Ejercicio resuelto de Metabolismo celular · Biología · 2024

Pregunta 8. La gráfica indica dos vías de obtención de energía en células musculares durante el ejercicio.\na. ¿Qué dos vías metabólicas se representan con los colores rojo y azul? (Calificación 0.5 puntos)\nb. Indica qué ocurre a los 10 segundos (primera línea discontinua), a los 38 segundos (segunda línea discontinua) y a los 70 segundos (tercera línea discontinua). (Calificación 0.5 puntos)\nc. ¿Cuál de las dos vías se utilizará para obtener energía en una competición de ejercicio breve y muy intenso, como los cien metros lisos en atletismo? Justifica la respuesta. (Calificación 0.5 puntos)\nd. ¿Qué biomolécula se catabolizará preferentemente para obtener energía en una competición de varias horas, como una maratón? Justifica la respuesta. (Calificación 0.5 puntos)\n

$\mathbf{\text{a.}}\mathbf{\text{¿Qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{dos}}\mathbf{\text{v}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{as}}\mathbf{\text{metab}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{licas}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{representan}}\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{colores}}\mathbf{\text{rojo}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{azul?}}\mathbf{\text{(Calificaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{0.5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

En la gráfica, la curva roja sube muy deprisa hasta un máximo de unos 20 kcal/kg a los 10 segundos y después decae hasta anularse, mientras que la azul crece despacio y de forma sostenida hasta estabilizarse en torno a 15 kcal/kg. Corresponden a las dos vías con las que el músculo obtiene ATP:

La $\mathbf{\text{roja}}$ es la $\mathbf{\text{v}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{anaer}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{bica}}$: glucólisis seguida de fermentación láctica, que transcurre en el citosol, no necesita oxígeno y produce ácido láctico.

La $\mathbf{\text{azul}}$ es la $\mathbf{\text{v}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{aer}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{bica}}$, la respiración celular: glucólisis, ciclo de Krebs y fosforilación oxidativa en la mitocondria, que sí necesita oxígeno y oxida por completo el sustrato hasta $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ y agua.

$\mathbf{\text{b.}}\mathbf{\text{Indica}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{ocurre}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{10}}\mathbf{\text{segundos}}\mathbf{\text{(primera}}\mathbf{\text{l}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{nea}}\mathbf{\text{discontinua),}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{38}}\mathbf{\text{segundos}}\mathbf{\text{(segunda}}\mathbf{\text{l}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{nea}}\mathbf{\text{discontinua)}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{70}}\mathbf{\text{segundos}}\mathbf{\text{(tercera}}\mathbf{\text{l}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{nea}}\mathbf{\text{discontinua).}}\mathbf{\text{(Calificaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{0.5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

$\mathbf{\text{A}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{10}}\mathbf{\text{segundos}}$ la vía anaeróbica alcanza su $\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{ximo}}$, unas 20 kcal/kg: es rápida de poner en marcha porque sus enzimas están en el citosol y no depende de que llegue oxígeno. La aeróbica apenas ha arrancado, en torno a 1,5 kcal/kg, porque el sistema cardiorrespiratorio tarda en aumentar el aporte de oxígeno al músculo.

$\mathbf{\text{A}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{38}}\mathbf{\text{segundos}}$ las dos curvas se $\mathbf{\text{cruzan}}$, en unas 8 kcal/kg: aportan la misma energía. Es el punto de relevo, a partir del cual la vía aeróbica pasa a ser la dominante mientras la anaeróbica sigue cayendo.

$\mathbf{\text{A}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{70}}\mathbf{\text{segundos}}$ la vía anaeróbica llega a $\mathbf{\text{cero}}$ y toda la energía procede ya de la aeróbica, estabilizada en torno a 15 kcal/kg. La anaeróbica se agota porque consume muy deprisa el glucógeno muscular y porque el ácido láctico acumulado acidifica el medio e inhibe sus propias enzimas.

$\mathbf{\text{c.}}\mathbf{\text{¿Cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{dos}}\mathbf{\text{v}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{as}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{utilizar}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{obtener}}\mathbf{\text{energ}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{competici}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ejercicio}}\mathbf{\text{breve}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{muy}}\mathbf{\text{intenso,}}\mathbf{\text{como}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{cien}}\mathbf{\text{metros}}\mathbf{\text{lisos}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{atletismo?}}\mathbf{\text{Justifica}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{respuesta.}}\mathbf{\text{(Calificaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{0.5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

La vía $\mathbf{\text{anaer}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{bica}}$, la roja.

La justificación se lee directamente en la gráfica: una carrera de cien metros dura unos diez segundos, y en ese instante la vía anaeróbica está en su máximo, unas 20 kcal/kg, mientras que la aeróbica todavía no aporta prácticamente nada. La razón de fondo es la velocidad: la glucólisis produce ATP mucho más deprisa por unidad de tiempo, aunque su rendimiento por molécula de glucosa sea pobre —2 ATP frente a unos 32—, y en un esfuerzo tan corto lo que importa es la potencia, no la eficiencia. Encaja además con que las fibras rápidas del músculo apenas tengan mitocondrias.

$\mathbf{\text{d.}}\mathbf{\text{¿Qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{biomol}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{cula}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{catabolizar}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{preferentemente}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{obtener}}\mathbf{\text{energ}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{competici}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{varias}}\mathbf{\text{horas,}}\mathbf{\text{como}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{marat}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n?}}\mathbf{\text{Justifica}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{respuesta.}}\mathbf{\text{(Calificaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{0.5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Los $\mathbf{\text{l}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{pidos}}$, y en concreto los ácidos grasos de los triglicéridos del tejido adiposo, degradados por $\beta$-oxidación.

Hay dos razones. La primera es la cantidad de reserva disponible: el glucógeno del hígado y del músculo se agota en una o dos horas de esfuerzo continuado, mientras que la grasa corporal alcanza para días. La segunda es la densidad energética: un gramo de grasa rinde unas 9 kcal frente a las 4 de un gramo de glúcido, porque sus carbonos están mucho más reducidos y ceden más electrones a la cadena respiratoria.

En una maratón el ritmo es lo bastante moderado para que llegue oxígeno suficiente, y esa es la condición: la grasa solo puede degradarse por vía aeróbica, ya que no tiene ninguna ruta fermentativa. Al principio de la prueba predominan los glúcidos y, a medida que se agotan, va ganando peso la oxidación de las grasas.