Ejercicio resuelto de Metabolismo celular · Biología · 2024

Suponga que trabaja en un laboratorio en el que se hacen cultivos de células de diferente naturaleza. Tras analizar diferentes parámetros de los cultivos se obtienen los resultados de la tabla. Responda razonadamente a las siguientes cuestiones: [2 puntos]

Cultivo	Crecimiento en oscuridad	Crecimiento en ausencia de $\text{O}_{2}$	Desprendimiento de $\text{O}_{2}$ con luz	Contiene mitocondrias	Tiene pared celular A	Sí	Sí	No	No	Sí B	No	No	Sí	Sí	Sí C	Sí	No	No	Sí	No

a) ¿A qué grupo de células pertenece cada uno de los cultivos? [0,3 puntos]

b) Las células del cultivo A son las únicas capaces de crecer en ausencia de $\text{O}_{2}$ si disponen de glucosa. Además, en un análisis adicional se ha comprobado que el pH de este cultivo en estas condiciones es muy bajo. ¿Qué productos podríamos encontrar en el medio de cultivo como consecuencia de su actividad? Razónelo. [0,6 puntos]

c) Explique brevemente el proceso por el que se origina el oxígeno en el caso del cultivo B. ¿En qué orgánulo se producirá? Sea lo más concreto posible. [0,6 puntos]

d) En la tabla se cita la presencia de mitocondrias en algunas de las células. Indique dos rutas metabólicas que se lleven a cabo en estos orgánulos, indicando la función de cada una de ellas. [0,5 puntos]

$\textbf{a) ¿A qué grupo de células pertenece cada uno de los cultivos? [0,3 puntos]}$

El cultivo A está formado por bacterias, es decir, por células procariotas anaerobias. Se deduce porque carece de mitocondrias pero tiene pared celular y es capaz de crecer en ausencia de oxígeno; solo un organismo que obtiene energía sin respiración aerobia y sin orgánulos membranosos encaja con esa combinación.

El cultivo B está formado por células eucariotas vegetales o fotosintéticas. Se deduce porque desprende oxígeno en presencia de luz, lo que indica fotosíntesis oxigénica, porque no crece en la oscuridad, ya que depende de la luz como fuente de energía, y porque tiene a la vez mitocondrias y pared celular.

El cultivo C está formado por células eucariotas animales. Se deduce porque crece en la oscuridad y no desprende oxígeno con luz, de modo que no es fotosintético, porque tiene mitocondrias y necesita oxígeno para vivir, y porque carece de pared celular.

$\textbf{b) Las células del cultivo A son las únicas capaces de crecer en ausencia de } \text{O}_{2} \textbf{ si disponen de glucosa. Además, en un análisis adicional se ha comprobado que el pH de este cultivo en estas condiciones es muy bajo. ¿Qué productos podríamos encontrar en el medio de cultivo como consecuencia de su actividad? Razónelo. [0,6 puntos]}$

Si las células crecen con glucosa y sin oxígeno, el proceso que están llevando a cabo es una fermentación: degradan la glucosa por la vía glucolítica y, al no disponer de oxígeno como aceptor final de electrones, reducen el piruvato con una molécula orgánica para regenerar el NAD$^+$ y poder seguir obteniendo ATP por fosforilación a nivel de sustrato.

El dato del pH muy bajo indica que el producto acumulado es un ácido, de modo que lo más probable es que se trate de una fermentación láctica y que en el medio encontremos ácido láctico o lactato. Serían también compatibles otras fermentaciones ácidas, como la acética o las fermentaciones ácido-mixtas de las enterobacterias, que producen ácido acético, ácido fórmico o ácido succínico. En cambio, una fermentación alcohólica quedaría descartada por el dato del pH, ya que el etanol no acidifica el medio.

$\textbf{c) Explique brevemente el proceso por el que se origina el oxígeno en el caso del cultivo B. ¿En qué orgánulo se producirá? Sea lo más concreto posible. [0,6 puntos]}$

El oxígeno procede de la fase luminosa de la fotosíntesis, concretamente de la fotólisis del agua. La luz captada por los pigmentos del fotosistema II excita sus electrones, que abandonan el fotosistema y pasan a la cadena de transporte fotosintética. Para reponerlos, el complejo asociado al fotosistema II rompe la molécula de agua, que se descompone en protones, electrones y oxígeno. Los electrones repueblan el fotosistema II, los protones se acumulan en el interior del tilacoide y contribuyen al gradiente que impulsa la síntesis de ATP, y el oxígeno se libera como producto de desecho y difunde a la atmósfera.

El proceso ocurre en el cloroplasto y, siendo más concretos, en la membrana de los tilacoides, donde se encuentran los fotosistemas.

$\textbf{d) En la tabla se cita la presencia de mitocondrias en algunas de las células. Indique dos rutas metabólicas que se lleven a cabo en estos orgánulos, indicando la función de cada una de ellas. [0,5 puntos]}$

El ciclo de Krebs o ciclo del ácido cítrico, que tiene lugar en la matriz mitocondrial. Su función es oxidar por completo el acetil-CoA procedente de los glúcidos, los ácidos grasos y los aminoácidos, liberando su carbono en forma de CO$_2$ y recogiendo los electrones en coenzimas reducidas (NADH y FADH$_2$) que alimentarán la cadena respiratoria. Es además una ruta anfibólica, porque sus intermediarios sirven de precursores a varias rutas anabólicas.

La $\beta$-oxidación de los ácidos grasos, que también ocurre en la matriz. Su función es degradar los ácidos grasos separando en cada vuelta una unidad de dos carbonos en forma de acetil-CoA, que se incorpora al ciclo de Krebs, y produciendo NADH y FADH$_2$; permite así convertir las grasas de reserva en energía.

También sería válido citar la fosforilación oxidativa, que se desarrolla en la membrana mitocondrial interna y en la que los electrones del NADH y del FADH$_2$ recorren la cadena transportadora hasta el oxígeno, generando un gradiente de protones que la ATP-sintasa aprovecha para sintetizar la mayor parte del ATP celular.