Ejercicio resuelto de Respiración celular · Biología · 2020

4..- La minería y la industria joyera utilizan cianuro en los procesos de extracción, recuperación y limpieza de oro y metales preciosos, generando residuos tóxicos que deben ser tratados convenientemente antes de su liberación al ambiente. Está demostrado que la incubación de células con productos químicos que interrumpen el transporte electrónico, como el cianuro, afecta al metabolismo celular de forma que no se observa consumo respiratorio de oxígeno.
a. ¿En qué orgánulo celular ocurre el consumo respiratorio de oxígeno? (Describa su estructura ayudándose de un dibujo). (Calificación máxima 0,5 puntos)
b. ¿En qué proceso obtiene una célula más energía a partir de una molécula de glucosa, en la respiración o en la fermentación? Justifique la respuesta. (Calificación máxima 1 punto)
c. Indique cómo explica la teoría endosimbiótica el origen evolutivo de las mitocondrias y los cloroplastos. (Calificación máxima 0,5 puntos)

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{¿En}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{org}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{nulo}}\mathbf{\text{celular}}\mathbf{\text{ocurre}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{consumo}}\mathbf{\text{respiratorio}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ox}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{geno?}}\mathbf{\text{(Describa}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{estructura}}\mathbf{\text{ayud}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{ndose}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{dibujo).}}\mathbf{\text{[0,5}}\mathbf{\text{puntos]}}$

El consumo de oxígeno de la respiración celular ocurre en la $\mathbf{\text{mitocondria}}$, y más concretamente en la $\mathbf{\text{membrana}}\mathbf{\text{mitocondrial}}\mathbf{\text{interna}}$, donde está la cadena transportadora de electrones: el oxígeno es su aceptor final y se reduce a agua en el complejo IV. Es justo ahí donde actúa el cianuro, que bloquea ese complejo y por eso hace desaparecer el consumo de O${}_2$.



La mitocondria tiene $\mathbf{\text{doble}}\mathbf{\text{membrana}}$. La $\mathbf{\text{externa}}$ es lisa y muy permeable, por sus porinas. La $\mathbf{\text{interna}}$ es mucho más selectiva y está plegada en $\mathbf{\text{crestas}}$, que multiplican su superficie; en ella se alojan los cuatro complejos de la cadena respiratoria y la ATP-sintasa. Entre las dos queda el $\mathbf{\text{espacio}}\mathbf{\text{intermembranoso}}$, donde se acumulan los protones bombeados. El interior es la $\mathbf{\text{matriz}}$, con las enzimas del ciclo de Krebs y de la $\beta$-oxidación, $\mathbf{\text{ADN}}\mathbf{\text{circular}}\mathbf{\text{propio}}$ y $\mathbf{\text{ribosomas}}\mathbf{\text{70}}\mathbf{\text{S}}$.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{¿En}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{proceso}}\mathbf{\text{obtiene}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{lula}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{s}}\mathbf{\text{energ}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{partir}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{mol}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{cula}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{glucosa,}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{respiraci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{fermentaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n?}}\mathbf{\text{Justifique}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{respuesta.}}\mathbf{\text{[1}}\mathbf{\text{punto]}}$

Con diferencia, en la $\mathbf{\text{respiraci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}$.

	Fermentación	Respiración aerobia Aceptor final de electrones	Un compuesto orgánico (piruvato, acetaldehído)	Oxígeno molecular Oxidación de la glucosa	Parcial: acaba en etanol o lactato	Completa: hasta CO₂ y H₂O Rendimiento	2 ATP por glucosa	Unos 30-32 ATP por glucosa Dónde	Citosol	Citosol y mitocondria

La razón es que la fermentación se queda en la $\mathbf{\text{gluc}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{lisis}}$: obtiene 2 ATP por fosforilación a nivel de sustrato y luego gasta el NADH únicamente en regenerar el NAD${}^{+}$ que la glucólisis necesita para seguir funcionando, reduciendo el piruvato. Los productos finales —etanol, ácido láctico— son todavía moléculas orgánicas con mucha energía sin extraer.

La respiración, en cambio, continúa: el piruvato se descarboxila, entra en el $\mathbf{\text{ciclo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{Krebs}}$ y se oxida por completo hasta CO${}_2$. Los NADH y FADH${}_2$ que se acumulan ceden sus electrones a la cadena respiratoria y, gracias al gradiente de protones, la ATP-sintasa fabrica la inmensa mayoría del ATP ($\mathbf{\text{fosforilaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{oxidativa}}$). Eso solo es posible porque hay un aceptor final tan ávido de electrones como el oxígeno, que permite un salto energético muy grande.

En resumen: la fermentación aprovecha alrededor de un 2 % de la energía de la glucosa y la respiración, en torno al 40 %.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{Indique}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mo}}\mathbf{\text{explica}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{teor}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{endosimbi}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{tica}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{origen}}\mathbf{\text{evolutivo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{mitocondrias}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{cloroplastos.}}\mathbf{\text{[0,5}}\mathbf{\text{puntos]}}$

La teoría endosimbiótica, propuesta por Lynn Margulis, sostiene que mitocondrias y cloroplastos fueron en su origen $\mathbf{\text{bacterias}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{vida}}\mathbf{\text{libre}}$ que quedaron dentro de otra célula y establecieron con ella una simbiosis permanente.

Una célula anaerobia de gran tamaño habría englobado por fagocitosis a una $\mathbf{\text{bacteria}}\mathbf{\text{aerobia}}$ sin digerirla; el huésped le daba protección y alimento y la bacteria le devolvía la capacidad de respirar oxígeno. Esa bacteria sería el antepasado de la $\mathbf{\text{mitocondria}}$. Más tarde, una de esas células ya aerobias habría englobado a una $\mathbf{\text{cianobacteria}}$ fotosintética, origen del $\mathbf{\text{cloroplasto}}$, y de ahí las células vegetales.

Las pruebas que la sostienen son justamente los rasgos bacterianos que estos orgánulos conservan:

tienen $\mathbf{\text{ADN}}\mathbf{\text{circular}}\mathbf{\text{propio}}$, desnudo, sin histonas; tienen $\mathbf{\text{ribosomas}}\mathbf{\text{70}}\mathbf{\text{S}}$, iguales a los bacterianos y distintos de los 80 S del citosol, y por eso los antibióticos que bloquean el ribosoma bacteriano los afectan; se $\mathbf{\text{dividen}}\mathbf{\text{por}}\mathbf{\text{bipartici}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}$, independientemente de la división de la célula; tienen $\mathbf{\text{doble}}\mathbf{\text{membrana}}$, de la que la interna se parece a la bacteriana y la externa recuerda a la vesícula de fagocitosis del huésped, y su tamaño es el de una bacteria.