Ejercicio resuelto de Respiración celular · Biología · 2020

El esquema mostrado representa el resumen de dos importantes rutas metabólicas. Responda razonadamente a las siguientes preguntas:



a) ¿Qué nombre reciben las rutas metabólicas 1 y 2? Explíquelas brevemente. (1,2)

b) ¿En qué lugar de la célula se desarrolla la ruta 1 y en qué lugar la ruta 2? (0,30)

c) En ciertas circunstancias, algunas células solo llevan a cabo la ruta número 1. De una explicación a este hecho. (0,50)

$\textbf{a) ¿Qué nombre reciben las rutas metabólicas 1 y 2? Explíquelas brevemente. (1,2)}$

La ruta 1 es la glucólisis o glucolisis, también llamada ruta de Embden-Meyerhof. Consiste en la degradación de una molécula de glucosa, de seis carbonos, en dos moléculas de ácido pirúvico, de tres. Se desarrolla en diez reacciones enzimáticas y consta de dos fases: en la primera se gastan 2 ATP para fosforilar y activar la glucosa, y en la segunda se recuperan 4, de modo que el balance neto es de 2 ATP, más 2 NADH. Es una ruta universal, común a todos los seres vivos, y no necesita oxígeno.

La ruta 2 es el ciclo de Krebs, también llamado ciclo del ácido cítrico o de los ácidos tricarboxílicos. En él, cada acetil-CoA se une al oxalacetato para formar citrato y, a lo largo de una serie de reacciones, el grupo acetilo se oxida por completo mientras el oxalacetato se regenera. Por cada vuelta se desprenden 2 moléculas de $CO_2$ y se obtienen 3 NADH, 1 $FADH_2$ y 1 GTP, equivalente a un ATP. Es el punto donde convergen los catabolismos de glúcidos, lípidos y aminoácidos.

La conexión entre las dos rutas es el acetil-CoA: el piruvato que sale de la glucólisis entra en la mitocondria y allí se transforma en acetil-CoA mediante la descarboxilación oxidativa, que desprende $CO_2$ y reduce un $NAD^{+}$.

$\textbf{b) ¿En qué lugar de la célula se desarrolla la ruta 1 y en qué lugar la ruta 2? (0,30)}$

La ruta 1, la glucólisis, se desarrolla en el citosol o hialoplasma, fuera de cualquier orgánulo. La ruta 2, el ciclo de Krebs, se desarrolla en la matriz mitocondrial, donde están sus enzimas; en las bacterias, que no tienen mitocondrias, ocurre en el citoplasma.

$\textbf{c) En ciertas circunstancias, algunas células solo llevan a cabo la ruta número 1. De una explicación a este hecho. (0,50)}$

Porque el ciclo de Krebs y la cadena respiratoria dependen del oxígeno, y la glucólisis no.

Cuando falta oxígeno, el aceptor final de los electrones desaparece: la cadena de transporte se detiene, las coenzimas reducidas no pueden reoxidarse y el ciclo de Krebs se para con ellas. La célula queda entonces limitada a la glucólisis, y para que esta siga funcionando necesita recuperar el $NAD^{+}$; lo consigue mediante la fermentación, en la que el aceptor final de los hidrógenos no es el oxígeno sino una molécula orgánica sencilla, el propio piruvato o un derivado suyo, que se reduce a ácido láctico o a etanol. El rendimiento se queda en los 2 ATP de la glucólisis, muy lejos de los treinta y tantos de la vía aerobia, pero permite sobrevivir.

Ocurre, por ejemplo, en el músculo esquelético durante un esfuerzo intenso, cuando el aporte de oxígeno no basta. Y hay células que no llegan a hacer nunca las otras rutas porque carecen de mitocondrias: es el caso de los glóbulos rojos maduros, cuyo metabolismo es exclusivamente glucolítico, y el de los microorganismos anaerobios estrictos.