Ejercicio resuelto de Respiración celular · Biología · 2022

El objetivo del catabolismo celular es producir energía y metabolitos para el normal funcionamiento de las células.

a) ¿Qué diferencia de rendimiento energético hay entre el catabolismo aerobio de la glucosa y el que se produce en condiciones anaerobias? [0,5 puntos]

b) ¿Por qué existe esta diferencia de rendimiento? [0,5 puntos]

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{¿Qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{diferencia}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{rendimiento}}\mathbf{\text{energ}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tico}}\mathbf{\text{hay}}\mathbf{\text{entre}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{catabolismo}}\mathbf{\text{aerobio}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{glucosa}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{produce}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{condiciones}}\mathbf{\text{anaerobias?}}\mathbf{\text{[0,5}}\mathbf{\text{puntos]}}$

La diferencia es enorme: unas quince veces.

El catabolismo anaerobio de la glucosa —la fermentación— rinde $2$ ATP por molécula de glucosa, los dos que se obtienen en la glucólisis por fosforilación a nivel de sustrato. Los productos finales son etanol y $C{O}_2$ en la fermentación alcohólica, o ácido láctico en la láctica.

El catabolismo aerobio —la respiración celular— rinde unos $30$ a $32$ ATP por molécula de glucosa, y los productos finales son $C{O}_2$ y agua. De ellos, $2$ proceden de la glucólisis, $2$ del ciclo de Krebs y todos los demás de la fosforilación oxidativa.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{¿Por}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{existe}}\mathbf{\text{esta}}\mathbf{\text{diferencia}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{rendimiento?}}\mathbf{\text{[0,5}}\mathbf{\text{puntos]}}$

La razón de fondo es el aceptor final de electrones, y todo lo demás se deriva de ella.

En la respiración aerobia, el aceptor final es el oxígeno, una molécula muy electronegativa. Eso permite que los electrones arrancados a la glucosa recorran toda la cadena transportadora de la membrana mitocondrial interna cayendo desde un nivel energético muy alto hasta uno muy bajo, y esa caída se aprovecha para bombear protones y crear el gradiente que mueve la ATP-sintasa. Así, cada NADH rinde unos $\mathrm{2,5}$ ATP y cada $FAD{H}_2$ unos $\mathrm{1,5}$.

En la fermentación, el aceptor final es una molécula orgánica procedente de la propia glucosa —el piruvato o el acetaldehído—, cuyo poder oxidante es muy pequeño. No hay cadena transportadora ni gradiente de protones, y todo el ATP ha de obtenerse por fosforilación a nivel de sustrato.

De ahí se siguen las dos consecuencias que explican la cifra. La primera es que en la fermentación la glucosa no se oxida por completo: el etanol y el ácido láctico que se desechan siguen siendo moléculas orgánicas que conservan casi toda la energía sin extraer, mientras que en la respiración el carbono se oxida hasta $C{O}_2$, que ya no tiene energía aprovechable. La segunda es que los dos NADH de la glucólisis no rinden nada en la fermentación: se gastan en reducir el piruvato, y ese es todo su cometido, mientras que en la respiración ceden sus electrones a la cadena.