Preguntas Metabolismo (Catabolismo)

7.- ¿Qué es el ATP? ¿Qué misión fundamental cumple en los organismos? ¿En qué se parece químicamente a los ácidos nucleicos? ¿Cómo lo sintetizan las células? (indicar dos procesos).

El ATP  es Adenosín-trifosfato, un nucleótido que actúa como molécula de reserva energética inmediata. Su función principal en los organismos es almacenar y ceder la energía que hay en sus enlaces, siendo esta 7,3 kcal/mol. El ATP y los ácidos nucleicos están ambos formados por nucleótido, teniendo ambos un nucleósido (pentosa + base nitrogenada) y un ácido fosfórico mediante un enlace éster fosfórico.

La síntesis de ATP se realiza de dos formas en la célula. Mediante la fosforilación a nivel de sustrato por la energía que se libera al romperse un enlace (rico en energía) de una biomolécula. Y mediante reacción enzimática con ATP-sintetasas al ser atravesadas estas por un flujo de protones generan ATP en las crestas mitocondriales y en los cloroplastos.

12.- Define en no más de cinco líneas el concepto de "Metabolismo", indicando su función biológica.

El metabolismo es el conjunto de todas las reacciones químicas del interior de las células de un organismo donde se produce en ellas la transformación de biomoléculas (ya sean orgánicas o inorgánicas) en otras y obteniendo así materia y energía para otras reacciones o para el resto del organismo. Y su función biológica es la realización de las funciones vitales (nutrición, reproducción y relación).

13.- Indique qué frases son ciertas y cuáles son falsas. Justifique la respuesta:

a) Una célula eucariótica fotoautótrofa tiene cloroplastos pero no tiene mitocondrias.

Verdadera. Una célula eucariótica fotoautótrofa siendo esta una célula de una planta, solo posee los cloroplastos como orgánulo transductor de energía y no mitocondrias.

b) Una célula eucariótica quimioheterótrofa posee mitocondrias pero no cloroplastos.

Verdadera. Los organismos heterótrofos poseen mitocondrias como orgánulos transductor de energía, siendo estos los animales, algunos hongos y protozoos.

c) Una célula procariótica quimioautótrofa no posee mitocondrias ni cloroplastos.

Verdadera. Las células procariotas quimiautótrofas no poseen mitocondrias ni cloroplastos, ya que realizan todas sus reacciones en el citoplasma.

d) Las células de las raíces de los vegetales son quimioautótrofas.

Verdadera. Las raíces de los vegetales se encargan de coger los materiales del medio químicamente (sustancias inorgánicas), por lo que son quimioautótrofas.

17.- Explica brevemente si la proposición que sigue es verdadera o falsa. El ATP es una molécula dadora de energía y de grupos fosfatos.

Verdadera. Cuando el ATP se hidroliza y se rompe un enlace (enlace éster-fosfórico) se produce ADP, soltando un grupo fosfato y energía (7,3 kcal/mol).

20.- Esquematiza la glucólisis:

a) Indica al menos, sus productos iniciales y finales.

b) Destino de los productos finales en condiciones aerobias y anaerobias.

c) Localización del proceso en la célula.

Fuente propia

21.- Una célula absorbe n moléculas de glucosa y las metaboliza generando 6n moléculas de CO2 y consumiendo O2 ¿Está la célula respirando? ¿Para qué? ¿Participa la matriz mitocondrial? ¿Y las crestas mitocondriales?

Sí está respirando, ya que en la respiración (ciclo de Krebs y cadena transportadora de electrones) se genera CO2 y en la cadena transportadora de electrones se consume O2. Su función es obtener principalmente energía. La matriz mitocondrial participa al realizarse allí el ciclo de Krebs y en las crestas mitocondriales se realiza la cadena transportadora de electrones (en una célula eucariota heterótrofa9.

22.- ¿Qué ruta catabólica se inicia con la condensación del acetil-CoA y el ácido oxalacético, y qué se origina en dicha condensación? ¿De dónde provienen fundamentalmente cada uno de los elementos? ¿Dónde tiene lugar esta ruta metabólica?

El ciclo de Krebs se inicia con la unión del Acetil-CoA con el ácido oxalacético, originando ácido cítrico. El Acetil-CoA Procede de la unión del acetato con el Co-A y anteriormente del ácido pirúvico de la glucólisis y el ácido oxalacético proviene del maltato. Esta ruta metabólica sucede cuando el ácido pirúvico entra del citosol a la mitocondria, concretamente a la matriz mitocondrial de la mitocondria, donde tiene lugar el ciclo de Krebs.

27.- Describa el proceso de transporte electrónico mitocondrial y el proceso acoplado de fosforilación oxidativa. Resuma en una reacción general los resultados de ambos procesos acoplados. A la luz de lo anterior, ¿Cuál es la función metabólica de la cadena respiratoria? ¿Por qué existe la cadena respiratoria? ¿Dónde se localiza?

Por el proceso se genera un gradiente de protones, una fuerza protón-motriz mediante la cual el poder reductor (NADH y FADH2) pasan a la cadena de transporte de una fase reducida a la fase oxidada, perdiendo protones al pasar del espacio intermembranoso a la matriz mitocondrial gracias a una enzima que deja pasar esos H+  y generando así un movimiento donde obtengo electrones para fosforilar. Los 4 complejos son los encargados de generar los protones y la ubiquinona y el citocromo se pasan los electrones. Al pasar del espacio intermembranoso a la matriz mitocondrial se crea una energía mecánica que hace rodar la ATP-sintetasa, sintetizando así ATP (fosforilación oxidativa). La función metabólica de la cadena respiratoria es obtener una gran energía a través del poder reductor y del flujo de electrones. Existe porque sin ella no se generaría la energía necesaria que nuestro organismo precisa. Sucede en las crestas mitocondriales. 

29.- ¿Cómo se origina el gradiente electroquímico de protones en la membrana mitocondrial interna?

Se origina tras pasar de la fase reducida a la fase oxidada del poder reductor, perdiendo así un protón, que al dejarlo pasar una enzima del espacio intermembranoso a la matriz mitocondrial se genera un movimiento.

32.- Existe una clase de moléculas biológicas denominadas ATP, NAD, NADP:

a) ¿Qué tipo de moléculas son? (Cita el grupo de moléculas al que pertenecen) ¿Forman parte de la estructura del ADN o del ARN?

El ATP es un nucleótido que sirve de moneda energética inmediata, el NAD y el NADP son poder reductor en la fase oxidada. No forman parte del ADN ni del ARN.

b) ¿Qué relación mantienen con el metabolismo celular? (Explícalo brevemente).

Gracias a ellos de obtienen grandes cantidades de energía necesaria para nuestro organismo, principalmente en la cadena transportadora de electrones.

34.- Balance energético de la degradación completa de una molécula de glucosa.

-GLUCÓLISIS:

 2 ATP (4 obtenidos – 2 gastados = 2)

1 NADH x 2 vueltas= 2 NADH x 3 = 6 ATP

1 NADH x 2 vueltas= 2 NADH x 3 = 6 ATP

-CICLO DE KREBS:

3 NADH x 2 vueltas = 6 NADH x 3 = 18 ATP

1 FADH2 x 2 vueltas = 2 FADH2 x 2 = 4 ATP

1 GTP x 2 vueltas = 2 ATP

-CADENA TRANSPORTADORA DE ELECTRONES:

1 ATP x 2 vueltas = 2 ATP

TOTAL: 38 ATP (36 ATP en las eucariotas al gastar 2 ATP al entrar a la mitocondria)

Fuente propia

37.- Indique el rendimiento energético de la oxidación completa de la glucosa y compárelo con el obtenido en su fermentación anaerobia. Explique las razones de esta diferencia.

·         RESPIRACIÓN CELULAR(proceso aerobio)

-GLUCÓLISIS:

 2 ATP (4 obtenidos – 2 gastados = 2)

1 NADH x 2 vueltas= 2 NADH x 3 = 6 ATP

1 NADH x 2 vueltas= 2 NADH x 3 = 6 ATP

-CICLO DE KREBS:

3 NADH x 2 vueltas = 6 NADH x 3 = 18 ATP

1 FADH2 x 2 vueltas = 2 FADH2 x 2 = 4 ATP

1 GTP x 2 vueltas = 2 ATP

-CADENA TRANSPORTADORA DE ELECTRONES:

1 ATP x 2 vueltas = 2 ATP

TOTAL: 38 ATP (36 ATP en las eucariotas al gastar 2 ATP al entrar a la mitocondria)

·         FERMENTACIÓN(proceso anaerobio)

-GLUCÓLISIS:

 2 ATP (4 obtenidos – 2 gastados = 2)

TOTAL: 2 ATP

Esta diferencia es debida a que la única producción de energía que hay en la fermentación solo se produce en la glucólisis, por eso es muy escasa, al contrario que la respiración celular de la glucosa donde se produce energía en dicho proceso además de en el ciclo de Krebs y en la cadena transportadora de electrones. La respiración anaerobia se produce al completo en el citosol y el último aceptor es una molécula orgánica, al contrario que en la aerobia que se produce en el citosol, matriz mitocondrial y crestas mitocondriales. La función principal de la fermentación no es la producción de ATP, es hace que el NADH vuelva a su fase oxidada (NAD+) ya que lo necesito así para catalizar de nuevo la glucólisis y que no haya una saturación.

38.- ¿En qué orgánulos celulares tiene lugar la cadena de transporte de electrones, uno de cuyos componentes son los citocromos? ¿Cuál es el papel del oxígeno en dicha cadena? ¿Qué seres vivos y para qué la realizan?

La cadena de transporte de electrones tiene lugar en las mitocondrias (células eucariotas animales) y en los cloroplastos (células eucariotas vegetales). El papel del oxígeno es ser el último aceptor de electrones, recogiendo este movimiento de electrones y generando todo el ATP. La cadena transportadora de electrones la realizan las células eucariotas y las procariotas (respiración aerobia) pero no en la fermentación (respiración anaerobia). Su función principal es convertir todo el poder reductor almacenado en la célula en moneda energética ATP.

39.- En el ciclo de Krebs o de los ácidos tricarboxílicos:

-¿Qué tipos principales de reacciones ocurren?

-¿Qué rutas siguen los productos liberados?

La reacción principal del ciclo de Krebs es la oxidación de una molécula, partiendo del ácido oxalacético uniéndose al Acetil-CoA y formando el ácido cítrico de 6 átomos de carbono, oxidándose este en muchas más reacciones hasta llegar al ácido oxalacético de nuevo. Se produce el coenzima CoA-SH, 2 CO2, 3NADH, FADH2 y GTP. El coenzima se utilizará de nuevo para convertir el Acetato en Acetil-CoA para que este pueda entrar a la mitocondria (ya que en forma de ácido pirúvico no puede atravesar la membrana). El poder reductor NADH se almacenará en la célula para poder convertirlo posteriormente en ATP en la cadena transportadora de electrones (cada 1NADH son 3ATP), lo mismo ocurrirá con el poder reductor FADH2 (cada FADH2 SON 2ATP). Y finalmente el GTP es igual que el ATP con respecto al nivel de rendimiento.

42. Importancia de los microorganismos en la industria. Fermentaciones en la preparación de alimentos y bebidas. Fermentaciones en la preparación de medicamentos.

Hay una gran cantidad de bacterias que participan en los productos industriales, teniendo estas una respiración anaerobia (fermentación). Tanto la fermentación alcohólica como la láctica o la pútrida están relacionadas con los alimentos o las bebidas, produciendo alcohol, leche o sus derivados y para producir sabores típicos del queso o vinos, respectivamente.

43. Fermentaciones y respiración celular. Significado biológico y diferencias.

La función principal de las fermentaciones es convertir de nuevo el NADH en su fase oxidada (NAD+) que se volverá a necesitar para catabolizar la glucólisis. Sin embargo, la respiración celular sirve principalmente para oxidar al máximo la molécula y obtener así la mayor cantidad de energía posible (36-38ATP), debido mayoritariamente a la cadena transportadora de electrones (la fermentación produce solamente 2ATP al no tener). Con respecto al lugar de las reacciones ambas se producen en el citosol, pero una parte de la respiración celular de las células eucariotas se produce también en las mitocondrias (en caso de célula procariota se produciría en la membrana plasmática). La fosforilación de las fermentaciones es a nivel de sustrato al contrario  que la de la respiración celular, que es oxidativa. Por último, se diferencian en la última molécula aceptora de electrones, ya que en la respiración celular es inorgánica (generalmente el O2) y en la fermentación es orgánica (una de ellas el ácido pirúvico).

45.

A) la figura representa esquemáticamente las actividades más importantes de una mitocondria. Identifique las sustancias representadas por los números 1 a 6.

B) La utilización de la energía liberada por la hidrólisis de determinados enlaces del compuesto 4 hace posible que se lleven a cabo reacciones energéticamente desfavorables. Indique tres procesos celulares que necesiten el compuesto 4 para su realización.

C) En el esquema, el compuesto 2 se forma a partir del compuesto 1, que a su vez, proviene de la glucosa. ¿Sabría indicar otra sustancia a partir de la cual se pueda originar el compuesto 2?

a) El 1 es el ácido pirúvico

El 2 es el Acetil-CoA procedente del ác. Pìrúvico

El 3 es el ADP ya que se une con un grupo P

El 4 es el ATP formado por la unión del ADP + grupo fosfato

El 5 es el NADH procedente del NAD+

El 6 es el O2, siendo el último aceptor de electrones y produciendo generalmente H2O.

b) La glucólisis necesita 2 ATP para poder convertir la glucosa (C6H12O6) en dos ácidos pirúvicos. También se utiliza para el movimiento muscular, la transmisión del impulso nervioso y para la síntesis del ADN y el ARN.

c) El compuesto 2 es el Acetil-CoA formado a partir del piruvato, pero entre la reacción hay un paso intermedio, donde el ácido pirúvico se convierte en acetato para pasar (gracias a la coenzima CoA-SH y el NAD+) al Acetil-CoA. Por lo tanto el compuesto 2 también proviene del ácido acético.

48.

a) El esquema representa una mitocondria con diferentes detalles de su estructura. Identifique las estructuras numeradas 1 a 8.

b) Indique dos procesos de las células eucariotas que tengan lugar exclusivamente en las mitocondrias y para cada uno de ellos establezca una relación con una de las estructuras indicadas en el esquema.

c) Las mitocondrias contienen ADN. Indique dos tipos de productos codificados por dicho ADN.

a) El 1 es la matriz mitocondrial

El 2 es una cresta mitocondrial

El 3 son  mitorribosomas

El 4 es la membrana interna

El 5 es la membrana externa

El 6 es el espacio intermembranoso

El 7 es la ATP-sintetasa

El 8 son los grandes complejos proteicos de las crestas mitocondriales (I, II, III y IV)

b) En las células eucariotas en la respiración celular, el ciclo de Krebs y la cadena transportadora de electrones ocurren en las mitocondrias. Más concretamente ocurre en la matriz celular en ciclo de Krebs y en las crestas mitocondriales la cadena transportadora de electrones.

c) El ADN contiene glúcidos (pentosa) útiles para la glucólisis, el ácido  fosfórico útil para crear ATP y las bases nitrogenadas las codifica para sintetizar nuevos nucleótidos o sustancias que luego son excretadas.