Ejercicio resuelto de Metabolismo celular · Biología · 2026

El esquema de la derecha representa diferentes rutas metabólicas en una célula eucariota:



a) Identifique las moléculas A, B y C. ¿Qué tipo de célula eucariota será? Razónelo. [0,4 puntos]

b) ¿Cómo se llaman las rutas metabólicas numeradas del 1 al 8? [0,4 puntos]

c) En qué compartimento/estructura celular tienen lugar las rutas 1, 2, 4 y 5. Sea lo más preciso posible. [0,2 puntos]

d) Una célula necesita obtener una gran cantidad de ATP, elija cuál de las siguientes secuencias metabólicas cree que seguirá: i) 1→2; ii) 1→3→4→5; iii) 6→4→5. Razone su respuesta. [0,2 puntos]

e) En el esquema aparece la molécula del agua. ¿Qué tipo de enlace químico une los átomos de H y O dentro de una misma molécula? ¿Y entre dos moléculas de agua? Razone su respuesta. [0,2 puntos]

f) Enumere dos propiedades fisicoquímicas del agua y relaciónelas con sus funciones biológicas. [0,2 puntos]

g) La concentración de la sustancia A en la célula es de 0,02 mol/L, mientras que su concentración extracelular es de 0,09 mol/L. Si la sustancia A puede difundir a través de la membrana, ¿en qué sentido será su difusión neta y hasta qué momento difundirá? Y si la célula fuera impermeable a la sustancia A, ¿qué ocurriría? [0,4 puntos]

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Identifique}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{mol}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{culas}}\mathbf{\text{A,}}\mathbf{\text{B}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{C.}}\mathbf{\text{¿Qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tipo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{lula}}\mathbf{\text{eucariota}}\mathbf{\text{ser}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{?}}\mathbf{\text{Raz}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nelo.}}\mathbf{\text{[0,4}}\mathbf{\text{puntos]}}$

La molécula A es la glucosa. Se deduce porque de ella parte la ruta 1 que conduce al piruvato y porque la ruta 8 la transforma en glucógeno, del que solo puede provenir un monosacárido como este.

La molécula B es el acetil-CoA. Es el punto de convergencia al que llegan tanto el piruvato, por la ruta 3, como los ácidos grasos, por la ruta 6, y desde el que se entra en el ciclo que va del oxalacetato al citrato, es decir, en el ciclo de Krebs.

La molécula C es el oxígeno molecular. Se identifica porque recibe los electrones al final de la ruta 5 y se reduce a agua, que es exactamente el papel del aceptor final de la cadena respiratoria.

En cuanto al tipo de célula, se trata de una célula eucariota animal. El argumento más claro es que en el esquema aparece el glucógeno, que es el polisacárido de reserva característico de los animales; una célula vegetal almacenaría almidón. Sirve igualmente como razonamiento que en el esquema figure la formación de ácido láctico, propia de la fermentación láctica del músculo animal, que las células vegetales no realizan.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{¿C}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mo}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{llaman}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{rutas}}\mathbf{\text{metab}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{licas}}\mathbf{\text{numeradas}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{1}}\mathbf{\text{al}}\mathbf{\text{8?}}\mathbf{\text{[0,4}}\mathbf{\text{puntos]}}$

$\text{N}\acute{\text{u}}\text{mero}$	$\text{Ruta metab}\acute{\text{o}}\text{lica}$
1	Glucólisis
2	Fermentación láctica
3	Descarboxilación oxidativa del piruvato
4	Ciclo de Krebs o ciclo del ácido cítrico
5	Cadena de transporte de electrones y fosforilación oxidativa
6	$\beta$-oxidación de los ácidos grasos
7	Gluconeogénesis
8	Glucogenogénesis

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{En}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{compartimento/estructura}}\mathbf{\text{celular}}\mathbf{\text{tienen}}\mathbf{\text{lugar}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{rutas}}\mathbf{\text{1,}}\mathbf{\text{2,}}\mathbf{\text{4}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{5.}}\mathbf{\text{Sea}}\mathbf{\text{lo}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{s}}\mathbf{\text{preciso}}\mathbf{\text{posible.}}\mathbf{\text{[0,2}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Las rutas 1 y 2, la glucólisis y la fermentación láctica, tienen lugar en el citosol o hialoplasma, es decir, en la fracción soluble del citoplasma.

La ruta 4, el ciclo de Krebs, tiene lugar en la matriz mitocondrial.

La ruta 5, la cadena de transporte de electrones y la fosforilación oxidativa, tiene lugar en la membrana mitocondrial interna, concretamente en las crestas mitocondriales, que es donde se insertan los complejos transportadores y las ATP sintasas.

$\mathbf{\text{d)}}\mathbf{\text{Una}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{lula}}\mathbf{\text{necesita}}\mathbf{\text{obtener}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{gran}}\mathbf{\text{cantidad}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ATP,}}\mathbf{\text{elija}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{siguientes}}\mathbf{\text{secuencias}}\mathbf{\text{metab}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{licas}}\mathbf{\text{cree}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{seguir}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{:}}\mathbf{\text{i)}}\mathbf{\text{1}}\to \mathbf{\text{2;}}\mathbf{\text{ii)}}\mathbf{\text{1}}\to \mathbf{\text{3}}\to \mathbf{\text{4}}\to \mathbf{\text{5;}}\mathbf{\text{iii)}}\mathbf{\text{6}}\to \mathbf{\text{4}}\to \mathbf{\text{5.}}\mathbf{\text{Razone}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{respuesta.}}\mathbf{\text{[0,2}}\mathbf{\text{puntos]}}$

La célula seguirá la secuencia iii, es decir, $6\to 4\to 5$.

La razón es que la $\beta$-oxidación de un ácido graso libera muchísimo más acetil-CoA que la degradación de una molécula de glucosa. Un ácido graso de dieciséis carbonos, por ejemplo, rinde ocho acetil-CoA y siete pares de coenzimas reducidas solo en la $\beta$-oxidación, mientras que una glucosa rinde únicamente dos. Cada uno de esos acetil-CoA entra en el ciclo de Krebs (4) y genera más NADH y ${\text{FADH}}_2$, que alimentan la cadena de transporte de electrones (5), que es donde se produce la inmensa mayoría del ATP. Por eso los ácidos grasos son un combustible mucho más rentable: liberan más del doble de energía por gramo que los glúcidos.

La secuencia ii, $1\to 3\to 4\to 5$, es también una oxidación completa y aerobia y resulta muy eficiente —unos 30 a 32 ATP por glucosa—, pero rinde bastante menos que la anterior.

La secuencia i, $1\to 2$, es con diferencia la peor: la glucólisis seguida de fermentación láctica no llega a la cadena de transporte de electrones, así que el balance neto se queda en apenas 2 ATP por molécula de glucosa, porque el ácido láctico conserva casi toda la energía del sustrato inicial.

$\mathbf{\text{e)}}\mathbf{\text{En}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{esquema}}\mathbf{\text{aparece}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{mol}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{cula}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{agua.}}\mathbf{\text{¿Qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tipo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{enlace}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{mico}}\mathbf{\text{une}}\mathbf{\text{los}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{tomos}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{H}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{O}}\mathbf{\text{dentro}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{misma}}\mathbf{\text{mol}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{cula?}}\mathbf{\text{¿Y}}\mathbf{\text{entre}}\mathbf{\text{dos}}\mathbf{\text{mol}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{culas}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{agua?}}\mathbf{\text{Razone}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{respuesta.}}\mathbf{\text{[0,2}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Dentro de una misma molécula, el oxígeno y cada uno de los dos hidrógenos están unidos por un enlace covalente polar. Es covalente porque comparten un par de electrones, y es polar porque el oxígeno es mucho más electronegativo que el hidrógeno y atrae hacia sí ese par compartido: como consecuencia aparece una densidad de carga negativa sobre el oxígeno y sendas densidades positivas sobre los hidrógenos, y como además la molécula es angular, esas cargas no se compensan y el agua se comporta como un dipolo permanente.

Entre dos moléculas de agua distintas se establece un puente de hidrógeno o enlace de hidrógeno. Es una unión intermolecular de tipo electrostático entre la carga parcial positiva del hidrógeno de una molécula y la carga parcial negativa del oxígeno de la contigua. Es un enlace mucho más débil que el covalente, pero como cada molécula puede formar hasta cuatro, en conjunto dan al agua una gran cohesión y explican la mayoría de sus propiedades.

$\mathbf{\text{f)}}\mathbf{\text{Enumere}}\mathbf{\text{dos}}\mathbf{\text{propiedades}}\mathbf{\text{fisicoqu}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{micas}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{agua}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{relaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nelas}}\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{sus}}\mathbf{\text{funciones}}\mathbf{\text{biol}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{gicas.}}\mathbf{\text{[0,2}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Una primera propiedad es su elevado calor específico: hace falta mucha energía para elevar su temperatura, porque buena parte del calor absorbido se invierte en romper puentes de hidrógeno y no en aumentar la energía cinética de las moléculas. Su función biológica derivada es la termorreguladora: el agua amortigua las variaciones de temperatura y permite que los seres vivos y las grandes masas de agua mantengan una temperatura interna estable pese a los cambios del ambiente.

Una segunda propiedad es su elevado poder disolvente, consecuencia de su polaridad, que le permite rodear los iones y las moléculas polares formando capas de hidratación y separarlos entre sí. Sus funciones biológicas derivadas son la de disolvente y medio de transporte —en la sangre o en la savia— y la de medio en el que se desarrollan prácticamente todas las reacciones del metabolismo, ya que estas solo ocurren entre sustancias disueltas.

También serían válidos el elevado calor de vaporización, que permite refrigerar el organismo mediante la evaporación del sudor o la transpiración, y la elevada cohesión y adhesión, que explican la capilaridad y el ascenso de la savia bruta por el xilema.

$\mathbf{\text{g)}}\mathbf{\text{La}}\mathbf{\text{concentraci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{sustancia}}\mathbf{\text{A}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{lula}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{0,02}}\mathbf{\text{mol/L,}}\mathbf{\text{mientras}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{concentraci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{extracelular}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{0,09}}\mathbf{\text{mol/L.}}\mathbf{\text{Si}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{sustancia}}\mathbf{\text{A}}\mathbf{\text{puede}}\mathbf{\text{difundir}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{trav}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{s}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{membrana,}}\mathbf{\text{¿en}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{sentido}}\mathbf{\text{ser}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{difusi}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{neta}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{hasta}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{momento}}\mathbf{\text{difundir}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{?}}\mathbf{\text{Y}}\mathbf{\text{si}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{lula}}\mathbf{\text{fuera}}\mathbf{\text{impermeable}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{sustancia}}\mathbf{\text{A,}}\mathbf{\text{¿qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{ocurrir}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a?}}\mathbf{\text{[0,4}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Si la sustancia A puede atravesar la membrana, su difusión neta será desde el exterior hacia el interior de la célula, porque la difusión se produce siempre a favor del gradiente de concentración, es decir, desde donde está más concentrada, $\mathrm{0,09}\text{ mol/L}$ fuera, hacia donde lo está menos, $\mathrm{0,02}\text{ mol/L}$ dentro. Es un transporte pasivo, espontáneo, que no consume energía.

Seguirá difundiendo hasta que se alcance el equilibrio, esto es, hasta que la concentración de la sustancia A sea la misma a ambos lados de la membrana. A partir de ese momento las moléculas siguen atravesándola en los dos sentidos, pero al mismo ritmo, de manera que el flujo neto es nulo.

Si la célula fuera impermeable a la sustancia A, esta no podría entrar y el gradiente se mantendría. Al ser el medio extracelular hipertónico respecto al citoplasma, lo que se movería sería el agua: se produciría ósmosis, y el agua saldría de la célula desde el medio más diluido, el interior, hacia el más concentrado, el exterior, atravesando la membrana semipermeable. La célula perdería agua y volumen; en una célula animal el fenómeno se denomina crenación y en una vegetal, plasmólisis, con separación de la membrana plasmática de la pared celular.