Metabolismo

3.- En relación a la glucólisis responda:

a) ¿En qué lugar de la célula ocurre?

SOL. En el citosol celular.

b) ¿Cuál es el producto inicial y final?

SOL. Partimos de una molécula de glucosa y acabamos con dos moléculas de ácido pirúvico, 2ATP y 2NADH.

c) ¿Es un proceso anabólico o catabólico? Razone la respuesta.

SOL. Es un proceso catabólico ya que partimos de una molécula de glucosa de seis átomos de carbono que se transforma en dos moléculas de ácido pirúvico, de tres moléculas de carbono cada una, y donde se libera energía en forma de ATP y NADH.

*Catabolismo: conjunto de procesos metabólicos de degradación de sustancias para obtener otras más simples. En este proceso se libera energía.

Anabolismo: Conjunto de procesos metabólicos de síntesis de moléculas complejas a partir de otras más sencillas. En este proceso se necesita energía.

d) ¿Depende de oxígeno?

SOL. La glucólisis como primera etapa de la respiración aerobia de la glucosa no depende del oxígeno.

Sin embargo, la segunda etapa, o ciclo de Krebs, sí depende de éste en las células eucariotas.

*Respiración. Conjunto de reacciones metabólicas por el que las células reducen el oxígeno, con producción de energía y agua.

e) ¿Cuál es el balance energético de la reacción?

SOL. Se necesita la energía de 2 moléculas de ATP para iniciar el proceso, pero una vez iniciado se producen 2 moléculas de NADH y 4 de ATP por lo que el balance final es de: 2NADH y 2ATP por molécula de glucosa.

Glucosa + 2 ADP + 2Pi + 2 NAD+ ==>2 Acido pirúvico + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 Agua

2.- Observe la secuencia de las reacciones expresadas en el esquema y responda a las siguientes preguntas:

a) ¿De qué proceso se trata y en qué condiciones tiene lugar? (1)

SOL. Se trata de la fermentación alcohólica de la glucosa y tiene lugar en condiciones de anaerobiosis, es decir, en ausencia de oxígeno.

b) Describe el proceso y comenta la secuencia de reacciones. (3)

SOL. En primer lugar la glucosa se transforma en dos moléculas de piruvato a través de la glucólisis. En este proceso se generan dos moléculas de ATP, y ocurre en el citosol celular. A continuación las dos moléculas de piruvato sufren una descarboxilación y se transforman en acetaldehído, que a continuación es reducido a etanol. De esta forma se regenera el NAD+ para que siga teniendo lugar la glucólisis. El balance final de la conversión anaeróbica de la glucosa en etanol es: 2 moléculas etanol + 2 moléculas CO2 + 2 moléculas ATP.

c) ¿Qué organismos realizan este proceso? (2)

SOL. Determinadas levaduras del género Saccharomyces y algunas bacterias.

Levadura es el nombre genérico dado a un grupo de hongos Ascomicetes pertenecientes al orden Endomicetales.

d) Establece alguna comparación sobre la energía obtenida en este caso, con la que se obtendría en otras formas de catabolizar la glucosa. (4)

SOL. Con la fermentación alcohólica obtenemos un balance energético de 2ATP, al igual que si fuese una fermentación láctica. Sin embargo es mucho más productiva la vía aerobia mediante la cual las moléculas de piruvato pasan por el ciclo de Krebs, cadena respiratoria y fosforilación oxidativa. En este caso el balance energético es de 38 ATP, distribuido de la siguiente manera:

- La glucólisis produce 2ATP y 2NADH, además de dos piruvato.
- En la cadena transportadora de electrones cada molécula de NADH se convierte en 3 de ATP       (2NADH x 3=6ATP).
- La conversión de los dos piruvato en acetil-CoA (descarboxilación oxidativa) en la matriz mitocondrial da 2 NADH (2NADH x 3=6ATP).
- En el ciclo de Krebs entran dos moléculas de acetil-CoA y dan dos de GTP, 6 de NADH y 2 de FADH2.
    2GTP = 2ATP
    6NADH x 3ATP = 18ATP
    2FADH x 2ATP = 4ATP

3.- Respecto a la ruta de oxidación de los ácidos grasos:

a) Indique los productos que se generan resultado de la B-oxidación de un ácido graso saturado de 16 átomos de C. (6)

SOL. Antes de la B-oxidación del ácido graso éste tiene que activarse para que sea rico en energía. Para ello se une a una molécula de Coenzima A (CoA) con consumo de 1ATP y da lugar al acil-CoA. Esto ocurre en el citosol.

De ahí el acil-CoA pasará a la matriz mitocondrial a través de la membrana externa en un primer lugar, e interna en segundo lugar gracias a una proteína de transporte específica y a una molécula mediadora, la carnitina.

Una vez en la matriz comienza el proceso de rotura del ácido graso en fragmentos de dos carbonos. Por cada rotura obtenemos una molécula de acetil-CoA. Como tenemos un ácido graso de 16 carbonos, tendremos 8 roturas y con ello 8 acetil CoA.

Pero además en cada corte (en total 7) se genera una energía de 1FADH2 y 1NADH. En total una energía de 7FADH2 y 7NADH.

b) ¿En qué compartimento celular se produce? (1)

SOL. En la matriz de las mitocondrias y en los peroxisomas. Sin embargo, en las células vegetales y en las levaduras sólo se produce en los peroxisomas.

c) Explique el destino del acetil CoA y de los coenzimas FADH2 y NADH. (3)

SOL. El acetil CoA irá al ciclo de Krebs, donde tras una serie de reacciones los dos átomos de carbono de éste se oxidan totalmente para formar CO2. Además, por cada molécula de acetil CoA que se oxida también se forman tres moléculas de NADH, una de FADH y una de GTP. Estas moléculas junto a las resultantes de la B-oxidación del ácido graso irán a la cadena respiratoria, proceso realizado en la matriz mitocondrial. Aquí, éstos tienen que volver a ser oxidados con el fin de que no se detenga el proceso oxidativo y por ello han de ceder los electrones captados a otras moléculas, como el oxígeno molecular, que dará al final agua. Además, destacar que el transporte de electrones está acoplado con la síntesis de ATP en el proceso de fosforilación oxidativa. La oxidación de cada molécula de NADH procedente de la matriz mitocondrial produce tres moléculas de ATP, y por cada FADH2 se producen sin embargo dos moléculas de ATP. Otra molécula que se forma en el ciclo de Krebs es el GTP, que es equivalente a una molécula de ATP en términos energéticos. 

3.- En la fosforilación oxidativa:

a) Indique qué es la ATP sintasa, su localización y su función (3)

SOL. La ATP sintasa es un complejo enzimático situado en la cara interna de la membrana interna de las mitocondrias y en la membrana de los tilacoides de los cloroplastos.  Su función es la de sintetizar ATP a partir de ADP en el proceso conocido como fosforilación oxidativa y como consecuencia del transporte de electrones que se produce en la cadena respiratoria. 

b) Explique en qué se basa la teoría quimiosmótica de Mitchell. (4)

SOL. La oxidación del acetil CoA en el ciclo de Krebs da lugar a la liberación de CO2 y a la formación de NADH y FADH2. Los electrones de ambas moléculas son recogidos por unos complejos enzimáticos, y en último lugar serán recogidos por el oxígeno molecular para formar agua. En este proceso se produce además el bombeo de protones desde el espacio intermembranoso hasta la matriz a través del complejo ATP sintasa a favor de gradiente electroquímico. Entonces se activa la síntesis de ATP a partir de ADP y P inorgánico.

c) ¿Cuántas moléculas de ATP se generan a partir de una molécula de NADH y de una de FADH2 en la cadena de fosforilación oxidativa? (1)

SOL. La oxidación de cada molécula de NADH procedente de la matriz mitocondrial produce tres moléculas de ATP, y por cada FADH2 se producen sin embargo dos moléculas de ATP.

d) Señale cual es el dador y aceptor final de electrones. (2)

SOL. Las dos moléculas que dan sus electrones son el NADH y el FADH2 y el aceptor final es el oxígeno molecular que pasa a formar agua. 

3.- En cuanto al metabolismo celular, responda las siguientes cuestiones:

a) Describa la estructura de la mitocondria ilustrándola con un dibujo en el que se indique todos sus componentes. (4) SOL.

Las mitocondrias presentan dos membranas, una externa y una interna, las cuales delimitan dos espacios diferentes: un delgado espacio intermembranoso y un espacio mayor, ocupado por la matriz.

La membrana externa tiene una gran permeabilidad debido a la presencia de porinas. Por ello, el contenido del espacio intermembranoso tiene una composición muy semejante a la del citosol.

La matriz está delimitada por la membrana interna, cuya composición de fosfolípidos la hace especialmente impermeable a las partículas con carga. Esta membrana presenta unos repliegues, denominados crestas, que aumentan enormemente su superficie. En su cara interna tiene unas partículas F1, que corresponden a uno de los complejos enzimáticos presentes en esta membrana, la ATP sintasa.

La matriz mitocondrial tiene una consistencia parecida a la del citosol. En ella se encuentran la mayor parte de las proteínas de la mitocondria, muchas de las cuales son enzimas, varias copias de una molécula de ADN circular de doble hélice, ribosomas y distintos tipos de ARN.

b) ¿Dónde se localiza la ATP sintasa, cuál es su función y cómo actúa? (3)

SOL. La ATP sintasa es un complejo enzimático situado en la cara interna de la membrana interna de las mitocondrias. Su función es la de sintetizar ATP a partir de ADP y P inorgánico en el proceso conocido como fosforilación oxidativa y como consecuencia del transporte de electrones que se produce en la cadena respiratoria.  Todo está descrito en el apartado anterior, según la teoría quimiosmótica de Mitchell.

c) ¿En qué lugar ocurre la descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico y en qué consiste? (2)

SOL. Ocurre en la matriz mitocondrial. Consiste en una reacción en la cual el ácido pirúvico se une con una molécula de coenzima A para formar acetil-CoA, el cual ya puede pasar al ciclo de Krebs.

Esta reacción es catalizada por el complejo enzimático piruvato deshidrogenasa. Los electrones que se liberan de esta reacción son recogidos por el NAD+, que se reduce para formar NADH.

d) ¿Cuál es la localización de la cadena respiratoria? (1)

SOL. La membrana interna de las mitocondrias.