Ejercicio resuelto de Respiración celular · Biología · 2023

Opción 2B (2.5 puntos)
En la gráfica adjunta se representa la variación de la concentración de glucosa en un medio de cultivo de células eucariotas, primero en condiciones aerobias, aunque en un momento dado se retira el oxígeno.



a) En presencia de oxígeno, ¿qué proceso(s) es/son responsable(s) de la disminución de glucosa en el medio? ¿En qué lugar de la célula se producen? (0.75 p)
b) En ausencia de oxígeno, ¿qué proceso(s) es/son responsable(s) de la disminución de glucosa en el medio? ¿En qué lugar de la célula se producen? (0.75 p)
c) Cite los productos finales de la reacción que podríamos detectar en presencia de ${\mathrm{O}}_2$ (0.5 p)
d) ¿En cuál de las dos situaciones se obtendrá más energía? Razone la respuesta (0.5 p)

La gráfica muestra que la glucosa del medio se consume despacio mientras hay oxígeno y mucho más deprisa en cuanto se retira: la pendiente se hace claramente más pronunciada a partir del minuto 30. Ese cambio de pendiente es el hecho que hay que explicar.

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{En}}\mathbf{\text{presencia}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ox}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{geno,}}\mathbf{\text{¿qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{proceso(s)}}\mathbf{\text{es/son}}\mathbf{\text{responsable(s)}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{disminuci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{glucosa}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{medio?}}\mathbf{\text{¿En}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{lugar}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{lula}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{producen?}}\mathbf{\text{(0.75}}\mathbf{\text{p)}}$

Con oxígeno la célula realiza la respiración celular aerobia, que degrada la glucosa por completo. Comprende cuatro etapas encadenadas.

Etapa	Localización Glucólisis: de glucosa a ácido pirúvico	Citosol o hialoplasma Descarboxilación oxidativa del piruvato a acetil-CoA	Matriz mitocondrial Ciclo de Krebs	Matriz mitocondrial Cadena transportadora de electrones y fosforilación oxidativa	Membrana mitocondrial interna, en las crestas

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{En}}\mathbf{\text{ausencia}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ox}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{geno,}}\mathbf{\text{¿qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{proceso(s)}}\mathbf{\text{es/son}}\mathbf{\text{responsable(s)}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{disminuci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{glucosa}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{medio?}}\mathbf{\text{¿En}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{lugar}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{lula}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{producen?}}\mathbf{\text{(0.75}}\mathbf{\text{p)}}$

Sin oxígeno la cadena respiratoria se detiene, porque le falta el aceptor final de electrones, y con ella se paran también el ciclo de Krebs y la descarboxilación oxidativa por falta de $\mathrm{N}\mathrm{A}{\mathrm{D}}^{+}$ libre. La célula queda reducida a la glucólisis, y para poder mantenerla necesita regenerar ese $\mathrm{N}\mathrm{A}{\mathrm{D}}^{+}$ mediante una fermentación.

Los procesos responsables son, por tanto, la glucólisis seguida de la fermentación, que en células eucariotas animales es láctica, con producción de ácido láctico.

Ambos transcurren íntegramente en el citosol: no interviene ningún orgánulo, lo que explica que puedan seguir funcionando aunque la mitocondria esté parada.



En presencia de oxígeno la glucosa se oxida por completo, de modo que los productos finales son dióxido de carbono y agua, además de la energía retenida en forma de ATP.

${\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{O}}_6+6{\mathrm{O}}_2⟶6\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2+6{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}+\text{energ}\acute{\text{i}}\text{a (ATP)}$

No queda ningún compuesto orgánico intermedio sin aprovechar, a diferencia de lo que ocurre en la fermentación, donde el ácido láctico conserva todavía la mayor parte de la energía.

$\mathbf{\text{d)}}\mathbf{\text{¿En}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{dos}}\mathbf{\text{situaciones}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{obtendr}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{s}}\mathbf{\text{energ}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a?}}\mathbf{\text{Razone}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{respuesta}}\mathbf{\text{(0.5}}\mathbf{\text{p)}}$

Se obtiene mucha más energía en presencia de oxígeno.

La razón es que la oxidación aerobia es completa: los seis carbonos de la glucosa acaban como $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ y todos los electrones arrancados pasan por la cadena respiratoria, lo que permite fabricar unas 30 a 32 moléculas de ATP por glucosa. En la fermentación, en cambio, la oxidación es solo parcial y el único ATP procede de la fosforilación a nivel de sustrato de la glucólisis: 2 moléculas por glucosa. La diferencia es de unas quince veces.

Y aquí está la explicación de la gráfica. Como cada glucosa rinde tan poco ATP sin oxígeno, la célula debe consumir muchas más moléculas de glucosa para cubrir la misma demanda energética, y por eso la concentración en el medio cae mucho más deprisa a partir del minuto 30. Este fenómeno se conoce como efecto Pasteur.