Ejercicio resuelto de Respiración celular · Biología · 2024

Opción 4A (2,5 puntos)
Sobre los procesos metabólicos que ocurren en las células animales:

a) (0,5 puntos) Explique brevemente qué es catabolismo y anabolismo.
b) (1,0 punto) Si una célula muscular moviliza 200 unidades de glucosa a partir de glucógeno almacenado, y éstas se oxidan para obtener energía, calcule: cuántas moléculas de $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ se liberarán si la oxidación total se da de forma aeróbica; y cuánto se liberará si la oxidación es parcial, en forma anaeróbica.
c) (1,0 puntos) Describir brevemente, mediante un diagrama sencillo, en qué consiste la fosforilación oxidativa e indicar dónde se produce en las células eucariotas.

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}\mathbf{\text{Explique}}\mathbf{\text{brevemente}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{catabolismo}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{anabolismo.}}$

El catabolismo es la vertiente degradativa del metabolismo. Transforma moléculas orgánicas complejas en otras más sencillas mediante reacciones de oxidación, y libera energía que se conserva en forma de ATP y de coenzimas reducidas. Son rutas convergentes: sustratos muy distintos acaban en unos pocos intermediarios comunes.

El anabolismo es la vertiente constructiva. Sintetiza moléculas complejas a partir de otras sencillas mediante reacciones de reducción, y para ello consume el ATP y el poder reductor que ha producido el catabolismo. Son rutas divergentes.

Ambas están acopladas: el ATP es la moneda que va de una a otra.



Se resuelven por separado los dos casos, porque el destino del piruvato es distinto y eso cambia por completo el resultado.

Con oxígeno la glucosa se oxida por completo hasta $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ y agua. Como cada molécula de glucosa tiene seis carbonos y todos acaban liberados como dióxido de carbono —dos en la descarboxilación oxidativa del piruvato y cuatro en el ciclo de Krebs—, cada glucosa rinde seis moléculas de $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$.

${\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{O}}_6+6{\mathrm{O}}_2⟶6\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2+6{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

$200\text{ glucosas}\cdot {\displaystyle \frac{6\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2}{1\text{ glucosa}}}=1200\text{mol}\acute{\text{e}}\text{culas de }\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$

Sin oxígeno la célula muscular recurre a la glucólisis y fermenta el piruvato. En el músculo humano la fermentación es láctica, y en ella el piruvato se reduce a ácido láctico sin perder ningún carbono: los seis carbonos de la glucosa siguen enteros repartidos en dos moléculas de tres carbonos.

${\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{O}}_6⟶2\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}\mathrm{H}-\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}$

$200\text{ glucosas}\cdot {\displaystyle \frac{2\text{ lactato}}{1\text{ glucosa}}}=400\text{mol}\acute{\text{e}}\text{culas de }\acute{\text{a}}\text{cido l}\acute{\text{a}}\text{ctico}$

Por vía aerobia se liberan, pues, 1200 moléculas de $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$; por vía anaerobia no se libera ninguna, y lo que se obtiene son 400 moléculas de ácido láctico. Conviene notar que la fermentación alcohólica sí desprendería $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$, pero esa vía no se da en las células animales.

La diferencia energética es igualmente grande: unos 30 ATP por glucosa en la respiración aerobia frente a solo 2 en la fermentación, es decir, unos 6000 ATP frente a 400.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{(1,0}}\mathbf{\text{puntos)}}\mathbf{\text{Describir}}\mathbf{\text{brevemente,}}\mathbf{\text{mediante}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{diagrama}}\mathbf{\text{sencillo,}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{consiste}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{fosforilaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{oxidativa}}\mathbf{\text{e}}\mathbf{\text{indicar}}\mathbf{\text{d}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nde}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{produce}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{lulas}}\mathbf{\text{eucariotas.}}$

La fosforilación oxidativa es la síntesis de ATP acoplada a la oxidación de las coenzimas reducidas en la cadena respiratoria, y se explica por la hipótesis quimiosmótica de Mitchell.

El $\mathrm{N}\mathrm{A}\mathrm{D}\mathrm{H}$ y el $\mathrm{F}\mathrm{A}\mathrm{D}{\mathrm{H}}_2$ procedentes de la glucólisis, del ciclo de Krebs y de la $\beta$-oxidación ceden sus electrones a los complejos de la cadena transportadora. Los electrones van saltando de un transportador a otro, cada vez de menor energía, hasta llegar al oxígeno, que actúa como aceptor final y se reduce a agua. La energía que se desprende en esos saltos se emplea en bombear protones desde la matriz hacia el espacio intermembranoso, lo que crea un gradiente electroquímico. Los protones vuelven después a la matriz a través de la ATP-sintasa, y es ese flujo el que hace girar la enzima y le permite unir el ADP con el fosfato inorgánico.



En la célula eucariota se produce en la membrana mitocondrial interna, replegada en las crestas: allí están anclados los complejos de la cadena y las ATP-sintasas, y es esa membrana cerrada e impermeable a los protones la que hace posible el gradiente.