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)

$\textbf{a) ¿Qué representa la imagen? Nombre los procesos A, B y C, indique su localización y justifique si son catabólicos o anabólicos.}$

La imagen representa el esquema global de la $\textbf{respiración celular aerobia}$, es decir, la degradación completa de una molécula de glucosa hasta $\mathrm{CO_2}$ 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.

$\textbf{Los tres procesos son catabólicos}$, y la justificación es triple:

i) En los tres, moléculas $\textbf{complejas se degradan a otras más sencillas}$: la glucosa, de seis carbonos, se rompe en dos moléculas de tres; estas acaban convertidas en $\mathrm{CO_2}$; y en la cadena, los electrones acaban en agua.

ii) En los tres se $\textbf{libera energía}$, 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 $\textbf{oxidaciones}$: los sustratos pierden electrones e hidrógenos, que son captados por los coenzimas $\mathrm{NAD^+}$ y $\mathrm{FAD}$. El catabolismo es esencialmente oxidativo, mientras que el anabolismo es reductor.

$\textbf{b) ¿En qué condiciones tiene lugar el proceso C? ¿Por qué? Función del ATP en el metabolismo.}$

El proceso C tiene lugar en $\textbf{aerobiosis}$, 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 $\textbf{aceptor final de electrones es el oxígeno}$, que se reduce a agua:

$\mathrm{\tfrac{1}{2}\,O_2 + 2\,H^+ + 2\,e^- \rightarrow H_2O}$

Sin oxígeno la cadena se bloquea. Los transportadores quedan todos reducidos, no se puede regenerar el $\mathrm{NAD^+}$ ni el $\mathrm{FAD}$ 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 $\mathrm{NAD^+}$ para que la glucólisis pueda seguir funcionando, aunque el rendimiento caiga de unos 36 ATP a solo 2.

$\textbf{Función del ATP en el metabolismo celular.}$ 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.

$\mathrm{ATP + H_2O \rightarrow ADP + P_i + \text{energía}}$

Su papel es el de $\textbf{moneda energética universal}$ e intermediario entre el catabolismo y el anabolismo:

i) $\textbf{Acopla}$ 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 $\textbf{común a todas las rutas y a todos los seres vivos}$, lo que evita que cada proceso necesite su propio sistema de transferencia.

iii) Financia todo tipo de trabajo celular: el trabajo $\textbf{químico}$ de las biosíntesis, el $\textbf{mecánico}$ de la contracción muscular y el movimiento de cilios y flagelos, y el $\textbf{osmótico}$ 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.