Ejercicio resuelto de Respiración celular · Biología · 2024

Opción 4A (2,5 puntos)
En lo concerniente al catabolismo que tiene lugar en la célula, responda a las siguientes preguntas:

a) (0,5 puntos) ¿Qué es la glucolisis?
b) (0,5 puntu) ¿En qué consiste la descarboxilación oxidativa del piruvato?
c) (0,5 puntu) ¿Cuál es la procedencia del acetil-CoA que se incorpora al ciclo de Krebs?
d) (0,5 puntu) ¿Qué coenzimas reducidos se forman en el ciclo de Krebs?
e) (0,5 puntu) ¿Cuál es la finalidad de la cadena respiratoria?

$\textbf{a) (0,5 puntos) ¿Qué es la glucolisis?}$

La glucólisis es la ruta catabólica que degrada una molécula de glucosa hasta dos de ácido pirúvico, en diez reacciones sucesivas catalizadas por enzimas del citosol. No necesita oxígeno, lo que la hace universal: la realizan todas las células, aerobias y anaerobias, procariotas y eucariotas, y por eso se considera la vía metabólica más antigua.

Consta de dos etapas. En la primera, de gasto, la glucosa se fosforila y se rompe consumiendo dos ATP. En la segunda, de rendimiento, se obtienen cuatro ATP por fosforilación a nivel de sustrato y dos $\mathrm{NADH}$.

$\mathrm{C_6H_{12}O_6} + 2\,\mathrm{NAD^+} + 2\,\mathrm{ADP} + 2\,\mathrm{P_i} \longrightarrow 2\ \text{pir\'uvico} + 2\,\mathrm{NADH} + 2\,\mathrm{ATP}$

El balance neto es, por tanto, de dos ATP y dos $\mathrm{NADH}$ por glucosa.

$\textbf{b) (0,5 puntos) ¿En qué consiste la descarboxilación oxidativa del piruvato?}$

Es la reacción que enlaza la glucólisis con el ciclo de Krebs y que sirve de puerta de entrada a la mitocondria. El piruvato formado en el citosol atraviesa las membranas mitocondriales y, ya en la matriz, el complejo multienzimático de la piruvato-deshidrogenasa lo transforma en acetil-CoA.

En la reacción ocurren tres cosas a la vez: se le arranca un carbono en forma de $\mathrm{CO_2}$ —de ahí lo de descarboxilación—, se oxida el resto reduciendo un $\mathrm{NAD^+}$ a $\mathrm{NADH}$ —de ahí lo de oxidativa— y el grupo acetilo de dos carbonos resultante se une a la coenzima A.

$\text{Pir\'uvico} + \mathrm{NAD^+} + \text{CoA-SH} \longrightarrow \text{acetil-CoA} + \mathrm{CO_2} + \mathrm{NADH}$

Como de cada glucosa salen dos piruvatos, se producen dos acetil-CoA, dos $\mathrm{CO_2}$ y dos $\mathrm{NADH}$. Es además una reacción irreversible, lo que explica que a partir de las grasas no pueda fabricarse glucosa.

$\textbf{c) (0,5 puntos) ¿Cuál es la procedencia del acetil-CoA que se incorpora al ciclo de Krebs?}$

El acetil-CoA es el punto de confluencia de todas las vías catabólicas, y por eso el ciclo de Krebs es la encrucijada del metabolismo. Procede de tres orígenes.

De los glúcidos, a través de la glucólisis y la posterior descarboxilación oxidativa del piruvato.

De los lípidos, a través de la $\beta$-oxidación de los ácidos grasos, que los va cortando de dos en dos carbonos y libera un acetil-CoA en cada vuelta. Es con diferencia la fuente más abundante.

De las proteínas, a partir de los aminoácidos que, tras perder su grupo amino por desaminación, dan esqueletos carbonados que se transforman en acetil-CoA o en otros intermediarios del ciclo.

$\textbf{d) (0,5 puntos) ¿Qué coenzimas reducidos se forman en el ciclo de Krebs?}$

Por cada acetil-CoA que entra en el ciclo se forman tres moléculas de $\mathrm{NADH}$ y una de $\mathrm{FADH_2}$, junto con un GTP por fosforilación a nivel de sustrato y dos $\mathrm{CO_2}$.

Como de cada glucosa proceden dos acetil-CoA, el ciclo debe dar dos vueltas, con lo que se obtienen seis $\mathrm{NADH}$ y dos $\mathrm{FADH_2}$ por glucosa.

La importancia del ciclo no está en el GTP que produce, sino precisamente en estas coenzimas reducidas: en ellas queda almacenada la mayor parte de la energía del sustrato, que se convertirá en ATP en la etapa siguiente.

$\textbf{e) (0,5 puntos) ¿Cuál es la finalidad de la cadena respiratoria?}$

Su finalidad es doble, y las dos caras son inseparables.

Por un lado, reoxidar las coenzimas. El $\mathrm{NADH}$ y el $\mathrm{FADH_2}$ ceden sus electrones a los complejos de la cadena y vuelven a su forma oxidada, $\mathrm{NAD^+}$ y $\mathrm{FAD}$, quedando otra vez disponibles. Sin esa regeneración la glucólisis, la $\beta$-oxidación y el ciclo de Krebs se detendrían en pocos segundos por falta de coenzimas libres.

Por otro, aprovechar la energía que se libera en ese transporte. Los electrones van saltando entre transportadores de potencial redox creciente hasta llegar al oxígeno, que es el aceptor final y se reduce a agua. La energía desprendida en cada salto se emplea en bombear protones fuera de la matriz, y el gradiente así creado mueve la ATP-sintasa, que fabrica la mayor parte del ATP de la célula.