Ejercicio resuelto de Metabolismo celular · Biología · 2024

Metabolismo animal y vegetal.

a) Describa las principales diferencias entre células animales y vegetales en relación con su metabolismo.

b) Se dispone en el laboratorio de células animales y vegetales, cultivadas en medio isotónico y con disponibilidad de glucosa. Diga razonadamente qué cree que hará cada tipo de célula a nivel de metabolismo, en cada una de las condiciones siguientes:

b1) En presencia de luz y oxígeno.

b2) En presencia de luz y ausencia de oxígeno.

b3) A oscuras y con presencia de oxígeno.

b4) A oscuras y en ausencia de oxígeno.

$\textbf{4. Metabolismo animal y vegetal (2 puntos)}$

$\textbf{a) Describa las principales diferencias entre células animales y vegetales en relación con su metabolismo.}$

La diferencia fundamental es el tipo de nutrición. La célula vegetal es autótrofa: posee cloroplastos y es capaz de fabricar su propia materia orgánica a partir de $\text{CO}_2$, agua y sales minerales, usando la energía de la luz. La célula animal es heterótrofa: carece de cloroplastos y necesita tomar del medio la materia orgánica ya formada.

De ahí se derivan las demás diferencias. La célula vegetal tiene anabolismo autótrofo, es decir, fotosíntesis, además del anabolismo heterótrofo que comparte con la animal; la célula animal solo tiene el heterótrofo. La célula vegetal es productora en el ecosistema y la animal, consumidora.

Lo que las dos comparten es el catabolismo. Ambas realizan la respiración celular aerobia en sus mitocondrias y degradan la glucosa hasta $\text{CO}_2$ y agua para obtener ATP. Es un error frecuente creer que las plantas no respiran: lo hacen continuamente, de día y de noche, en todas sus células.

Otras diferencias metabólicas menores son el polisacárido de reserva, almidón en el vegetal y glucógeno en el animal, y el hecho de que la célula vegetal sintetiza todos sus aminoácidos y muchas vitaminas, mientras que la animal debe tomar de la dieta los aminoácidos esenciales y las vitaminas.

$\textbf{b) Se dispone en el laboratorio de células animales y vegetales, cultivadas en medio isotónico y con disponibilidad de glucosa. Diga razonadamente qué cree que hará cada tipo de célula a nivel de metabolismo, en cada una de las condiciones siguientes:}$

Conviene fijar antes los dos principios que resuelven los cuatro casos. La fotosíntesis solo la hace la célula vegetal y solo si hay luz. La respiración celular aerobia la hacen las dos, pero solo si hay oxígeno; si no lo hay, la única salida es la fermentación, que rinde muchísimo menos ATP.

$\text{Condiciones}$	$\text{Célula animal}$	$\text{Célula vegetal}$ b1) Luz y oxígeno	Respiración aerobia de la glucosa	Fotosíntesis y respiración aerobia a la vez b2) Luz y sin oxígeno	Fermentación láctica	Fotosíntesis y fermentación b3) Oscuridad y con oxígeno	Respiración aerobia	Respiración aerobia b4) Oscuridad y sin oxígeno	Fermentación láctica	Fermentación

$\textbf{b1) En presencia de luz y oxígeno.}$

La célula animal es indiferente a la luz, de modo que se limita a respirar: capta la glucosa del medio y la oxida completamente hasta $\text{CO}_2$ y agua por glucólisis, ciclo de Krebs y cadena respiratoria, con un rendimiento de unas treinta moléculas de ATP por glucosa.

La célula vegetal hace las dos cosas a la vez. En los cloroplastos realiza la fotosíntesis, y en las mitocondrias respira. Como en presencia de luz la fotosíntesis es más rápida que la respiración, el balance neto es de consumo de $\text{CO}_2$, desprendimiento de $\text{O}_2$ y acumulación de materia orgánica.

$\textbf{b2) En presencia de luz y ausencia de oxígeno.}$

La célula animal no puede respirar, porque sin oxígeno la cadena respiratoria se detiene y el ciclo de Krebs se para al no reoxidarse el $NADH$. Solo le queda la glucólisis seguida de la fermentación láctica, que regenera el $NAD^{+}$ y permite mantener la glucólisis, con un rendimiento de apenas dos ATP por glucosa. Se acumula ácido láctico y la célula acaba deteriorándose.

La célula vegetal sí puede hacer la fotosíntesis, ya que hay luz, y de hecho la fase luminosa desprende oxígeno, que en un cultivo cerrado aliviaría en parte la situación. Pero mientras no haya oxígeno disponible tampoco puede respirar, de modo que para obtener ATP en la oscuridad de sus tejidos no fotosintéticos debe fermentar. Es decir, fabrica materia orgánica pero no la puede rentabilizar energéticamente por la vía aerobia.

$\textbf{b3) A oscuras y con presencia de oxígeno.}$

Las dos células se comportan igual: respiran. Sin luz no hay fotosíntesis, de modo que la célula vegetal se comporta a todos los efectos como una célula heterótrofa y oxida la glucosa disponible en sus mitocondrias, exactamente igual que la animal. Ambas consumen $\text{O}_2$ y desprenden $\text{CO}_2$.

Es la situación de una planta por la noche, y explica que en la oscuridad las plantas consuman oxígeno en lugar de producirlo.

$\textbf{b4) A oscuras y en ausencia de oxígeno.}$

Es la peor situación para ambas, y las dos hacen lo mismo: fermentar. Sin luz no hay fotosíntesis y sin oxígeno no hay respiración, de modo que la única forma de obtener ATP es la glucólisis seguida de una fermentación que regenere el $NAD^{+}$.

La célula animal realiza la fermentación láctica; la vegetal, según el tejido, fermentación láctica o alcohólica. En ambos casos el rendimiento es de dos ATP por glucosa, la glucosa del medio se consume muy deprisa y se acumulan productos tóxicos, de modo que ninguna de las dos podría mantenerse mucho tiempo en estas condiciones.