Ejercicio resuelto de Respiración celular · Biología · 2023

Opción 2B (2,5 puntos)
En relación con los procesos catabólicos, y cuando tienen lugar en presencia de ${\mathrm{O}}_2$:

a) ¿en qué etapa del metabolismo coinciden los procesos catabólicos de triglicéridos e hidratos de carbono? (0,75 p)
b) ¿cuáles son los productos finales de esta etapa del metabolismo? (0,5 p)
c) ¿cuál de los dos tipos de biomoléculas proporciona un mayor rendimiento energético por molécula degradada en la oxidación total? Razona tu respuesta (0,75 p)
d) ¿en qué compartimento/orgánulo celular ocurre este proceso? (0,5 p)

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{¿en}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{etapa}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{metabolismo}}\mathbf{\text{coinciden}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{procesos}}\mathbf{\text{catab}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{licos}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{triglic}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{ridos}}\mathbf{\text{e}}\mathbf{\text{hidratos}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{carbono?}}\mathbf{\text{(0,75}}\mathbf{\text{p)}}$

Coinciden en el acetil-CoA y, a partir de él, en el ciclo de Krebs.

Los caminos previos son distintos. Los hidratos de carbono se degradan por la glucólisis hasta ácido pirúvico, y este entra en la mitocondria y sufre la descarboxilación oxidativa que lo convierte en acetil-CoA. Los triglicéridos se hidrolizan primero en glicerina y ácidos grasos, y estos, tras activarse y entrar en la matriz mitocondrial, se degradan por la $\beta$-oxidación de dos en dos carbonos, liberando también acetil-CoA.

Desde ese punto el camino es común: el acetil-CoA se condensa con el oxalacetato y recorre el ciclo de Krebs, y las coenzimas reducidas que este produce ceden sus electrones a la cadena respiratoria.

Esta convergencia es la razón por la que se dice que el catabolismo es un conjunto de rutas convergentes, y explica que el ciclo de Krebs sea la encrucijada del metabolismo celular.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{¿cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{les}}\mathbf{\text{son}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{productos}}\mathbf{\text{finales}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{esta}}\mathbf{\text{etapa}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{metabolismo?}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{p)}}$

Del ciclo de Krebs, por cada acetil-CoA que entra, salen dos moléculas de $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$, tres de $\mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{D}\mathrm{H}$, una de $\mathrm{F}\mathrm{A}\mathrm{D}{\mathrm{H}}_2$ y una de GTP, equivalente a un ATP.

Si se considera el proceso completo hasta el final de la respiración aerobia, los productos finales son $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$, agua —formada en la cadena respiratoria al reducirse el oxígeno— y ATP.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{¿cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{dos}}\mathbf{\text{tipos}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{biomol}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{culas}}\mathbf{\text{proporciona}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{mayor}}\mathbf{\text{rendimiento}}\mathbf{\text{energ}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tico}}\mathbf{\text{por}}\mathbf{\text{mol}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{cula}}\mathbf{\text{degradada}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{oxidaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{total?}}\mathbf{\text{Razona}}\mathbf{\text{tu}}\mathbf{\text{respuesta}}\mathbf{\text{(0,75}}\mathbf{\text{p)}}$

Proporcionan mucho más los triglicéridos, y hay dos razones que se suman.

La primera es el grado de oxidación de los carbonos. En un glúcido casi todos los carbonos llevan ya un grupo hidroxilo, es decir, están parcialmente oxidados, mientras que en un ácido graso la cadena es hidrocarbonada y sus carbonos están en el estado más reducido posible. Como la energía que se obtiene procede precisamente de oxidar esos carbonos, queda mucho más recorrido por delante en un ácido graso. Por eso la oxidación de un gramo de grasa libera unas $9\text{ kcal}$ frente a las $4\text{ kcal}$ de un gramo de glúcido.

La segunda es el tamaño. Una glucosa tiene seis carbonos y rinde unos 30 ATP; un triglicérido está formado por tres ácidos grasos de dieciséis o dieciocho carbonos cada uno, más la glicerina, de modo que una sola molécula rinde varios centenares de ATP.

A ello se añade una ventaja de almacenamiento: las grasas se acumulan anhidras, sin agua de hidratación, mientras que el glucógeno se almacena hidratado y ocupa mucho más para la misma energía. Esa es la razón de que la reserva energética a largo plazo de los animales sea el tejido adiposo y no el glucógeno.

$\mathbf{\text{d)}}\mathbf{\text{¿en}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{compartimento/org}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{nulo}}\mathbf{\text{celular}}\mathbf{\text{ocurre}}\mathbf{\text{este}}\mathbf{\text{proceso?}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{p)}}$

En la mitocondria.

Concretamente, tanto la $\beta$-oxidación como la descarboxilación oxidativa del piruvato y el ciclo de Krebs transcurren en la matriz mitocondrial, mientras que la cadena transportadora de electrones y la ATP-sintasa se alojan en la membrana mitocondrial interna, replegada en las crestas.

Fuera de la mitocondria quedan solo los pasos previos: la glucólisis, la lipólisis y la activación de los ácidos grasos, que ocurren en el citosol.