Ejercicio resuelto de Metabolismo celular · Biología · 2020

Bloque 2. LA CÉLULA VIVA. MORFOLOGÍA, ESTRUCTURA Y FISIOLOGÍA CELULAR. Se deberá escoger DOS de los siguientes cuatro cuestiones (3 puntos):

Cuestión 2.4. Sobre las fermentaciones:
a) ¿Cuáles son el substrato inicial y el producto final en qué proporción? (0,5 puntos)
b) Existen dos distintas etapas, marque las más determinantes y por qué lo son. (0,5 puntos)
c) Indique cuál es el balance energético en forma de enlace fosfato rico en energía y en qué orgánulo o compartimento celular ocurre cada etapa. (0,5 puntos)

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{¿Cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{les}}\mathbf{\text{son}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{substrato}}\mathbf{\text{inicial}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{producto}}\mathbf{\text{final}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{proporci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n?}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

El sustrato inicial de las fermentaciones es la glucosa, y el producto final depende del tipo de fermentación, siempre en proporción de dos moléculas por cada glucosa degradada, ya que la glucólisis previa la escinde en dos triosas.

En la fermentación láctica, propia de las bacterias lácticas y del músculo esquelético en esfuerzo intenso, el producto es el ácido láctico:

$\text{glucosa}⟶2\acute{\text{a}}\text{cido l}\acute{\text{a}}\text{ctico}$

En la fermentación alcohólica, propia de las levaduras, los productos son el etanol y el dióxido de carbono, también dos moléculas de cada uno:

$\text{glucosa}⟶2\text{ etanol}+2\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Existen}}\mathbf{\text{dos}}\mathbf{\text{distintas}}\mathbf{\text{etapas,}}\mathbf{\text{marque}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{s}}\mathbf{\text{determinantes}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{por}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{lo}}\mathbf{\text{son.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Toda fermentación consta de dos etapas. La primera es la glucólisis, común a todas ellas, que degrada la glucosa hasta ácido pirúvico produciendo ATP y NADH. La segunda es la reducción del piruvato, o de un derivado suyo, a cargo del NADH obtenido en la anterior, y es la que da nombre a cada fermentación.

La etapa determinante desde el punto de vista energético es la glucólisis, porque es la única que rinde ATP: todo lo que la célula gana en una fermentación procede de ella.

La etapa determinante desde el punto de vista funcional es, sin embargo, la segunda. Su finalidad no es obtener energía, ya que ninguna de sus reacciones produce ATP, sino reoxidar el NADH y devolver el $\mathrm{N}\mathrm{A}{\mathrm{D}}^{+}$ a la glucólisis. Como el $\mathrm{N}\mathrm{A}{\mathrm{D}}^{+}$ existe en la célula en cantidad muy limitada, sin esa regeneración la glucólisis se detendría en pocos segundos y la célula dejaría de obtener energía. Es también la que decide qué producto final se obtiene y, por tanto, la que interesa industrialmente.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{Indique}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{balance}}\mathbf{\text{energ}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tico}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{forma}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{enlace}}\mathbf{\text{fosfato}}\mathbf{\text{rico}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{energ}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{org}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{nulo}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{compartimento}}\mathbf{\text{celular}}\mathbf{\text{ocurre}}\mathbf{\text{cada}}\mathbf{\text{etapa.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

El balance energético es de dos moléculas de ATP netas por cada molécula de glucosa fermentada: se obtienen cuatro por fosforilación a nivel de sustrato en la fase de beneficio de la glucólisis, pero dos se han invertido antes en la fase de activación. La segunda etapa no aporta ninguna.

$\text{glucosa}+2\mathrm{A}\mathrm{D}\mathrm{P}+2{\mathrm{P}}_{\mathrm{i}}⟶2\text{ producto final}+2\mathrm{A}\mathrm{T}\mathrm{P}$

Es un rendimiento muy pobre si se compara con los treinta y tantos ATP de la respiración aerobia, y la razón es que el producto final es una molécula orgánica que conserva casi toda su energía sin oxidar.

En cuanto a la localización, las dos etapas ocurren en el mismo compartimento: el citosol o hialoplasma. Ningún paso de la fermentación tiene lugar en la mitocondria, y de hecho hay organismos fermentadores que carecen de ella; ese es precisamente el rasgo que distingue la fermentación de la respiración celular.