Ejercicio resuelto de Respiración celular · Biología · 2026

En un experimento se utilizan tres matraces con diferentes componentes celulares (ver la tabla). Todos están en medio isoosmótico, con pH óptimo, y se les añade glucosa. Se mide el consumo de oxígeno y la glucosa residual.

Contiene:	Matraz CitOrg	Matraz Mit	Matraz Cit Citoplasma	+	-	+ Mitocondrias	+	+	- El resto de orgánulos	+	-	+

a) En el matraz CitOrg disminuye el O$_{2}$ con el tiempo, mientras que en el matraz Mit permanece constante. Al finalizar el experimento, se mide la glucosa y se observa que en el matraz CitOrg ha desaparecido, mientras que en el matraz Mit la cantidad inicial no se ha modificado ¿A qué puede deberse este resultado? Explique razonadamente qué rutas metabólicas se han producido (o no) en cada caso. [0,6 puntos]

b) Al finalizar el experimento en el matraz Cit la glucosa ha desaparecido. ¿Cómo habrá evolucionado la concentración de oxígeno? Razone su hipótesis para los cambios de glucosa y oxígeno. [0,3 puntos]

c) Ordene los matraces 'CitOrg', 'Mit' y 'Cit', de mayor a menor cantidad de ATP al final del proceso. Justifique su respuesta. [0,4 puntos]

En uno de los experimentos para el desarrollo de un proceso industrial se utilizan microorganismos para producir etanol.

d) Indique qué ruta metabólica se utiliza para producir etanol, en qué condiciones se lleva a cabo y qué tipo de microorganismos son los más empleados en este proceso. [0,3 puntos]

e) Si a los microorganismos se les introdujera un gen exógeno que permitiera la producción de una proteína fluorescente, ¿serían organismos modificados genéticamente? ¿Y organismos transgénicos? Justifique su respuesta. [0,4 puntos]

$\textbf{a) En el matraz CitOrg disminuye el O}_2\textbf{ con el tiempo, mientras que en el matraz Mit permanece constante. Al finalizar el experimento, se mide la glucosa y se observa que en el matraz CitOrg ha desaparecido, mientras que en el matraz Mit la cantidad inicial no se ha modificado ¿A qué puede deberse este resultado? Explique razonadamente qué rutas metabólicas se han producido (o no) en cada caso. [0,6 puntos]}$

El resultado se explica porque la degradación de la glucosa empieza obligatoriamente en el citoplasma, y solo el matraz CitOrg lo contiene.

En el matraz CitOrg hay citoplasma y mitocondrias, es decir, la respiración celular completa puede llevarse a cabo. La glucosa añadida se degrada primero por la glucólisis, que ocurre en el citosol y la convierte en dos moléculas de piruvato. El piruvato entra en la mitocondria, se descarboxila a acetil-CoA y se oxida por completo en el ciclo de Krebs, en la matriz mitocondrial. Las coenzimas reducidas obtenidas ceden sus electrones a la cadena de transporte, en la membrana mitocondrial interna, donde el oxígeno actúa como aceptor final y se reduce a agua. De ahí los dos hechos observados: la glucosa desaparece porque se oxida hasta el final y el oxígeno disminuye porque se consume en la cadena respiratoria.

En el matraz Mit solo hay mitocondrias, sin citoplasma. Falta, por tanto, la maquinaria enzimática de la glucólisis, que es citosólica, de modo que la glucosa no puede ni siquiera empezar a degradarse: la mitocondria no es capaz de incorporarla ni de metabolizarla. Al no producirse piruvato, tampoco hay sustrato para el ciclo de Krebs ni coenzimas reducidas que alimenten la cadena de transporte de electrones, así que esta no funciona y no se consume oxígeno. Por eso la glucosa se mantiene en su cantidad inicial y la concentración de oxígeno permanece constante.

$\textbf{b) Al finalizar el experimento en el matraz Cit la glucosa ha desaparecido. ¿Cómo habrá evolucionado la concentración de oxígeno? Razone su hipótesis para los cambios de glucosa y oxígeno. [0,3 puntos]}$

La concentración de oxígeno habrá permanecido constante.

El matraz Cit contiene citoplasma y el resto de orgánulos, pero no mitocondrias. Al tener citosol dispone de las enzimas de la glucólisis, así que la glucosa sí puede degradarse: se transforma en piruvato con un rendimiento neto de dos ATP y dos NADH por molécula. Eso explica que la glucosa acabe desapareciendo.

Sin embargo, el piruvato no puede oxidarse más allá, porque el ciclo de Krebs y la cadena de transporte de electrones son mitocondriales. Al no haber cadena respiratoria no se consume oxígeno, y por eso su concentración no varía. Además, para poder seguir funcionando, la glucólisis necesita regenerar el $\text{NAD}^{+}$, y al no disponer de mitocondrias solo puede hacerlo por fermentación, transformando el piruvato en ácido láctico o en etanol y $\text{CO}_2$. Se trata, por tanto, de un metabolismo anaerobio.

$\textbf{c) Ordene los matraces 'CitOrg', 'Mit' y 'Cit', de mayor a menor cantidad de ATP al final del proceso. Justifique su respuesta. [0,4 puntos]}$

El orden, de mayor a menor cantidad de ATP, es: CitOrg $>$ Cit $>$ Mit.

El matraz CitOrg es el que más ATP produce porque realiza la respiración aerobia completa: glucólisis, ciclo de Krebs y fosforilación oxidativa. La mayor parte del ATP procede de esta última, de modo que el rendimiento se sitúa en torno a 30-32 moléculas de ATP por cada molécula de glucosa.

El matraz Cit queda en segundo lugar. Solo puede realizar la glucólisis seguida de fermentación, cuyo balance neto es de apenas 2 moléculas de ATP por glucosa, porque el piruvato conserva casi toda la energía de la molécula original al no llegar a oxidarse.

El matraz Mit es el que menos produce: ninguna. Aunque contiene toda la maquinaria del ciclo de Krebs y de la cadena respiratoria, no dispone de glucólisis y por tanto no genera piruvato, así que no hay sustrato que alimentar a las mitocondrias y el rendimiento neto a partir de la glucosa añadida es de 0 ATP.

$\textbf{d) Indique qué ruta metabólica se utiliza para producir etanol, en qué condiciones se lleva a cabo y qué tipo de microorganismos son los más empleados en este proceso. [0,3 puntos]}$

La ruta es la fermentación alcohólica o etanólica, en la que el piruvato procedente de la glucólisis se descarboxila a acetaldehído y este se reduce a etanol, regenerando el $\text{NAD}^{+}$ que la glucólisis necesita.

Las condiciones son de anaerobiosis, es decir, en ausencia de oxígeno. Si hubiera oxígeno, el piruvato entraría en la mitocondria y se oxidaría por completo, con lo que no se acumularía etanol.

Los microorganismos más empleados son las levaduras, y en particular *Saccharomyces cerevisiae*, que es la que se utiliza en la elaboración del vino, la cerveza y el pan. También se emplean algunas bacterias, como *Zymomonas mobilis*.

$\textbf{e) Si a los microorganismos se les introdujera un gen exógeno que permitiera la producción de una proteína fluorescente, ¿serían organismos modificados genéticamente? ¿Y organismos transgénicos? Justifique su respuesta. [0,4 puntos]}$

Sí serían organismos modificados genéticamente. Un organismo modificado genéticamente es aquel cuyo material hereditario ha sido alterado deliberadamente mediante técnicas de ingeniería genética, de un modo que no se produciría de forma natural. En este caso se está introduciendo en su genoma un gen ajeno para que fabrique una proteína que antes no producía, así que la definición se cumple sin ninguna duda.

Serían además organismos transgénicos siempre que el gen introducido proceda de otra especie, que es lo habitual: la proteína verde fluorescente, por ejemplo, es originaria de la medusa *Aequorea victoria*. En ese caso el gen ajeno recibe el nombre de transgén y el organismo es transgénico. Si el gen introducido perteneciera a la misma especie, o fuera una copia modificada de uno propio, el organismo seguiría siendo modificado genéticamente pero no transgénico.

Dicho de otro modo, todo organismo transgénico es un organismo modificado genéticamente, pero no al revés.