Ejercicio resuelto de Respiración celular · Biología · 2021

En la gráfica adjunta se representa la variación de la glucosa en un medio de cultivo de células eucariotas, primero en condiciones aeróbicas, aunque en un momento dado se retira el oxígeno: [2 puntos]



a) En presencia de oxígeno, ¿qué proceso o procesos es o son responsables de la disminución de glucosa en el medio? ¿En qué lugar de la célula se produce? [0,5 puntos]

b) En ausencia de oxígeno, ¿qué proceso o procesos es o son responsables de la disminución de glucosa en el medio? ¿En qué lugar de la célula se produce? [0,5 puntos]

c) Cite dos productos finales de la reacción que podríamos detectar en presencia de oxígeno. [0,5 puntos]

d) ¿En cuál de las dos situaciones se obtendrá más energía? Razone la respuesta. [0,5 puntos]

$\textbf{a) En presencia de oxígeno, ¿qué proceso o procesos es o son responsables de la disminución de glucosa en el medio? ¿En qué lugar de la célula se produce? [0,5 puntos]}$

Mientras hay oxígeno las células realizan la respiración celular aerobia, que degrada la glucosa por completo a través de tres rutas encadenadas: la glucólisis, el ciclo de Krebs y la fosforilación oxidativa, es decir, la cadena de transporte de electrones acoplada a la síntesis de ATP.

En cuanto a su localización, la glucólisis ocurre en el citoplasma, en el citosol; el ciclo de Krebs, en la matriz mitocondrial; y la fosforilación oxidativa, en la membrana mitocondrial interna, donde se encuentran los complejos de la cadena respiratoria y la ATP-sintasa.

$\textbf{b) En ausencia de oxígeno, ¿qué proceso o procesos es o son responsables de la disminución de glucosa en el medio? ¿En qué lugar de la célula se produce? [0,5 puntos]}$

Al retirar el oxígeno la cadena de transporte de electrones se detiene, porque falta el aceptor final, y con ella se bloquea el ciclo de Krebs. Las células mantienen entonces la glucólisis seguida de una fermentación, que en las células animales es la fermentación láctica.

La fermentación es imprescindible para que la glucólisis pueda continuar: reduciendo el piruvato a ácido láctico se regenera el NAD$^+$ oxidado que la glucólisis necesita, y así la célula sigue obteniendo algo de ATP.

Ambos procesos, la glucólisis y la fermentación, ocurren enteramente en el citoplasma.

$\textbf{c) Cite dos productos finales de la reacción que podríamos detectar en presencia de oxígeno. [0,5 puntos]}$

Dióxido de carbono (CO$_2$), que se libera en la descarboxilación oxidativa del piruvato y en el ciclo de Krebs conforme se oxidan por completo los carbonos de la glucosa.

Agua, que se forma en el extremo de la cadena respiratoria cuando el oxígeno recibe los electrones y los protones.

Podría citarse también el ATP, que es el producto energético del proceso y la razón de ser de toda la ruta.

$\textbf{d) ¿En cuál de las dos situaciones se obtendrá más energía? Razone la respuesta. [0,5 puntos]}$

Se obtendrá mucha más energía en presencia de oxígeno.

La razón es que en la respiración aerobia la glucosa se oxida por completo hasta CO$_2$ y agua, moléculas muy sencillas y con muy poca energía en sus enlaces, de modo que se libera prácticamente toda la energía que contenía. Además, las coenzimas reducidas obtenidas en la glucólisis y en el ciclo de Krebs ceden sus electrones a la cadena respiratoria, donde se sintetiza la mayor parte del ATP. El rendimiento total es del orden de $36$ a $38$ moléculas de ATP por cada glucosa.

En la fermentación, en cambio, la degradación es solo parcial: el producto final, el ácido láctico, sigue siendo una molécula orgánica que conserva mucha energía en sus enlaces. Al no funcionar la cadena respiratoria, el único ATP que se obtiene es el de la fosforilación a nivel de sustrato de la glucólisis, con un rendimiento neto de $2$ ATP por glucosa, unas dieciocho veces menos.