Ejercicio resuelto de Respiración celular · Biología · 2020

PREGUNTA 4. LA CÉLULA VIVA. MORFOLOGÍA, ESTRUCTURA Y FISIOLOGÍA CELULAR.
En relación con la figura 4, conteste las siguientes cuestiones:



a) ¿Qué representa la imagen? Nombre los procesos A, B y C e indique la localización de cada uno de ellos en la célula eucariota. Justifique si estos procesos son catabólicos o anabólicos.
b) ¿En qué condiciones tiene lugar el proceso C, en aerobiosis o en anaerobiosis? ¿Por qué? Explique la función del ATP en el metabolismo celular. (2 puntos)

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{¿Qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{representa}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{imagen?}}\mathbf{\text{Nombre}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{procesos}}\mathbf{\text{A,}}\mathbf{\text{B}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{C,}}\mathbf{\text{indique}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{localizaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{justifique}}\mathbf{\text{si}}\mathbf{\text{son}}\mathbf{\text{catab}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{licos}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{anab}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{licos.}}$

La imagen representa el esquema global de la $\mathbf{\text{respiraci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{celular}}\mathbf{\text{aerobia}}$, es decir, la degradación completa de una molécula de glucosa hasta $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ y agua con obtención de ATP. Se aprecia el balance clásico de 2 ATP en la primera etapa, 2 GTP en la segunda y 34 ATP en la tercera, además de los transportadores reducidos que enlazan unas etapas con otras.

Proceso	Nombre	Localización en la célula eucariota A	Glucólisis o glicólisis	Citosol (hialoplasma) B	Ciclo de Krebs (ciclo del ácido cítrico o de los ácidos tricarboxílicos)	Matriz mitocondrial C	Cadena respiratoria y fosforilación oxidativa	Membrana interna de la mitocondria (crestas mitocondriales)

Conviene señalar que el paso intermedio del esquema, la transformación del ácido pirúvico en acetil-CoA, es la descarboxilación oxidativa del piruvato y tiene lugar también en la matriz mitocondrial.

$\mathbf{\text{Los}}\mathbf{\text{tres}}\mathbf{\text{procesos}}\mathbf{\text{son}}\mathbf{\text{catab}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{licos}}$, y la justificación es triple:

i) En los tres, moléculas $\mathbf{\text{complejas}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{degradan}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{otras}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{s}}\mathbf{\text{sencillas}}$: la glucosa, de seis carbonos, se rompe en dos moléculas de tres; estas acaban convertidas en $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$; y en la cadena, los electrones acaban en agua.

ii) En los tres se $\mathbf{\text{libera}}\mathbf{\text{energ}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}$, que se conserva en forma de ATP o GTP. Son procesos exergónicos, al contrario que los anabólicos, que consumen energía.

iii) En los tres se producen $\mathbf{\text{oxidaciones}}$: los sustratos pierden electrones e hidrógenos, que son captados por los coenzimas $\mathrm{N}\mathrm{A}{\mathrm{D}}^{+}$ y $\mathrm{F}\mathrm{A}\mathrm{D}$. El catabolismo es esencialmente oxidativo, mientras que el anabolismo es reductor.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{¿En}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{condiciones}}\mathbf{\text{tiene}}\mathbf{\text{lugar}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{proceso}}\mathbf{\text{C?}}\mathbf{\text{¿Por}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{?}}\mathbf{\text{Funci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{ATP}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{metabolismo.}}$

El proceso C tiene lugar en $\mathbf{\text{aerobiosis}}$, es decir, en presencia de oxígeno.

La razón está en el final de la cadena. Los electrones arrancados a la glucosa van pasando de un transportador a otro, cada uno con mayor potencial de reducción que el anterior, y ese descenso energético se aprovecha para bombear protones al espacio intermembrana. Pero para que ese flujo continúe hace falta que alguien retire los electrones al final del recorrido, y ese $\mathbf{\text{aceptor}}\mathbf{\text{final}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{electrones}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{ox}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{geno}}$, que se reduce a agua:

$\frac{1}{2}{\mathrm{O}}_2+2{\mathrm{H}}^{+}+2{\mathrm{e}}^{-}\to {\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

Sin oxígeno la cadena se bloquea. Los transportadores quedan todos reducidos, no se puede regenerar el $\mathrm{N}\mathrm{A}{\mathrm{D}}^{+}$ ni el $\mathrm{F}\mathrm{A}\mathrm{D}$ y, al faltar estos, se detienen también el ciclo de Krebs y la propia glucólisis. Por eso en anaerobiosis la célula recurre a las fermentaciones, cuyo único objetivo es regenerar el $\mathrm{N}\mathrm{A}{\mathrm{D}}^{+}$ para que la glucólisis pueda seguir funcionando, aunque el rendimiento caiga de unos 36 ATP a solo 2.

$\mathbf{\text{Funci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{ATP}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{metabolismo}}\mathbf{\text{celular.}}$ El ATP, adenosín trifosfato, es un nucleótido formado por adenina, ribosa y tres grupos fosfato unidos en cadena. Los dos últimos enlaces entre fosfatos son enlaces ricos en energía: al hidrolizarse liberan unos 30,5 kJ/mol, porque los grupos fosfato, cargados negativamente, se repelen entre sí y los productos son más estables.

$\mathrm{A}\mathrm{T}\mathrm{P}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\to \mathrm{A}\mathrm{D}\mathrm{P}+{\mathrm{P}}_{\mathrm{i}}+\text{energ}\acute{\text{ı}}\text{a}$

Su papel es el de $\mathbf{\text{moneda}}\mathbf{\text{energ}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tica}}\mathbf{\text{universal}}$ e intermediario entre el catabolismo y el anabolismo:

i) $\mathbf{\text{Acopla}}$ las reacciones que liberan energía con las que la consumen. La energía del catabolismo no se puede transferir directamente a la biosíntesis; se almacena primero en el ATP y desde ahí se cede donde haga falta.

ii) Es una moneda $\mathbf{\text{com}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{todas}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{rutas}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{todos}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{seres}}\mathbf{\text{vivos}}$, lo que evita que cada proceso necesite su propio sistema de transferencia.

iii) Financia todo tipo de trabajo celular: el trabajo $\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{mico}}$ de las biosíntesis, el $\mathbf{\text{mec}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{nico}}$ de la contracción muscular y el movimiento de cilios y flagelos, y el $\mathbf{\text{osm}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{tico}}$ del transporte activo, como el de la bomba de sodio-potasio.

No es, en cambio, una molécula de reserva: se consume a los pocos segundos de formarse y se recicla continuamente. Las reservas energéticas de la célula son el glucógeno y las grasas.