Ejercicio resuelto de Respiración celular · Biología · 2024

Ha descubierto un microorganismo y está realizando su estudio metabólico en un medio de cultivo. Responda las siguientes preguntas: [2 puntos]



a) Explique los resultados observados durante los cuatro primeros minutos de la prueba sin olvidar citar lo siguiente: i) la ruta metabólica que podría estar originando la caída de la cantidad de glucosa en el medio, ii) la razón por la que disminuye el $\text{O}_{2}$, iii) la ruta metabólica que explicaría el aumento de $\text{CO}_{2}$. [1,2 puntos]

b) Pasados los cuatro primeros minutos, aparece etanol en el medio y aumenta a lo largo del tiempo. Razónelo brevemente. [0,4 puntos]

c) El sensor de $\text{CO}_{2}$ se averió en el minuto cuatro, ¿cómo cree que habrá variado su concentración a partir de entonces? ¿Habrá aumentado, disminuido o permanecido estable? Razónelo brevemente. [0,4 puntos]

$\textbf{a) Explique los resultados observados durante los cuatro primeros minutos de la prueba sin olvidar citar lo siguiente: i) la ruta metabólica que podría estar originando la caída de la cantidad de glucosa en el medio, ii) la razón por la que disminuye el } \text{O}_{2}\textbf{, iii) la ruta metabólica que explicaría el aumento de } \text{CO}_{2}\textbf{. [1,2 puntos]}$

Durante los cuatro primeros minutos se observa que la glucosa del medio va disminuyendo, que el oxígeno también disminuye hasta agotarse y que el CO$_2$ aumenta. Los tres hechos son coherentes entre sí y responden a un mismo proceso: el microorganismo está realizando una respiración celular aerobia, en la que consume la glucosa del medio y el oxígeno disponible y libera dióxido de carbono.

i) La caída de la glucosa se explica porque el microorganismo la está tomando del medio y utilizándola como fuente de carbono y de energía. La ruta que la degrada es la glucólisis, que en el citoplasma escinde cada molécula de glucosa en dos de ácido pirúvico con un rendimiento neto de dos ATP y dos NADH; en presencia de oxígeno, el piruvato se descarboxila a acetil-CoA y continúa oxidándose en el ciclo de Krebs, de manera que la degradación de la glucosa es completa.

ii) El oxígeno disminuye porque es el aceptor final de electrones de la cadena de transporte electrónico. Los electrones que las coenzimas NADH y FADH$_2$ recogen en la glucólisis y en el ciclo de Krebs recorren la cadena respiratoria y al final se entregan al oxígeno, que se reduce a agua. Este consumo es lo que permite regenerar las coenzimas oxidadas y mantener la síntesis de ATP por fosforilación oxidativa.

iii) El aumento del CO$_2$ se debe al ciclo de Krebs, junto con la descarboxilación oxidativa previa del piruvato. En estas reacciones los carbonos de la glucosa se van liberando en forma de dióxido de carbono conforme se oxidan por completo, de modo que el CO$_2$ es el producto de desecho de la respiración aerobia y se acumula en el medio.

$\textbf{b) Pasados los cuatro primeros minutos, aparece etanol en el medio y aumenta a lo largo del tiempo. Razónelo brevemente. [0,4 puntos]}$

En el minuto cuatro el oxígeno del medio se ha agotado, como muestra la gráfica, y el microorganismo no puede seguir respirando: sin oxígeno la cadena de transporte de electrones se detiene y las coenzimas quedan reducidas, con lo que también se detendría la glucólisis.

La célula cambia entonces a un metabolismo anaerobio y pone en marcha la fermentación alcohólica. En ella el piruvato de la glucólisis se descarboxila a acetaldehído y este se reduce a etanol a costa del NADH; así se regenera el NAD$^+$ y la glucólisis puede continuar produciendo ATP, aunque en cantidad mucho menor. El etanol es el producto final de esa fermentación y por eso aparece a partir del minuto cuatro y se acumula progresivamente, mientras la glucosa sigue consumiéndose. Se trata, por tanto, de un microorganismo anaerobio facultativo, como las levaduras del género *Saccharomyces*.

$\textbf{c) El sensor de } \text{CO}_{2} \textbf{ se averió en el minuto cuatro, ¿cómo cree que habrá variado su concentración a partir de entonces? ¿Habrá aumentado, disminuido o permanecido estable? Razónelo brevemente. [0,4 puntos]}$

Habrá seguido aumentando.

El razonamiento es que la fermentación alcohólica también produce dióxido de carbono: en ella el piruvato se descarboxila a acetaldehído antes de reducirse a etanol, y en esa descarboxilación se libera una molécula de CO$_2$ por cada piruvato. Como la gráfica muestra que la glucosa sigue consumiéndose y que el etanol se acumula, el CO$_2$ ha de seguir produciéndose y acumulándose en el medio.

Cabe añadir que el aumento será más lento que durante la fase aerobia, porque la respiración libera seis moléculas de CO$_2$ por cada glucosa y la fermentación alcohólica solo dos.