Ejercicio resuelto de Metabolismo celular · Biología · 2023

Catabolismo. Defina el concepto de catabolismo, mencione los tipos de catabolismo que conozca y, para cada uno, explicite:

a) Si requieren oxígeno.

b) Qué tipo de sustrato pueden oxidar.

c) Cuál es el aceptor final de electrones.

d) Cuál es su rendimiento energético.

$\textbf{2. Catabolismo (2 puntos)}$

$\textbf{Defina el concepto de catabolismo, mencione los tipos de catabolismo que conozca y, para cada uno, explicite:}$

El catabolismo es la parte del metabolismo formada por las rutas degradativas: las moléculas orgánicas complejas se rompen en otras más sencillas mediante reacciones de oxidación. Es exergónico, porque libera energía, que se conserva en forma de ATP, y genera poder reductor en forma de $NADH$ y $FADH_2$. Es un proceso convergente, ya que glúcidos, lípidos y proteínas acaban confluyendo en unos pocos intermediarios comunes, como el acetil-coenzima A.

Los tipos de catabolismo son dos: la respiración celular, en la que el aceptor final de electrones es una molécula inorgánica, y la fermentación, en la que es una molécula orgánica. A su vez la respiración puede ser aerobia, si el aceptor es el oxígeno, o anaerobia, si es otra molécula inorgánica.

$\text{Tipo}$	$\text{Oxígeno}$	$\text{Sustratos}$	$\text{Aceptor final de electrones}$	$\text{Rendimiento}$ Respiración aerobia	Sí, imprescindible	Glúcidos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos	$\text{O}_2$, que se reduce a agua	Unos 30 ATP por glucosa; oxidación completa Respiración anaerobia	No; solo en anaerobios	Sobre todo glúcidos	Sustancias inorgánicas: $\text{NO}_3^{-}$, $\text{SO}_4^{2-}$, $\text{CO}_2$	Menor que la aerobia pero muy superior a la fermentación Fermentación	No	Glúcidos, y en algunos casos aminoácidos	Una molécula orgánica: ácido pirúvico o acetaldehído	2 ATP por glucosa; oxidación incompleta

$\textbf{a) Si requieren oxígeno.}$

La respiración aerobia lo requiere de forma imprescindible: sin oxígeno la cadena de transporte electrónico se detiene, el $NADH$ no se reoxida y el ciclo de Krebs se para.

La respiración anaerobia no lo requiere; de hecho, los organismos que la realizan son anaerobios y muchos de ellos son estrictos, es decir, el oxígeno les resulta tóxico.

La fermentación tampoco lo requiere, y de ahí que sea la vía de la que dependen los organismos anaerobios y a la que recurren los aerobios cuando el oxígeno escasea, como la fibra muscular durante un esfuerzo intenso.

$\textbf{b) Qué tipo de sustrato pueden oxidar.}$

La respiración aerobia es la más versátil: oxida glúcidos por la glucólisis, lípidos por la beta-oxidación de los ácidos grasos, aminoácidos previa desaminación y también las bases nitrogenadas. Todos esos sustratos convergen en el acetil-coenzima A y entran en el ciclo de Krebs.

La respiración anaerobia oxida sobre todo glúcidos, y en las bacterias correspondientes también otros compuestos orgánicos, mediante una glucólisis y un ciclo de Krebs semejantes a los de la aerobia.

La fermentación solo aprovecha sustratos que puedan degradarse por la glucólisis o rutas equivalentes, es decir, esencialmente glúcidos; algunas bacterias fermentan además aminoácidos, en la llamada putrefacción. No puede fermentarse un ácido graso, porque su degradación exige el ciclo de Krebs.

$\textbf{c) Cuál es el aceptor final de electrones.}$

En la respiración aerobia es el oxígeno molecular, que al aceptar los electrones y los protones se reduce a agua. Es el mejor aceptor posible por su elevada electronegatividad, y de ahí el rendimiento de esta vía.

En la respiración anaerobia es otra sustancia inorgánica distinta del oxígeno: el ion nitrato, que se reduce a nitrito o a nitrógeno molecular en las bacterias desnitrificantes; el ion sulfato, que se reduce a sulfuro de hidrógeno en las sulfatorreductoras; o el $\text{CO}_2$, que se reduce a metano en las arqueas metanógenas.

En la fermentación es una molécula orgánica, y precisamente un producto de la propia degradación del sustrato. En la fermentación láctica es el ácido pirúvico, que se reduce a ácido láctico; en la alcohólica es el acetaldehído procedente de la descarboxilación del piruvato, que se reduce a etanol. La finalidad de este paso no es obtener energía, sino regenerar el $NAD^{+}$ para que la glucólisis pueda continuar.

$\textbf{d) Cuál es su rendimiento energético.}$

La respiración aerobia rinde entre treinta y treinta y ocho moléculas de ATP por molécula de glucosa, según cómo se contabilice el transporte del $NADH$ citosólico. La razón es que la oxidación es completa: el carbono acaba en $\text{CO}_2$, en su estado más oxidado, y toda la energía del sustrato queda disponible.

La respiración anaerobia rinde menos que la aerobia, porque los aceptores alternativos tienen menor potencial de reducción que el oxígeno y la diferencia de potencial a lo largo de la cadena es más pequeña, pero mucho más que la fermentación, ya que sigue existiendo cadena de transporte electrónico y fosforilación oxidativa.

La fermentación rinde solo dos moléculas de ATP por glucosa, las que produce la glucólisis por fosforilación a nivel de sustrato. Es un rendimiento quince veces menor que el de la respiración aerobia, y la causa es que la oxidación es incompleta: el producto final, ácido láctico o etanol, sigue siendo una molécula orgánica que conserva casi toda la energía del sustrato de partida. Es precisamente esa energía sobrante la que aprovecha el ser humano cuando quema alcohol.