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PREGUNTAS DE METABOLISMO 1.- ¿Cómo y cuándo tiene lugar la descomposición del agua en el proceso de fotosíntesis? ¿Cuáles son sus consecuencias? La descomposición del agua se da en la fase luminosa de la fotosíntesis, concretamente cuando comienza su ciclo, en el fotosistema II situado en los tilacoides de grana. El fotosistema inicia una hidrólisis del agua , conocida como fotólisis donde se producen dos electrones, medio oxígeno y dos protones. Los electrones irán por la cadena transportadora de electrones que obtendrá como producto NADPH + H , mientras que los dos protones irán directamente a la molécula de ATP-sintetasa. 2.-Cloroplastos y fotosíntesis. A) Durante el proceso fotosintético, coexisten un flujo cíclico y un flujo no cíclico de electrones. Exponga brevemente el sentido fisiológico de cada uno de ellos y cuáles son sus componentes principales. El flujo acíclico se da en la fase luminosa y no podría ser un proceso cíclico ya que sus productos de forman a partir de H2O. El agua solo puede sufrir una fotólisis en el fotosistema II y este solo se encuentra en la fase luminosa. Mientras que en la fase cíclica solo se produce la fosforilación del ATP ya que solo está presente el fotosistema I. B) Existen algas procarióticas (cianobacterias) que carecen de cloroplastos y sin embargo realizan el proceso fotosintético de forma similar a como lo realizan las plantas superiores. ¿Cómo es posible? Las cianobacteias tienen la peculiaridad de no poseer cloroplastos, pero sí los pigmentos fotosintéticos que hacen posible la realización de la fotosíntesis. Esos pigmentos se encuentras en su citoplasma 3.- Explique brevemente la finalidad que tienen los siguientes procesos: - metabolismo: Es un conjunto de rutas metabólicas que tiene como finalidad realizar procesos de construcción o reducción moleculares para obtener materia y energía. -Respiración celular: Es un proceso catabólico con el objetivo de obtener energía mediante la degradación de moléculas. - Anabolismo: Proceso de construcción molecular que transforma materia inorgánica en materia orgánica sencilla y luego en materia orgánica compleja utilizando energía. -Fotosíntesis: Es un proceso de conversión de la energía lumínica obtenida por el sol a energía química producida gracias a unos pigmentos fotosintéticos. Esta 26 energía se utiliza para activar alguno de sus electrones y transferir el impulso por agitación y así iniciar una serie de reacciones. - Catabolismo: El catabolismo es un proceso de reducción desde el cual partímos de una molécula orgánica hasta productos inorgánicos y coenzimas que opsteriormente se utilizaran como ATP. 4.- Defina: Fotosíntesis, fotofosforilación, fosforilación oxidativa y quimiosíntesis. La fotosíntesis es un proceso que transforma la energía lumínica del sol en energía química. Esta energía va a ser utilizada para activar algunos electrones y transferirlos mediante agitación a otras moléculas para poder iniciar así una ruta metabólica. Este proceso de conversión se da gracias a unos pigmentos fotosintéticos que los captan. La fosforilación es la unión de un grupo fosfato a una molécula, como en el caso del ADP + P= ATP. La fosforilación oxidativa es el último paso que se da en la cadena transportadora de electrones de la respiración celular glucídica. Cuya función es hacer que el ATPsintetasa mueva sus conductos internos para atrapar a los protones dispersos por el espacio intermembranoso para así obtener energía en forma de ATP. La quimiosíntesis consiste en la formación de ATP a partir de la energía desprendida por las reacciones de oxidación de determinadas sustancias inorgánicas y es realizada por bacterias quimioautótrofas. 5.- Anabolismo y catabolismo. Citar dos ejemplos de cada uno de estos procesos y en qué orgánulos celulares se producen. Como catabolismo podríamos nombrar el catabolismo de los glúcidos y de los lípidos. El catabolismo de los glúcidos se producen en el citosol de la célula y en la mitocondrias, en la matriz mitocondrial se realiza el ciclo de Krebs mientras que es sus crestas y su espacio intermembranoso se produce la cadena transportadora de electrones. El catabolismo de los lípidos se da en el citosol, donde se decompone ese lípido saponificable , luego pasa con un coenzima CoA-SH a la mitocondrias, realiza la hélice de lynen en su matriz y su producto pasa a formar parte del ciclo de Krebs como en el catabolismo de los glúcidos. Como anabolismo podemos nombrar su fotosíntesis y su quimiosíntesis. La fotosíntesis se da gracias a los pigmentos respiratorios que se encuentran en los plastos y captan la energía lumínica del sol para transformarla en energía química y comenzar reacciones. La quimiosíntesis es realizada por las bacterias donde su mayor actividad se da en el ciclo de calvin que se encuentra en el interior del cloroplasto. Donde se realiza su segunda fase. 6.- Un proceso celular en eucariota genera ATP y NADPH (H) con producción de oxígeno por acción de la luz sobre los pigmentos. ¿De qué proceso se trata? ¿Para qué se utiliza el ATP y el NADPH formados? ¿Participan los cloroplastos (indicar brevemente cómo). Este proceso celular es la fotosíntesis. Los pigmentos situados en los cloroplastos se encargan de realizar un proceso de conversión de la energía lumínica en energía química para poder activar así las diferentes rutas metabólicas. El ATP y NADPH se reutilizan es decir, las coenzimas obtenidas en la fase luminosa de la fotosíntesis luego será utlizada en la fase oscura donde gasta 3 ATP y 2 NADHP. 27 8.- De los siguientes grupos de organismos, ¿Cuáles llevan a cabo la respiración celular? ¿Cuáles realizan la fotosíntesis oxigénica?: algas eucariotas, angiospermas, cianobacterias (cianofíceas), helechos y hongos. Algas eucariotas, angiospermas y cianobacterias: Fotosíntesis Helechos y hongos: Respiración celular 9.- Del orden de un 50 % de la fotosíntesis que se produce en el planeta es debida a la actividad de microorganismos. Indique en qué consiste el proceso de la fotosíntesis. ¿Cuáles son los sustratos necesarios y los productos finales resultantes? La fotosíntesis es un proceso anabólico cuya función es captar la energía lumínica del sol y transformarla ( gracias a los pigmentos fotosintéticos, concretamente en sus fotosistemas ) en energía química, la cual será el precursor de una serie de reacciones utilizando agua o ácido sulfhídrico distinguiéndose así la fotosíntesis oxigética ( agua ) y la fotosíntesis anoxigénica (Ác. Sulfhídrico). La fotosíntesis se divide en dos fases, la fase luminosa la cual ocurre en los tilacoides, se capta Galería personal la energía luminosa y se genera ATP y nucleótidos reducidos mientras que la fase oscura se da en el estroma de los cloroplastos y se emplean las conenzimas obtenidas anteriormente. En la fase luminosa de la fotosíntesis diferenciamos dos fases, la fase acíclica con su fotólisis del agua, su fosforilación del ATP y su fotorreducción del NADP donde entra luz y agua al fotosistema II obteniendo dos electrones que van a pasar por Galería personal esa cadena transportadora hasta el NADP reductasa que va a generar coencimas, mientras que el 28 agua también da dos protones que al añadirse a otros dos que entran en el proceso va al ATP-sintetasa y genera por cada 3 protones un ATP. En la fase luminosa acíclica se produce la fosforilación del ATP generando un flujo de electrones que hacen que los protones vayan al ATP-sintetasa y obtengamos ATP. Finalmente en la fase oscura de la fotosíntesis se produce el ciclo de Calvin donde el CO2 se una a la ribulosa-1,5-difosfato gracias a la enzima rubisco y da lugar al ácido-3-fosfoglicérico. Luego reducimos el CO2 fijado mediante el consumo de las coenzimas utilizándose como reserva energética o como regeneración de la ribulosa-1,5-difosfato. Los materiales que utilizamos en la fotosíntesis es dióxido de carbono y agua. 10.- Describe la fase luminosa de la fotosíntesis y cuál es su aporte al proceso fotosintético global. La fase luminosa de la fotosíntesis apoyándonos en el esquema del ejercicio anterior podemos decir que consta de dos fases, la fase luminosa acíclica esta fase comienza cuando incide la luz sobre el fotosistema II que al excitarse cede dos electrones al primer aceptor. El agua para reponer estos dos electrones perdidos sufre una fotólisis que divide el agua en : H2O ½ O2+ 2H* + 2e- los protones pasan al tilaciode y cuando la luz incide sobre el fotosistema II este vuelve a perder dos electrones que recuperará gracias al fotosistema II y esos electrones pasan a el siguiente complejo donde será reducido. Durante el ciclo se añaden dos protones más que posteriormente gracias a una diferencia de potencial electroquímico pasaran a el ATO-sintetasa y formarán moléculas de ATP. Mientras que la fase luminosa cíclica es aquella que realiza la fotofosforilación del ADP donde se produce un flujo cíclico que hace que entren los protones al interior del tilaciode y pasen por el ATP-sintetasa mientras que el fotosistema I realiza un proceso cíclico donde no se gasta energía. Repone sus electrones gracias a la cadena de transporte electrónico que se los cede. 11-¿Qué es un organismo autótrofo quimisintético? Es aquel que fabrica su propia materia orgánica a partir de materia inorgánica. Encontrando bacterias incoloras del azufre, bacterias del nitrógeno, bacterias del hierro y bacterias del hidrógeno. 14.- Fotosistemas: Conceptos de complejo antena y centro de reacción. Función y localización. El fotosistema es un complejo formado por proteínas transmembranosas que contienen pigmentos fotosintétis y forman dos subunidades funcionales: -Complejo captador de luz: Es la energía que captan y transmiten por agitación las moléculas de pigmentos fotosintéticos hasta el centro de reacción. -Centro de reacción : Es la subunidad donde se encuentran dos moléculas denominadas pigmento diana que al recibir la energía transferida transfiere sus electrones a el primer aceptor de electrones. 29 El complejo antena es la capa que recurre el centro de reacción. En la fotosíntesis intervienen dos fotosistemas el I y el II. El fotosistema I tiene menor longitud de onda meno o igual a 700nm y recibe el nombre clorofila P700, es abundante en los tilacoides y no puede romper la molécula de agua. El fotosistema II tiene una longitud de onda menor o igual a 68’0nm y recibe el nombre de clorofila P680, se encuentra en los tilaciodes apilados que forman los grana y es capaz de romper el agua para liberar electrones al medio para reponer los cedidos por el pigmento diana. 15.- Compara: a) quimisíntesis y fotosíntesis b) fosforilación oxidativa y fotofosforilación. Las diferencias más significativas entre quimiosíntesis y fotosíntesis son que la fotosíntesis capta su energía de la luz del sol mientras que la quimiosíntesis capta la energía de las reacciones de oxidación reducción. La fotosíntesis se da en hongos, plantas y algunas bacterias mientras que la quimiosíntesis es exclusiva de baterías. La forosíntesis depende el agua y del ácido sulfhídrico. La fosforilación es independiente de la luz y es realizado por un proceso catabólico mientras que la fotofosforilación es realizada por un proceso anabólico dependiente de la luz que se encarga de bombear electrones. 16.- La vaca utiliza los aminoácidos de la hierba para sintetizar otras cosas, por ejemplo la albúmina de la leche (lactoalbúmina). Indica si este proceso será anabólico o catabólico. Razona la respuesta. Es un proceso anabólico ya que los animales y hasta los seres humanos no podemos sintetizar por nosotros mismos todos los aminoácidos y por lo tanto los debemos ingerir en nuestra dieta. Estos aminoácidos son los denominados amoniácidos esenciales 18.- ¿En qué lugar de la célula y de qué manera se puede generar ATP? La mayor forma de generar ATP es mediante un proceso catabólico. Cuando hablamos de catabolismo este tiene lugar en tres zonas pero su cadena transportadora de electrones está en las cestas mitocondriales donde las ATP-sintetasas se encargan de sintetizar los protones en esta coenzima. Se genera ATP mediante la respiración celular, el catabolismo de los lípidos, de las proteínas y de los ácidos grasos. 19.- Papel del acetil-CoA en el metabolismo. Posibles orígenes del acetil-CoA celular y posibles destinos metabólicos (anabolismo y catabolismo). Principales rutas metabólicas que conecta. En el metabolismo encontramos el acetil-coA en el catabolismo y en el anabolismo. En el catabolismo surge en el paso previo al ciclo de crebs donde el ácido pirúvico pasa formar Acetil-coA al añadirle al acetato una molécula de CoA-SH. En el catabolismo de los lípidos para que un ácido graso pueda entrar a la mitocondria tiene que ser activado por la CoA-SH y realizar la hélice de lynen la cual desprende un acetil-CoA por vuelta. En las proteínas su cetoácido es el ácido pirúvico que al i igual que en la respiración celular se le añadirá una molécula de CoA-SH y se volverá a obtener acetil-CoA. En el anabolismo lo encontramos en la glucogénesis, en la formación de ácidos grasos y en la síntesis de amoniácidos. 30 23.- ¿Qué molécula acepta el CO2 en la fotosíntesis? ¿Qué enzima cataliza esta reacción?¿A qué moléculas da lugar?. El CO2 es aceptado por la ribulosa-1,5-difosfato gracias a la enzima rubisco y puede dar lugar a una nueva ribulosa-1,5-difosfato, puede sintetizar almidón, glucosa, fructosa, ácidos grasos y amoniácidos. 24.- Indique cuál es el papel biológico del NAD, NADH + H. en el metabolismo celular. Escriba tres reacciones en las cuáles participe. El NAD y NADH+ se utiliza en el catabolismo celular, en la glucólisis pasa se forma cuando se forma ácido-1,3-difosfato a partir de gliceraldehído-3-fosfato obtenemos 1 molécula de NADH+ que posteriormente se llevará a la cadena transportadora de electrones y dará energía en forma de ATP. También la encontramos en el ciclo de crebs, donde pasa de NAD a NADH+ obteniendo 3 veces NADH+ y en el paso previo al ciclo de crebs. 25.- Explique brevemente el esquema siguiente: En esta imagen observamos la fase oscura de la fotosíntesis un proceso anabólico que se divide en dos etapas, la fase luminosa y la fase oscura. En la imagen observamos el ciclo de calvin donde comienza en la fijación del CO2 a una molécula de reibulosa-1,5-difosfato gracias a la enzima rubisco dando lugar a un compuesto inestable llamado ácido-3-fosfoglicérico. Posteriormente se reduce este ácido gracias a la acción de coenzimas como el ATP y el NADPH que dará lugar al gliceraldehído-3-fosfato. A partir de este producto puede sintetizar monosacáridos, glicerina, ácidos grasos o aminoácidos. 26.- Bioenergética: a) Defina los conceptos de: fosforilación a nivel del sustrato, fotofosforilación y fosforilación oxidativa. b) ¿En qué niveles celulares se produce cada unode dichos mecanismos y por qué? Fosforilación a nivel del sustrato: Es una reacción química que produce la coenzima ATP y la formación de otro sustrato. Fosforilación: Es la unión de un grupo fosfato a cualquier otra molécula, la addición de un P + ADP= ATP. Fosforilación oxidativa: Es el proceso que se realiza en las crestas mitocondriales cuando se forma ATP gracias a los protones de la cadena transportadora de electrones. 31 28.- ¿Qué tipos y cuántas moléculas se consumen y se liberan en cada una de las vueltas de la espiral de Lynen en la B-oxidación de los ácidos grasos? En la hélice de lynen se consumen aquellos ácidos grasos que se han sido preparados por el CoA-SH y por cada vuelta se desprenden dos carbonos, es decir, se desprende un Aceil-CoA y 1 FADN2 y 1 NADH. El acetil-CoA pasará a formar parte del ciclo de crebs. 30.- ¿Cuál es la primera molécula común en las rutas catabólicas de los glúcidos y los lípidos? ¿Cuál es el destino final de dicha molécula en el metabolismo? La primera molécula común es el Acetil-coA cuyo destino final es formar parte del ciclo de crebs e ir fosforilando coenzimas energéticas. 31.- Ciclo de Calvin: concepto, fases y rendimiento neto. El ciclo de calvin se da en la fase oscura de la fotosíntesis y está formado por una fijación del CO2 a una molécula de ribulosa-1,5-difosfato gracias a la enzima rubisco, dando como resultado una molécula inestable de seis carbonos denominada ácido 3fosfoglicérico que mediante el consumo de conenzimas como el ATP y NADPH se reducirá en gliceraldehído-3-fosfato y podrá sintetizar almidón, ácidos grasos, aminoácidos , fructosa y sacarosa. Durante este ciclo se gastan 3 ATP y 2 NADPH. 35.- La siguiente molécula representa el acetil CoA: H3 C-CO-S-CoA. a) ¿En qué rutas metabólicas se origina y en cuáles se utiliza esta molécula?. Esta molécula se forma en el catabolismo y en el anabolismo, en el catabolismo la obtenemos en el paso previo al ciclo de Krebs en la respiración, en la activación de los ácidos grasos en el catabolismo de los lípidos y en el catabolismo de las proteínas. En el anabolismo la encontramos en la síntesis de ácidos grasos en el catabolismo y en la síntesis de triacilglicéridos. b) De los siguientes procesos metabólicos: Glucogénesis, fosforilación oxidativa y Boxidación, indica: - Los productos finales e iniciales. - Su ubicación intracelular. Glucogénesis: comienza con una molécula de glucosa y obtiene como resultado dos moléculas de ácido pirúvico. Está situado en el citosol. Fosforilación oxidativa: a partir de protones se obtiene ATP y se da en las crestas mitocondriales y el espacio intermembranoso. B-oxidación: Es la llamada hélice de lynen y forma a partir de una larga cadena hidrocarbonada y la CoA-SH acetil-coA por vuelta. Esta hélice tiene lugar en la matriz mitocondrial. b) Explica con un esquema cómo se puede transformar un azúcar en una grasa ¿Pueden los animales realizar el proceso inverso? Cuando la molécula de acetil-CoA entra en el ciclo de Krebs puede continuar su ciclo o desviarse cuando está en forma de ácido pirúvico , salir de la mitocondria, entrar en la hélice de lynen situada en el citosol como acetil-coA y dar como resultado Acil-coA yendo directamente a formar parte de los triglicéridos. De una grasa podemos formar glucosa, ya que a partir de el acetil-coA se podría desviar el malato ( ciclo de Krebs) y formar parte del ácido 2-fosfoenolpirúvico y realizar así toda la glucólisis a la inversa. 32 36.- En el siguiente diagrama se esquematiza el interior celular y algunas transformaciones de moléculas que se producen en diferentes rutas metabólicas: a) ¿Qué es el metabolismo? ¿Qué entiendes por anabolismo y catabolismo? ¿Cómo se relacionan el anabolismo y el catabolismo en el funcionamiento de las células? ¿Qué rutas distingues? (Cita sus nombres e indica, si existen, cuáles son los productos inicial y final de cada una de ellas). b) ¿Qué compartimentos celulares intervienen en el conjunto de las reacciones? (Indica el nombre de los compartimentos y la reacción que se produce en cada uno de ellos). El metabolismo son un conjunto de reacciones celulares que se dan en el interior de la célula con la finalidad de obtener energía o sintetizar materia. El catabolismo es un proceso degradativo desde el cual partimos de moléculas orgánicas y obtenemos moléculas inorgánicas a cambio de la obtención de energía. El anabolismo por el contrario es un proceso constructivo que transforma moléculas orgánicas a partir de moléculas inorgánicas y el uso de energía. El catabolismo y el anabolismo están relacionados ya que uno depende del otro, es decir, necesitamos un proceso catabólico para realizar a su vez un proceso catabólico, para así utilizar la energía obtenida en el catabolismo en el anabolismo y la materia formada en el anabolismo para utilizarla en el catabolismo. En el catabolismo se distinguen las dos rutas, el catabolismo ( y la respiración celular ) y las fermentaciones siendo energía y compuestos orgánicos o derivados de sus compuestos principales, respectivamente. Interviene mayoritariamente la mitocondria, el citosol y los cloroplastos. En el citosol se realiza la glucólisis, en la mitocondria el ciclo de Krebs y el ciclo de calvin, en las crestas mitocodriales la cadena transportadora de electrones y en los estomas de los cloroplastos la fotosíntesis. 40. Metabolismo celular: -Define los conceptos de metabolismo, anabolismo y catabolismo. El metabolismo son un conjunto de reacciones celulares que se dan en el interior de la célula con la finalidad de obtener energía o sintetizar materia. El catabolismo es un proceso degradativo desde el cual partimos de moléculas orgánicas y obtenemos moléculas inorgánicas a cambio de la obtención de energía. El anabolismo por el contrario es un proceso constructivo que transforma moléculas orgánicas a partir de moléculas inorgánicas y el uso de energía. -¿Son reversibles los procesos anabólicos y catabólicos? Razone la respuesta. Si son reversibles, ya que cuando una molécula por ejemplo de glucosa ya degradada en acetil-CoA va a poder construir otra vez una molécula de glucosa haciendo el mismo recorido pero a la inversa. Podría hasta construir otra molécula diferente. 33 -El ciclo de Krebs es una encrucijada metabólica entre las rutas catabólicas y las rutas anabólicas? ¿Por qué? Es una encrucijada ya que está produciendo energía a la vez que degrada una molécula 41. Quimiosíntesis: Concepto e importancia biológica. La quimisíntesis es un proceso que se encarga de captar la energía lumínica del sol ( gracias a los pigmentos fotosintéticos que se encuentran en los estomas de los cloroplastos ) que convierten la energía lumínica en energía química para así poder activar electrones mediante excitación y dar lugar a una serie de rutas metabólicas. Cuya importancia es la conversión de moléculas como en agua o el ácido sulfídrico en electrones, protones y oxígeno y azufre, respectivamente. 44. A) En la figura se indican esquemáticamente las actividades más importantes de un cloroplasto. Indique los elementos de la figura representados por los números 1 a 8. B) Indique mediante un esquema, qué nombre reciben las distintas estructuras del cloroplasto. ¿En cuál de esas estructuras tiene lugar el proceso por el que se forman los elementos 4 y 6 de la figura? ¿Dónde se produce el ciclo de Calvin? C) ) Explique brevemente (no es necesario que utilice formulas) en qué consiste el ciclo de Calvin. 1-CO2 2- ácido 3-fosfoglicérico 3-ADP 4-ATP 5-NADP+ 6-NADPH+ 7- ATP 8- H2O 1 El ciclo de calvil se produce en el estroma del cloroplasto. El ciclo de calvin consiste en una fijación del C02 a una molécula llamada ribulosa-1,5-difosfato que gracias a la adicción de la enzima rubisco da como resultado el ácido-3-fosfoglicérico que con la 34 participación de coenzimas como el NADPH y ATP consiguen formar el ácido 3fosfoglicérico y ya derivar en la síntesis de diversas moléculas. 46. a) El Esquema representa un cloroplasto ¿Qué denominación reciben los elementos indicados por los números 1-7? 1-espacio intermembranoso 2-membrana interna 3-membrana externa 4-tilacoide del estroma 5-ADN plastidial 6-estroma 7-tilacoide de gránulos b) En los cloroplastos, gracias a la luz, se producen ATP y NADPH. Indique esquemáticamente, como se desarrolla este proceso. Podemos obtener estas coenzimas en la fase luminosa acíclica y en la cíclica ya que se crea una cadena transportadora de electrones que concluyen en una ATP-sintetasa y un NADP-reductasa. Este proceso consiste (acíclica) en la introducción de luz y agua a este proceso el cual irá transportando un par de electrones y un par de protones que gracias a una variación del potencial electromanético hará que pasen por sus respectivos ATP-sintetasa y NADP-resuctasa. Por consiguiente (cíclica) la otra fase es un ciclo que a nivel energético es menso eficiente, no rompe una molécula de agua y solo sintetiza ATP. c) Las moléculas de ADN de los cloroplastos y las mitocondrias son mucho más pequeñas que las bacterias. ¿Contradice este hecho la hipótesis de la endosimbiosis sobre el origen de las células eucarióticas? No ya que ya que se trataría de una bacteria mucho menos avanzada que las de ahora y por lo tanto continua teniendo su material genético. 47. El Esquema (misma figura de la página anterior) representa un cloroplasto ¿Qué denominación reciben los elementos indicados por los números 1-7? 1-espacio intermembranoso 2-membrana interna 3-membrana externa 4-tilacoide del estroma 5-ADN plastidial 6-estroma 35 7-tilacoide de gránulos b) Indique tres similitudes entre cloroplastos y mitocondrias. Son orgánulos de doble membrana, contienen ADN, están divididas por compartimentos y en ambas se realizan procesos metabólicos. 36 37