Ejercicio resuelto de Metabolismo celular · Biología · 2025

a) De modo general, ¿en qué se caracteriza el catabolismo y qué productos se generan en el mismo? b) Explique los diferentes tipos de catabolismo según el aceptor final de electrones. [1,25 puntos]

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{De}}\mathbf{\text{modo}}\mathbf{\text{general,}}\mathbf{\text{¿en}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{caracteriza}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{catabolismo}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{productos}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{generan}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{mismo?}}$

El catabolismo es la fase degradativa del metabolismo: el conjunto de rutas que transforman moléculas orgánicas complejas en otras más sencillas. Se caracteriza por cuatro rasgos.

Es un proceso oxidativo: las moléculas pierden electrones e hidrógenos, que son captados por coenzimas como el ${\text{NAD}}^{+}$ o el FAD, que se reducen a NADH y ${\text{FADH}}_2$.

Es exergónico, es decir, libera energía, porque los productos son moléculas más estables y más oxidadas que los sustratos.

Es convergente: rutas que parten de moléculas muy distintas —glúcidos, lípidos, proteínas— desembocan en unos pocos intermediarios comunes, sobre todo en el acetil-CoA.

Y es la fuente del ATP y del poder reductor con los que se paga el anabolismo.

Los productos que se generan son de dos tipos. Por un lado, los productos finales del carbono: dióxido de carbono y agua en la respiración aerobia, y compuestos orgánicos parcialmente oxidados —etanol, ácido láctico, ácido acético— en las fermentaciones; si se degradan aminoácidos aparecen además productos nitrogenados como el amoníaco, la urea o el ácido úrico. Por otro lado, los productos energéticos: ATP, obtenido por fosforilación a nivel de sustrato o por fosforilación oxidativa, y coenzimas reducidas. Y, junto a ellos, precursores metabólicos que el anabolismo reutiliza, porque muchos intermediarios del catabolismo son también materia prima de las biosíntesis.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Explique}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{diferentes}}\mathbf{\text{tipos}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{catabolismo}}\mathbf{\text{seg}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{aceptor}}\mathbf{\text{final}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{electrones.}}$

Los electrones que se arrancan a la molécula orgánica tienen que acabar en algún sitio, y quién sea ese último receptor divide el catabolismo en dos grandes tipos.

Respiración. El aceptor final es una molécula inorgánica, y los electrones llegan a ella a través de una cadena de transporte electrónico asociada a una membrana, de modo que su recorrido bombea protones y permite obtener ATP por fosforilación oxidativa. Se distinguen dos variantes:

En la respiración aerobia el aceptor final es el oxígeno, que se reduce a agua. Es el tipo más rentable, porque el oxígeno es muy electronegativo y el salto energético entre el NADH y él es enorme: la oxidación completa de una glucosa rinde del orden de 30 a 32 ATP. La realizan los animales, las plantas, los hongos y la mayoría de las bacterias, y ocurre en las mitocondrias en el caso de los eucariotas.

En la respiración anaerobia el aceptor final es otra molécula inorgánica distinta del oxígeno: nitrato en las bacterias desnitrificantes, que lo reducen a nitrito y finalmente a nitrógeno molecular; sulfato en las bacterias sulfatorreductoras, que lo reducen a sulfuro de hidrógeno; o dióxido de carbono en las arqueas metanógenas, que lo reducen a metano. Es exclusiva de procariotas y rinde menos ATP que la aerobia, porque el salto energético es menor, pero sigue siendo mucho más eficiente que una fermentación. Su papel en los ciclos biogeoquímicos del nitrógeno y del azufre es decisivo.

Fermentación. El aceptor final es una molécula ORGÁNICA, normalmente un producto de la degradación del propio sustrato. No hay cadena de transporte electrónico ni fosforilación oxidativa, así que el único ATP que se obtiene es el de la fosforilación a nivel de sustrato de la glucólisis: dos por glucosa, un rendimiento muy bajo. La finalidad de la fermentación no es obtener energía, que ya se ha obtenido en la glucólisis, sino REOXIDAR el NADH para que la glucólisis pueda seguir funcionando en ausencia de oxígeno. Según cuál sea el producto final se habla de fermentación alcohólica, en la que el piruvato se descarboxila y se reduce a etanol liberando dióxido de carbono, propia de las levaduras; de fermentación láctica, en la que el piruvato se reduce a ácido láctico, propia de las bacterias lácticas y del músculo humano en esfuerzo intenso; y de otras como la acética, la butírica o la pútrida.

$$	$\text{Respiraci}\acute{\text{o}}\text{n aerobia}$	$\text{Respiraci}\acute{\text{o}}\text{n anaerobia}$	$\text{Fermentaci}\acute{\text{o}}\text{n}$
Aceptor final	${\text{O}}_2$	Inorgánico distinto del ${\text{O}}_2$: nitrato, sulfato, ${\text{CO}}_2$	Molécula orgánica
Cadena transportadora	Sí	Sí	No
Oxidación del sustrato	Completa	Completa	Parcial
Rendimiento por glucosa	De 30 a 32 ATP	Menor que la aerobia	2 ATP
Organismos	Casi todos	Solo procariotas	Levaduras, bacterias, músculo

En resumen, cuanto más electronegativo es el aceptor final y más completa la oxidación del sustrato, mayor es la energía que la célula consigue extraer de la misma molécula de partida.