Ejercicio resuelto de Metabolismo celular · Biología · 2025

PREGUNTA 3. LA CÉLULA. METABOLISMO CELULAR. (2,5 puntos).

3.1. Observe la figura y responda:



A) Indique el nombre del orgánulo de la figura y su principal función.
B) ¿Qué proceso tiene lugar en ese orgánulo? ¿En qué fases se divide y dónde se localizan cada una de ellas?
C) Escriba la reacción global del principal proceso que tiene lugar en ese orgánulo. (1 punto).

3.2. Responda uno de los dos apartados siguientes. (1,5 puntos).

3.2.1. La figura muestra una serie de rutas que intervienen en la respiración aerobia de la glucosa en una célula eucariota.



A) Indique el nombre de las rutas señaladas con las letras A y B, y el de los compuestos señalados con los números 1, 2 y 3.
B) Indique el compartimento intracelular donde tienen lugar las rutas A y B.
C) ¿Qué sucedería con el piruvato en condiciones anaerobias?

3.2.2. El enzima de la figura actúa sobre el sustrato, un disacárido, rompiendo el enlace O-glucosídico. Si se añade al medio la substancia A, la actividad del enzima varía, según se indica en la gráfica. Si se elimina del medio la substancia A, la actividad enzimática se restablece.



A) Indique cómo se denominan estos procesos y explique cómo se producen.
B) ¿Conoce algún otro caso en el que se pueda alterar la actividad enzimática? Explique la respuesta.

$\textbf{3.1. A) Indique el nombre del orgánulo de la figura y su principal función.}$

El orgánulo es un cloroplasto. La microfotografía lo delata: se aprecian las pilas de sáculos aplanados, que son los grana formados por el apilamiento de tilacoides, unidas entre sí por membranas que las atraviesan, y todo ello dentro de una envoltura.

Su principal función es realizar la fotosíntesis, es decir, transformar la energía luminosa en energía química y emplearla en fabricar materia orgánica a partir de materia inorgánica.

$\textbf{3.1. B) ¿Qué proceso tiene lugar en ese orgánulo? ¿En qué fases se divide y dónde se localizan cada una de ellas?}$

El proceso es la fotosíntesis, y se divide en dos fases.

La fase luminosa se localiza en la membrana de los tilacoides. En ella los pigmentos de los fotosistemas captan la energía de la luz, se produce la fotólisis del agua, que libera oxígeno, y los electrones recorren una cadena de transporte. El gradiente de protones que se genera mueve la ATP-sintasa, de modo que la fase luminosa rinde ATP y NADPH.

La fase oscura o ciclo de Calvin se localiza en el estroma. En ella se consumen el ATP y el NADPH producidos en la fase anterior para fijar el dióxido de carbono sobre la ribulosa-1,5-bifosfato, mediante la enzima rubisco, y reducirlo hasta gliceraldehído-3-fosfato, a partir del cual se sintetizan la glucosa y el resto de la materia orgánica.

Conviene señalar que el nombre de fase oscura no significa que ocurra de noche: quiere decir que sus reacciones no necesitan luz directamente, aunque dependan de los productos de la fase luminosa.

$\textbf{3.1. C) Escriba la reacción global del principal proceso que tiene lugar en ese orgánulo. (1 punto)}$

$6\,\text{CO}_2 + 6\,\text{H}_2\text{O} \;\xrightarrow{\;\text{luz}\;}\; \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\,\text{O}_2$

Es decir, seis moléculas de dióxido de carbono y seis de agua, en presencia de luz y de los pigmentos fotosintéticos, dan una molécula de glucosa y seis de oxígeno. Se trata de un proceso globalmente endergónico, en el que la energía luminosa queda almacenada en los enlaces de la materia orgánica.

$\textbf{3.2.1. A) Indique el nombre de las rutas señaladas con las letras A y B, y el de los compuestos señalados con los números 1, 2 y 3.}$

La ruta A es la glucólisis, que degrada la glucosa hasta ácido pirúvico.

La ruta B es el ciclo de Krebs, también llamado ciclo del ácido cítrico o de los ácidos tricarboxílicos.

En cuanto a los compuestos, el número 1 es el NADH, el coenzima NAD reducido, que aparece dos veces porque lo generan tanto la glucólisis como el ciclo de Krebs. El número 2 es el acetil-coenzima A, que se forma a partir del piruvato y es la molécula que entra en el ciclo. El número 3 es el FADH2, el coenzima FAD reducido, que solo se produce en el ciclo de Krebs.

El GTP que aparece en la figura equivale energéticamente a un ATP, y los coenzimas reducidos son los que después cederán sus electrones a la cadena respiratoria.

$\textbf{3.2.1. B) Indique el compartimento intracelular donde tienen lugar las rutas A y B.}$

La ruta A, la glucólisis, tiene lugar en el citosol, es decir, en el hialoplasma, fuera de cualquier orgánulo. Es una ruta que no necesita oxígeno ni membranas.

La ruta B, el ciclo de Krebs, tiene lugar en la matriz mitocondrial, donde se encuentran sus enzimas. La única excepción es la succinato deshidrogenasa, que está integrada en la membrana mitocondrial interna.

Entre una y otra se sitúa la descarboxilación oxidativa del piruvato, que ocurre también en la matriz mitocondrial y es la que produce el acetil-coenzima A.

$\textbf{3.2.1. C) ¿Qué sucedería con el piruvato en condiciones anaerobias?}$

Sin oxígeno, la cadena transportadora de electrones se detiene porque falta el aceptor final. Al pararse, el NADH no se reoxida y el NAD queda secuestrado en su forma reducida; como la glucólisis necesita NAD oxidado para funcionar, también se detendría y la célula dejaría de obtener ATP.

Para evitarlo, el piruvato deja de entrar en la mitocondria y pasa a actuar él mismo, o alguno de sus derivados, como aceptor de los electrones del NADH. Ese proceso es la fermentación, y ocurre en el citosol.

En la fermentación láctica, el piruvato se reduce directamente a ácido láctico. Es lo que hace el músculo esquelético cuando el aporte de oxígeno resulta insuficiente, y también las bacterias del yogur.

En la fermentación alcohólica, el piruvato se descarboxila a acetaldehído, que se reduce a etanol liberando dióxido de carbono. Es lo que hacen las levaduras del género *Saccharomyces*.

En los dos casos la finalidad es la misma: regenerar el NAD oxidado para que la glucólisis pueda seguir funcionando. El rendimiento es muy pobre, dos ATP por glucosa frente a los que se obtienen en la respiración aerobia, porque la materia orgánica no llega a oxidarse por completo.

$\textbf{3.2.2. A) Indique cómo se denominan estos procesos y explique cómo se producen.}$

En la figura hay dos procesos distintos.

El primero, el del dibujo de la izquierda, es la catálisis enzimática: la enzima une el disacárido en su centro activo, cuya forma es complementaria de la del sustrato, y rompe por hidrólisis el enlace O-glucosídico, con lo que libera los dos monosacáridos. La enzima queda intacta y puede repetir el ciclo.

El segundo es una inhibición enzimática no competitiva y reversible, también llamada regulación alostérica. La sustancia A no se parece al sustrato ni compite con él por el centro activo: se une a otro lugar de la enzima, el centro regulador o alostérico, que en el dibujo es la escotadura de la parte inferior. Esa unión provoca un cambio de conformación en toda la molécula que se transmite al centro activo y lo deforma, de modo que el sustrato ya no encaja en él y la reacción no puede producirse. Es lo que muestra la gráfica: al añadir la sustancia A la actividad cae hasta anularse.

Que al retirar la sustancia A se recupere la actividad demuestra que la unión es reversible y no covalente. Sin el inhibidor, la enzima vuelve a su conformación original, el centro activo recobra su forma y la catálisis se reanuda.

$\textbf{3.2.2. B) ¿Conoce algún otro caso en el que se pueda alterar la actividad enzimática? Explique la respuesta.}$

Sí, la actividad de una enzima se puede alterar de varias maneras más.

La inhibición competitiva es el caso simétrico del anterior: el inhibidor se parece al sustrato y se une al propio centro activo, compitiendo con él. Se revierte aumentando la concentración de sustrato, que desplaza al inhibidor.

La inhibición irreversible se produce cuando una sustancia se une de forma covalente a la enzima y la inutiliza de manera permanente. Es el modo de actuar de muchos venenos y de los metales pesados, y también el del ácido acetilsalicílico sobre la ciclooxigenasa.

La regulación alostérica puede ser positiva y no solo negativa: hay moléculas activadoras que, al unirse al centro regulador, mejoran el ajuste del centro activo. Un caso frecuente es la inhibición por el producto final de una ruta metabólica, que actúa como señal de que ya hay bastante.

La modificación covalente reversible consiste en añadir o retirar un grupo químico, normalmente un fosfato mediante quinasas y fosfatasas, lo que activa o desactiva la enzima. Es el mecanismo por el que actúan muchas hormonas.

Además, la actividad depende siempre de las condiciones del medio. Cada enzima tiene una temperatura y un pH óptimos; fuera de esos valores la actividad disminuye y, si se superan ciertos límites, la enzima se desnaturaliza y pierde la función de manera irreversible. También depende de la presencia de sus cofactores o coenzimas: una holoenzima sin su grupo prostético no es activa.