Ejercicio resuelto de Respiración celular · Biología · 2023

En relación con la fase oscura concisa las vías catabólicas necesarias para la oxidación completa de la glucosa mediante respiración aerobia. Indique, en cada una, la molécula de partida, el o los productos resultantes, las moléculas energéticas (ATP/GTP) y coenzimas reducidas implicados y su localización precisa en la célula eucariota (1,5 puntos).

$\mathbf{\text{Describa}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{forma}}\mathbf{\text{concisa}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{v}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{as}}\mathbf{\text{catab}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{licas}}\mathbf{\text{necesarias}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{oxidaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{completa}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{glucosa}}\mathbf{\text{mediante}}\mathbf{\text{respiraci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{aerobia.}}\mathbf{\text{Indique,}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{cada}}\mathbf{\text{una,}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{mol}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{cula}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{partida,}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{productos}}\mathbf{\text{resultantes,}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{mol}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{culas}}\mathbf{\text{energ}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{ticas}}\mathbf{\text{(ATP/GTP)}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{coenzimas}}\mathbf{\text{reducidas}}\mathbf{\text{implicados}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{localizaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{precisa}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{lula}}\mathbf{\text{eucariota}}\mathbf{\text{(1,5}}\mathbf{\text{puntos).}}$

La oxidación completa de una molécula de glucosa en presencia de oxígeno requiere cuatro procesos encadenados:

$\text{V}\acute{\text{ı}}\text{a}$	$\text{Parte de}$	$\text{Productos}$	$\text{Localizaci}\acute{\text{o}}\text{n}$
Glucólisis	Glucosa	2 piruvato, 2 ATP netos, 2 NADH	Citosol
Descarboxilación oxidativa	2 piruvato	2 acetil-CoA, 2 $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$, 2 NADH	Matriz mitocondrial
Ciclo de Krebs	2 acetil-CoA	4 $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$, 2 GTP, 6 NADH, 2 $\mathrm{F}\mathrm{A}\mathrm{D}{\mathrm{H}}_2$	Matriz mitocondrial
Cadena respiratoria y fosforilación oxidativa	NADH y $\mathrm{F}\mathrm{A}\mathrm{D}{\mathrm{H}}_2$	${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$ y la mayor parte del ATP	Membrana mitocondrial interna

La glucólisis parte de la glucosa y la escinde en dos moléculas de ácido pirúvico. Se invierten dos ATP en la fase de activación y se obtienen cuatro en la de beneficio, de modo que el balance neto es de dos ATP, junto con dos NADH. Transcurre en el citosol y no necesita oxígeno.

La descarboxilación oxidativa parte del ácido pirúvico, que ha entrado en la mitocondria. El complejo de la piruvato deshidrogenasa le retira un carbono, que se desprende como dióxido de carbono, y lo oxida y une al coenzima A, con lo que se obtiene acetil-CoA y se reduce un $\mathrm{N}\mathrm{A}{\mathrm{D}}^{+}$. Ocurre en la matriz mitocondrial.

El ciclo de Krebs parte del acetil-CoA, cuyo grupo acetilo se condensa con el oxalacetato para formar citrato. A lo largo del ciclo se desprenden dos moléculas de dióxido de carbono por cada acetilo, se obtiene un GTP por fosforilación a nivel de sustrato y se reducen tres $\mathrm{N}\mathrm{A}{\mathrm{D}}^{+}$ y un FAD, regenerándose al final el oxalacetato. Se localiza también en la matriz mitocondrial.

La cadena respiratoria y la fosforilación oxidativa parten de las coenzimas reducidas acumuladas en las tres etapas anteriores. Los electrones del NADH y del $\mathrm{F}\mathrm{A}\mathrm{D}{\mathrm{H}}_2$ recorren los complejos de la membrana mitocondrial interna y su energía se emplea en bombear protones al espacio intermembranoso; el retorno de esos protones por la ATP-sintasa fosforila el ADP. El aceptor final de los electrones es el oxígeno, que se reduce a agua.

Los productos finales del conjunto son, en definitiva, dióxido de carbono, agua y del orden de treinta a treinta y ocho ATP por molécula de glucosa oxidada.