Ejercicio resuelto de Metabolismo celular · Biología · 2026

QUINTA PREGUNTA (2,0 puntos). BIOLOGÍA CELULAR. METABOLISMO
Responda a una de las dos opciones (5A o 5B)
Opción 5B (2,0 puntos)
El metabolismo celular es el conjunto de reacciones bioquímicas dentro de la célula que permiten convertir los nutrientes en la energía necesaria para vivir, crecer y mantener el organismo. Teniendo en cuenta los datos que se han representado en la gráfica mostrada a la derecha, responde las siguientes cuestiones:



a) Cita las rutas metabólicas responsables de los resultados obtenidos en la gráfica. Justifica tu respuesta (0,6 p.).
b) ¿En qué lugar de la célula eucariota se lleva a cabo cada ruta metabólica? (0,6 p.)
c) Si a lo largo del experimento la estufa de cultivos se quedara sin $\mathrm{O_2}$, ¿cambiaría en algo la gráfica? Razona tu respuesta (0,8 p.).

$\textbf{a) Cita las rutas metabólicas responsables de los resultados obtenidos en la gráfica. Justifica tu respuesta (0,6 p.).}$

La gráfica muestra dos curvas de sentido opuesto: la concentración de ácidos grasos disminuye con el tiempo mientras la de ATP aumenta. Eso significa que los ácidos grasos se están consumiendo y que la energía liberada al degradarlos se está conservando en forma de ATP, es decir, que la célula está haciendo catabolismo de lípidos.

La secuencia de rutas que lo explica es la siguiente. Los ácidos grasos se activan primero uniéndose a la coenzima A, y el acil-CoA resultante entra en la $\beta$-oxidación o hélice de Lynen, donde se va acortando de dos en dos carbonos liberando en cada vuelta una molécula de acetil-CoA junto con $\mathrm{NADH}$ y $\mathrm{FADH_2}$.

Ese acetil-CoA se incorpora al ciclo de Krebs, que lo oxida por completo hasta $\mathrm{CO_2}$ produciendo más coenzimas reducidas. Finalmente, el $\mathrm{NADH}$ y el $\mathrm{FADH_2}$ ceden sus electrones a la cadena transportadora de electrones, que bombea protones y crea el gradiente con el que la ATP-sintasa fabrica ATP en la fosforilación oxidativa. Esta última etapa es la responsable de la mayor parte del ATP que refleja la gráfica.

Las rutas implicadas son, por tanto, la $\beta$-oxidación de los ácidos grasos, el ciclo de Krebs y la cadena respiratoria con la fosforilación oxidativa.

$\textbf{b) ¿En qué lugar de la célula eucariota se lleva a cabo cada ruta metabólica? (0,6 p.)}$

Todas ellas se localizan en la mitocondria, salvo el paso previo de activación, pero cada una ocupa un compartimento distinto.

Ruta	Localización Activación del ácido graso a acil-CoA	Citosol, sobre la membrana mitocondrial externa; la entrada a la matriz se hace por la lanzadera de la carnitina $\beta$-oxidación (hélice de Lynen)	Matriz mitocondrial Ciclo de Krebs	Matriz mitocondrial Cadena transportadora de electrones y ATP-sintasa	Membrana mitocondrial interna, replegada en las crestas

Esa distribución no es casual: las dos rutas que producen coenzimas reducidas comparten compartimento con las enzimas que las utilizan, y la cadena respiratoria necesita una membrana cerrada para poder establecer el gradiente de protones.

$\textbf{c) Si a lo largo del experimento la estufa de cultivos se quedara sin } \boldsymbol{\mathrm{O_2}}\textbf{, ¿cambiaría en algo la gráfica? Razona tu respuesta (0,8 p.).}$

Sí cambiaría, y el razonamiento arranca del papel del oxígeno en la cadena respiratoria: es el aceptor final de los electrones, que al recibirlos y combinarse con protones forma agua.

$\tfrac{1}{2}\,\mathrm{O_2} + 2\,\mathrm{H^+} + 2\,e^- \longrightarrow \mathrm{H_2O}$

Sin oxígeno la cadena se detiene, los transportadores quedan reducidos y deja de bombearse protones, con lo que la ATP-sintasa no puede seguir fosforilando. Al no reoxidarse, el $\mathrm{NADH}$ y el $\mathrm{FADH_2}$ se acumulan y desaparece el $\mathrm{NAD^+}$ y el $\mathrm{FAD}$ libres que necesitan tanto el ciclo de Krebs como la $\beta$-oxidación, de modo que ambas rutas se paran también.

En la gráfica esto se traduciría en que la curva del ATP dejaría de subir a partir del momento en que se agota el oxígeno y comenzaría a caer, porque la célula sigue gastando ATP aunque no lo produzca; y la curva de los ácidos grasos se aplanaría, ya que dejarían de consumirse y su concentración se mantendría en el valor alcanzado.

Conviene añadir que la célula no puede compensarlo fermentando: los ácidos grasos no admiten degradación anaerobia, y la única fuente de ATP sin oxígeno sería la glucólisis seguida de fermentación, que además de rendir muy poco ATP necesita glucosa, no lípidos.