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El metabolismo celular
EL METABOLISMO es el conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en el interior de las células de los seres vivos, para satisfacer sus necesidades de materia y energía.
Todas las reacciones metabólicas están relacionadas en rutas o vías metabólicas, las cuales son muy parecidas en todos los seres vivos. ¿QUÉ ES UNA RUTA METABÓLICA?, es una sucesión de reacciones químicas que conducen de un sustrato inicial a unos o varios productos finales, a través de una serie de metabolitos intermedios.
En las reacciones metabólicas intervienen varias enzimas, al menos una en cada paso.
En el metabolismo se distinguen dos grupos de rutas metabólicas:
EL CATABOLISMO: es el conjunto de reacciones metabólicas que tienen como objetivo la obtención de energía y moléculas precursoras a partir de la degradación de otras, más complejas.Como producen energía son reacciones exergónicas.
EL ANABOLISMO: es el conjunto de reacciones metabólicas que tienen como objetivo la síntesis de moléculas complejas a partir de la síntesis de moléculas precursoras y energía. Al precisar energía son reacciones endergónicas.
NOTA IMPORTANTE: ambas fases están relacionadas, ya que la energía que se produce durante el catabolismo así como las moléculas precursoras, son necesarias para que se den los procesos anabólicos.
Ambas rutas son reacciones de oxidación- reducción, cuando una sustancia se reduce la otra simultáneamente se oxida. En estas reacciones se desprende o se consume energía que será transportada en forma de ATP o en forma de coenzimas transportadoras de electrones.
El ATP: (adenosín trifosfato), actúa como moneda energética y está presente en todos los procesos de intercambio energético en todos los seres vivos. Es un nucleótido formado por adenina, ribosa y 3 fosfatos. Para unir estas tres últimas moléculas es necesaria una cantidad muy grande de energía, esta se almacena en sus enlaces.Como almacena energía, es capaz de liberarla al romper los enlaces en las que está contenida.
¿Cómo se sintetiza el ATP? se puede obtener de tres maneras distintas:
-FOSFORILACIÓN A NIVEL DE SUSTRATO: se sintetiza gracias a la energía liberada contenida en los enlaces que forman las biomoléculas.
-FOSFORILACIÓN OXIDATIVA: se sintetiza gracias a la energía liberada a través del paso de electrones en la cadena respiratoria. (en mitocondrias).
-FOTOFOSFORILACIÓN: es un proceso parecido a la fosforilación oxidativa pero se realiza en la membrana tilacoidal de los cloroplastos.
Las COENZIMAS: son transportadores de electrones. Podemos distinguir de dos tipos:
LOS TRANSPORTADORES DE HIDRÓGENO: en los átomos de hidrógeno están contenidos dichos electrones; NAD+, FAD...
LOS TRANSPORTADORES DE ELECTRONES: como los citocromos y el COENZIMA A.
Como hemos comentado antes, en cada ruta metabólica actúa al menos una enzima en cada paso. Y, para que una reacción se lleve a cabo es necesario que el sustrato reciba una cantidad de energía llamada energía de activación.
CONCEPTO DE ENZIMA: las enzimas son biocatalizadores ya que aumentan la velocidad de la reacción al disminuir la energía necesaria para que esta, se produzca.
- Las enzimas no se consumen durante la reacción además, facilitan y aceleran las reacciones metabólicas (al igual que los catalizadores.). Las enzimas se diferencian de los catalizadores inorgánicos en:
- Que son eficaces en pequeñas cantidades por ser catalíticamente muy activas,
- Tienen una elevada especificidad.
- Actúan siempre a la temperatura del ser vivos.
- Poseen un enorme poder catalítico.
- Tienen un peso molecular muy elevado.
- En cuanto a su naturaleza, las enzimas son proteínas (o asociaciones de proteínas y otras moléculas orgánicas o inorgánicas).
Su modo de actuación es el siguiente:
1. Unión del sustrato a la enzima.
2. Formación del complejo enzima sustrato.
3. Los sustratos se transforman a productos obteniendo el complejo enzima producto.
4. El producto y la enzima se separan y esta queda libre para participar en otro proceso catalítico.
Estas son algunas de las muchas características que tienen las enzimas, tenéis el contenido un poco más ampliado en el esquema:
CATABOLISMO:
El catabolismo es el conjunto de reacciones del metabolismo que permiten la degradación de moléculas como glúcidos, lípidos y proteínas, para transformarse en productos finales más simples, en este proceso se libera energía.
Estas son las rutas catabólicas más importantes:
La glucólisis: proceso por el que una molécula de glucosa se degrada hasta obtener dos moléculas de ácido pirúvico (en forma de piruvato).
La b-oxidación: conjunto de reacciones en las que se produce la oxidación de los ácidos grasos para dar acetil-CoA.
La transaminación y desaminación: conjunto de procesos en los que tiene lugar la degradación de aa, mediante la separación del grupo amino del esqueleto carbonado.
En general estas rutas convergen hacia la formación de un compuesto de dos átomos de carbono, el acetilcoenzima A. Este producto se incorpora al ciclo de Krebs.
LA GLUCÓLISIS tiene lugar en el citosol celular, donde una molécula de glucosa se degrada hasta formar 2 Piruvatos, obteniendo ATP y poder reductor. Este ácido pirúvico se degrada a Acetil-CoA y se une al ácido oxalacético para dar el ácido cítrico y comenzar el Ciclo de Krebs en la matriz mitocondrial. Y finalmente todo el poder reductor obtenido se transforma en ATP gracias a la cadena transportadora de electrones.
Dependiendo si este proceso se da en una célula eucariota o procariota se obtendrán 36 o 38 ATP.
NOTA: la descarboxilación del ácido pirúvico, el ciclo de Krebs y la cadena respiratoria, son un conjunto de reacciones aerobias, es decir, tienen lugar en presencia de oxígeno.
Dentro del catabolismo, también encontramos las fermentaciones:
Es un proceso anaerobio, pues no se usa el oxígeno como último aceptor de electrones. Su aceptor final es un componente orgánico y , no interviene la cadena respiratoria por lo que la síntesis de ATP ocurre a nivel de sustrato.
Las fermentaciones se dan en los microorganismos (generalmente), aunque puede ocurrir en el tejido muscular de los animales si no llega suficiente oxígeno a las células.
Los tipos de fermentaciones que hay son , la fermentación homoláctica, fermentación heteroláctica, fermentación butírica y putrefacción.
En las fermentaciones únicamente se obtienen 2 ATP.
En cuanto al catabolismo de los lípidos:
El catabolismo de los lípidos es conocido como Hélice de Lynen, en él se obtiene una gran cantidad de energía, alrededor de 100 ATP. Por cada vuelta de la hélice obtenemos 1 Acetil-CoA que su destino posiblemente sea el Ciclo de Krebs y posteriormente la cadena transportadora de electrones, además de poder reductor, utilizado en la cadena de transporte de electrones para sintetizar energía.
El catabolismo de las proteínas (aminoácidos):
La degradación de los aminoácidos se lleva a cabo mediante dos fases sucesivas: la separación de los grupos amino y la degradación de los esqueletos carbonados.
El amoníaco procedente de la desaminación oxidativa es un producto final del catabolismo de los aminoácidos y debe ser excretado.
Los esqueletos carbonados de muchos aminoácidos coinciden con diversos intermediarios del ciclo de Krebs como por ejemplo el ácido pirúvico y el acetil-CoA, por lo tanto pueden penetrar en la matriz mitocondrial y ser degradados.
Y para terminar con el catabolismo; el catabolismo de los ácidos nucleicos:
Esta biomolécula no es utilizada de manera frecuente como fuente de energía. Estos se pueden degradar por hidrólisis por la acción de nucleasas.
Este es el esquema general del catabolismo:
ANABOLISMO:
El anabolismo es el conjunto de reacciones redox y endotérmicas en las cuales a partir de una molécula sencilla se forma una molécula más compleja gastando en este proceso energía obtenida en reacciones catabólicas.
Existen dos tipos de seres vivos anabólicos, los autótrofos y los heterótrofos. El autótrofo obtienen materia orgánica a partir de materia inorgánica, por lo que no son dependientes de ningún otro ser vivo. Sin embargo, los heterótrofos obtienen la materia orgánica a partir de las sustancias que han sido elaboradas por otros seres vivos.
En los organismos autótrofos dependiendo de la fuente de energía se llevará a cabo la fofosíntesis (luz) o la quimiosíntesis que son las reacciones de oxidación de compuestos inorgánicos.
LA FOTOSÍNTESIS: tiene lugar en las plantas y bacterias.
Hay dos tipos de fotosíntesis: anoxigénica o oxigénica (H2O).
En la fotosíntesis la energía viene de la luz solar que es captada por fotosistemas: fotosistema 1 (clorofila P700, tilacoides estroma, en la anoxigénica) y fotosistema 2 (clorofila P680, tilacoides de grana, en la oxigénica).
La fotosíntesis consta de dos fases: la luminosa y la oscura. Los factores que afectan a la fotosíntesis son: la intensidad de la luz, la temperatura, la concentración de O2 y CO2 y la falta de agua.
A su vez, la fase luminosa puede ser cíclica o acíclica:
Acíclica: en esta fase hay tanto fotosistema II como fotosistema I. Se produce de fotólisis de H2O, la fotofosforilación del ADP y la fotorreducción del NADP+. Por el fotosistema II entran dos protones y en el interior quedan 4 H+ lo cual genera 1ATP. Gracias al fotosistema I se produce NADPH.
Cíclica: en esta fase únicamente está el fotosistema I por lo que solo se produce la fotofosforilación del ADP y en esta fase también se obtiene ATP, pero en mucha menos cantidad con respecto a la fase acíclica.
Por otro lado, la fase oscura:
En esta fase se va a consumir la energía que ha sido liberada en la fase anterior. El CO2 con la acción de la enzima rubisco se fija a la ribulosa-1,5-difosfato y da lugar a dos moléculas de ácido 3-fosfoglicérico utilizando 2 ATP y 2 NADPH. Luego se produce gliceraldehído-3-fosfato que derivará en glucosa, fructosa, almidón, ácidos grasos o aminoácidos o bien, por el ciclo de pentosa-fosfato se regenera.
La quimiosíntesis es parecida a la fotosíntesis sin embargo, la energía proviene de reacciones químicas. Este proceso lo realizan las bacterias como por ejemplo: la incoloras de azufre, las del nitrógeno, del hierro y del hidrógeno. Se divide en dos fases: la primera fase donde se produce la oxidación de sustancias inorgánicas, y la segunda fase que comprende el ciclo de Calvin.
Por último, pasamos a comentar el anabolismo heterótrofo:
En el anabolismo heterótrofo se transforman sustancias orgánicas sencillas,en otras más complejas.
NOTA: el objetivo es formar componentes celulares.
El anabolismo de glúcidos: por glucogenogénesis o por el ciclo de Calvin.
La gluconeogénesis es la ruta metabólica en la que se forma glucosa a partir de moléculas de fracción no glucídica, es un proceso inverso a la glucólisis excepto: el paso de ácido pirúvico a ácido fosfoenolpirúvico; el paso de fructosa-1,6-difosfato a fructosa-6-fosfato; y de glucosa-6-fosfato a glucosa.
Por otra parte el anabolismo de lípidos:
La síntesis de glicerina, donde la glicerina se activa transformándose en glicerol-3-fosfato que se une a ácidos grasos o pasa glucólisis.
La síntesis de ácidos grasos donde un acetil-CoA se une al complejo SAG.
La síntesis de triglicéridos donde el glicerol-3-fosfato se une a un acil-CoA (ácido graso activado).
NOTA: el transportador de hidrógenos es el NADPH.
El anabolismo de las proteínas:
Requiere la síntesis de aminoácidos mediante dos procesos; la formación de los esqueletos carbonados y la unión de estos con el grupo amino.
Y por último, el anabolismo de ácidos nucleicos.
Mediante la síntesis de nucleótidos con bases púricas o las síntesis de estos mediantes bases pirimidínicas. Después se da la unión de nucleótidos para formar ácidos nucleicos.
REPRESENTACIÓN:
Preguntas sobre el metabolismo:
1.- ¿Cómo y cuándo tiene lugar la descomposición del agua en el proceso de fotosíntesis? ¿Cuáles son sus consecuencias?
Tiene lugar en la fase luminosa acíclica en el fotosistema ll al incidir la luz sobre él, la clorofila P680 se excita, y cede dos electrones al primer aceptor de electrones. Para reponer los dos electrones se produce la rotura del agua. Luego entran en los tilacoides cuatro protones por cada dos electrones, dos procedentes de la hidrólisis del agua, y otros dos provenientes de la cadena de transporte de electrones. Se produce una diferencia de potencial electroquímico entre las dos caras de la membrana del tilacoide. Este gradiente hace que los protones salgan por la ATP-sintetasa y se produzca una ATP.
2.- Cloroplastos y fotosíntesis.
A) Durante el proceso fotosintético, coexisten un flujo cíclico y un flujo no cíclico de electrones. Exponga brevemente el sentido fisiológico de cada uno de ellos y cuáles son sus componentes principales. Conseguir los 18 ATP necesarios para la fase oscura.
B) Existen algas procarióticas (cianobacterias) que carecen de cloroplastos y sin embargo realizan el proceso fotosintético de forma similar a como lo realizan las plantas superiores. Cómo es posible? Es posible porque tienen tilacoides en su citoplasma con pigmentos fotosintéticos responsables de realizar la fotosíntesis.
3.- Explique brevemente la finalidad que tienen los siguientes procesos: METABOLISMO: obtener materia y energía para llevar a cabo las funciones vitales. ANABOLISMO: obtener moléculas complejas a partir de biomoléculas sencillas. CATABOLISMO: obtener moléculas sencillas a partir de moléculas orgánicas complejas. RESPIRACIÓN CELULAR: obtener energía en forma de ATP, dióxido de carbono y agua. FOTOSÍNTESIS: obtener materia orgánica a partir de inorgánica y oxígeno.
4.- Defina: Fotosíntesis, fotofosforilación, fosforilación oxidativa y quimiosíntesis.
-FOTOSÍNTESIS: es el proceso por el cual tiene lugar una transformación de la energía luminosa procedente del sol en energía química, que es almacenada en moléculas orgánicas. Es posible gracias a los pigmentos fotosintéticos, moléculas capaces de captar la energía luminosa y utilizarla para activar alguno de sus electrones y transferirlo a otros átomos, para iniciar a unas reacciones químicas que constituyen la fotosíntesis. Se lleva a cabo en los cloroplastos y es realizada por plantas, algas y algunas bacterias. -FOTOFOSFORILACIÓN: proceso que tiene lugar en la fase luminosa de la fotosíntesis. Obtención del ATP y agua, añadiendo un grupo fosfato a un ADP. Existen tres modalidades de fosforilación: fosforilación a nivel de sustrato que ocurre en la glucólisis, fosforilación oxidativa que tiene lugar en la cadena respiratoria y fotofosforilación que se produce en los cloroplastos durante la fotosíntesis.
-FOSFORILACIÓN OXIDATIVA: proceso que tiene lugar en la respiración celular, en el transporte de electrones en las ATP-sintetasas al entrar los protones por ellas. Consiste en obtener ATP y agua, añadiendo un grupo fosfato a un ADP. -QUIMIOSÍNTESIS: es un proceso anabólico que consiste en la síntesis de ATP a partir de la energía que se desprende en las reacciones de oxidación de determinadas sustancias inorgánicas. Los organismos que la realizan son bacterias.
5.- Anabolismo y catabolismo. Citar dos ejemplos de cada uno de estos procesos y en qué orgánulos celulares se producen.
ANABOLISMO: Fotosíntesis y quimiosíntesis. La fotosíntesis se produce en los tilacoides de los cloroplastos de las células vegetales, y en el caso de las bacterias que no tienen ni cloroplastos ni tilacoides en los clorosomas. La quimiosíntesis se producen el interior de las bacterias. CATABOLISMO: Respiración celular y fermentación. La respiración celular se da en mitocondrias y en el citosol, y la fermentación en ciertas levaduras y bacterias. En animales se da en el tejido muscular si no llega suficiente oxígeno a las células.
6.- Un proceso celular en eucariota genera ATP y NADPH(H) con producción de oxígeno por acción de la luz sobre los pigmentos. ¿De qué proceso se trata? ¿Para qué se utiliza el ATP y el NADPH formados? ¿Participan los cloroplastos? (indicar brevemente cómo).
Se trata del proceso de la fase luminosa cíclica. El ATP y el NADPH formados en la fase luminosa de la fotosíntesis se utilizan para obtener energía y poder formar la materia orgánica en la fase oscura en el ciclo de Calvin a partir de moléculas inorgánicas. Sí, los cloroplastos intervienen y en ellos se realizan la fotosíntesis.
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 (Adenosín-trifosfato), es un nucleótido que actúa en el metabolismo como molécula de reserva energética. Su función en los organismos es almacenar y ceder la energía que hay en sus enlaces. Está formado por una pentosa, una base nitrogenada y tres grupos fosfato unidos mediante un enlace éster fosfórico. La síntesis de ATP se realiza de dos maneras: Fosforilación a nivel de sustrato: gracias a la energía que se libera al romperse un enlace de una biomolécula, por ejemplo la glucólisis. Reacción enzimática con ATP-sintetasas: en las crestas de las mitocondrias y los tilacoides de los cloroplastos, estas enzimas sintetizan ATP cuando su interior es atravesado por un flujo de protones, por ejemplo en la cadena transportadora de electrones.
8.- De los siguientes grupos de organismos, ¿Cuáles llevan a cabo la respiración celular?¿Cuáles realizan la fotosíntesis oxigénica?: algas eucariotas, angiospermas, cianobacterias (cianofíceas), helechos y hongos. -FOTOSÍNTESIS OXIGÉNICA: la realizan todos excepto los hongos. -RESPIRACIÓN CELULAR: es realizada por todos.
9.- Del orden de un 50 % de la fotosíntesis que se produce en el planeta es debida a la actividad de microorganismos. Indique en qué consiste el proceso de la fotosíntesis. ¿Cuáles son los sustratos necesarios y los productos finales resultantes?
La fotosíntesis es el proceso de transformación de la energía luminosa procedente del sol en energía química, que se almacenada en moléculas orgánicas. Es posible gracias a los pigmentos fotosintéticos, moléculas capaces de captar la energía luminosa y utilizarla para activar alguno de sus electrones y transferirlo a otros átomos, estos dan inicio a una serie de reacciones químicas que constituyen la fotosíntesis. La fotosíntesis se compone de dos fases: -Fase luminosa: tiene lugar en los tilacoides, y se caracteriza por la captación de energía luminosa, generando ATP y nucleótidos reducidos. -Fase oscura: tiene lugar en el estroma y a partir de ATP obtenido en la fase luminosa se sintetizan moléculas orgánicas.
10.- Describe la fase luminosa de la fotosíntesis y cuál es su aporte al proceso fotosintético global. La fase luminosa consta de dos fases, la cíclica y la acíclica.
La fase luminosa acíclica: interviene el fotosistema l y ll. El fotosistema ll recibe luz y la clorofila P680, que se excita y cede dos electrones al primer aceptor de electrones. El primer aceptor cede los electrones a la cadena de transporte de electrones, que los cede finalmente a la clorofila P700 del fotosistema l. Cuando el fotosistema l recibe luz, la clorofila P700, cede dos electrones al primer aceptor de electrones y el primer aceptor de electrones del fotosistema l, transfiere los electrones a otra cadena de transporte electrónico, que los cede al NADP+, que toma protones del estroma, y se reduce para formar NADPH + H+. Cada dos protones se forma 1 ATP, por tanto, al tener 48 protones, obtenemos 16 ATP al romper 12 moléculas de agua. La fase luminosa cíclica: sólo interviene el fotosistema l. Inciden dos fotones sobre el fotosistema l, la clorofila P700 libera dos electrones al aceptor primario, y se inicia una cadena de transporte de electrones que impulsa dos protones desde el estroma al interior del tilacoide. La cadena de transporte electrónico, transfiere los dos electrones a la clorofila P700, para reponer los electrones que ha perdido. Los electrones llegan a la ferredoxina y de ahí pasan al citocromo B, y de éste pasa a la plastoquinona, que capta dos protones y se reduce. La plastoquinona reducida, cede los dos electrones al citocromo F, que introduce los dos protones en el interior del tilacoide. Estos, al salir de los ATP-sintetasa provocan la síntesis de ATP. La plastocianina retorna los electrones a la clorofila P700. El aporte al proceso fotosintético global, nucleótidos oxidados y ATP, necesarios para realizar la siguiente fase.
11.- ¿Qué es un organismo autótrofo quimiosintético?
Un organismo autótrofo quimiosintético son los que realizan la quimiosíntesis, la mayoría son bacterias. Los organismos quimiosintéticos desarrollan una función fundamental en la naturaleza, puesto que participan como elementos clave de los ciclos biogeoquímicos.
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 que se producen en el interior de las células y que conducen a la transformación de unas biomoléculas en otras con el fin de obtener materia y energía para llevar a cabo las funciones vitales (nutrición, reproducción y relación), desarrollarse o renovar la estructura propia de cada individuo.
13.- Indique qué frases son ciertas y cuáles son falsas. Justifique la respuesta: a) Una célula eucariótica fotoautótrofa tiene cloroplastos pero no tiene mitocondrias: FALSO. Todas las células eucariotas tienen mitocondrias ya que es ahí donde realizan la respiración celular.
b) Una célula eucariótica quimioheterótrofa posee mitocondrias pero no cloroplastos: VERDADERO. Las eucariotas quimioheterótrofas no realizan la fotosíntesis pero sí la respiración celular.
c) Una célula procariótica quimioautótrofa no posee mitocondrias ni cloroplastos. VERDADERO. Las células procariotas no poseen ni mitocondrias ni cloroplastos ya que sus reacciones se dan en el citoplasma.
d) Las células de las raíces de los vegetales son quimioautótrofas. VERDADERO. La fuente de energía para construir moléculas complejas proviene de enlaces químicos de otras moléculas más sencillas.
14.- Fotosistemas: Conceptos de complejo antena y centro de reacción. Función y localización Ambos se encuentran formando los fotosistemas, en la membrana tilacoidal.
El complejo antena es el captador de luz, en él, los pigmentos antena, que son la clorofila a y b y los carotenoides, captan la energía luminosa y los transmiten de unos pigmentos a otros hasta que los ceden a los pigmentos del centro de reacción. Se encuentran rodeando el centro de reacción.
El centro de reacción posee dos moléculas de clorofila a, que se denomina pigmento diana. Este, al recibir esa energía luminosa, transfiere sus electrones a otra molécula (primer aceptor de electrones), quedándose ionizado. Esos electrones perdidos los repondrá cuando el llamado primer dador de electrones se los ceda.
15.- Compara: a) quimisíntesis y fotosíntesis b) fosforilación oxidativa y fotofosforilación.
Mientras que en la fotosíntesis, la energía para crear moléculas orgánicas complejas es la luz solar, en la quimiosíntesis se obtiene de reacciones de oxidación de ciertas moléculas. Asimismo, la fotosíntesis la pueden realizar las plantas, las algas, cianobacterias y las bacterias fotosintéticas, sin embargo, la quimiosíntesis únicamente la pueden realizar las bacterias quimioautótrofas.
Mientras que la fosforilación oxidativa se realiza en la cadena transportadora de electrones, en el proceso de respiración celular, la fotorrespiración se produce por la fotosíntesis. La fotorrespiración es un proceso que puede resultar perjudicial (a no ser que hablemos de una planta C4) ya que la energía se pierde, mientras que la fosforilación oxidativa es la causa principal por la que en la respiración celular se consigue tanto ATP.
16.- La vaca utiliza los aminoácidos de la hierba para sintetizar otras cosas, por ejemplo la albúmina de la leche (lactoalbúmina). Indica si este proceso será anabólico o catabólico. Razona la respuesta.
Este proceso será, por una parte catabólico para degradar la hierba y conseguir los aminoácidos, y por otra parte será anabólico ya que a partir de esos aminoácidos construye proteínas como la mencionada en el enunciado (lactoalbúmina).
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. El ATP se degrada en procesos anabólicos, aportando energía o fosfatos para formar moléculas más complejas.
18.- ¿En qué lugar de la célula y de qué manera se puede generar ATP?
La síntesis de ATP se puede realizar de tres maneras:
Fosforilación a nivel de sustrato: el P se une a la molécula de ADP gracias a la energía generada de la hidrólisis de algún enlace de una molécula. Esto ocurre por ejemplo en la glucólisis (citosol), cuando el ácido fosfoenolpirúvico libera su grupo fosfato para convertirse en ácido pirúvico y dar ATP. Esos procesos los regula la enzima quinasa.
Fosforilación oxidativa: gracias a la cadena transportadora de electrones (crestas mitocondriales) se da, entre la matriz mitocondrial de las mitocondrias y el espacio intermembrana una fuerza protón-motriz mediante el paso de protones al espacio intermembrana. Esos protones vuelven a la matriz en favor de gradiente por las ATP-asas (situadas en la membrana mitocondrial interna) y eso permite la unión del ADP y Pi.
Fotofosforilación: en la membrana tilacoidal de los cloroplastos el agua se rompe, libera electrones y estos son captados por los fotosistemas. Los protones producidos por la rotura del agua salen al espacio tilacoidal. Se genera un gradiente como en la fosforilación oxidativa y pasan los protones por las ATP-asas para dar ATP.
19.- Papel del acetil-CoA en el metabolismo. Posibles orígenes del acetil-CoA celular y posibles destinos metabólicos (anabolismo y catabolismo). Principales rutas metabólicas que conecta. El acetil-CoA es muy importante para realizar el ciclo de Krebs, en el catabolismo, puede provenir de diversas rutas metabólicas:
De la descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico procedente de la glucólisis.
β-oxidación de los ácidos grasos.
De la degradación de algunos aminoácidos.
Asimismo, en el ciclo de Krebs se consiguen muchas moléculas con poder reductor para luego dar lugar a ATP en la cadena transportadora de electrones.
Este acetil-CoA une diversas rutas metabólicas como la β-oxidación de los ácidos grasos, la descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico o la degradación de algunos aminoácidos.
20.- Esquematiza la glucólisis: a) Indica al menos, sus productos iniciales y finales.
El producto inicial de la glucólisis es la glucosa, que sufre una serie de transformaciones hasta convertirse en dos moléculas de ácido pirúvico.
b) Destino de los productos finales en condiciones aerobias y anaerobias.
En condiciones aerobias las dos moléculas de ácido pirúvico realizan el ciclo de Krebs para luego realizar la fosforilación oxidativa. En condiciones anaerobias los ácidos pirúvicos realizan la fermentación, que puede ser de diferentes tipos.
c) Localización del proceso en la célula. La glucólisis se produce en el citosol de la célula.
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?
La célula sí que está respirando ya que está consumiendo O2 para dar CO2 y degradar glucosa y así obtener energía en forma de ATP. En este proceso sí que participan la matriz mitocondrial para el ciclo de Krebs, y las crestas mitocondriales donde se encuentra la cadena de transporte electrónico.
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?
Se inicia el ciclo de Krebs, y al unirse el acetil-CoA y el ácido oxalacético se origina el ácido cítrico. El acetil-CoA puede provenir de la descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico, de la β-oxidación de los ácidos grasos o del catabolismo de los aminoácidos. El ácido oxalacético se forma en el ciclo de Krebs, cuando el ácido málico se oxida y los electrones que se liberan son captados por NAD+.
El ciclo de Krebs tiene lugar en la matriz mitocondrial.
23.- ¿Qué molécula acepta el CO2 en la fotosíntesis? ¿Qué enzima cataliza esta reacción? ¿A qué moléculas da lugar?
En la fase oscura de la fotosíntesis o ciclo de Calvin, el CO2 entra al estroma del cloroplasto y allí se une a la ribulosa-1,5-diP debido a la acción de la enzima rubisco. Así da lugar a un compuesto inestable de seis carbonos, que se disocia en 2 moléculas de ácido-3-fosfoglicérido y se reduce a gliceraldehído-3-fosfato.
24.- Indique cuál es el papel biológico del NAD, NADH + H. en el metabolismo celular. Escriba tres reacciones en las cuáles participe.
El NAD+ y el NADH + H+ son transportadores de electrones. Mientras que el NAD+ es un captador de electrones, el NADH + H+ se encarga de transportarlos para luego, en la fosforilación oxidativa dar lugar a ATP. Este último, es la forma reducida de la primera, que es la forma oxidada. Los podemos encontrar en la glucólisis, el ciclo de Krebs y la β-oxidación de los ácidos grasos.
25.- Explique brevemente el esquema siguiente:
En esta imagen se observa la fase oscura de la fotosíntesis. Proceso anabólico que se divide en dos etapas, la fase luminosa y la fase oscura. En la imagen observamos el ciclo de Calvin donde comienza en la fijación del CO2 a una molécula de ribulosa-1,5-difosfato gracias a la enzima rubisco dando lugar a un compuesto inestable llamado ácido-3-fosfoglicérico. Posteriormente se reduce este ácido gracias a la acción de coenzimas como el ATP y el NADPH que dará lugar al gliceraldehído-3-fosfato. A partir de este producto puede sintetizar monosacáridos, glicerina, ácidos grasos o aminoácidos.
26.- Bioenergética: a) Defina los conceptos de: fosforilación a nivel del sustrato, foto-fosforilación y fosforilación oxidativa. b) ¿En qué niveles celulares se produce cada uno de dichos mecanismos y por qué?
Fosforilación a nivel de sustrato: síntesis de ATP a partir de la energía liberada de una biomolécula al romper sus enlaces. Se produce en las mitocondrias porque este proceso se da en la respiración de glúcidos, concretamente, en el ciclo de Krebs que ocurre dentro de la mitocondria. También se produce en el citosol de la célula ya que también se da en el proceso de glucólisis. Fotofosforilación: proceso de síntesis de ATP a partir de ADP y fosfato llevado a cabo por las ATP-sintasas de la membrana del tilacoide, en los cloroplastos de las células vegetales. Se produce en las mitocondrias porque forma parte del transporte de electrones en la cadena respiratoria que tiene lugar en las mitocondrias como consecuencia de la respiración de glúcidos. Fosforilación oxidativa: proceso de síntesis de ATP a partir de ADP y fosfato, llevada a cabo por la ATP sintetasa en la cadena transportadora de electrones en las crestas mitocondriales durante la respiración celular. Se produce en los cloroplastos ya que en su interior tienen el pimiento de la clorofila que capta la luz solar.
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?.
El proceso de transporte electrónico mitocondrial es la última etapa de la respiración , en este se oxidan las coenzimas reducidas y de esta forma son utilizadas para sintetizar ATP a partir de la energía que contienen.
La cadena transportadora está formada por una serie de moléculas , cada una de estas moléculas aceptan electrones y luego los transfiere a la molécula siguiente mientras que el proceso de fosforilación oxidativa es una fase del proceso de transporte electrónico en el que se produce la unión de un ADP y un grupo fosfato generando así un ATP.
La función de la cadena respiratoria es transportar los electrones. Está formada por grandes complejos proteicos , ubiquinona y citocromo. Se localiza en la matriz mitocondrial. 28.- ¿Qué tipos y cuántas moléculas se consumen y se liberan en cada una de las vueltas de la espiral de Lynen en la B-oxidación de los ácidos grasos? En la hélice de Lynen de los ácidos grasos se produce un FADH2 y un NADH que pasa a la cadena transportadora de electrones y un Acetil-coA que pasa al ciclo de krebs. Además se consume 2 ATP y un FADH.
29.- ¿Cómo se origina el gradiente electroquímico de protones en la membrana mito- condrial interna?
El gradiente electroquímico entre la matriz mitocondrial y el espacio intermembrana se genera mediante el paso de protones al espacio intermembranoso debido a la cadena transportadora de electrones, la cual bombea protones para que luego estos pasen a través de las ATPasas a la matriz y producir ATP.
30.- ¿Cuál es la primera molécula común en las rutas catabólicas de los glúcidos y los lípidos? ¿Cuál es el destino final de dicha molécula en el metabolismo?
La primera molécula común en las rutas catabólicas de los glúcidos y lípidos es la dihidroxiacetona-3-fosfato. El destino final es la síntesis de ATP en el ciclo de Krebs. 31.- Ciclo de Calvin: concepto, fases y rendimiento neto.
El ciclo de Calvin es un proceso cíclico que ocurre en el estroma de los cloroplastos y forma parte de la fase oscura de la fotosíntesis en el que se utiliza a ATP y NADPH ,que provienen de la fase luminosa para sintetizar materia orgánica a partir de sustancias inorgánicas. Consta de dos fases:
Fijación del CO2: una molécula de CO2 se fija a la fabulosa-1,5-difosfato y gracias a la enzima rubisco se forma un compuesto inestable de seis átomos de carbono. Este se disocia en 2 ácido-3-fosfoglicérico.
Reducción del CO2 fijado: entra ATP y NADPH al ciclo y se reduce el ácido-3-fosfoglicérido a gliceraldehído-3-fosfato. Este puede tomar tres caminos: regeneración de la ribulosa-1,5-difosfato, síntesis de almidón, ácidos grasos y aminoácidos o síntesis de glucosa y fructosa.
Rendimiento neto del ciclo de Calvin: por cada CO2 que entra al ciclo se necesitan dos moléculas NADPH y tres de ATP. Entonces, para obtener una molécula de glucosa se necesitan 6 CO2 y, por tanto, 12 NADPH Y 18ATP. Para conseguir 12 NADPH en la fase luminosa acíclica se necesitan hidrolizar 12 moléculas de H2O. Como por cada molécula que rompo entran cuatro protones y voy a romper 12 se obtendrán 48 protones obteniendo entonces 16 ATP. Los otros 2 ATP que faltan se obtienen de la fase luminosa cíclica.
31.- Ciclo de Calvin: concepto, fases y rendimiento neto.
El ciclo de Calvin es un proceso cíclico que ocurre en el estroma de los cloroplastos y forma parte de la fase oscura de la fotosíntesis en el que se utiliza a ATP y NADPH ,que provienen de la fase luminosa para sintetizar materia orgánica a partir de sustancias inorgánicas. Consta de dos fases:
Fijación del CO2: una molécula de CO2 se fija a la fabulosa-1,5-difosfato y gracias a la enzima rubisco se forma un compuesto inestable de seis átomos de carbono. Este se disocia en 2 ácido-3-fosfoglicérico.
Reducción del CO2 fijado: entra ATP y NADPH al ciclo y se reduce el ácido-3-fosfoglicérido a gliceraldehído-3-fosfato. Este puede tomar tres caminos: regeneración de la ribulosa-1,5-difosfato, síntesis de almidón, ácidos grasos y aminoácidos o síntesis de glucosa y fructosa.
Rendimiento neto del ciclo de Calvin: por cada CO2 que entra al ciclo se necesitan dos moléculas NADPH y tres de ATP. Entonces, para obtener una molécula de glucosa se necesitan 6 CO2 y, por tanto, 12 NADPH Y 18ATP. Para conseguir 12 NADPH en la fase luminosa acíclica se necesitan hidrolizar 12 moléculas de H2O. Como por cada molécula que rompo entran cuatro protones y voy a romper 12 se obtendrán 48 protones obteniendo entonces 16 ATP. Los otros 2 ATP que faltan se obtienen de la fase luminosa cíclica.
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?.
Son nucleótidos encargados de almacenar y transportar energía, por ello están relacionadas con los ácidos nucleicos, ya que están formados por los mismos elementos (3 grupos fosfatos, una pentosa y por bases nitrogenadas)
b) ¿Qué relación mantienen con el metabolismo celular? (Explícalo brevemente).
son las llamadas monedas energéticas, se encargan de transportar la energía liberada de una a reacción a otra, y pueden estar en forma reducida y en forma oxidada, dependiendo de si captan electrones o los liberan, así podemos identificar una molécula llena de energía y una libre de energía.
34.- Balance energético de la degradación completa de una molécula de glucosa.
38 ATP en procariotas y 36 ATP en eucariotas
35.- La siguiente molécula representa el acetil CoA: H3 C-CO-S-CoA.
a) ¿En qué rutas metabólicas se origina y en cuáles se utiliza esta molécula? Se forma en el catabolismo y en el anabolismo, en el catabolismo la obtenemos en el paso previo al ciclo de Krebs en la respiración, en la activación de los ácidos grasos en el catabolismo de los lípidos y en el catabolismo de las proteínas. En el anabolismo la encontramos en la síntesis de ácidos grasos en el catabolismo y en la síntesis de triacilglicéridos.
b) De los siguientes procesos metabólicos: Glucogénesis, fosforilación oxidativa y Biooxidación. Indica: – Los productos finales e iniciales. – Su ubicación intracelular. Glucogénesis: comienza con una molécula de glucosa y obtiene como resultado dos moléculas de ácido pirúvico. Está situado en el citosol. Fosforilación oxidativa: a partir de protones se obtiene ATP y se da en las crestas mitocondriales y el espacio intermembranoso. B-oxidación: Es la llamada hélice de lynen y forma a partir de una larga cadena hidrocarbonada y la CoA-SH acetil-coA por vuelta. Esta hélice tiene lugar en la matriz mitocondrial. b) Explica con un esquema cómo se puede transformar un azúcar en una grasa. ¿Pueden los animales realizar el proceso inverso? Cuando la molécula de acetil-CoA entra en el ciclo de Krebs puede continuar su ciclo o desviarse cuando está en forma de ácido pirúvico , salir de la mitocondria, entrar en la hélice de Lynen situada en el citosol como acetil-CoA y dar como resultado Acil-CoA yendo directamente a formar parte de los triglicéridos. De una grasa podemos formar glucosa, ya que a partir del acetil-CoA se podría desviar el malato (ciclo de Krebs) y formar parte del ácido 2-fosfoenolpirúvico y realizar así toda la glucólisis a la inversa.
36.- En el siguiente diagrama se esquematiza el interior celular y algunas transformaciones de moléculas que se producen en diferentes rutas metabólicas:
a) ¿Qué es el metabolismo?¿Qué entiendes por anabolismo y catabolismo?¿Cómo se relacionan el anabolismo y el catabolismo en el funcionamiento de las células? ¿Qué rutas distingues? (Cita sus nombres e indica, si existen, cuáles son los productos inicial y final de cada una de ellas). – Metabolismo: Se encarga de la transformación de biomoléculas, con el fin de obtener energía y materia para llevar a cabo las funciones vitales. – Anabolismo: Proceso metabólico que se encarga de la construcción molecular. Transforma moléculas sencillas en otras más complejas. – Catabolismo: Proceso anabólico en el que se sintetiza moléculas orgánicas complejas en otras más sencillas. En este proceso se libera energía. El anabolismo y el catabolismo están relacionados ya que los productos de una reacción anabólica o catabólica pueden ser los reactivos de la otra. Se distingue la Glucólisis ya que a partir de la glucosa se obtiene Ácido Pirúvico. La descarboxilación oxidativa ya que del piruvato obtenemos Acetil-_CoA. Fermentaciones ya que a partir del piruvato se obtiene lactato. El ciclo de Krebs ya que aparece el ácido oxalacético y el Acetil–CoA. Finalmente la cadena respiratoria.
b) ¿Qué compartimentos celulares intervienen en el conjunto de las reacciones? (Indica el nombre de los compartimentos y la reacción que se produce en cada uno de ellos). Interviene mayoritariamente la mitocondria, el citosol y los cloroplastos. En el citosol se realiza la glucólisis, en la mitocondria el ciclo de Krebs y el ciclo de Calvin, en las crestas mitocondriales la cadena transportadora de electrones y en los estomas de los cloroplastos la fotosíntesis
37.- Indique el rendimiento energético de la oxidación completa de la glucosa y compá- relo con el obtenido en su fermentación anaerobia. Explique las razones de esta diferencia.
En la oxidación completa de la glucosa se obtienen 36 ATP si corresponde a una célula eucariota, porque se gastan 2 moléculas de ATP al atravesar la membrana mitocondrial. En las bacterias al no tener mitocondrias, no existe ese gasto de ATP por lo que el balance global es de 38 ATP. Sin embargo, comparándolo con el ATP obtenido en la fermentación anaerobia de la glucosa observamos que se obtienen 2 moléculas de ATP. Esto ocurre porque el proceso de la fermentación no comprende la cadena transportadora de electrones y como consecuencia, se obtiene únicamente el ATP obtenido en la glucólisis.
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 se encuentra tanto en procariotas como en eucariotas. En las procariotas se encuentra adosado a la membrana plasmática y en eucariotas se encuentra en cloroplastos concretamente en sus membranas tilacoidales en el caso de las células vegetales, y en el caso de las células animales se encuentran en las crestas mitocondriales de las mitocondrias.
El oxígeno actúa como el último aceptor de electrones, además interviene en la formación de agua.
La llevan a cabo todos los organismos aerobios, los cuales tiene como objetivo obtener energía.
39.- En el ciclo de Krebs o de los ácidos tricarboxílicos: -¿Qué tipos principales de reacciones ocurren?.
- ¿Qué rutas siguen los productos liberados?
Las reacciones que se dan principalmente son de oxidación-reducción. El NADH y EL FADH generados continúan hacia la cadena transportadora de electrones donde finalmente se obtendrá ATP. El GTP liberado a nivel energético es igual al ATP por lo que ya es una moneda energética. El C02 es liberado.
40. Metabolismo celular:
-Define los conceptos de metabolismo, anabolismo y catabolismo.
-¿Son reversibles los procesos anabólicos y catabólicos? Razone la respuesta.
-El ciclo de Krebs es una encrucijada metabólica entre las rutas catabólicas y las rutas anabólicas? ¿Por qué?
Metabolismo: conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en el interior de las células de los seres vivos con el fin de satisfacer sus necesidades de materia y energía. En el metabolismo celular se distinguen dos fases que a su vez, estas, están relacionadas: el catabolismo y el anabolismo.
Catabolismo: conjunto de reacciones metabólicas que tienen como objetivo la obtención de energía y moléculas precursoras a partir de otras más complejas. Los procesos catabólicos son de degradación y en ellos, se libera energía química por tanto, son reacciones exergónicas.
Anabolismo: conjunto de reacciones metabólicas que tienen por objetivo la síntesis de moléculas complejas a partir de moléculas precursoras sencillas y energía. Los procesos anabólicos son sintéticos y consumen energía, por tanto son reacciones endergónicas.
Los procesos catabólicos y anabólicos no son reversibles en su totalidad, pues algunas reacciones que se realizan en un sentido, no son las mismas en sentido opuesto y se necesitarían otro tipo de enzima que catalizara dicha reacción (estas serían irreversibles y por tanto imposibles de llevarse a cabo en sentido contrario).
El ciclo de Krebs sí es una encrucijada metabólica, ya que puede ser llevada a cabo tanto en procesos catabólicos como en anabólicos, obteniendo productos a través de una degradación o a través de la síntesis de estos.
41. Quimiosíntesis: Concepto e importancia biológica.
La quimiosíntesis consiste en la síntesis de ATP a partir de la energía que se desprende en las reacciones de oxidación de determinadas sustancias inorgánicas; y su posterior uso de ese ATP para transformar la materia orgánica en materia inorgánica. Los organismos que realizan estos procesos se denominan quimioautótrofos (todos ellos bacterias).
En cuanto a su importancia biológica, muchos de los compuestos inorgánicos utilizados para la quimiosíntesis, proceden de la descomposición de la materia orgánica, llevada cabo por las bacterias y los hongos de la putrefacción. Estas bacterias quimioautótrofas las oxidan transformándolas en sales minerales que pueden ser absorbidas por las plantas. Es decir, que los organismos quimiosintéticos juegan un papel imprescindible al cerrar los ciclos biogeoquímicos.
42. Importancia de los microorganismos en la industria. Fermentaciones en la preparación de alimentos y bebidas. Fermentaciones en la preparación de medicamentos.
Los microorganismos son muy importantes para los procesos catabólicos de fermentación produciendo productos orgánicos. Además, las fermentaciones son importantes porque con ellas se obtienen nutrientes importantes, productos imprescindibles para la fabricación de medicamentos y de alimentos lácteos, como la leche y los quesos, entre otros.
43. Fermentaciones y respiración celular. Significado biológico y diferencias.
La fermentación y la respiración celular son dos rutas catabólicas importantes. Ambas son reacciones de degradación y por lo tanto, producen energía.
Las principales diferencias son:
El aceptor final de las fermentaciones es orgánico, mientras que en la respiración es inorgánico.
La manera de obtención de ATP es diferente pues, la respiración lo hace a través de la fosforilación oxidativa mientras que las fermentaciones por fosforilación del sustrato.
El lugar; la fermentación se da en el citosol y la respiración en la matriz mitocondrial.
En la fermentación no interviene la cadena de transporte de electrones, mientras que en la respiración celular sí, por ello se obtiene una mayor cantidad de energía en la respiración.
El rendimiento energético es mucho mayor en la respiración celular alcanzando 36/38 ATP, mientras que en las fermentaciones únicamente se obtienen 2ATP.
44.
a) En la figura se indican esquemáticamente las actividades más importantes de un cloroplasto. Indique los elementos de la figura representados por los números 1 a 8.
1. CO2
2. RIBULOSA-1,5-DIFOSFATO.
3. ADP +Pi
4. ATP
5. NADPH
6.NADP+
7. H2O
8. O2
b) Indique mediante un esquema, qué nombre reciben las distintas estructuras del cloroplasto.
¿En cuál de esas estructuras tiene lugar el proceso por el que se forman los elementos 4 y 6 de la figura? ¿Dónde se produce el ciclo de Calvin?
El ciclo de Calvin se da en el estroma de los cloroplastos de los organismos fotosintéticos. Los elementos 4 y 6 se forman en el estroma y son los productos de la fase luminosa de la fotosíntesis.
C) Explique brevemente (no es necesario que utilice formulas) en qué consiste el ciclo de Calvin.
El ciclo de Calvin tiene como objetivo la producción de CO2 y H2O, con el aporte energético de la fase luminosa. Se conforma de tres etapas:
- La primera etapa consiste en la fijación de carbono mediante la carboxilación de R1, 5BP.
- La segunda etapa consiste en la reducción del carbono fijado en un compuesto de tres átomos de carbono el gliceraldehído- 3 - fosfato
- El ciclo podría continuar con el ciclo de las pentosas, con la síntesis de glucosa, fructosa, almidón, ácidos grasos o aminoácidos.
No obstante, también se tiene que dar la regeneración de la R1, 5BP.
45.
a) la figura representa esquemáticamente las actividades más importantes de una mitocondria. Identifique las sustancias representadas por los números 1 a 6.
Ácido pirúvico.
Acetil-CoA.
ADP.
ATP.
NADH.
Oxígeno.
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.
El proceso de glucólisis, la entrada de ácido pirúvico en la matriz mitocondrial y su posterior transformación en Acetil- CoA y la fotosíntesis.
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?
El acetil-CoA se puede originar a través de otras sustancias, entre ellas un ácido graso, por medio de la betaoxidación de los ácidos grasos.
46.
a) El Esquema representa un cloroplasto ¿Qué denominación reciben los elementos indicados por los números 1-7?
ESPACIO INTERMEMBRANOSO.
MEMBRANA INTERNA.
MEMBRANA EXTERNA.
TILACOIDE DE ESTROMA.
ADN plastidial (circular).
RIBOSOMA.
TILACOIDE DE GRANA.
b) En los cloroplastos, gracias a la luz, se producen ATP y NADPH. Indique esquemáticamente, como se desarrolla este proceso
En la fase luminosa se obtiene ATP y NADH (16 ATP y 12 NADPH en la acíclica y 2 ATP en la cíclica. Para ello se hidrolizan un número determinado de moléculas de agua y en el ciclo de Calvin de la fase oscura se dan tantas vueltas como átomos de carbono tenga la molécula.
c) Las moléculas de ADN de los cloroplastos y las mitocondrias son mucho más pe- queñas que las bacterias. ¿Contradice este hecho la hipótesis de la endosimbiosis sobre el origen de las células eucarióticas?
Según la teoría endosimbiótica las mitocondrias y los cloroplastos tienen origen a partir de la fagocitación de bacterias por una célula animal primitiva. Como consecuencia, el ADN de mitocondrias y cloroplastos al fusionarse con el ADN inicial, el tamaño de este aumenta.
Por lo que este hecho no contradice dicha hipótesis.
47. El Esquema (misma figura de la página anterior) representa un cloroplasto ¿Qué denominación reciben los elementos indicados por los números 1-7?
ESPACIO INTERMEMBRANOSO.
MEMBRANA INTERNA.
MEMBRANA EXTERNA.
TILACOIDE DE ESTROMA.
ADN CIRCULAR.
RIBOSOMA.
TILACOIDE DE GRANA.
a) En el interior de este cloroplasto hay almidón. Explique, mediante un esquema, como se forma la glucosa que lo constituye.
La glucosa se forma por medio del proceso de gluconeogénesis:
b) Indique tres similitudes entre cloroplastos y mitocondrias.
Son orgánulos transductores de energía.
Poseen una doble membrana.
Tienen ADN circular en su interior.
48.
a) El esquema representa un a mitocondria con diferentes detalles de su estructura. Identifique las estructuras numeradas 1 a 8.
1. MATRIZ MITOCONDRIAL.
2. CRESTA MITOCONDRIAL.
3. RIBOSOMA (MITORRIBOSOMA).
4. MEMBRANA MITOCONDRIAL INTERNA.
5 MEMBRANA MITOCONDRIAL EXTERNA.
6. ESPACIO INTERMEMBRANOSO.
7. ATP-asas.
8. COMPLEJOS PROTEICOS.
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.
Los procesos de las células eucariotas que tienen lugar exclusivamente en las mitocondrias son, el ciclo de Krebs que tiene lugar en la matriz mitocondrial y la cadena transportadora de electrones que tiene lugar en la membrana mitocondrial interna , concretamente en las crestas mitocondriales.
c) Las mitocondrias contienen ADN. Indique dos tipos de productos codificados por dicho ADN.
Dos tipos de productos codificados por el ADN son las proteínas mitocondriales y ARNm.
Aquí os dejo las preguntas de anabolismo:
1. ¿Todos los organismos autótrofos son quimiosintéticos?
No, puesto que los organismos autótrofos pueden ser fotosintéticos, como las plantas las bacterias, las cianobacterias y las bacterias fotosintéticas y otros pueden ser quimiosintéticos como las bacterias quimiosintéticas.
2. Indica las diferencias y semejanzas entre fotosíntesis y quimiosíntesis.
La quimiosíntesis y la fotosíntesis son procesos anabólicos, donde los organismos que las realizan tienen como objetivo obtener energía para alimentarse.
En cuanto a las diferencias son que en la fotosíntesis se obtiene la energía necesaria para sintetizar moléculas orgánicas a partir de la energía luminosa del sol y la quimiosíntesis hace lo propio gracias a la energía desprendida por l oxidación de otras moléculas.
3. ¿Qué diferencia hay entre un pigmento diana y un pigmento antena?
Los pigmentos antena se encuentran en el centro de antena del fotosistema,estos son las clorofilas a y b, las cuales captan la energía luminosa y como consecuencia se excitan y transmiten dicha excitación a la clorofila del centro de reacción del fotosistema,son los pigmentos diana.
4. ¿Qué se entiende por fotólisis del agua y cuántas moléculas han de sufrir este proceso, para generar una molécula de O2?
La fotólisis del agua consiste en la ruptura de los enlaces que unen al oxígeno y al hidrógeno para la obtención de dos electrones, dos protones y media molécula de O2. Por lo que pare generar una molécula de O2 se tiene que realizar dos fotólisis de dos moléculas de agua.
5. Tanto en la respiración mitocondrial como en la fase luminosa acíclica hay enzimas que trabajan con NADH o NADPH, una cadena transportadora de electrones y ATP- sintetasas, pero hay ciertas diferencias. Responde a las cuestiones de la siguiente tabla:
6. Indica cuáles son los objetivos de la fase luminosa y de la fase oscura de la fotosíntesis, explicando la relación entre ambas. ¿Sería correcto decir que “la fase luminosa se realiza durante el día, mientras que la fase oscura ocurre durante la noche”? Razona la respuesta.
El objetivo de la fase luminosa es obtener ATP y NADPH, a partir de la energía luminosa. La energía obtenida será utilizada en la fase oscura, pues es necesaria para la síntesis de materia orgánica a partir de materia inorgánica.
La fase luminosa es dependiente de la luz, es decir que para que ocurra debe obtener la energía luminosa que proviene del sol. Sin embargo, la fase oscura no es dependiente de la luz, es por eso por lo que se puede dar tanto por el día como por la noche, aunque suele realizarse durante el día porque es cuando más se genera ATP y NADPH.
7. ¿ En qué orgánulos de la célula eucariota transcurren los siguientes proceoso metabólicos?
beta- oxidación de los ácidos grasos: mitocondria
Fotofosforilación: cloroplasto
Glucólisis: en el citosol
Fosforilación oxidativa: mitocondria
Captación de luz por el complejo antena: cloroplasto
Ciclo de Calvin: cloroplasto
Ciclos de los ácidos tricarboxílicos: matriz mitocondrial.
8. ¿ Por qué disminuye el rendimiento de la fotosíntesis en las plantas C3, cuando en ellas hay escasez de agua? ¿ Por qué no sucede esto en las plantas C4?
En las plantas C3 tiene lugar una fotorrespiración, esta ocurre en ambientes clima seco y cálido, por lo que las plantas cierran los estomas de las hojas para no perder agua. El oxígeno obtenido en la fotosíntesis aumenta en cuanto a concentración, en cambio disminuye la concentración de CO2, la enzima rubisco actuará como una oxidasa, oxidando a la ribulosa-1,5-difosfato hasta obtener glicocola en la mitocondria, donde se libera CO2 y NH3. Esto hace que disminuya un 50% el rendimiento fotosintético de la planta porque el CO2 y el O2 compiten por el centro activo de la rubisco y se pierde energía por lo que no se genera ATP ni NADPH.
En cambio, en las plantas C4, los cloroplastos mesófilos captan el CO2 durante la noche para que no se pierda agua. Lo acepta el ácido fosfoenolpirúvico y la enzima que actúa es la fosfoenolpiruvato carboxilasa, en vez de la rubisco. Esta fijación de CO2 da lugar a ácido oxalacético y este se transforma en ácido málico que pasa a las células internas donde se disocia en CO2 y en pirúvico. Son estas las razones por las que el rendimiento energético de la ruta C4 no disminuye.
9. ¿ El oxígeno que se desprende durante la fotosíntesis procede de CO2 o del H2O?
Procede de la fotólisis del agua.
10. ¿ A qué molécula orgánica se une el CO2, durante la fotosíntesis, para convertirse en carbono orgánico?
Se une a la ribulosa-1,5-difosfato.
11.- ¿Cuáles son los productos iniciales y finales de la gluconeogénesis y de la glucólisis? ¿Se puede decir que simplemente son vías metabólicas inversas? Razona la respuesta.
La glucogeneogénesis es el proceso de síntesis de glucosa a partir del ácido pirúvico. Este puede proceder de la glucólisis, del catabolismo de los aminoácidos y de la transformación del ácido láctico producido por reacciones de fermentación en los músculos. En las células vegetales y en los microorganismos, además, el ácido pirúvico puede proceder de los ácidos grasos. En las células animales esta vía no es posible, pues carecen de las enzimas de las enzimas que transforman el Acetil-CoA, producto final del catabolismo de los ácidos grasos, en ácido oxalacético, que es la molécula común a todas las formas de gluconeogénesis.
La glucólisis o glicólisis es la ruta metabólica encargada de oxidar la glucosa con la finalidad de obtener energía para la célula. Consiste en 10 reacciones enzimáticas consecutivas que convierten a la glucosa en dos moléculas de piruvato, el cual es capaz de seguir otras vías metabólicas y así continuar entregando energía al organismo. Esta ruta se realiza tanto en ausencia como presencia de oxígeno, definido como proceso anaeróbico en este caso.
La gluconeogénesis es en líneas generales un proceso inverso a la glucólisis, aunque no es exactamente inverso, porque algunas reacciones que se realizan en un sentido, son irreversibles y por lo tanto imposibles de llevarse a cabo en sentido contrario.
12.- ¿Por qué el ácido pirúvico entra en la mitocondria para iniciar la gluconeogénesis?
Porque el ácido pirúvico puede proceder de la glucólisis, del catabolismo de los aminoácidos y de la transformación del ácido láctico producido por reacciones de fermentación en los músculos y estas reacciones no se tienen lugar en la mitocondria. En las células vegetales y en los microorganismos, además, el ácido pirúvico puede proceder de los ácidos grasos.
Piruvato carboxilasa es un enzima mitocondrial, mientras que el resto de enzimas de la gluconogénesis son citosólicos: Se debe transportar el oxalacetato producido fuera de la mitocondria:
1. Oxalacetato es reducido a malato por una malato deshidrogenasa mitocondrial ligada a NADH
2. Malato es transportado al citosol por el sistema lanzadera malato-aspartato
3. Una vez en el citosol, el malato es reoxidado a oxalacetato por una malato deshidrogenasa citosólica ligada a NAD+.
13.- ¿Por qué la gluconeogénesis tiene procesos en los que el ácido oxalacético pasa a málico y de nuevo a oxalacético?
Se puede considerar al ácido pirúvico (piruvato) como el primer intermediario de la gluconeogénesis, ésta comienza en las mitocondrias, ya que es aquí donde se encuentra la enzima piruvato carboxilasa, que transforma el piruvato en oxalacetato, consumiéndose ATP. El oxalacetato no puede atravesar la membrana mitocondrial por lo que se transforma en malato, sale al citosol y vuelve a formar oxalacetato. Éste pasa a fosofoenol-piruvato, gracias a la energía del GTP. El fosfoenol-piruvato sigue varios pasos inversos a la glucólisis hasta formar fructosa 1,6-difosfato, que pierde un grupo fosfato y pasa a fructosa 6-fosfato, que se transforma en glucosa 6-fosfato, la cual pierde otro fosfato y forma finalmente glucosa.
14.- ¿Qué molécula actúa como cebador (iniciador de la reacción) en la síntesis de ácidos grasos?
El precursor de los ácidos grasos es el acetil-CoA, molécula que se origina en las mitocondrias, por descarboxilación del ácido pirúvico (procedente de la degradación de la glucosa en la glucólisis) o por el catabolismo de algunos aminoácidos. Pero el acetil-CoA debe salir al citoplasma, pues allí se encuentra el complejo enzimático ácido graso-sintetasa (SAG) que lleva a cabo la síntesis de ácidos grasos. Para atravesar la membrana mitocondrial el acetil-CoA se une a oxalacetato para dar citrato, el cual sale al citosol y libera el acetil-CoA.
15.- ¿Cuántas moléculas de malonil-CoA (3 carbonos) se necesitan para obtener ácido lignocérico (24 carbonos)?
Se necesitan once moléculas de malonil-CoA, puesto que a partir de un butinil-SAG (cuatro átomos de carbono, dos de ellos procedentes de un malonil-CoA), en cada vuelta se añaden dos carbonos más procedentes de un malonil-CoA al ácido graso que se está sintetizando.
Para que se inicie el proceso, se necesita una molécula de acetil-CoA que actúa de cebador y otra molécula de acetil-CoA, que sufre una carboxilación, catalizada por la acetil-CoA carboxilasa, originándose una molécula de malonil-CoA, y gastando un ATP.
La condensación del malonil-CoA (3C) y el acetil-CoA cebador (2C), origina una molécula de 4 carbonos, unida a CoA. Se desprende una molécula de CO2 en esta etapa.
Después de una serie de reacciones (una reducción, una deshidratación y una nueva reducción) se forma un ácido graso activado de 4 carbonos, al que se unirá una nueva molécula de malonil-CoA. El proceso se repite hasta formarse el ácido graso completo. Se necesitarían 11 moléculas de molonil-CoA, ya que en cada vuelta se añaden 2 carbonos más procedentes de un malonil-CoA al ácido graso que se está sintetizando.
16.- ¿Cuál sería el balance neto de la síntesis de un ácido graso de 14 C?
Ácido graso de 14 carbonos:
Acetil CoA: 14/2 = 7 acetil CoA
vueltas en Beta-oxidación: 6 vueltas
ATP en Beta-oxidación: 6X6= 36 ATP
2 ATP usado en la activación del ácido graso
Total de ATP de la Beta oxidación de un ácido graso de 14 carbonos: 34 ATP
Total de la oxidación total hasta CO2 y agua de un ácido graso de 12 carbonos:
34 ATP + (7 acetil CoA x 14 ATP/Acetil CoA) = 132 ATP.
17.- ¿En qué parte de la célula se realiza la biosíntesis de los ácidos grasos?
La biosíntesis de los ácidos grasos se produce en el citosol.
18.- ¿Qué molécula es la que por transaminación, proporciona –NH2, en gran número de vías sintetizadoras de aminoácidos?
El ácido α-cetoglutárico.
19.- Describa los procesos principales que ocurren durante la fase dependiente de la luz (fase luminosa) de la fotosíntesis. (Opción A-Junio 2004)
Por cada NADP+ que se reduce durante la fase luminosa acíclica, son necesarios 2 electrones y 2 protones, procedentes de la fotólisis del agua. Esto da lugar a dos electrones y como cada uno requiere el impacto de dos fotones, uno en el fotosistema I y otro en el fotosistema II, en total se necesitan cuatro fotones. A su vez, por cada molécula de agua hidrolizada, ingresan dos protones al interior del tilacoide. Como la ATP-sintetasa produce un ATP por cada tres protones que salen del estroma, por cada molécula de agua que se hidroliza, se producen 1,33 moléculas de ATP (2/3 moléculas de ATP). Por su parte, en la fase cíclica sólo se produce ATP. Esta fase es necesaria, pues en la fase oscura de la fotosíntesis se requiere más ATP que el que se produce durante la fase acíclica.
20.- Defina y diferencie los siguientes pares de conceptos referidos a los microorganismos: autótrofo/heterótrofo; quimiosintético/fotosintético; aerobio/ anaerobio. (Opción B-Junio 2002)
Los organismos autótrofos son aquellos que son capaces de producir su propio alimento por medio de la fotosíntesis, o de la quimiosíntesis. Sin embargo, los organismos heterótrofos son organismos que no pueden producir su propio alimento a partir de fuentes inorgánicas y, por lo tanto, se alimentan de otros organismos de la cadena alimenticia.
Los organismos fotosintéticos son aquellos capaces de capturar la energía solar y usarla para la producción de compuestos orgánicos. Entre estos se encuentran las plantas superiores, algunos protistas y bacterias, los cuales pueden convertir el dióxido de carbono en compuestos orgánicos y reducirlo a carbohidratos. Los organismos quimiosintéticos son aquellos que obtienen la energía química ( ATP) a partir de la oxidación de sustratos inorgánicos como ácidos, sales minerales, óxidos, anhídridos, bases, etc.
Los microorganismos aerobios son los organismos que requieren de oxígeno para vivir. ... Lo opuesto a lo aerobio es lo anaerobio. En este caso, los microorganismos anaerobios (que también pueden mencionarse como anaeróbicos) no emplean oxígeno en sus actividades metabólicas.
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