Ejercicio resuelto de Respiración celular · Biología · 2020

PREGUNTA 4. LA CÉLULA VIVA. MORFOLOGÍA, ESTRUCTURA Y FISIOLOGÍA CELULAR.
La figura 3 es un esquema de un orgánulo celular:



a) ¿De qué orgánulo se trata? ¿Qué proceso estaría representado por el número 1? ¿A qué proceso hacen referencia los números 2, 3, 4, 5 y 6? ¿Con qué compuesto, representado por la letra Y, comenzaría dicho proceso? ¿Y qué compuesto representa la letra W? ¿Qué pasaría si no hubiera suficiente compuesto W?
b) ¿Qué representa el número 7? ¿En qué proceso interviene? ¿Qué representa la letra X? ¿Qué compuesto se consigue al final representado por la letra B? (2 puntos)

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{¿De}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{org}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{nulo}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{trata?}}\mathbf{\text{¿Qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{proceso}}\mathbf{\text{estar}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{representado}}\mathbf{\text{por}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{n}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{mero}}\mathbf{\text{1?}}\mathbf{\text{¿A}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{proceso}}\mathbf{\text{hacen}}\mathbf{\text{referencia}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{n}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{meros}}\mathbf{\text{2,}}\mathbf{\text{3,}}\mathbf{\text{4,}}\mathbf{\text{5}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{6?}}\mathbf{\text{¿Con}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{compuesto,}}\mathbf{\text{representado}}\mathbf{\text{por}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{letra}}\mathbf{\text{Y,}}\mathbf{\text{comenzar}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{dicho}}\mathbf{\text{proceso?}}\mathbf{\text{¿Y}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{compuesto}}\mathbf{\text{representa}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{letra}}\mathbf{\text{W?}}\mathbf{\text{¿Qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{pasar}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{si}}\mathbf{\text{no}}\mathbf{\text{hubiera}}\mathbf{\text{suficiente}}\mathbf{\text{compuesto}}\mathbf{\text{W?}}$

El orgánulo es la mitocondria. Se reconoce por su envoltura de dos membranas, la externa y la interna, rotuladas en la propia figura, y por los complejos proteicos insertados en esta última.

El número 1 representa el ciclo de Krebs, también llamado ciclo del ácido cítrico, que se desarrolla en la matriz mitocondrial. Que en el esquema entre en él el acetil-coenzima A lo identifica sin lugar a dudas: en cada vuelta el grupo acetilo se oxida por completo hasta dióxido de carbono y se obtienen los coenzimas reducidos.

Los números 2, 3, 4, 5 y 6 son los complejos proteicos de la membrana mitocondrial interna, y el proceso al que hacen referencia es la cadena transportadora de electrones o cadena respiratoria. Los electrones pasan de un complejo a otro en orden creciente de potencial de reducción y, con la energía que van liberando, los complejos bombean protones desde la matriz hacia el espacio intermembranoso.

La letra Y representa el NADH, el coenzima NAD reducido que el ciclo de Krebs acaba de generar y que cede sus electrones al primer complejo de la cadena; con él comienza el proceso. La letra Z que aparece a su lado es el NAD ya oxidado, que vuelve al ciclo de Krebs para recargarse. Junto al NADH actúa también el FADH2, que entra algo más adelante en la cadena.

La letra W representa el oxígeno molecular, que actúa como aceptor final de los electrones: al recibirlos, junto con protones de la matriz, se reduce y da lugar al agua que aparece a su lado.

Si no hubiera suficiente oxígeno, la cadena se detendría por completo, porque los electrones no tendrían dónde ir. La consecuencia es en cascada: los coenzimas no se reoxidarían y, al no disponer de NAD y FAD oxidados, se pararían también el ciclo de Krebs, la descarboxilación del piruvato y la beta-oxidación; sin transporte de electrones no se bombearían protones, desaparecería el gradiente y la ATP-sintasa dejaría de producir ATP. La célula solo podría obtener energía por la glucólisis seguida de fermentación, con un rendimiento de dos ATP por glucosa frente a los treinta y tantos de la respiración aerobia.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{¿Qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{representa}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{n}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{mero}}\mathbf{\text{7?}}\mathbf{\text{¿En}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{proceso}}\mathbf{\text{interviene?}}\mathbf{\text{¿Qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{representa}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{letra}}\mathbf{\text{X?}}\mathbf{\text{¿Qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{compuesto}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{consigue}}\mathbf{\text{al}}\mathbf{\text{final}}\mathbf{\text{representado}}\mathbf{\text{por}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{letra}}\mathbf{\text{B?}}$

El número 7 representa la ATP-sintasa, el complejo enzimático que atraviesa la membrana mitocondrial interna y que en el esquema aparece dibujado aparte de los demás, con un canal por el que vuelven los protones.

Interviene en la fosforilación oxidativa, y en concreto en su segunda mitad: la síntesis de ATP acoplada al gradiente de protones. Los protones acumulados en el espacio intermembranoso solo pueden regresar a la matriz por su canal, y al atravesarlo hacen girar la porción móvil de la enzima; ese giro aporta la energía necesaria para unir el ADP con el fosfato inorgánico. Es el mecanismo que describe la hipótesis quimiosmótica de Mitchell.

La letra X representa los protones, es decir, los iones hidrógeno. Los complejos 2 a 6 los bombean desde la matriz hacia el espacio intermembranoso, en contra de su gradiente, y por eso aparecen dibujados a un lado y otro de la membrana; el número 7 los deja volver.

La letra B representa el ATP, el producto final del proceso. La letra A que aparece a su lado es, en consecuencia, el ADP junto con el fosfato inorgánico, es decir, los sustratos que la ATP-sintasa combina.

El esquema recoge así, de un vistazo, el acoplamiento entre las dos mitades de la fosforilación oxidativa: la oxidación de los coenzimas crea el gradiente y el gradiente permite fosforilar el ADP.