Revisión Detallada de Rutas Catabólicas y Producción de ATP

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e) ¿Mediante qué tipo de fosforilación se produce el ATP en anaerobiosis? [0,25] y ¿cuál será el destino del NADH+H+? [0,25]. Fosforilación a nivel de sustrato. El NADH+ se oxida de nuevo a NAD+ al reducir el piruvato. En ausencia de O, el NADH+ debe regenerar NAD+ para que la glucólisis pueda continuar f) Si el proceso se realiza en aerobiosis, ¿mediante qué tipo de fosforilación se produce el ATP? [0,25] y ¿cuál será el destino del NADH+H+? [0,25].
Fosforilación oxidativa. Destino: se oxida en la cadena respiratoria transfiriendo los electrones al oxígeno, formando agua, y permitiendo que el NAD⁺ vuelva a estar disponible para el ciclo de Krebs y la glucólisis.
¿Podría tener lugar la fosforilación oxidativa si los componentes de la cadena respiratoria no se encontrasen anclados en la membrana mitocondrial interna? Razone la respuesta [1].
No, no podría tener lugar la fosforilación oxidativa.
La cadena respiratoria debe estar anclada en la membrana mitocondrial interna para poder bombear protones al espacio intermembranoso y crear un gradiente electroquímico. Si los complejos no estuvieran en la membrana, no se establecería ese gradiente de H⁺, y sin él la ATP sintasa no podría sintetizar ATP.

A una célula muscular esquelética se le bloquea la entrada de oxígeno. A) ¿Cómo es posible que la célula siga produciendo ATP? [0,5] b) ¿Cómo será el rendimiento en la producción de ATP si la comparamos con una célula de igual naturaleza a la cual no se le ha bloqueado la entrada de oxígeno? [0,5] Explique razonadamente ambas cuestiones.

a) En ausencia de oxígeno, la célula muscular esquelética sigue produciendo ATP mediante un proceso llamado fermentación láctica, una ruta catabólica lineal citoplasmática y anaeróbica. B) El rendimiento en la producción de ATP será mucho menor que en una célula con oxígeno. En ausencia de oxígeno solo se obtienen 2 ATP por molécula de glucosa (fermentación)
, mientras que en condiciones aerobias, gracias a la respiración celular completa (glucólisis, ciclo de Krebs y cadena respiratoria), se producen alrededor de 36(o 38) ATP.
Una célula muscular moviliza 200 restos de glucosa de sus moléculas de glucógeno, que son oxidadas para obtener energía. Calcule el número de moléculas de CO2 que se liberan en la célula si la oxidación es total, por vía aerobia [0,5], o si es parcial, por vía anaerobia [0,5].
Por vía aerobia, teniendo en cuenta que por cada molécula de glucosa se liberan 6 moléculas de CO2: 200×6=1200 moléculas de CO2. Por vía anaerobia, por fermentación láctica al ser una célula muscular, la glucosa se convierte en ácido láctico, por lo que no se liberan moléculas de CO2.
Si se hace un orificio en las membranas externa e interna de una mitocondria, ¿podrá seguir realizando la fosforilación oxidativa? Razone la respuesta [1]
No, no podría seguir realizando la fosforilación oxidativa. Al hacerse un orificio en las membranas, se pierde el gradiente de protones entre el espacio intermembranoso y la matriz mitocondrial. Sin este gradiente electroquímico de H⁺, la ATP sintasa no puede funcionar, por lo que no se sintetiza ATP por fosforilación oxidativa.
Sin describir las distintas etapas de la ruta metabólica indique en qué consiste la glucólisis [0,4]. ¿En qué parte de la célula se produce? [0,2]. Indique en qué lugar de la célula eucariótica se realiza el ciclo de Krebs [0,2]. ¿Cuáles son los productos finales de la degradación del ácido pirú́vico en condiciones aeróbicas? [0,3], ¿y en condiciones anaeróbicas? [0,3]. Defina fosforilación oxidativa [0,6].
Productos finales de la degradación del ácido pirúvico: En condiciones aeróbicas: Se transforma completamente en CO₂ y H₂O, produciendo ATP a través de la respiración celular.
En condiciones anaeróbicas: Depende del tipo de fermentación: En animales → ácido láctico (fermentación láctica). En levaduras → etanol y CO₂ (fermentación alcohólica).
En relación con el ATP: a) explique una función del mismo en el metabolismo celular [0,5]; b) indique su composición química [0,3]; c) mencione en qué orgánulos de la célula vegetal tiene lugar su síntesis [0,4]; d) proporcione el nombre de dos reacciones metabólicas en las que se produce [0,4] y e) el nombre de los procesos celulares en los que se desarrollan esas reacciones [0,4] a) Actúa como moneda energética de la célula. Al hidrolizarse (ATP → ADP + Pi) libera energía que se utiliza para impulsar reacciones químicas, transporte activo y trabajo celular. B) Está formado por: Una adenina (base nitrogenada) Una ribosa (azúcar) Tres grupos fosfato c) Mitocondrias y Cloroplastos d) Fosforilación a nivel de sustrato y Fosforilación oxidativa e) La fosforilación a nivel de sustrato ocurre en la glucólisis (y también en el ciclo de Krebs). La fosforilación oxidativa ocurre en la respiración celular.


a) Defina ciclo de Krebs [0,4]. B) Indique en qué parte de la célula vegetal se realiza [0,2]. C) Cite los dos compuestos imprescindibles para comenzar cada vuelta del ciclo [0,2] y d) de dónde procede cada uno de ellos [0,4]. E) Nombre los productos del ciclo de Krebs que al oxidarse ceden sus electrones a la cadena de transporte electrónico [0,4]. F) ¿En qué se diferencian el ciclo de Krebs y el ciclo de Calvin con respecto al ATP? [0,4] a) Es una ruta metabólica cíclica en la que el acetil-CoA se oxida completamente, liberando CO₂ y produciendo poder reductor (NADH y FADH₂) y una pequeña cantidad de ATP o GTP.  b) Matriz mitocondrial c)Acetil-CoA y oxalacetato d) Acetil CoA: procede de la descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico (que se forma en la glucólisis).Oxalacetato: es una molécula del propio ciclo que se regenera al final de cada vuelta e) NADH Y FADH2 f) El ciclo de Krebs produce ATP, mientras que el ciclo de Calvin consume ATP para fijar CO₂ y sintetizar materia orgánica.

La fermentación láctica es un proceso anaeróbico que llevan a cabo ciertos microorganismos. ¿Por qué se realiza en determinadas condiciones en el tejido muscular humano?
La fermentación láctica se produce en el tejido muscular cuando las células se encuentran en condiciones de baja disponibilidad de oxígeno, como ocurre durante un ejercicio intenso o prolongado. En estas circunstancias, la cadena de transporte electrónico mitocondrial no puede funcionar con normalidad y el NADH no se reoxida a NAD⁺ por la vía aerobia. Para que la glucólisis pueda continuar y seguir produciendo ATP (aunque en pequeña cantidad, 2 ATP por glucosa), el piruvato se reduce a lactato, regenerando el NAD⁺ necesario.

Responda las siguientes preguntas relacionadas con el metabolismo: a. Imagine que una persona a lo largo de los últimos meses ha ingerido en su dieta una cantidad de hidratos de carbono y lípidos inferior a sus necesidades energéticas. Simplificando la situación, ¿qué rutas habrán predominado en este caso, las anabólicas o las catabólicas? Razónelo adecuadamente. (0,8 puntos) b. Si una persona ingiere un exceso de glucosa en la dieta, parte de esta se almacena en forma de triglicéridos. ¿Qué proceso metabólico sirve de nexo entre el catabolismo de la glucosa excedentaria y la síntesis de ácidos grasos? Cite un metabolito que sirva de puente entre ambos procesos. (0,4 puntos)
En esta situación habrán predominado las rutas catabólicas. Al existir un déficit energético debido a una ingesta insuficiente de hidratos de carbono y lípidos, el organismo debe obtener energía a partir de sus reservas. Por ello se activan procesos degradativos como la glucogenólisis, lipólisis y, en casos prolongados, proteólisis, que liberan sustratos para la respiración celular y la producción de ATP. Las rutas anabólicas, en cambio, disminuyen porque requieren aporte energético. B. El proceso metabólico que actúa como nexo es el ciclo de Krebs, ya que en él se integra el acetil-CoA procedente del catabolismo de la glucosa y desde él se desvía hacia la síntesis de ácidos grasos cuando hay exceso energético. Metabolito: acetil-CoA
Identifique a qué proceso metabólico corresponde cada una de las siguientes reacciones generales e indique para cada una de ellas si se puede realizar en ausencia de oxígeno (1 punto).
1. Glucosa + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ → 2 Piruvato + 2 ATP + 2 NADH Glucólisis, ana 2. Piruvato + NADH → Lactato + NAD+ fermentación láctica, anaeróbico 3. Acetil-CoA + ADP + Pi + 3 NAD+ + FAD → CoA + 2 CO2 + ATP + 3 NADH + FADH2 Ciclo de Krebs, aeróbico 4. Piruvato + NADH → Etanol + CO2 + NAD+ fer alcohólica, ana
La falta de hierro causa un tipo de anemia cuyos síntomas incluyen cansancio, dolor de cabeza y problemas de concentración. ¿Qué relación existe entre la escasez de hierro y los síntomas de este tipo de anemia? Razone la respuesta
El oxígeno se une al hierro de la hemoglobina para ser transportado a los tejidos. En ausencia de hierro, las células no reciben suficiente oxígeno, dificultando la obtención de energía por respiración celular. Esto provoca los síntomas de la anemia..
Para cada uno de los siguientes procesos celulares, indique una estructura o compartimento de las células eucarióticas donde se producen:
a) Síntesis de ARN ribosómico: Nucléolo (núcleo). B) Fosforilación oxidativa: Membrana mitocondrial interna. C) Digestión de sustancias: Lisosomas. D) Síntesis de almidón: Cloroplastos. E) Ciclo de Krebs: Matriz mitocondrial. F) Transporte activo: Membranas. G) Transcripción: Núcleo. H) Traducción: Ribosomas. I) Fase luminosa de la fotosíntesis: Membranas tilacoidales. J) Glucólisis: Citosol.


Indique la localización intracelular de la glucólisis. ¿De qué moléculas se parte y qué moléculas se obtienen al final? ¿Qué rutas metabólicas puede seguir el producto final de la glucólisis? Indique los compuestos iniciales y los productos finales de estas rutas.
Localización: Citosol. Moléculas iniciales: Glucosa, NAD⁺, ADP, Pi. Productos finales: Piruvato, NADH + H⁺, ATP. Rutas metabólicas del piruvato: Fermentación (anaerobia): Producto inicial: Piruvato. Productos finales: Lactato o etanol y NAD⁺. Y Ciclo de Krebs (aerobia): Compuestos iniciales: Acetil-CoA y oxalacético. Productos finales: CO₂, NADH + H⁺, FADH₂, GTP (ATP)
Defina la glucólisis, la fermentación, la β-oxidación y la fosforilación oxidativa, indicando en qué parte de la célula eucariótica se realiza cada uno de estos procesos.
Glucólisis: Conjunto de reacciones que convierten la glucosa en ácido pirúvico, liberando energía en forma de ATP. Localización: Citosol. Fermentación Degradación anaeróbica de la glucosa donde el aceptor final de electrones es una molécula orgánica. Localización: Citosol. β-oxidación: Secuencia de reacciones que degradan ácidos grasos, generando acetil-CoA. Localización: Matriz mitocondrial o peroxisomas
Las células procariotas carecen de mitocondrias. ¿Implica este hecho que todas las células procariotas presentan un metabolismo anaerobio obligado? Razone la respuesta.
No, las células procariotas no necesitan mitocondrias para realizar un metabolismo aeróbico. Poseen las enzimas necesarias para el catabolismo aeróbico, y estas reacciones se llevan a cabo en la membrana plasmática o en el citoplasma.
El monóxido de carbono inhibe la citocromo c oxidasa de la cadena respiratoria mitocondrial. ¿Qué efectos tiene sobre el consumo de O₂, la producción de ATP y la viabilidad celular? Razone las respuestas.
Consumo de O₂: El consumo de oxígeno cesa, ya que al bloquearse la cadena de transporte de electrones, el oxígeno no puede actuar como aceptor final de electrones. Producción de ATP: La producción de ATP asociada a la cadena respiratoria también cesa, al interrumpirse el transporte de electrones y el gradiente de H⁺ necesario para la fosforilación oxidativa. Viabilidad celular: Sin ATP suficiente, las células no pueden desarrollar sus funciones vitales y mueren.

Comparación energética fermentación y respiración aerobia:


La fermentación genera menos ATP que la respiración aerobia, ya que la glucosa se oxida parcialmente hasta una molécula orgánica, mientras que en la respiración se oxida completamente hasta CO₂ y agua.
El cianuro bloquea la cadena respiratoria mitocondrial. Indique qué tipo de interacción se produce con la enzima afectada y por qué muere la célula.
Interacción: El cianuro actúa como un inhibidor irreversible de la cadena de transporte electrónico. Efecto en la célula: La célula no puede regenerar NAD⁺ ni FAD, bloqueando el ciclo de Krebs. Se detiene la producción de ATP aeróbico, y la energía obtenida por glucólisis anaeróbica no es suficiente.Sin ATP, las células no pueden mantener funciones vitales, provocando la muerte celular rápida.

Indique los sustratos iniciales y productos finales de los siguientes procesos metabólicos: Glucólisis


Sustratos: Glucosa, ADP + Pi, NAD⁺. Productos: Ácido pirúvico, ATP, NADH.

Β-oxidación

Sustrato: Ácidos grasos. Producto: Acetil-CoA.

Ciclo de Krebs

Sustratos: Acetil-CoA, NAD⁺, FAD, GDP. Productos: CO₂, NADH, FADH₂, GTP (ATP).

Cadena de transporte electrónico:

Sustratos: NADH, FADH₂, O₂. Productos: NAD⁺, FAD, H₂O.

Fosforilación oxidativa

Sustratos: ADP + Pi. Producto: ATP.
Una bacteria se cultiva en una atmósfera reductora con un medio de cultivo rico en materia orgánica. ¿Se trata de un organismo autótrofo o heterótrofo? ¿Es aerobio o anaerobio? Razone las respuestas.
Tipo de organismo: Heterótrofo, porque utiliza materia orgánica como fuente de carbono (almidón y extracto de carne). Metabolismo: Anaerobio, ya que no requiere oxígeno en su medio de cultivo.
Explique razonadamente cómo afectaría la inhibición de la actividad mitocondrial al movimiento de los protozoos ciliados.
El movimiento de los cilios requiere energía en forma de ATP, que se sintetiza en las mitocondrias. Si la actividad mitocondrial se inhibe, los protozoos no pueden generar ATP suficiente, lo que impide el movimiento de sus cilios y compromete su supervivencia.
¿Cuáles son los productos finales de la degradación del ácido pirúvico en condiciones aeróbicas y anaeróbicas? Defina fosforilación oxidativa.
Productos finales: Aerobiosis: CO₂, ATP y H₂O. Anaerobiosis: Lactato y NAD⁺ (fermentación láctica). Etanol y NAD⁺ (fermentación alcohólica). Fosforilación oxidativa: Síntesis de ATP mediante la ATP sintasa, utilizando la energía generada por el gradiente de protones producido en la cadena de transporte electrónico.


Explique por qué no se produce crecimiento bacteriano en una placa de cultivo con cloranfenicol y cómo afecta este antibiótico a la respiración celular en eucariotas.
Crecimiento bacteriano: El cloranfenicol bloquea los ribosomas 70S, impidiendo la síntesis proteica y, como consecuencia, el crecimiento bacteriano. Respiración celular en eucariotas: Los ribosomas mitocondriales, similares a los bacterianos, también se ven afectados, lo que interrumpe la síntesis de proteínas mitocondriales necesarias para la respiración celular.

Justifique cómo los glóbulos rojos, que carecen de mitocondrias, producen energía y sobreviven durante 120 días


Los glóbulos rojos obtienen energía exclusivamente a través de la fermentación, ya que no pueden realizar la respiración celular en ausencia de mitocondrias. La glucólisis en el citosol genera ATP suficiente para mantener su actividad biológica.
Indique en qué orgánulo o estructura celular de una célula eucariótica se localizan las siguientes funciones o procesos:
a) Transformación de energía luminosa en energía química: Membrana de los tilacoides. B) Síntesis de proteínas: Ribosomas (RER). C) Movimiento celular: Cilios, flagelos. D) Ciclo de Calvin: Estroma del cloroplasto. E) Síntesis de ARN transferente: Núcleo. F) Cadena respiratoria: Membrana mitocondrial interna. G) Glicosilación de proteínas: Complejo de Golgi. H) Síntesis de almidón: Cloroplasto. I) Difusión facilitada: Membranas. J) Síntesis de lípidos: Retículo endoplasmático liso.
¿Por qué la oxidación de un ácido graso proporciona mayor rendimiento energético que la de una hexosa? ¿Qué recurso energético utilizaron primero las células? Razone las respuestas.
Mayor rendimiento energético:
Los ácidos grasos producen más moléculas de acetil-CoA, lo que permite que el ciclo de Krebs funcione más veces, generando más ATP que la oxidación de una hexosa. Recurso energético primario: Las células utilizaron primero azúcares en condiciones anaerobias, ya que la oxidación de grasas requiere un ambiente aerobio, que aparecíó posteriormente en la evolución.
La rotenona es utilizada por tribus indígenas para matar peces en los ríos. ¿Cómo afecta a los peces hasta provocarles la muerte? Razone la respuesta.
La rotenona inhibe uno de los componentes de la cadena transportadora de electrones en las mitocondrias, interrumpiendo el flujo de electrones y la generación de un gradiente de protones. Como resultado, se detiene la síntesis de ATP, privando a las células de energía y provocando la muerte de los peces.
Si se inhibe la cadena transportadora de electrones en la mitocondria, ¿cómo se ven afectadas la difusión simple, la difusión facilitada y el transporte activo? ¿Cómo afecta un aumento de temperatura hasta 60 °C a estos procesos?
La difusión simple y la difusión facilitada no se ven afectadas porque no requieren energía. El transporte activo no se llevaría a cabo, ya que depende de ATP, cuya síntesis cesa al bloquearse la cadena. Aumento de temperatura a 60 °C: La alta temperatura desnaturaliza las proteínas transportadoras, afectando tanto al transporte activo como a la difusión facilitada.

Explique por qué bacterias anaerobias facultativas consumen más glucosa en anaerobiosis que en aerobiosis


Las bacterias anaerobias facultativas pueden obtener energía tanto por respiración aerobia como por fermentación. En aerobiosis, utilizan respiración aerobia, en la que la glucosa se oxida completamente hasta CO₂ y H₂O en presencia de oxígeno. Este proceso produce mucha más energía por molécula de glucosa (≈36-38 ATP), por lo que necesitan menos glucosa para cubrir sus necesidades energéticas.En anaerobiosis, al faltar oxígeno, la bacteria realiza fermentación, que solo genera 2 ATP por molécula de glucosa. Para obtener la misma cantidad de energía que en aerobiosis, tienen que degradar mucha más glucosa, es decir, consumen más sustrato.

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