Introducción al Metabolismo Celular: Glucólisis y Gluconeogénesis

Introducción al Metabolismo

1. Cuando la variación de energía libre de un proceso es negativa, el proceso es... exergónico

2. Completa las frases:

A) El proceso por el que los nutrientes se degradan para rescatar sus componentes o generar energía se denomina... catabolismo

B) Los reactivos, intermediarios y productos del metabolismo se llaman... metabolitos

C) Un enlace cuya hidrólisis se produce con un alto ∆G°' negativo se denomina frecuentemente un enlace... rico en energía o de alta energía

D) El ATP contiene un enlace fosfoéster y dos enlaces de tipo.... fosfoanhídrido

E) Las biomoléculas se sintetizan desde componentes más simples en las rutas... anabólicas

4. ¿Qué se entiende por el término fosforilación a nivel de sustrato? La fosforilación del ADP para producir ATP, acoplada con una reacción en la que un sustrato se desfosforila. También puede ser la reacción inversa (gasto de ATP para fosforilar al sustrato).

5. ¿Qué compartimento celular se acidifica durante el transporte electrónico mitocondrial? Espacio intermembrana (espacio entre las membranas mitocondriales interna y externa).

6. El ATP...

• puede producirse en la fotosíntesis
• se produce en la degradación de compuestos orgánicos como la glucosa
• se genera en la respiración anaeróbica
• se libera en la respiración aeróbica

7. El sistema de transporte electrónico mitocondrial implica:

• enzimas y coenzimas
• transferencia de electrones
• membranas celulares

8. ¿Cuál es la relación entre el potencial de reducción y el ∆G de una reacción?

En una reacción redox, la diferencia de potencial eléctrico, ∆E°, está relacionada con el ∆G° por la siguiente ecuación:

∆G° = –n F ∆E°

donde n es el número de moles de electrones transferidos por cada mol de reactivo

y F es la constante de Faraday.

9. ¿Cuál es la razón por la que los transportadores electrónicos de la cadena respiratoria actúan en ese orden? Se ordenan en función de su potencial redox, de modo que los más reductores (potencial más negativo) reducen a los menos reductores.

10. ¿De qué manera el transporte de electrones a lo largo de la cadena respiratoria establece un gradiente de protones? Algunos de los complejos bombean o traslocan protones a la par que participan en el transporte de electrones.

11. ¿Qué es lo que provoca los cambios conformacionales en la ATP sintasa y produce, en consecuencia, la síntesis de ATP? El paso de protones a través del complejo F_o de la ATP sintasa provoca el giro del anillo proteico integrado en la membrana (subunidades c) y, con él, de la subunidad gamma; ésta provoca a su vez el cambio de conformación de las subunidades alfa + beta del complejo F₁ y con él la acción catalítica.

12. ¿Cuál(es) de las siguientes afirmaciones son correctas acerca de la fosforilación oxidativa?

A) El transporte de electrones proporciona energía para bombear protones al espacio intermembranario.

B) Se forma un gradiente electroquímico a través de la membrana mitocondrial interna.

13. Conociendo los potenciales de reducción estándar del par malato/oxalacetato (−0.166 V) y el par NADH/NAD⁺ (−0.315 V):

A) Escribe la reacción de oxidación del malato por NAD⁺.

B) Elige el valor correcto de ∆E°' para dicha reacción.

C) ¿Será espontánea esta reacción, o su contraria?

A) malato + NAD⁺ → NADH + H⁺ + oxalacetato

B) +0.149 V (∆E°' = E°' (aceptor) - E°' (donador) = -0.315 V - (-0.166 V) = +0.149 V)

C) La reacción directa, tal como está escrita, tiene un ∆G°' positivo, luego no será espontánea. La espontánea será la inversa (la reducción del oxalacetato por el NADH).

Glucólisis

1. En la glucólisis en su conjunto, a) ¿Qué moléculas se consumen, de forma neta? b) ¿Qué moléculas se producen, de forma neta?

a) Glucosa, 2 NAD⁺, 2 ADP, 2 P_i

b) 2 Piruvato, 2 NADH, 2 ATP, 2 H₂O, 2 H⁺

2. Escribe la ecuación completa de la transformación de una molécula de glucosa en piruvato.

Glucosa + 2 NAD⁺ + 2 ADP + 2 P_i → 2 Piruvato + 2 NADH + 2 ATP + 2 H₂O + 2 H⁺

3. Compara el rendimiento energético (moléculas de ATP) que se obtendrá, mediante glucólisis, a partir de una molécula de glucógeno de 200 residuos con el que se obtendrá a partir de 200 moléculas de glucosa.

Cada glucosa liberada del glucógeno lo hace como glucosa-6-fosfato, con lo cual se evita el gasto de una molécula de ATP para fosforilarla.

Glucógeno₂₀₀ → 20 glucosa + 180 glucosa-6-fosfato (véase el ejercicio de los balances del glucógeno)

20 Glc + 20 ATP → 20 Glc-6-P + 20 ADP

Ahora ya hay en total 200 moléculas de glucosa-6-fosfato.

Luego, la diferencia es que a partir del glucógeno₂₀₀ se obtienen 20 moléculas más de ATP que a partir de 200 moléculas de glucosa libre.

1. ¿Cuál de las siguientes moléculas dona en la glucólisis un grupo fosforilo para producir ATP? Fosfoenolpiruvato

2. Señalar cuál de las siguientes frases sobre la glucólisis es incorrecta: El ADP se fosforila a ATP por una fosforilación a nivel de sustrato. (Esto ocurre dos veces en la glucólisis, en las reacciones catalizadas por la fosfoglicerato quinasa y la piruvato quinasa).

3. Durante la glucólisis, la principal etapa de generación de energía está a cargo de: gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa

4. Durante la glucólisis, la glucosa se convierte en piruvato.

5. El rendimiento neto del paso de una molécula de glucosa por la glucólisis es 2 NADH y 2 ATP.

6. ¿Dónde tiene lugar la glucólisis? Citosol

7. Durante la glucólisis, ¿qué molécula proporciona la energía inicial de activación para que sea posible la producción de ATP? ATP (en las reacciones catalizadas por la hexoquinasa y la fosfofructoquinasa-1).

Gluconeogénesis

1. Se considera como gluconeogénesis la obtención de: glucosa a partir de precursores no glucídicos, como el lactato, el piruvato, el glicerol y ciertos aminoácidos.

2. Este metabolito tiene capacidad gluconeogénica: Lactato

3. La piruvato carboxilasa es una enzima:

• que necesita la coenzima biotina para su actividad catalítica.
• que se acopla a la hidrólisis de 1 ATP, en la carboxilación del piruvato hasta oxalacetato.
• operativa fundamentalmente en hígado y en riñón.
• fundamentalmente mitocondrial.

4. La conversión gluconeogénica del piruvato en glucosa requiere la participación de: piruvato carboxilasa mitocondrial.

5. La lactato deshidrogenasa: ayuda a mantener constante la relación NAD⁺/NADH en el citoplasma.

6. El siguiente par de enzimas participa en un ciclo fútil (gasta energía liberando calor): fructosa-1,6-bisfosfatasa y fosfofructoquinasa-1

7. Regulación de fosfofructoquinasa-1 (PFK-1) y de fructosa-1,6-bisfosfatasa (FBPasa-1): El AMP activa alostéricamente la PFK-1 e inhibe alostéricamente la FBPasa-1.

8. Papel de la fructosa-2,6-bisfosfato (Fru-2,6-P₂) en el hígado: Estimula la actividad de la PFK-1 e inhibe la actividad de la FBPasa-1.

9. La avidina es una proteína que se une fuertemente a la biotina y, en consecuencia, inhibe las reacciones enzimáticas donde interviene la biotina. ¿Cuál de las rutas siguientes resultará inhibida por avidina? Gluconeogénesis (específicamente, la reacción catalizada por la piruvato carboxilasa).