitos
intermediarios. Finalmente, todos ellos entran en el ciclo de Krebs y la cadena
respiratoria, produciendo CO2, H2O y ATP.
Mediante la respiración celular, que abarca el ciclo de Krebs, la cadena de
transporte electrónico y la fosforilación oxidativa, la materia orgánica es
oxidada completamente a materia inorgánica, CO2 y H2O, siendo el
rendimiento energético muy elevado.
La fermentación es ruta catabólica anaeróbica en la que el aceptor final de los
electrones no es el oxígeno molecular sino una molécula orgánica sencilla que,
al reducirse, se transforma en otra molécula orgánica. Son procesos
catabólicos parciales, ya que los productos finales aún contienen enlaces de
alta energía en sus moléculas y, por lo tanto, el rendimiento energético es bajo.
b) Para obtener el balance energético de la oxidación de una molécula de
glucosa mediante un proceso respiratorio aerobio debemos tener en cuenta
todas las fases:
- Glucosa → 2 ácido pirúvico (glúcolisis) + 2 ATP + 2 NADH = 8ATP
- 2 ácido pirúvico → 2 acetil-CoA + 2 NADH = 6 ATP
- 2 acetil-CoA → 4 CO2 (Ciclo de Krebs) + 2 GTP + 6 NADH +
2 FADH2 = 24 ATP
Con lo que tenemos un total de 38 ATP/mol de glucosa.
En la respiración celular la materia orgánica es degradada completamente a
materia inorgánica y, por tanto, el balance energético del proceso es elevado.
En las fermentaciones las coenzimas reducidas no ceden sus electrones a una
cadena cuyo aceptor final es el oxígeno, sino que los ceden directamente a un
compuesto orgánico que se reduce y es el producto característico de cada
fermentación (láctica, alcohólica...). La degradación de la glucosa no es
completa y el producto final sigue siento materia orgánica.
El balance energético al degradar una molécula de glucosa por fermentación es
mucho más bajo que mediante respiración. Es de 2 ATP/mol de glucosa,
correspondiendo estas moléculas de ATP a las obtenidas en la glucólisis.
MADRID / JUNIO 03. LOGSE / BIOLOGIA / CÉLULA Y SUS
COMPONENTES. METABOLISMO CELULAR / OPCIÓN A / Nº 2
OPCIÓN A
2. En relación con el metabolismo celular:
a) Explique la finalidad (significado fisiológico) del ciclo de Krebs e
indique su localización a nivel de orgánulo. (0,75 puntos)
b) Explique la finalidad (significado fisiológico) del ciclo de Calvin e
indique su localización a nivel de orgánulo. (0,75 puntos)
c) Indique en qué tipo de célula, vegetal y/o animal, se producen los
citados ciclos. (0,5 puntos)
Solución:
a) El ciclo de Krebs está constituido por una serie de reacciones que se
desarrollan a expensas de una serie de ácidos orgánicos que forman el
denominado ciclo. A través de la serie de reacciones que constituyen el ciclo
los átomos de carbono del acetil-CoA se oxidan totalmente para formar CO2
generándose también poder reductor.
El ciclo de Krebs se desarrolla en la matriz mitocondrial donde se encuentran
todas las enzimas necesarias para su funcionamiento.
b) El ciclo de Calvin es la ruta metabólica mayoritaria por la que los
organismos fotosintéticos fijan el CO2, obteniendo así el carbono necesario
para la construcción de sus biomoléculas orgánicas. En esta fase se aprovecha
la energía y el poder reductor obtenidos en la fase luminosa para reducir y
asimilar el CO2 y obtener así moléculas orgánicas sencillas. El ciclo de Calvin
tiene lugar en el estroma del cloroplasto.
c) El ciclo de Krebs forma parte de la respiración celular y se produce en las
células animales y vegetales que presentan mitocondrias en su hialoplasma de
forma permanente. El ciclo de Calvin se realiza exclusivamente en células
vegetales ya que poseen los cloroplastos implicados en su consecución.
MADRID / SEPTIEMBRE 02. LOGSE / CELULA Y SUS COMPONENTES.
METABOLISMO CELULAR / OPCION A / EJERCICIO 2
2. Con referencia al catabolismo:
a) ¿Qué son las reacciones catabólicas? Cite un ejemplo. (0.5 puntos)
b) ¿Qué son las fermentaciones? Cite un ejemplo. (0.5 puntos)
a) Cite el nombre de las etapas que seguirá el ácido pirúvico en una célula
eucariótica hasta quedar degradado a CO2 y H2O, y nombre el
compartimento celular donde tienen lugar. (1 punto)
Solución:
a) El catabolismo comprende el metabolismo de degradación oxidativa de
moléculas orgánicas para la obtención de la energía necesaria para que la
célula realice sus funciones vitales. La energía útil, necesaria para las múltiples
actividades de los distintos organismos, procede de la almacenada en los
enlaces químicos de biomoléculas exclusivas de los seres vivos.
Las reacciones catabólicas son reacciones de oxidación. Las reacciones de
este tipo son aquellas en las que se transfieren electrones de una átomo o
molécula a otro. Toda oxidación requiere una reducción, por lo que estos
procesos se denominan redox.
La glucólisis es un conjunto de reacciones catabólicas que degradan una
molécula de glucosa a dos de ácido pirúvico con la liberación de dos moléculas
de ATP y la formación de dos coenzimas reducidas (NADH)
b) Las fermentaciones son rutas de degradación de la glucosa en condiciones
anaerobias. En estos procesos catabólicos el último aceptor de los electrones
(o hidrógenos) procedentes de la oxidación de la glucosa son moléculas
orgánicas sencillas.
La elaboración del pan y del alcohol se realiza mediante una fermentación
alcohólica realizada por levaduras y ciertas bacterias gracias a la presencia
del enzima alcohol deshidrogenasa. Se produce a partir de moléculas de
glucosa (presentes en la masa o en la fruta), que sufren una glucólisis cuyo
producto final es el ácido pirúvico. Este ácido pirúvico en condiciones
anaeróbicas se descarboxila para transformarse en acetaldehído, el cual se
reduce a alcohol etílico por acción del NADH2 conviertiéndose sí en el aceptor
final de los electrones del NADH obtenido en la glucólisis.
ácido pirúvico
c) En condiciones aerobias, el último aceptor de los electrones el es oxígeno
molecular. A través de un conjunto de reacciones catabólicas que comprenden
la respiración celular, el ácido pirúvico obtenido mediante glucólisis es
oxidado completamente a CO2 y H2O.
La respiración celular tiene lugar en las mitocondrias de las células eucariotas y
en el citoplasma y mesosomas de las células procariotas. Consta de tres
etapas sucesivas: oxidación del ácido pirúvico (matriz mitocondrial), ciclo de
Krebs (matriz mitocondrial) y la cadena respiratoria (membrana mitocondrial
interna). Esta última etapa está asociada a la producción de ATP mediante
fosforilación oxidativa (membrana mitocondrial interna).
MADRID / JUNIO 02. LOGSE / BIOLOGIA / CELULA Y SUS
COMPONENTES. METABOLISMO CELULAR / OPCION A / EJERCICIO 2
2. Con respecto al catabolismo de los glúcidos en una célula eucariota:
a) Nombre las etapas que experimentará una molécula de glucosa hasta
que se convierte por completo en CO2 y H2O (1 punto)
b) Cite los compartimentos celulares por los que transcurren dichas
etapas. (0,5 puntos)
c) Indique dos mecanismos mediante los cuales se sintetiza ATP a lo
largo de esas etapas. (0,5 puntos)
Solución:
a y b) El catabolismo comprende el metabolismo de degradación oxidativa de
moléculas orgánicas para la obtención de la energía necesaria para que la
célula realice sus funciones vitales. La energía útil, necesaria para las múltiples
actividades de los distintos organismos, procede de la almacenada en los
enlaces químicos de biomoléculas exclusivas de los seres vivos.
La célula debe disponer de una última molécula aceptora de los electrones o
los hidrógenos desprendidos en las reacciones de oxidación. Según sea la
naturaleza de la molécula aceptora final de esos electrones, los seres vivos se
pueden clasificar como aerobios, si el aceptor es el oxígeno molecular, o
anaeróbicos, si es otra molécula.
Cuando el catabolismo de la glucosa ocurre en condiciones aeróbicas, es decir,
en presencia de oxígeno molecular, la ruta de degradación se denomina
respiración celular.
Las etapas que experimenta una molécula de glucosa para ser oxidada
completamente a CO2 y H2O son:
- Glucólisis o ruta de Embden-Meyerhof-Parnas es una ruta catabólica y
oxidativa que convierte una molécula de glucosa (6 átomos de carbono) en dos
de ácido pirúvico (3 átomos de carbono). Tiene lugar en el hialoplasma celular.
- Descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico: Se obtiene una molécula de
Acetil-CoA y tiene lugar en la matriz mitocondrial.
- El ciclo de Krebs está constituido por una serie de reacciones que tienen
como objetivo la oxidación del acetil- CoA y la obtención de coenzimas
reducidos (FADH2 y NADH + H+) para la cadena respiratoria. Tiene lugar en la
matriz mitocondrial.
- La cadena respiratoria: La reoxidación de las coenzimas reducidos
obtenidos en las etapas anteriores tiene lugar en la cadena respiratoria
obteniéndose ATP mediante fosforilación oxidativa.
c) Los dos mecanismos de síntesis de ATP que tienen lugar en el catabolismo
aerobio de la glucosa son dos:
- Fosforilación a nivel de sustrato: Se realiza en dos etapas. En la primera se
forma una compuesto intermediario "rico en energía" y en la segunda se utiliza
la energía liberada por la hidrólisis de este compuesto para la fosforilación del
ADP en ATP. Veremos ejemplos de la fosforilación a nivel de sustrato al
estudiar la glucólisis y el ciclo de Krebs.
- Fosforilación oxidativa: es la producción de ATP en la mitocondria gracias a
la energía liberada durante el proceso de transporte electrónico. La reoxidación
de las coenzimas obtenidos en la respiración celular tiene lugar durante el
transporte electrónico. La cadena de transporte electrónico consta de una serie
de enzimas oxidorreductasas, localizadas en la membrana mitocondrial interna,
que recogen los electrones de los coenzimas reducidos (NADH y FADH2) de
los fases anteriores y los van pasando de una a otra hasta un aceptor final de
electrones, el oxígeno molecular, que al reducirse, origina agua.
El ATP es sintetizado gracias a la acción del enzima ATP-sintetasa, que está
ligado a la membrana interna de la mitocondria. Según la “hipótesis
quimiosmótica”, la única que ha sido comprobada experimentalmente y la que
se acepta en la actualidad, durante el transporte electrónico desde el NADH
hasta el oxígeno molecular se produce un bombeo de protones desde la matriz
mitocondrial al espacio intermembrana. La disipación posterior de este
gradiente qimiosmótico creado a través de la ATP-sintetasa proporcionará la
energía suficiente para la producción de ATP.
MADRID / SEPTIEMBRE 01. LOGSE / BIOLOGIA / CELULA Y SUS
COMPONENTES. METABOLISMO CELULAR / OPCION A / CUESTION 2
2.- Con relación a la glucólisis:
a) Indique a qué tipo de reacciones del metabolismo pertenece. Razone la
respuesta (0,5 puntos).
b) Indique en qué compartimento celular se lleva a cabo el proceso (0,5
puntos).
c) Mencione los productos iniciales y finales de la ruta (0,5 puntos).
d) Indique qué moléculas colaboran en esta ruta para captar los
electrones (poder reductor) y la energía (0,5 puntos).
Solución:
a) La glucólisis o ruta de Embden-Meyerhof-Parnas es una ruta catabólica y
oxidativa que convierte una molécula de glucosa (6 átomos de carbono) en dos
de ácido pirúvico (3 átomos de carbono). Es la ruta central del catabolismo de
la glucosa en animales, plantas y microorganismos, y se considera la ruta más
antigua utilizada por los seres vivos para obtener energía.
b) La glucólisis tiene lugar en el hialoplasma celular de las células eucariotas y
en el citoplasma de las células procariotas.
c) La glucólisis consta de dos fases:
1) Fase preparativa: Glucosa + 2 ATP
-3-fosfato
2) Fase oxidativa: 2 gliceraldehído-3NADH
El producto inicial de la glucólisis es la glucosa. Los productos finales son el
ácido pirúvico, el ATP y dos moléculas de NADH.
La degradación de la glucosa a ácido pirúvico es una oxidación incompleta,
siendo el balance energético bajo. No obstante, la degradación del ácido
pirúvico continúa. Ésta es distinta según las condiciones en las que se realice
dándose dos rutas metabólicas distintas. Si las condiciones son aeróbicas tiene
lugar la respiración celular; mientras que si son anaeróbicas, se produce la
fermentación.
d) La mayoría de la energía procedente de la oxidación de la glucosa se
encuentra en los electrones que fueron aceptados por las coenzimas NAD+ y
FAD. En el caso de la glucosa, los electrones procedentes de la glucólisis, se
encuentran en un nivel energético alto. La cadena de transporte electrónico
consta de una serie de enzimas oxidorreductasas, localizadas en la membrana
mitocondrial interna que conforma las crestas mitocondriales, que recogen los
electrones de los coenzimas reducidos (NADH y FADH2) de los fases
anteriores y los van pasando de una a otra hasta un aceptor final de electrones,
el oxígeno molecular, que al reducirse, origina agua.
La fosforilación oxidativa está asociada a la cadena de transporte y consiste
en la producción de ATP en la mitocondria gracias a la energía liberada durante
el proceso de transporte electrónico. Las medidas cuantitativas demuestran
que por cada dos electrones que pasan desde el NADH al oxígeno se forman
tres moléculas de ATP, mientras que, en el caso del FADH2 sólo se forman
dos.
MADRID / SEPTIEMBRE 00. LOGSE / BIOLOGIA / MICROBIOLOGIA /
OPCION A / EJERCICIO 5
OPCION A
5. En la industria alimentaria existen procesos en los que se utilizan
levaduras.
a) Ponga un ejemplo de proceso industrial relacionado con la industria
alimentaria en el que se utilicen levaduras e indique cómo se denomina el
proceso metabólico que tiene lugar (0,5 puntos).
b) ¿Cuál es el balance global del proceso metabólico citado
anteriormente? (0,5 puntos).
c) Realice un esquema de la organización celular de las levaduras. (1
punto).
Solución:
Las bacterias, que son organismos procariotas que están incluidos dentro del
reino Monera, y las levaduras, dentro de los Hongos, juegan un papel
importante en la industria alimentaria interviniendo en la fabricación de
productos alimenticios, como por ejemplo, derivados lácteos (queso y yogur),
artículos de panadería y muchas de las bebidas alcohólicas.
a) En la producción de pan las levaduras utilizadas son Saccharomyces
cerevisiae. En general, estos microorganismos utilizados en la industria
alimentaria llevan a cabo un catabolismo anaeróbico denominado
fermentación alcohólica, como ruta metabólica para la obtención de energía.
Son los productos resultantes de este proceso los que utiliza la industria
alimentaria en su provecho.
b) La fermentación es un tipo de catabolismo parcial, que se caracteriza por ser
un proceso de oxidación incompleta, típico de los organismos anaeróbicos. Se
realiza, pues, sin la intervención del oxígeno. Durante la fermentación, la
energía obtenida procede, igual que en la respiración aerobia, de las
reacciones de oxido-reducción habidas durante el catabolismo de la glucosa
(glucólisis), pero en la fermentación las coenzimas reducidas no ceden sus
electrones a una cadena cuyo aceptor final es el oxígeno, sino que los ceden
directamente a un compuesto orgánico que se reduce y es el producto
característico de cada fermentación (láctica, alcohólica...).
La fermentación alcohólica producida por Saccharomyces cerevisiae es un
paso esencial en la producción de pan. Se produce a partir de moléculas de
glucosa (presentes en la masa), que sufren una glucólisis cuyo producto final
es el ácido pirúvico. Este ácido pirúvico en condiciones anaeróbicas se
descarboxila para transformarse en acetaldehído, el cual se reduce a alcohol
etílico por acción del NADH2 conviertiéndose sí en el aceptor final de los
electrones del NADH obtenido en la glucólisis.
ácido pirúvico
c) Las levaduras son hongos filamentosos unicelulares eucarióticos de forma
ovoide. Se trata de organismos heterótrofos que carecen de cloroplastos.
Saccharomyces cerevisiae presenta una pared celular rígida, estructuralmente
semejante a las paredes celulares vegetales, pero muy diferente desde el
punto de vista químico.
Al tratarse de un organismo eucariota presenta las estructuras características:
MADRID / SEPTIEMBRE 00. LOGSE / BIOLOGIA / CELULA Y SUS
COMPONENTES. METABOLISMO CELULAR / OPCION A / EJERCICIO 2
OPCION A
2. Las mitocondrias son unos orgánulos que están presentes en las
células eucariotas.
a) Haga un esquema o dibujo de una mitocondria y señale sus
componentes (1 punto).
b) Indique la localización en las mitocondrias de los siguientes procesos
metabólicos: cadena de transporte de electrones y ciclo de Krebs (0,5
puntos).
c) ¿Cómo se llaman los productos del ciclo de Krebs que al oxidarse
ceden sus electrones a la cadena de transporte electrónico?, ¿cuál es el
aceptor final de los electrones? (0,5 puntos).
Solución:
a) La mitocondria es un orgánulo citoplasmático presente de forma permanente
en las células eucariotas, cuya función es fundamentalmente energética al
intervenir en la respiración celular aerobia.
Las mitocondrias presentan formas variables, observándose al microscopio
electrónico como formaciones filamentosas o granulares. Sin embargo, suelen
tener forma cilíndrica, a modo de bastón. El diámetro suele ser constante y
oscila entre las 0,5 y 1
orgánulos limitados por una doble membrana: la membrana mitocondrial
externa es lisa, mientras que la membrana mitocondrial interna forma unas
invaginaciones o repliegues denominadas crestas mitocondriales. Entre ambas
membranas existe un espacio intermembranoso. El espacio delimitado por la
membrana interna es la matriz mitocondrial y contiene, entre otros
componentes, ADN y ribosomas.
Espacio intermembrana
Matriz mitocondrial
ADN
Ribosomas
Cresta mitocondrial
Membrana mitocondrial externa
Membrana mitocondrial interna
b) El ciclo de Krebs se desarrolla en la matriz mitocondrial donde se
encuentran todas las enzimas necesarias para su funcionamiento.
La cadena de transporte electrónico consta de una serie de enzimas
oxidorreductasas que recogen los electrones de los coenzimas reducidos
obtenidos en fases catabólicas anteriores y los van pasando de una a otra
hasta un aceptor final de electrones, el oxígeno molecular, que al reducirse,
origina agua. Esta cadena de transporte electrónico se encuentra ubicada en la
membrana de las crestas mitocondriales.
c) El ciclo de Krebs está constituido por una serie de reacciones que se
desarrollan a expensas de una serie de ácidos orgánicos que forman el
denominado ciclo. También se le llama ciclo del ácido cítrico o de los ácidos
tricarboxílicos porque dicho ácido, que posee tres grupos carboxilo (-COOH)
es uno de los compuestos que aparecen en él.
Durante el ciclo de Krebs, el grupo acetilo del acetil-CoA procedente del
piruvato obtenido en la glucólisis o de la degradación metabólica de ácidos
grasos, es degradado a CO2 y a átomos de hidrógeno. Los protones obtenidos
de la deshidrogenación son transferidos a las coenzimas NADH y FADH2. La
reoxidación de las coenzimas tiene lugar en la cadena respiratoria
obteniéndose ATP mediante fosforilación oxidativa. Los electrones cedidos por
las coenzimas a la cadena de transporte van pasando de una molécula
transportadora a otra hasta el aceptor final de los electrones, que es el oxígeno
molecular.
MADRID / SEPTIEMBRE 99. LOGSE / BIOLOGÍA / CÉLULA Y SUS
COMPONENTES. METABOLISMO CELULAR / OPCIÓN A / Nº 2
2.- Los ácidos grasos se degradan por la vía metabólica conocida como
betaoxidación o hélice de Lynen:
a) ¿En qué compartimento celular tiene lugar esta vía en las células
eucariotas?. (0,5 puntos).
b) ¿Cuál es el producto final de la degradación de los ácidos grasos?. (0,5
puntos).
c) ¿A qué proceso metabólico, orientado a la producción de energía, se
incorpora este producto final?. (0,5 puntos).
d) ¿En qué compartimento celular tiene lugar este último proceso
metabólico?. (0,5 puntos).
Solución:
a) En primer lugar, los ácidos grasos antes de ser oxidados son activados en la
membrana mitocondrial externa uniéndose a acetil- CoA para formar el ácido
graso áctivado acil-CoA.
El catabolismo de los ácidos grasos tiene lugar en la matriz mitocondrial y en
los peroxisomas.
b) El acil-CoA es degradado mediante la ruta metabólica conocida coomo la
- oxidación de los ácidos grasos y consiste en la oxidación de los carbonos
beta, eliminándose de forma secuencial moléculas de acetil-CoA, es decir,
unidades de dos átomos de carbono. Por tanto, el producto final de la
degradación de los ácidos grasos es acetil-COA. El número de moléculas de
acetil-CoA liberadas será el permitido por el número par de átomos de carbono
del ácido graso a oxidar.
c) El acetil-CoA penetra en la mitocondria donde es oxidado completamente a
materia
inorgánica a través del ciclo de Krebs. Éste consiste en una cadena cíclica de
reacciones en cada una de las cuales interviene una enzima específica.
d) El ciclo de Krebs se desarrolla en la matriz mitocondrial.
MADRID / SEPTIEMBRE 98. LOGSE / BIOLOGÍA / CÉLULA Y SUS
COMPONENTES. / OPCIÓN A / Nº2
2.- Algunos organismos obtienen energía por oxidación total de la
glucosa. El proceso celular se realiza en dos fases (o etapas) claramente
diferenciadas.
a) ¿Que nombre recibe cada una de estas fases?. (0,5 puntos).
b) ¿En qué lugar de la célula tiene lugar cada una de ella?. (0,5 puntos).
c) ¿Cuál es la característica más notable que diferencia a una fase de la
otra?. (0,5 puntos).
d) ¿Cómo influy esta característica en la producción de energía?. (0,5
puntos).
Orientaciones:
Esta cuestión hace referencia al bloque de contenidos nº 4: Fisiología celular.
Es ncesario recordar el los siguientes conceptos: el catabolismo, la glucólisis, la
respiración aerobia, el ciclo de Krebs y la cadena de transporte de electrones,
la fosforilación oxidativa.
Solución:
Con los fenómenos de incorporación, preparación y transporte de los nutrientes
y penetración de éstos en las células terminan los procesos preparatorios que
ponen a las sustancias procedentes del exterior en condiciones de poder
incorporarse al conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en las
células, para poder ser transformados en componentes propios o en energía.
Todas estas reacciones químicas constituyen el metabolismo celular. Consta
de dos vertientes: el catabolismo y el anabolismo.
El catabolismo es el conjunto de reacciones químicas que tiene como finalidad
la obtención de energía mediante la transformación de sustancias complejas en
otras más sencillas. La energía obtenida es utilizada para realizar trabajo
mecánico y producción de calor. Es un proceso oxidativo. En esta pregunta nos
vamos a referir al catabolismo de glúcidos.
a) La degradación de los azúcares en las células se realiza vía glucosa. El
catabolismo total de la glucose se realiza en dos fases:
- La primera fase es la glucólisis o ruta de Embden-Meyerhof-Parnas. Es una
ruta catabólica y oxidativa que convierte una molécula de glucosa (6 átomos de
carbono) en dos de ácido pirúvico (3 átomos de carbono). Es la ruta central del
catabolismo de la glucosa en animales, plantas y microorganismos, y se
considera la ruta más antigua utilizada por los seres vivos para obtener
energía.
- La segunda fase es la respiración celular aerobia. Es un proceso catabólico
(oxidativo) total. El ácido pirúvico obtenido en la glucólisis se oxida hasta dar
CO2, liberando energía e hidrógenos.
Estos últimos son transportados en la cadena electrónica hasta el oxígeno, que
al aceptarlos se reduce a agua. Durante este proceso se sintetiza ATP en el
proceso denominado fosforilación oxidativa.
b) La glucólisis tiene lugar en el hialoplasma de las células eucariotas y en el
citoplasma de las procariotas.
La respiración celular tiene lugar en las mitocondrias de las células eucariotas y
en el citoplasma y mesosomas de las células procariotas.
c) La principal diferencia entre las dos fases radica en que la glucólisis es una
ruta metabólica anaeróbica (se realiza en ausencia de oxígeno molecular),
mientras que la respiración celular es una ruta aeróbica (se realiza únicamente
en presencia de oxígeno).
d) Las células eucariotas si careciesen de mitocondrias, dependerían de las
glucólisis anaeróbica para obtener todo su ATP. Pero la glucólisis, que degrada
la glucosa hasta ácido pirúvico, libera únicamente una pequeña fracción total
de la energía disponible de la oxidación de esta molécula. En las mitocondrias,
el metabolismo de la glucosa se completa a través de su oxidación, con
oxígeno molecular, a CO2 y H2O, La energía disponible se aprovecha así
mucho más eficazmente, ya que se produce aproximadamente 36 moléculas
de ATP por cada molécula de glucosa, mientras que en la glucólisis, por sí
sola, produce únicamente 2 moléculas de ATP.
MADRID / JUNIO 98. COU / BIOLOGÍA / CÉLULA Y SUS COMPONENTES.
METABOLISMO CELULAR /
OPCIÓN A / N.º 2
2.- Citar los productos finales de la degradación de la glucosa:
a) Por vía aerobia y por vía anaerobia.
b) Razonar cuál de las dos vías es más rentable energéticamente.
Orientaciones:
Esta pregunta hace referencia al bloque de contenidos nº 4: Fisiología celular.
Es necesario recordar el los siguientes conceptos la glucólisis, la respiración
celular aerobia (formación del acetil-CoA, el ciclo de Krebs, la cadena de
transporte de electrones y la fosforilación oxidativa) y la fermentación.
Solución:
La degradación de los azúcares en las células se realiza vía glucosa.
La glucólisis o ruta de Embden-Meyerhof-Parnas es una ruta catabólica y
oxidativa que convierte una molécula de glucosa (6 átomos de carbono) en dos
de ácido pirúvico (3 átomos de carbono). Es la ruta central del catabolismo de
la glucosa en animales, plantas y microorganismos, y se considera la ruta más
antigua utilizada por los seres vivos para obtener energía.
El balance energético de la glucólisis es idéntico para cualquier monosacárido y
es el siguiente:
1 Glucosa + 2 NAD++2 ATP + 4 ADP + 4 Pi
NADH +
H++ 4 ATP
Luego: 2 ATP + 2 NADH + H+ / mol de glucosa
La degradación u oxidación del ácido pirúvico continúa. Ésta es distinta según
las condiciones en las que se realice dándose dos rutas metabólicas distintas.
Si las condiciones son aeróbicas tiene lugar la respiración celular; mientras que
si son anaeróbicas, se produce la fermentación.
a) En condiciones aeróbicas tiene lugar la respiración celular aerobia que es
un proceso catabólico completo que tiene como finalidad la obtención de
energía y se da en la mayoría de las células. La glucosa es oxidada a materia
inorgánica siendo los productos finales: CO2, H2O y ATP.
La respiración celular aerobia consta de varias fases:
1) Transformación del ácido pirúvico en acetil-CoA
Ácido pirúvico + CoA-CoA + CO2 + NADH + H+
2) Ciclo de Krebs, se caracteriza por una serie de reacciones que se
desarrollan a expensas de una serie de ácidos orgánicos que forman el
denominado ciclo. Por cada molécula de acetil-CoA que entra en el ciclo se
obtiene: 2 CO2, 3 NADH + 3H+, 1 FADH2 y 1 GTP, que se transformará en
ATP.
La reoxidación de las coenzimas tiene lugar en la siguiente fase, obteniéndose
ATP.
3) Cadena de transporte electrónico, ésta consta de una serie de enzimas
oxidorreductasas que recogen los electrones de los coenzimas reducidos
(NADH y FADH2) de los fases anteriores y los van pasando de una a otra hasta
un aceptor final de electrones. En la mayoría de las células este aceptor final es
el oxígeno, que al reducirse, origina agua.
4) Fosforilación oxidativa, es la producción de ATP en la mitocondria gracias a
la energía liberada durante el proceso de transporte electrónico. Por cada
coenzima NADH se pueden obtener 3 moléculas de ATP, pero en el caso del
FADH2 sólo dos.
- En condiciones anaeróbicas, el piruvato sigue la via metabólica de las
fermentaciones. Éstas son procesos catabólicos en los que el aceptor final de
electrones no es el oxígeno sino una molécula orgánica que, al reducirse, se
transforma en otra molécula orgánica. Son procesos catabólicos parciales, ya
que los productos finales aún contienen enlaces de energía en sus moléculas.
Las dos fermentaciones más comunes son la alcohólica y la láctica que se
distinguen por la naturaleza de sus productos finales, alcohol etílico y ácido
láctico, respectivamente.
b) Para obtener el balance energético de la oxidación de una molécula de
glucosa mediante un proceso respiratorio aerobio debemos tener en cuenta
todas las fases:
-CoA + 2 NADH = 6 ATP
-2 acetilATP
Con lo que tenemos un total de 38 ATP/mol de glucosa.
En la respiración celular la materia orgánica es degradada completamente a
materia inorgánica y, por tanto, el balance energético del proceso es elevado.
- Para obtener el balance energético de la oxidación de la glucosa por
fermentación hay que tener en cuenta que las coenzimas reducidas obtenidas
en la glucólisis no ceden sus electrones a una cadena cuyo aceptor final es el
oxígeno, sino que los ceden directamente a un compuesto orgánico que se
reduce y es el producto característico de cada fermentación (láctica,
alcohólica...). La degradación de la glucosa no es completa y el producto final
sigue siendo materia orgánica, siendo el balance energético mucho más bajo
que mediante respiración. Es de 2 ATP/mol de glucosa, correspondiendo estas
moléculas de ATP a las obtenidas en la glucólisis.