Ejercicio resuelto de Cadena respiratoria · Biología · 2023

PREGUNTA 3. LA CÉLULA VIVA. MORFOLOGÍA, ESTRUCTURA Y FISIOLOGÍA CELULAR
En relación con la figura 2, que representa un proceso que tiene lugar en la mitocondria, conteste a las siguientes cuestiones:



A) ¿Qué partes de la mitocondria son las representadas con las letras A, B y C?
B) ¿Qué nombre recibe el proceso representado? Explíquelo brevemente.
C) ¿Cuál es la función de la acumulación de ${\mathrm{H}}^{+}$ en la zona denominada A en la imagen? ¿Qué nombre recibe la hipótesis que explica cómo se lleva a cabo dicha función?

$\mathbf{\text{A)}}\mathbf{\text{¿Qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{partes}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{mitocondria}}\mathbf{\text{son}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{representadas}}\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{letras}}\mathbf{\text{A,}}\mathbf{\text{B}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{C?}}$

La letra A es el espacio intermembranoso, el compartimento situado entre las dos membranas de la envoltura, hacia el que la figura muestra que se bombean los protones.

La letra B es la membrana mitocondrial interna, que en la mitocondria se pliega formando las crestas y en la que están insertados los complejos que aparecen dibujados.

La letra C es la matriz mitocondrial, el espacio interno donde se encuentran las enzimas del ciclo de Krebs y donde se generan el NADH y el FADH2 que la figura muestra cediendo sus electrones.

$\mathbf{\text{B)}}\mathbf{\text{¿Qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{nombre}}\mathbf{\text{recibe}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{proceso}}\mathbf{\text{representado?}}\mathbf{\text{Expl}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{quelo}}\mathbf{\text{brevemente.}}$

El proceso es la cadena transportadora de electrones o cadena respiratoria, que junto con la síntesis de ATP constituye la fosforilación oxidativa.

Los coenzimas reducidos NADH y FADH2, procedentes de la glucólisis, de la descarboxilación oxidativa del piruvato, del ciclo de Krebs y de la beta-oxidación, ceden sus electrones a la cadena. El NADH lo hace en el complejo I y el FADH2 en el complejo II, algo más adelante, razón por la cual rinde menos ATP.

Los electrones van pasando de un transportador a otro, a través de la ubiquinona o coenzima Q, del complejo III, del citocromo c y del complejo IV, en un orden fijado por su potencial de reducción creciente. En cada paso liberan energía, y los complejos I, III y IV la aprovechan para bombear protones desde la matriz hasta el espacio intermembranoso, en contra de su gradiente.

Al final de la cadena, en el complejo IV, los electrones son recogidos por el oxígeno, que actúa como aceptor final y, junto con protones de la matriz, se reduce a agua. Esa es la razón de que el proceso necesite oxígeno y de que, en su ausencia, toda la cadena se detenga.

$\mathbf{\text{C)}}\mathbf{\text{¿Cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{funci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{acumulaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{H+}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{zona}}\mathbf{\text{denominada}}\mathbf{\text{A}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{imagen?}}\mathbf{\text{¿Qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{nombre}}\mathbf{\text{recibe}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{hip}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{tesis}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{explica}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mo}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{lleva}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{cabo}}\mathbf{\text{dicha}}\mathbf{\text{funci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n?}}$

La función de esa acumulación es almacenar energía en forma de un gradiente para poder sintetizar ATP.

Al bombear protones hacia el espacio intermembranoso se crea a ambos lados de la membrana interna una diferencia de concentración y también de carga eléctrica, es decir, un gradiente electroquímico, que se conoce como fuerza protón-motriz. La energía que los electrones iban liberando queda así almacenada en ese desequilibrio, del mismo modo que el agua embalsada almacena energía.

Los protones tienden a volver a la matriz, pero la membrana interna es impermeable a ellos y solo pueden hacerlo por un paso concreto: el canal de la ATP-sintasa. Al atravesarlo, su flujo hace girar la porción móvil de la enzima, y ese giro es lo que aporta la energía necesaria para unir el ADP con el fosfato inorgánico y formar ATP.

La hipótesis que explica este mecanismo es la hipótesis quimiosmótica, formulada por Peter Mitchell, que le valió el premio Nobel. Su idea central es que la oxidación y la fosforilación no están acopladas por ningún intermediario químico rico en energía, como se creía, sino por un gradiente de protones a través de una membrana.