Ejercicio resuelto de Respiración celular · Biología · 2023

En un cultivo de células musculares se miden periódicamente una serie de parámetros. Una avería ha hecho que se interrumpa el aporte de oxígeno y el resultado es el que muestra la gráfica: [2 puntos]



a) ¿Qué rutas utilizarán las células principalmente para degradar la glucosa hasta obtener energía durante los cuatro primeros minutos? ¿Y a partir de ese momento? Indique dónde se llevan a cabo cada una de las rutas citadas en ambos casos. [0,9 puntos]

b) ¿Cómo evolucionan los niveles de $\text{CO}_{2}$ a lo largo del tiempo? Razone este comportamiento. [0,8 puntos]

c) ¿En qué periodo de tiempo la célula producirá más energía? Razone la respuesta. [0,3 puntos]

$\textbf{a) ¿Qué rutas utilizarán las células principalmente para degradar la glucosa hasta obtener energía durante los cuatro primeros minutos? ¿Y a partir de ese momento? Indique dónde se llevan a cabo cada una de las rutas citadas en ambos casos. [0,9 puntos]}$

Durante los cuatro primeros minutos todavía hay oxígeno en el medio, tal como muestra la gráfica, de modo que las células musculares realizan la respiración celular aerobia, que degrada la glucosa por completo mediante tres rutas encadenadas: la glucólisis, el ciclo de Krebs y la fosforilación oxidativa, es decir, el transporte de electrones acoplado a la quimiosmosis.

A partir del minuto cuatro el oxígeno se ha agotado y la respiración se detiene, porque sin aceptor final de electrones la cadena respiratoria se bloquea y, con ella, el ciclo de Krebs. La célula pasa entonces a un metabolismo anaerobio y mantiene solo la glucólisis, seguida de la fermentación láctica, que es lo que explica la aparición de ácido láctico en la gráfica a partir de ese momento.

$\text{Ruta}$	$\text{Localización}$
Glucólisis	Citoplasma (citosol)
Ciclo de Krebs	Matriz mitocondrial
Fosforilación oxidativa	Membrana mitocondrial interna
Fermentación láctica	Citoplasma (citosol)

$\textbf{b) ¿Cómo evolucionan los niveles de } \text{CO}_{2} \textbf{ a lo largo del tiempo? Razone este comportamiento. [0,8 puntos]}$

Durante los cuatro primeros minutos el CO$_2$ aumenta en el medio. Se produce porque el metabolismo aerobio está en marcha: mientras hay sustrato y oxígeno, el piruvato entra en la mitocondria, se descarboxila a acetil-CoA y se oxida en el ciclo de Krebs, y en esas descarboxilaciones los carbonos de la glucosa se liberan en forma de dióxido de carbono.

A partir del minuto cuatro, y hasta el final del registro, el CO$_2$ permanece estable: la gráfica muestra una línea horizontal. La razón es que, agotado el oxígeno, el metabolismo aerobio y con él el ciclo de Krebs se han detenido, y la ruta que toma el relevo es la fermentación láctica, que no produce dióxido de carbono. En la fermentación láctica el piruvato no se descarboxila, sino que se reduce directamente a ácido láctico —a diferencia de la fermentación alcohólica, que sí libera CO$_2$—, de modo que la cantidad de gas acumulada hasta el minuto cuatro ya no crece ni disminuye.

$\textbf{c) ¿En qué periodo de tiempo la célula producirá más energía? Razone la respuesta. [0,3 puntos]}$

La célula producirá más energía durante los cuatro primeros minutos, es decir, mientras dispone de oxígeno.

La razón es que el metabolismo aerobio es mucho más eficiente que el anaerobio. En la respiración aerobia la glucosa se oxida por completo hasta CO$_2$ y agua, y las coenzimas reducidas ceden sus electrones a la cadena respiratoria, con lo que se obtiene del orden de $30$ a $38$ moléculas de ATP por glucosa. En la fermentación láctica, en cambio, la degradación es solo parcial —el producto final, el ácido láctico, todavía conserva mucha energía en sus enlaces— y el único ATP que se obtiene es el de la glucólisis: un rendimiento neto de $2$ ATP por glucosa.