Ejercicio resuelto de Respiración celular · Biología · 2025

Responda las siguientes cuestiones relacionadas con la gráfica obtenida y mostrada a la derecha:



a) Cite las rutas metabólicas celulares que explicarían los resultados obtenidos en la gráfica. Justifique su respuesta. [0,6 puntos]

b) ¿En qué lugar de la célula se lleva a cabo cada ruta metabólica? [0,6 puntos]

c) Si a lo largo del experimento, la estufa de cultivos se quedara sin oxígeno. ¿Cambiaría la gráfica? Razone su respuesta. [0,8 puntos]

$\textbf{a) Cite las rutas metabólicas celulares que explicarían los resultados obtenidos en la gráfica. Justifique su respuesta. [0,6 puntos]}$

La gráfica muestra que, conforme pasa el tiempo, la concentración de ácidos grasos disminuye mientras la de ATP aumenta. Esto solo puede interpretarse de una manera: los ácidos grasos se están utilizando como combustible, es decir, se están catabolizando para obtener energía. Las rutas implicadas son tres y funcionan encadenadas.

La primera es la $\beta$-oxidación de los ácidos grasos o hélice de Lynen. Los ácidos grasos, activados previamente a acil-CoA, van perdiendo unidades de dos carbonos: en cada vuelta se libera un acetil-CoA y se obtienen un NADH y un $\text{FADH}_2$. Es la ruta que explica directamente el descenso de la curva de ácidos grasos.

La segunda es el ciclo de Krebs. Cada acetil-CoA producido se condensa con el oxalacetato y se oxida por completo hasta $\text{CO}_2$, generando más coenzimas reducidas —tres NADH y un $\text{FADH}_2$ por vuelta— y un GTP.

La tercera es la cadena de transporte de electrones acoplada a la fosforilación oxidativa. Las coenzimas reducidas que han producido las dos rutas anteriores ceden sus electrones a la cadena, que los conduce hasta el oxígeno y aprovecha la energía liberada para bombear protones y crear un gradiente; la ATP sintasa lo disipa y sintetiza ATP. Es aquí donde se obtiene la inmensa mayoría del ATP, y por eso es esta ruta la que explica el ascenso de la curva de ATP.

$\textbf{b) ¿En qué lugar de la célula se lleva a cabo cada ruta metabólica? [0,6 puntos]}$

La $\beta$-oxidación tiene lugar en la matriz mitocondrial. Los ácidos grasos se activan en el citosol y entran en la mitocondria mediante la lanzadera de la carnitina, y ya dentro se degradan.

El ciclo de Krebs también tiene lugar en la matriz mitocondrial, donde se encuentran todas sus enzimas salvo la succinato deshidrogenasa, que está en la membrana interna.

La cadena de transporte de electrones y la fosforilación oxidativa se localizan en la membrana mitocondrial interna, es decir, en las crestas mitocondriales, que es donde están insertados los complejos transportadores y las ATP sintasas.

$\text{Ruta}$	$\text{Localización}$
$\beta$-oxidación	Matriz mitocondrial
Ciclo de Krebs	Matriz mitocondrial
Cadena de transporte de electrones y fosforilación oxidativa	Membrana mitocondrial interna (crestas)

$\textbf{c) Si a lo largo del experimento, la estufa de cultivos se quedara sin oxígeno. ¿Cambiaría la gráfica? Razone su respuesta. [0,8 puntos]}$

Sí, la gráfica cambiaría radicalmente, porque las tres rutas implicadas dependen, directa o indirectamente, del oxígeno.

El efecto directo se produce sobre la cadena de transporte de electrones: el oxígeno es su aceptor final, y sin él los electrones no pueden salir de la cadena, los transportadores quedan reducidos y el flujo se detiene. Al pararse la cadena deja de bombearse protones, el gradiente se disipa y la ATP sintasa deja de funcionar, de modo que la producción de ATP por fosforilación oxidativa cesa. La curva de ATP dejaría de ascender y comenzaría a caer, porque la célula seguiría consumiéndolo.

El efecto indirecto es igual de importante. Como la cadena respiratoria es la que reoxida el NADH y el $\text{FADH}_2$ para devolverlos como $\text{NAD}^{+}$ y FAD, al detenerse se acumulan las coenzimas reducidas y la célula se queda sin coenzimas oxidadas. Sin ellas se paran también el ciclo de Krebs y la propia $\beta$-oxidación, que las necesitan como aceptores de electrones en sus reacciones de deshidrogenación.

En consecuencia, la curva de ácidos grasos dejaría de descender y se mantendría en un valor prácticamente constante, ya que dejarían de degradarse. La célula solo podría obtener algo de ATP por glucólisis seguida de fermentación, si dispusiera de glucosa, pero en ningún caso a partir de los ácidos grasos: su oxidación es estrictamente aerobia.