METABOLISMO

anaruizmedina26

10 feb 202043 Min. de lectura

Actualizado: 15 feb 2020

Durante las últimas semanas en clase hemos estudiado el bloque del metabolismo. Las células están continuamente realizando miles de reacciones químicas necesarias para mantener vivas y sanas a las células y a todo tu organismo. Estas reacciones químicas a menudo están vinculadas en cadenas o vías. Todas las reacciones químicas que suceden dentro de una célula se conocen en conjunto como el metabolismo de la célula. En la red metabóica de la célula, algunas reacciones químicas liberan energía y pueden suceder espontáneamente (sin aporte de energía). Sin embargo, otras necesitan que se agregue energía para poder llevarse a cabo. De la misma forma como necesitas alimentarte continuamente para reponer lo que usa tu cuerpo, también las células necesitan una entrada continua de energía para impulsar sus reacciones químicas que requieren energía. Una vía metabólica es una serie de reacciones químicas conectadas que se alimentan unas a otras. La vía toma una o más moléculas de inicio y, a través de una serie de moléculas intermedias, las convierte en productos.

Las vías metabólicas se pueden dividir en general en dos categorías según sus efectos. La fotosíntesis, que fabrica azúcares a partir de moléculas más pequeñas, es una vía "de construcción" o anabólica. En constraste, la respiración celular descompone el azúcar en moléculas más pequeñas y es una vía "de degradación" o catabólica.

Las vías anabólicas construyen moléculas complejas a partir de moléculas sencillas y usualmente necesitan el aporte de energía. La fabricación de glucosa a partir de dióxido de carbono es un ejemplo. Otros ejemplos incluyen la síntesis de proteínas a partir de aminoácidos, o la producción de cadenas de ADN a partir de nucleótidos, que son los componentes fundamentales de los ácidos nucleicos. Estos procesos biosintéticos son cruciales para la vida de las células, se realizan continuamente y utilizan energía contenida en el ATP y otras moléculas que almacenan energía de corto plazo. Las vías catabólicas involucran la degradación de moléculas complejas en moléculas más sencillas y usualmente liberan energía. La energía almacenada en los enlaces de las moléculas complejas, tales como la glucosa y los lípidos, se libera en las vías catabólicas. Luego se extrae en formas que impulsan el trabajo de la célula, por ejemplo a través de la síntesis de ATP. Cada reacción en una vía es facilitada o catalizada por una proteína llamada enzima.

Para afianzar los conceptos aprendidos en clase hemos trabajado con la herramienta "lesson plans", donde hemos visto una serie de vídeos relacionados con el tema del metabolismo que nos han ayudado a elaborar las diferentes preguntas (contestadas abajo) y repasar en casa lo explicado en el aula. Además, como siempre hemos eleborado los correspondientes esquemas del tema: enzimas, catabolismo y anabolismo.

PREGUNTAS DE METABOLISMO

Preguntas del blog

1.- ¿Cómo y cuándo tiene lugar la descomposición del agua en el proceso de fotosínte-

sis? ¿Cuáles son sus consecuencias?

La descomposición de agua en el proceso de la fotosíntesis tienen lugar al principio de la fase acíclica en la fase luminosa que tiene lugar en la matriz de las vesículas tilacoides en los cloroplastos. A grandes rasgos, el agua bombea los electrones, que viajan por la cadena transporte y los protones que son captados por el último aceptor, el NADP+ que forma NADPH. Como consecuencia se libera oxígeno y se obtiene ATP que será invertido en la fase oscura de la fotosíntesis para construir materia orgánica a partir de CO2

2.- Cloroplastos y fotosíntesis.

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.

La fase aciclica comienza con la llegada de dos fotones al Fotosistema II, esto provoca la excitación del pigmento diana, la clorofila que pierde dos electrones y queda cargada positivamente. Estos dos electrones serán transportados por la cadena hasta llegar al Fotosistema I. La clorofila que ha quedado cargada positivamente después de perder dos electrones busca rápidamente reponer estos dos electrones, que es capaz de obtener gracias a la hidrolisis del agua. De esta manera una molécula de agua se escinde en 2 protones (que se acumulan en el interior del tilacoide generando un gradiente), 2 electrones y los átomos de oxígeno (que se combinan formando moléculas de O2, que difunden hacia el exterior). Justo antes de que el Fotosistema I reciba los electrones liberados por el Fotosistema II, este es estimulado por dos fotones de luz que permiten que la clorofila libere otros dos electrones, que pasaran por los distintos complejos hasta el aceptor final, el NADP+, formándose NADPH que será utilizado en la fase oscura. Por otra parte, la energía que se desprende durante el movimiento de electrones a través de la cadena transportadora que conecta el fotosistema II y el I, se utiliza para bombear protones desde el estroma al interior del tilacoide. Estos protones sumados a los procedentes de la fotólisis del agua, crean una diferencia de potencial electroquímico a ambos lados de la membrana, que hace que los protones salgan al estroma (a favor de gradiente) a través de las enzimas ATP-sintetasas,formado ATP. Por cada molécula de agua se obtiene un NADPH y se bombean 4 protones. Esta diferencia de potencial creada entre las dos caras de la membrana tilacoidal hace que salgan estos protones por la ATP-sintetasa y se produzca la síntesis de ATP. Por cada tres protones se sintetiza una molécula de ATP. En total se bombean 48 protones (4protones x 12H2O), por tanto se obtendrán 16 ATP en la fase aciclica.

En la fase cíclica únicamente interviene el Fotosistema I, por lo que no se produce fotolisis del agua, la cantidad de ATP obtenido va a ser mucho menor. Al incidir los fotones en el Fotosistema I, la clorofila libera electrones que en su paso por la cadena desprenden energía que permite el bombeo de protones del estroma al interior tilacoidal. Al volver al estroma (debido a la diferencia de potencial) los protones pasan por la ATP-asa sintetizándose ATP. Los electrones en vez de ser aceptados por el NADP+ vuelven al Fotosistema I continuando el ciclo. Por tanto, en la fase cíclica únicamente se obtiene ATP, pero este es necesario para que se pueda llevar a cabo la fase oscura.

B) Existen algas procarióticas (cianobacterias) que carecen de cloroplastos y sin embar- go realizan el proceso fotosintético de forma similar a como lo realizan las plantas supe- riores. ¿Cómo es posible?

Las algas procariotas, a pesar de no tener cloroplastos en su citoplasma poseen vesículas tilacoides con los pigmentos fotosintéticos necesarios para llevar a cabo la fotosíntesis.

3.- Explique brevemente la finalidad que tienen los siguientes procesos: - metabolismo - Respiración celular

- Anabolismo - Fotosíntesis

Catabolismo

El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que se producen en el organismo, las reacciones metabólicas, de construcción (anabolismo) y destrucción (catabolismo) se llevan a cabo para conseguir un funcionamiento correcto del organismo.

La respiración celular es un conjunto de reacciones químicas que tienen lugar normalmente en las mitocondrias de las células y se lleva a cabo para obtener energía en forma de ATP a partir de moléculas orgánicas como la glucosa, para ello se utiliza oxígeno y se obtendrán sustancias inorganicas como agua y CO2.

El anabolismo es uno de los tipos de metabolismo, consiste en formar moléculas orgánicas complejas a partir de sustancias, orgánicas o inorganicas más sencillas y para ello se precisa energía

La fotosíntesis es un tipo de reacción anabolica, llevada a cabo por plantas, algas y algunas bacterias que consiste en la obtención de moléculas orgánicas como la glucosa a partir de metabolitos sencillos como agua y CO2, para llevar este proceso a cabo se utiliza como fuente energética la luz solar.

El catabolismo es un tipo de metabolismo que consiste en destruir materia orgánica más compleja con la finalidad de conseguir moléculas organicas más sencillas o sustancias inorganicas, se trata de un proceso caracterizado por la liberación de energía en forma de ATP.

4.- Defina: Fotosíntesis, fotofosforilación, fosforilación oxidativa y quimiosíntesis.

La fotosíntesis es un proceso anabolico llevado a cabo por plantas, algas y algunas bacterias que tiene lugar en las vesículas tilacoides de los cloroplastos gracias a pigmentos fotosintéticos como la clorofila. Consiste en la formación de materia orgánica como la glucosa a partir de sustancias inorganicas como el agua y el CO2, utilizándose como fuente de energía la luz solar. Se lleva a cabo en dos procesos sucesivos, la fase luminosa caracterizada por la obtención de energía en forma de ATP gracias a la captación de luz solar y la fase oscura, donde se invierte esa energía obtenida en la fase luminosa para construir materia orgánica a partir de la fijación de los átomos de carbono al ciclo de Calvin.

La fotofosforilacion consiste en la obtención de ATP que se produce durante la fase luminosa de la fotosíntesis con el objetivo de invertir esa energía en la fase oscura para formar moléculas orgánicas. Los protones bombeados al estroma desde el interior del tilacoide crean una diferencia de potencial que les permite volver al interior de tilacoide pasando por la ATP-asa, sintetizándose así ATP.

La fosforilacion oxidativa consiste en la obtención de ATP que se produce en la cadena transporte de electrones en matriz mitocondrial como último paso del catabolismo de los glúcidos. Los electrones, en su paso por la cadena transporte liberan energía que permite que los protones pasen de la matriz al espacio intermembrana, generando una diferencia de potencial que permite a los protones volver a la matriz pasando por la ATP-asa sintetizando ATP.

La quimiosíntesis es un proceso anabolico en el que se obtiene materia orgánica a partir de sustancias inorganicas utilizando como fuente de energía la energía liberada de ciertas reacciones.

5.- Anabolismo y catabolismo. Citar dos ejemplos de cada uno de estos procesos y en

qué orgánulos celulares se producen

Anabolismo: fotosíntesis (cloroplastos en las plantas y algas, vesículas tilacoides del citoplasma de las cianobacterias y clorosomas de las bacterias) y formación de glucógeno (citosol de las célula, por ejemplo musculares)

Catabolismo: respiración celular (mitocondrias de las células animales y vegetales y citoplasma de procariotas) y la hélice de Lynen (matriz mitocondrial)

6.- Un proceso celular en eucariota genera ATP y NADPH (H) con producción de oxí- geno 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 de la fase luminosa de la fotosintesis, que tiene lugar en los tilacoides de los cloroplastos. Los fotones de luz inciden sobre la clorofila que desprende dos protones que viajaran por la cadena transporte hasta el último aceptor, el NADPH. Estos electrones liberan energía que permite a los protones pasar del estroma al tilacoide, generándose una diferencia de potencial que les permite volver al estroma pasando por la ATP-asa sintetizando ATP. El NADPH y ATP obtenidos se utilizarán en la fase oscura o ciclo de Calvin para formar glucosa a partir de moléculas de CO2. Es un proceso que se lleva a cabo en los cloroplastos ya que en ellos se encuentra la clorofila, que actúa como pigmento diana y permite la captación de la luz.

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 un tipo de nucleótido no nucleico, formado por un nucleótido de adenina (ribosa, fosfato y base nitrogenada de adenina) unido a otros dos grupos fosfato. Es la moneda energética del organismo, es capaz de almacenar energía que será utilizada para la síntesis de otras moléculas, el transporte activo y la generación de fuerza y movimiento. En las células el ATP se sintetiza de tres maneras distintas:

La fosforilacion a nivel de sustrato, es decir consiste en la obtención de ATP gracias a la unión sucesiva de grupos fosfato a un nucleótido de adenina con uno (AMP) o dos (ADP) grupos fosfato. Se da en procesos como la glucolisis y el ciclo de Krebs.

La fosforilacion oxidativa consiste en la obtención de ATP en la cadena transportadora de electrones de las mitocondrias gracias a las ATP-asas. Los electrones que viajan por la cadena desprenden una energía que permite a los protones ir de la matriz al espacio intermembranoso, generando un potencial electroquímico que les permite volver a la matriz atravesando la ATP-asa, sintetizándose así ATP. Por cada protón bombeado se obtiene un ATP.

La fotofosforilación consiste en la obtención de ATP en ,a cadena transportadora de electrones de los tilacoides que se da en la fase luminosa de la fotosíntesis gracias a las ATP-asas. Los electrones que viajan por la cadena liberan energía que permite a los protones viajar desde el estroma al interior del tilacoide, generando un potencial electroquimico que permite a estos protones volver al estroma pasando por la ATP-asa, sintetizándose ATP. Por cada 3 protones se genera un ATP.

8.- De los siguientes grupos de organismos, ¿Cuáles llevan a cabo la respiración celu- lar? ¿Cuáles realizan la fotosíntesis oxigénica?: algas eucariotas, angiospermas, ciano- bacterias (cianofíceas), helechos y hongos.

Respiración celular: algas eucariotas, angiospermas, cianobacterias, helechos y hongos.

Fotosíntesis oxigenica: algas eucariotas, angiospermas, cianobacterias y helechos.

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?

El proceso de la fotosíntesis es un tipo de reacción anabolica que se lleva a cabo para obtener materia orgánica a partir de sustancias inorganicas, utilizando una fuente de energía externa, la luz del sol. Se lleva a cabo en dos fases. La fase luminosa se caracteriza por la captación de energía luminosa y la obtención de ATP y NADPH a partir de esta y la fase oscura se caracteriza por la utilización de esa energía para sintetizar materia orgánica a partir de CO2.

La reacción global de la fotosíntesis es:

6CO2 +12H2O + energía lumínica = C6H12O6 + 6O2

10.- Describe la fase luminosa de la fotosíntesis y cuál es su aporte al proceso fotosinté- tico global.

Durante la fase luminosa de la fotosíntesis coexisten dos distintos tipos:

La fase aciclica, que comienza con la llegada de dos fotones al Fotosistema II, esto provoca la excitación del pigmento diana, la clorofila que pierde dos electrones y queda cargada positivamente. Estos dos electrones serán transportados por la cadena hasta llegar al Fotosistema I. La clorofila que ha quedado cargada positivamente después de perder dos electrones busca rápidamente reponer estos dos electrones, que es capaz de obtener gracias a la hidrolisis del agua. De esta manera una molécula de agua se escinde en 2 protones (que se acumulan en el interior del tilacoide generando un gradiente), 2 electrones y los átomos de oxígeno (que se combinan formando moléculas de O2, que difunden hacia el exterior). Justo antes de que el Fotosistema I reciba los electrones liberados por el Fotosistema II, este es estimulado por dos fotones de luz que permiten que la clorofila libere otros dos electrones, que pasaran por los distintos complejos hasta el aceptor final, el NADP+, formándose NADPH que será utilizado en la fase oscura. Por otra parte, la energía que se desprende durante el movimiento de electrones a través de la cadena transportadora que conecta el fotosistema II y el I, se utiliza para bombear protones desde el estroma al interior del tilacoide. Estos protones sumados a los procedentes de la fotólisis del agua, crean una diferencia de potencial electroquímico a ambos lados de la membrana, que hace que los protones salgan al estroma (a favor de gradiente) a través de las enzimas ATP-sintetasas,formado ATP. Por cada molécula de agua se obtiene un NADPH y se bombean 4 protones. Esta diferencia de potencial creada entre las dos caras de la membrana tilacoidal hace que salgan estos protones por la ATP-sintetasa y se produzca la síntesis de ATP. Por cada tres protones se sintetiza una molécula de ATP. En total se bombean 48 protones (4protones x 12H2O), por tanto se obtendrán 16 ATP en la fase aciclica.

La energía obtenida en ambas fases no es un producto global de la fotosíntesis ya que está energía será invertida en la fase oscura o ciclo de Calvin para obtener la molécula orgánica. El único producto final obtenido en esta fase es el O2, liberado al romper el agua para utilizar los protones de hidrógeno en la cadena transportadora y sintetizar ATP.

11.- ¿Qué es un organismo autótrofo quimiosintético?

Un organismo autotrofo quimiosintetico es un organismo capaz de elaborar su propia materia orgánica a partir de materia inorganica utilizando como fuente de energía aquella producida por diversas reacciones químicas.

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

ción biológica.

El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas del organismo, que se llevan acabo para que se produzca el funcionamiento óptimo de nuestro cuerpo. Los productos de ciertas reacciones se utilizan como sustratos de las siguientes. Encontramos dos principales rutas metabólicas, las de construcción (anabolicas) donde se invierte energía para construir moléculas más complejas y las de destrucción (catabolicas) donde se obtiene energía procedente de la ruptura de los enlaces entre moléculas complejas, para obtener moléculas más simples. Ambas reacciones están reguladas por enzimas, que permiten que estas se produzcan de manera rápida y óptima.

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

Una célula eucariótica fotoautótrofa tiene cloroplastos pero no tiene mitocondrias. Falso, las células eucariotas fotoautotrofas tienen cloroplastos para obtener su materia organica pero además poseen mitocondrias para llevar a cabo la respiración celular.

Una célula eucariótica quimioheterótrofa posee mitocondrias pero no cloroplastos. Verdadero, las células eucariotas quimioheterotrofas no precisan cloroplastos para obtener su materia orgánica ya que son capaces de obtener la materia orgánica por sí solas, del exterior.

Una célula procariótica quimioautótrofa no posee mitocondrias ni cloroplastos. Verdadero, estas obtienen su materia orgánica a partir de sustancias químicas del suelo por tanto no precisan cloroplastos para obtener la materia orgánica y, en caso de ser aeróbicas su respiración se producirá en el citosol de la célula.

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

Falso, todos los organismos quimioautotrofos son bacterias. Las células de las raíces no poseen cloroplastos, de hecho son heterotrofas ya que se alimentan de la savia que les proporcionan el resto de células autotrofas de la planta.

14.- Fotosistemas: Conceptos de complejo antena y centro de reacción. Función y localización

Los Fotosistemas son los complejos proteicos que se encuentran en los tilacoides de los cloroplastos encargados de captar la energía lumínica en forma de fotones. Los fotones inciden en la antena de los fotosistemas y son captados por los pigmentos, que permiten que estos viajen hasta llegar al pigmento Diana, situado en el centro de reacción. Las dos moléculas de clorofila del centro de reacción perderán un electrón cada una con la llegada de los fotones, por lo que quedan ionizadas positivamente (oxidadas) pero esta pérdida de electrones se repondrá rápidamente gracias a los electrones cedidos por el agua. Los electrones liberados pasarán al primer aceptor, situado en el Fotosistema y de ahí pasarán por un conjunto de aceptores que reducirán y liberaban de nuevo los electrones hasta llegar al último aceptor al final de la cadena transporte, el NADP+.

15.- Compara:

a) quimisíntesis y fotosíntesis

La quimiosintesis es un proceso anabolico caracterizado por la obtención de materia orgánica a partir de sustancias inorganicas y utilizando como fuente de energía aquella que ha sido liberada en diversas reacciones químicas. La fotosíntesis también es un proceso anabolico cuyo objetivo es la obtención de materia orgánica a partir de sustancias inorganicas pero en este caso se utiliza como fuente de energía la luz solar.

b) fosforilación oxidativa y fotofosforilación.

La fosforilación oxidativa consiste en la obtención de ATP en la cadena transportadora de electrones durante la última etapa del catabolismo de biomoléculas como glúcidos, lípidos o proteínas. Los protones pasan de la matriz al espacio intermembranoso de la mitocondria gracias a la energía liberada por los electrones en su paso por la cadena, generando una diferencia de potencial que les permite volver a la matriz pasando por la ATP-asa, sintetizándose así ATP. Por cada protón bombeado se genera 1ATP. El ATP obtenido es un producto final de la reacción que será almacenado y utilizado en reacciones anabolicas posteriores. Por otro lado, la fotofosforilación es bastante parecida ya que también obtenemos en ella ATP en la cadena transporte. Esta se da esta vez en los tilacoides de los cloroplastos donde los electrones en su paso por la cadena liberan energía que permite a los protones pasar del estroma al interior del tilacoide, generando una diferencia de potencial que permite a los protones volver al estroma pasando por la ATP-asa, sintetizando ATP. Por cada 3 protones bombeados se genera 1ATP. En este caso, el ATP obtenido no es un producto final de la reacción (fotosíntesis, en este caso) sino que este va a ser inmediatamente invertido en la fase oscura de la fotosíntesis para construir materia orgánica a partir de CO2.

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.

Se trata de un proceso anabolico ya que la sintesis de proteínas es un proceso de construcción de moléculas más complejas (lactoalbumina) a partir de otras más sencillas (aminoácidos) en el que será preciso invertir energía.

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

Se trata de una frase verdadera ya que, debido a que se precisa una gran cantidad de energía para unir los grupos fosfato entre sí, el ATP es capaz de almacenar esta energía y poder liberarla de nuevo cuando se precise, descomponiéndose en ADP + P.

18.- ¿En qué lugar de la célula y de qué manera se puede generar ATP?

El ATP se puede generar en distintos lugares como en el citosol de la célula (glucolisis), matriz mitocondrial (ciclo de Krebs y cadena transporte en mitocondrias) o tilacoides de los cloroplastos (cadena transporte en cloroplastos). Existen tres distintos métodos para sintetizar ATP:

La fosforilacion oxidativa consiste en la obtención de ATP en la cadena transportadora de electrones de las mitocondrias (exactamente en la matriz) gracias a las ATP-asas. Los electrones que viajan por la cadena desprenden una energía que permite a los protones ir de la matriz al espacio intermembranoso, generando un potencial electroquímico que les permite volver a la matriz atravesando la ATP-asa, sintetizándose así ATP. Por cada protón bombeado se obtiene un 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 una molécula muy importante en el metabolismo de nuestro cuerpo ya que se obtiene como producto en numerosas reacciones y se utiliza como sustrato en muchas otras, tanto anabolicas como catabolicas. Se trata de una molécula de dos átomos de carbono, unidos a la Co-A y la podemos encontrar formando parte de las siguientes rutas metabólicas:

Como producto de la descarboxilación oxidativa en el catabolismo de los glúcidos, posteriormente se unirá al ácido oxalacetico y se llevará a cabo el ciclo de Krebs.

Se obtiene en cada vuelta a la hélice de lynen, en el catabolismo de los ácidos grasos, continuará al camino hacia el ciclo de Krebs, donde se unirá al ácido oxalacetico.

También es un compuesto muy importante en el anabolismo de los triacigliceridos ya que gracias a él se inicia y se permite la síntesis de ácidos grasos. Este se convierte en malonil-CoA gracias a la incorporación de CO2. Este malonil se unirá a otro acetil-CoA para dar una molécula de 5 átomos de carbono que tras varias transformaciones formará un ácido graso de 4 átomos de carbono. Añadiéndole sucesivamente moléculas de malonil conseguiremos moléculas de ácidos grasos más largas.

20.- Esquematiza la glucólisis:

Indica al menos, sus productos iniciales y finales.

La reacción global de la glucolisis es:

C6H12O6 = 2C3H4O3 + 2ATP + 2NADH + 2H2O

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

En condiciones aerobias, es decir, en presencia de oxígeno el ácido piruvico obtenido en la glucolisis continuará el camino de la respiración celular. Pasando por la descarboxilacion oxidativa, el ciclo de Krebs y la cadena transportadora. Se obtendrá una gran cantidad de ATP.

En condiciones anaerobias, es decir, en ausencia de oxígeno en ácido piruvico sufrirá la fermentación, donde el último aceptor de electrones es una molécula orgánica. Se obtendrá menor cantidad de ATP ya que la molécula no va a pasar por la cadena transporte.

c) Localización del proceso en la célula.

La glucolisis se da en el citosol de las células.

21.- Una célula absorbe n moléculas de glucosa y las metaboliza generando 6n molécu- las de CO2 y consumiendo O2 .¿ Está la célula respirando ? ¿Para qué? ¿participa la

matriz mitocondrial? ¿Y las crestas mitocondriales?.

La célula está respirando que para que se lleve a cabo la respiración se precisan oxígeno y moléculas de glucosa y uno de sus productos principales es el dióxido de carbono, que es liberado y deberá ser eliminado como producto de excreción. La célula respira para degradar la molécula orgánica y obtener de ella la energía contenida en sus enlaces, en forma de ATP, que será almacenado por la célula y utilizado en reacciones metabólicas posteriores. En la matriz mitocondrial se llevan a cabo la descarboxilacion oxidativa y el ciclo de Krebs y en las crestas mitocondriales la cadena transporte.

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

Se inicia el ciclo de Krebs, en la matriz mitocondrial y se origina de su unión una molécula de 6 átomos de carbono llamada ácido cítrico. El acetil-CoA procede de la reacción catabolica anterior, la descarboxilacion oxidativa mientras que el ácido oxalacetico es una molécula fija del ciclo de Krebs.

23.- ¿Qué molécula acepta el CO2 en la fotosíntesis? ¿Qué enzima cataliza esta reacción? ¿A qué moléculas da lugar?

La molécula aceptora del CO2 en la fase oscura de la fotosíntesis es la Ribulosa-1,5-bifosfato. La enzima encargada de fijar el CO2 es el RUBISCO (ribulosa-1,5-bifosfato carboxilasa oxidasa). Da lugar a una molécula inestable de seis átomos de carbono que se romperá en dos de 3-fosfoglicerido.

24.- Indique cuál es el papel biológico del NAD, NADH + H. en el metabolismo celular. Escriba tres reacciones en las cuáles participe.

La función principal de estas coenzimas en el metabolismo celular es el transporte de protones, obtenidos en las distintas reacciones, hasta la cadena de transporte de electrones. Una vez allí los protones, pasando por la ATP-asa serán capaces de sintetizar ATP. También son necesarios para llevar a cabo procesos anabolicos donde se oxidan para reducir otras moléculas. Participa en reacciones catabolicas como la glucolisis o el ciclo de Krebs, donde el NAD+ capta electrones y se reduce NADH y en reacciones anabolicas como la síntesis de ácidos grasos donde el NADH se oxida cediendo sus protones.

25.- Explique brevemente el esquema siguiente:

📷

Se trata de un esquema que representa el ciclo de Calvin en la fase oscura de la fotosíntesis, un proceso anabolico en el que se invierte la materia orgánica obtenida durante la fase luminosa para sintetizar materia orgánica. En primer lugar el RUBISCO fija CO2 a la ribulosa-1,5-bifosfato dando lugar a un compuesto inestable de 6 carbonos que se rompe en dos de 3-fosfoglicerido. Este sufre otras reacciones hasta dar 3-fosfogliceraldehido, el cual podrá tomar distintos camino formando, según cual tome monosacaridos, glicerina, ácidos grasos y 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?

La fosforilacion a nivel de sustrato se produce en reacciones como la glucolisis o el ciclo de Krebs, donde se liberan grupos fosfato de las distintas reacciones y estos se unen al ADP, formando ATP. La fosforilacion oxidativa se da en la matriz mitocondrial para obtener ATP a partir de las coenzimas obtenidas en reacciones anteriores, se da en células aerobias. La fotofosforilación se da en los tilacoides de los cloroplastos para obtener ATP que después será utilizado en el ciclo de Calvin para construir materia orgánica, se da en células vegetales y bacterias fotosintéticas.

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

En la cadena transporte de electrones son utilizados los electrones de las coenzimas reducidas obtenidas en las anteriores reacciones. Estos electrones viajarán por la cadena, atravesando los distintos complejos proteicos hasta llegar al último aceptor de electrones, el O2 que permitirá la formación de agua. Los electrones en su paso por la cadena liberan energía que permite a los protones que se encuentran en la matriz pasar de ella al espacio intermembranoso a partir de los complejos proteicos. Una vez en el espacio intermembranoso se genera una diferencia de potencial electroquimico que permite a los protones volver a la matriz atravesando la ATP-asa, sintetizando ATP. Por cada protón bombeado se genera 1ATP, así cada NADH libera 3 protones al espacio intermembranoso (menos aquellos obtenidos en la glucolisis que liberan 2) mientras que cada FADH2 libera únicamente 2. Por cada NADH se obtendrán 3ATP y por cada FADH2 se obtendrán 2ATP. A la cadena transporte llegan en total 10NADH (2glucolisis + 2descarboxilacion + 3x2vueltas de ciclo de Krebs), 2FADH2 (ciclo de Krebs), 2ATP (glucolisis) y 2GTP (ciclo de Krebs), por tanto la cantidad de ATP obtenida en la reacción global de la respiración celular en una célula eucariota es de 36 ATP.

La función principal de la cadena es la obtención de energía en forma de ATP a partir de las coenzimas obtenidas en las reacciones anteriores gracias a la ATP-asa. La cadena existe ya que está permite el transporte de electrones y protones por la membrana mitocomdrial que permite a los electrones llegar al último aceptor y a los protones formar ATP. Se localiza en las crestas mitocondriales de la mitocondria en las células eucariotas y en la membrana plasmatica en procariotas.

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 cada una de las vueltas de la B-oxidación de los ácidos grasos se obtiene una molécula de acetil-CoA (se obtendrán la mitad de moléculas que carbonos tiene el ácido graso en total) además de 1FADH2 y 1NADH por vuelta y se consumen 2 ATP al inicio de la hélice para activar el ácido graso y permitir su degradación.

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

El gradiente electroquimico de la membrana se genera debido a que hay mayor concentración de cargas positivas fuera que dentro de la membrana, este gradiente permite a las cargas positivas volver al interior de la matriz por la ATP-asa.

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 de ambas rutas será la dihidroxiacetona-3-fosfato ( a partir de glucosa en la glucolisis y a partir de glicerina en el catabolismo de lípidos)

que se convertirá en gliceraldehido-3-fosfato y formará ácido piruvico. El ácido piruvico continuará su vía metabólica, es decir en presencia de oxígeno la respiración celular y en ausencia las fermentaciones.

31.- Ciclo de Calvin: concepto, fases y rendimiento neto.

El ciclo de Calvin corresponde a la fase oscura de la fotosíntesis. En este se va a invertir el ATP y el NADPH obtenidos en la fase luminosa para construir materia orgánica a partir de la fijación de moléculas de CO2 al ciclo. En cada vuelta se fijará una molécula de CO2, por tanto se precisan 6 vueltas al ciclo de Calvin para obtener una molécula de glucosa. Se trata de un proceso que tiene lugar en el estroma de los cloroplastos y comienza con la fijación de CO2 a una molécula de ribulosa-1,5-bifosfato gracias a la enzima RIBISCO, dando lugar a una molécula inestable de 6 átomos de carbono que se romperá en 2 de 3-fosfoglicerido. Después de produce la reducción del CO2 fijado, una etapa donde se invierten los ATP y NADPH obtenidos anteriormente. En primer lugar el 3-fosfoglicerido se convierte en 1,3-difosfoglicerido gracias a que invertidos un ATP y seguidamente el NADPH se consume y se forma gliceraldehido-3-fosfato. A partir de este punto se pueden seguir dos vías:

La regeneración del gliceraldehido en ribulosa-1,5-bifosfato, invirtiéndose ATP y NADPH gracias al ciclo de las pentosas fosfato.

Que el gliceraldehido se quede en el estroma sintetizando almidón, ácidos grasos y aminoácidos o que salga al citosol para formar glucosa y fructosa que a su vez formaran sacarosa, el componente principal de la savia de las plantas.

El rendimiento total del ciclo de Calvin para conseguir una molécula de glucosa sería:

6CO2 + 18 ATP + 12 NADPH - C6H12O6

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

¿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, el NAD y el NADH son cofactores orgánicos, coenzimas. Forman la parte no proteica de las enzimas. Se trata de moléculas formadas principalmente por nucleótidos pero no forman estructuralmente ADN o ARN ya que no son nucleótidos nucleicos.

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

Están íntimamente relacionadas con el metabolismo celular ya que se encargan de servir de almacén y transporte energético durante los procesos bioquímicos de la célula. Son capaces de oxidarse o reducirse, aceptando y desprendiéndose de protones de hidrógeno (NAD/NADH) y grupos fosfato (ATP), por los que permiten que se produzcan los procesos anabolicos y catabolicos.

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

De la degradación completa y total de una molécula de glucosa en el proceso de respiración celular obtenemos en total 36 ATP (o 38 ATP en el caso de las células procariotas), 6CO2 y 6H2O.

Glucolisis:

2ATP

2NADH

Descarboxilacion oxidativa

2 NADH

2 CO2

Ciclo de Krebs:

2GTP

6 NADH

2 FADH2

4 CO2

Cadena transportadora

8 NADH x 3H+ = 24 ATP

2 NADH x 2H+ = 4 ATP

2 FADH2 x 2H+ = 4 ATP

2ATP

2GTP

=36 ATP

6H2O

35.- La siguiente molécula representa el acetil CoA: H3 C-CO-S-CoA.

¿En qué rutas metabólicas se origina y en cuáles se utiliza esta molécula?

Se obtiene como producto en la descarboxilacion oxidativa (respiración celular) y en la hélice de lynen (B-oxidación) y se utiliza en el ciclo de Krebs, donde será degradada totalmente formando CO2. Además el acetil es utilizando en la síntesis de ácidos grasos.

b) De los siguientes procesos metabólicos: Glucogénesis, fosforilación oxidativa y B- oxidación, indica:

- Los productos finales e iniciales.

Su ubicación intracelular.

La glucogenogénesis es un proceso anabolico en el que se forma glucógeno a partir de moléculas de glucosa-6- fosfato procedentes de la gluconeogenesis o de glucosa libre que será fosforilada. Esta glucosa-6-P pasará a glucosa-1-P que será activada por la molécula del UTP, formando glucosa-UPT. Esta molécula posee la suficiente energía para unirse al extremo de una cadena de glucógeno y actuar como cebador, formándose poco a poco el polimero. Se da sobre todo en el citosol de células musculares y en las del hígado

La fosforilacion oxidativa es un proceso óxido-reductor que se lleva a cabo en la matriz mitocondrial de las mitocondrias. Su objetivo es la obtención de energía en forma de ATP gracias a la energía liberada por las distintas coenzimas y la oxidación del oxígeno, formando agua.

La B-oxidación es un proceso que se lleva a cabo en la matriz de las mitocondrias, se trata del proceso de oxidación de los ácidos grasos y es también conocido como hélice de lynen. De ella en cada vuelta se obtienen 1 Acetil-CoA, 1NADH y 1 FADH2. De un ácido graso con 2n carbonos se obtendrán n Acetil-CoA y n-1 moléculas de NADH y FADH2. Además para que comience la hélice es necesario invertir 2 ATP para activar el ácido graso.

c) Explica con un esquema cómo se puede transformar un azúcar en una grasa ¿Pueden

los animales realizar el proceso inverso?

Glucosa - 2 (dihidroxiacetona-3-P) - 2 (glicerol-3-P)

No es puede hablar exactamente de un proceso a la inversa ya que los animales lo poseen las enzimas necesarias para llevarlo a cabo, sin embargo se trata de un proceso muy parecido cuyos pasos no reversibles son:

a) Conversión del ácido pirúvico en ácido fosfoenolpirúvico.

b) Transformación de la fructosa-1,6-difosfato en fructosa-6-fosfato.

c) Conversión de glucosa-6-fosfato a glucosa.

36.- En el siguiente diagrama se esquematiza el interior celular y algunas transforma- ciones de moléculas que se producen en diferentes rutas metabólicas:📷

¿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)

El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas del cuerpo en la que los productos de unas reacciones son utilizados como los sustratos de las siguientes, permitiendo así el correcto desarrollo del organismo y las funciones vitales de los seres vivos. Así pues, distinguimos las rutas de construcción de materia, en las que se invierte energía (anabolismo) y las rutas de degradación de la materia, en las que se obtiene energía (catabolismo).

El catabolismo y el anabolismo se relacionan ya que los productos finales de unos pueden actuar como sustratos de las otras, así por ejemplo el ATP obtenido como producto del catabolismo será utilizado para construir otro tipo de molécula en las reacciones anábolicas.

En la imagen se distinguen distintas rutas. En primer lugar la glucólisis, en la que la glucosa se transforma en piruvato. En este momento la molécula de piruvato puede tomar distintos caminos. En presencia de oxígeno se llevará a cabo la descarboxilación, donde se obtendrá Acetil-CoA; seguida del ciclo de Krebs, donde el Acetil-CoA se degrada hasta liberar CO2 y, por ultimo la cadena trasnsporte donde se obtendrá energía a partir de las coenzimas obtenidas en el resto de procesos. En ausencia de oxígeno se producirá la fermentación láctica donde el ácido pirúvico se transforma en ácido láctico mediante la inversión de NADH. El ATP que se obtiene en las fermentaciones es mucho menor ya que este corresponderá al ATP obtenido únicamente en la glucólisis.

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)

Intervienen el citosol, donde se lleva a cabo la glucólisis y las fermentación láctica y la matriz mitocondrial donde se llevarán a cabo la descarboxilación, ciclo de Krebs y cadena transporte.

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

En la oxidación completa de la glucosa que se produce en la respiración celular se obtiene una gran cantidad de energía gracias a la cadena transportadora. En ella, las coenzimas obtenidas en las reacciones anteriores van a permitir la formación de ATP. De la degradación completa y total de una molécula de glucosa en el proceso de respiración celular obtenemos en total 36 ATP (o 38 ATP en el caso de las células procariotas), 6CO2 y 6H2O.

Glucolisis:

2ATP

2NADH

Descarboxilacion oxidativa

2 NADH

2 CO2

Ciclo de Krebs:

2GTP

6 NADH

2 FADH2

4 CO2

Cadena transportadora

8 NADH x 3H+ = 24 ATP

2 NADH x 2H+ = 4 ATP

2 FADH2 x 2H+ = 4 ATP

2ATP

2GTP

=36 ATP

6H2O

Sin embargo, el rendimiento total en la fermetación láctica es mucho menor ya que en ella no se produce cadena transporte. Solo se obtendrían como productos finales las dos moléculas de ácido láctico y los 2 ATP obtenidos previamente 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 transportadora se lleva a cabo en la matriz mitocondrial en el caso de la respiración celular en eucariotas., en la membrana plasmática en el caso de la respiración celular en procariotas y en la membrana tilacoidal en el caso de la fase luminosa de la fotosíntesis. Los citocromos son macroproteínas que se encargan de bombear protones desde la matriz mitocondrial hacia el espacio intermembranoso, generándose así una diferencia de potencial que permite a los protones volver a la matriz por medio de la ATP-asa sintetizándose así ATP. El oxígeno tiene un papel fundamental en la cadena ya que actúa como último aceptor de los electrones que viajan por ella, formándose así agua. La cadena transportadora de electrones es llevada a cabo por todos los organismos que existen, aunque. existen notorias diferencias. Mientras que en los organismos aeróbicos el último aceptor de electrones es el oxigeno, en los anaerobios el último aceptor es otra molécula distinta al oxigeno, pudiendo ser esta orgánica y hablaríamos de fermentación o inorgánica y se hablaría de respiración anaerobia.

39.- En el ciclo de Krebs o de los ácidos tricarboxílicos: -¿Qué tipos principales de reacciones ocurren?.

¿Qué rutas siguen los productos liberados?

El ciclo de Krebs comienza con la condensación del acetil-CoA con una molécula de ácido oxalacético, dando lugar a una molécula de ácido cítrico. A partir de este momento se llevan a cabo una serie de reacciones sucesivas hasta regenerar de nuevo ácido oxalacético. Entre estas reacciones sucesivas destacan:

Dos descarboxilaciones oxidativas donde se obtienen dos moléculas de CO2

Una fosforilación a nivel de sustrato

Oxidaciones debidas a la captación de los electrones liberados por las diversas reacciones. Estos son captados por el NAD+ y el FAD+ dando lugar a NADH y FADH2 respectivamente.

Los metabolitos liberados seguirán su camino hacia la cadena transporte (como las coenzimas, de las que se obtendrá ATP) o serán productos finales de la reacción, como el CO2 y el GTP.

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?

Así pues, en numerosas ocasiones los procesos anabólicos y catabolicos son reversibles, por ejemplo, a partir de glucosa se puede construir glucógeno y este se puede degradar en moléculas de glucosa. Lo que ocurre es que no siempre estas reacciones se pueden producir exactamente de manera inversa ya que los organismos no poseen las enzimas necesarias para llevar esto a cabo.

Se dice que el ciclo de Krebs es una encrucijada metabólica ya que tiene una doble función catabolica, de oxidación de glúcidos, ácidos grasos y proteínas para generar energía, y anabolica ya que algunos intermediarios so precursores biosintéticos.

41. Quimiosíntesis: Concepto e importancia biológica.

La quimiosíntesis es un proceso anabólico llevado a cabo por bacterias para construir su propia materia orgánica. Estas utilizan como fuente de energía la energía química desprendida por diversas reacciones y elaboran gracias a ellas moléculas orgánicas. En ella, al igual que en la fotosíntesis se distinguen la fase de obtención de ATP gracias a la oxidación de sustancias inorganicas y la fase en la que se emplea este ATP para construir la materia orgánica en el ciclo de Calvin. Se trata de un proceso de gran importancia biológica ya que muchos de los compuestos inorganicos utilizados para la quimiosinteis proceden de la descomposición de materia orgánica llevada a cabo por las bacterias y hongos de la putrefacción. Además las bacterias quimioautotrofas los oxidan transformándolos en minerales que pueden ser absorbidos por las plantas, jugando así un papel imprescindible en los ciclos biogeoquimicos.

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

Las fermentaciones son procesos de gran importancia en la industria alimentaria. Las bacterias que realizan la fermentación láctica generarán lactato, componente principal de alimentos como los yogures y la leche. Las bacterias que realizan la fermentación alcohólica generarán etanol y dióxido de carbono. El etanol es importante a la hora de obtener bebidas alcohólicas como el vino y el CO2 para la correcta elaboración de alimentos como pan.

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

En las células eucariotas se lleva a cabo la fermentación láctica cuando no existe suficiente oxigeno como para continuar con la respiración. Esto ocurre cuando hacemos deporte. Las células musculares se verán obligadas a reducir el ácido pirúvico obtenido en la glucólisis y formar ácido láctico. Este ácido láctico se almacenará en los tejidos musculares, causando la ruptura de las microfibrillas, causando las agujetas.

44.

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.

CO2

Ribulosa-1,5-difosfato

ADP+P

ATP

NADPH

NADP+

H2O

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 produce en el estroma de los cloroplastos y los elementos 4 y 6 se forman en el estroma como productos de la fase luminosa que tiene lugar en la membrana de los tilacoides.

C) ) Explique brevemente (no es necesario que utilice formulas) en qué consiste el ciclo de Calvin.

El ciclo de Calvin consiste en la incorporación sucesiva de moléculas de CO2 con el propósito de obtener materia orgánica, para llevarlo a cabo se invertirá la energía obtenida en la fase luminosa.

45.

la figura representa esquemáticamente las actividades más importantes de una mito- condria. Identifique las sustancias representadas por los números 1 a 6.

1. Ácido pirúvico

2. Acetil-CoA

3. ADP

4. ATP

5. NADH

6. O2

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

Glucólisis, β oxidación de ácidos grasos, procesos anabólicos.

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

La regeneración del gliceraldehido en ribulosa-1,5-bifosfato, invirtiéndose ATP y NADPH gracias al ciclo de las pentosas fosfato.

El rendimiento total del ciclo de Calvin para conseguir una molécula de glucosa sería:

6CO2 + 18 ATP + 12 NADPH - C6H12O6

46.

El Esquema representa un cloroplasto ¿Qué denominación reciben los elementos in- dicados por los números 1-7?

1- Espacio intermembranoso

2- Membrana interna

3- Membrana externa

4-Tilacoides del estroma

5- ADN

6- Estroma

7- Tilacoides de grana

b) En los cloroplastos, gracias a la luz, se producen ATP y NADPH. Indique esquemáti- camente, como se desarrolla este proceso

En los tilacoides de los cloroplastos, los fotones de luz inciden sobre la clorofila que desprende dos protones que viajaran por la cadena transporte hasta el último aceptor, el NADP+, formando NADPH. Estos electrones liberan energía que permite a los protones pasar del estroma al tilacoide, generándose una diferencia de potencial que les permite volver al estroma pasando por la ATP-asa sintetizando ATP. El NADPH y ATP obtenidos se utilizarán en la fase oscura o ciclo de Calvin para formar glucosa a partir de moléculas de CO2. Es un proceso que se lleva a cabo en los cloroplastos ya que en ellos se encuentra la clorofila, que actúa como pigmento diana y permite la captación de la luz.

c) Las moléculas de ADN de los cloroplastos y las mitocondrias son mucho más pequeñas que las bacterias. ¿Contradice este hecho la hipótesis de la endosimbiosis sobre el origen de las células eucarióticas?

No, porque al producirse la fusión del ADN de las mitocondrias y los cloroplasto con el ADN inicial el tamaño aumenta.

47.

En el interior de este cloroplasto hay almidón. Explique, mediante un esquema, como se forma la glucosa que lo constituye.

En primer lugar se produce la fase luminosa, existen dos tipos:

Por tanto, de la fase luminosa se obtiene un total de 12 NADPH y 18 ATP que se invertían en la fase oscura.

La regeneración del gliceraldehido en ribulosa-1,5-bifosfato, invirtiéndose ATP y NADPH gracias al ciclo de las pentosas fosfato.

El rendimiento total del ciclo de Calvin para conseguir una molécula de glucosa sería:

6CO2 + 18 ATP + 12 NADPH - C6H12O6

b) Indique tres similitudes entre cloroplastos y mitocondrias.

En su interior hay ADN circular, tienen doble membrana y se encuentran en células eucariotas.

48.

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

Matriz mitocondrial

Cresta mitocondrial

Mitorribosoma

Membrana mitocondrial interna

Membrana mitocondrial externa

Espacio intermembranoso

ATP-sintetasa

Grandes complejos proteicos ( I,II,III,IV )

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.

El ciclo de Krebs, la descarboxilación oxidativa, la hélice de lynen.

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

Proteínas y ARNm

Preguntas del tema

1.- ¿Todos los organismos autótrofos son fotosintéticos?

No, algunas bacterias no realizan la fotosíntesis sino que obtienen su materia orgánica gracias a la energía liberada por otras reaccciones químicas. Este proceso se conoce como quimiosintesis.

2.- Indica las semejanzas y las diferencias entre fotosíntesis y quimiosíntesis.

La principal diferencia entre ambas es la fuente de energía, en la fotosíntesis se trata de energía luminosa mientras que en la quimiosintesis se trata de energía química. En ambas se produce una primera fase en la que se obtiene energía en forma de ATP y coenzimas como el NADPH, que serán utilizadas en la siguiente fase, sin embargo el ultimo aceptor de la cadena en la fotosíntesis es el NADP+ mientras que en la cadena de la quimiosintesis el último aceptor es una molécula inorganica. Después de esta primera etapa, en ambos casos se lleva a cabo el ciclo de Calvin para obtener la materia orgánica.

3.- ¿Qué diferencia hay entre un pigmento diana y un pigmento antena?

Un pigmento antena es el encargado de captar los fotones que inciden en el tilacoide. Los fotones viajaran por el complejo proteico hasta llegar al pigmento diana, que se encuentra en el centro de reacción. Cuando los fotones lleguen a él, el pigmento diana libererá dos electrones que comenzarán su paso por la cadena hasta el último aceptor. El pigmento diana quedará ionizado positivamente debido a la pérdida de electrones pero esta pérdida será rápidamente compensada gracias a la hidrolisis del agua que cede H+ a la cloro que forma el pigmento 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 es la ruptura de las moléculas de agua en sus iones constituyentes en la fase luminosa acíclica de la fotosíntesis. Los electrones serán utilizados para contrarrestar la pérdida de electrones que la clorofila ha cedido a la cadena transporte y los protones serán bombeados del estroma al interior del tilacoide generando una diferencia de potencial que permitirá a estos electrones volver al estroma pasando por la ATP-asa sintetizando ATP. Por cada molécula de agua que sufre la hidrólisis se obtiene media molécula de oxígeno, por tanto para obtener una molécula completa se precisará la hidrólisis 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 cietas diferencias. Responde a las cuestiones de la siguiente tabla:

RespiraciónFotosíntesisLa cadena transportadora de electrones está en:Crestas mitocondrialesMembrana tilacoideEl transportador de hidrógeno es (NADH o NADPH):NADHNADPPH¿Se produce oxidación del NADH o reducción del NADP+?Oxidación del NADHReducción del NADP+¿Qué enzima interactúa con el NADH o el NADP+?Complejo proteico INADP+ reductasa¿Actúa dicha enzima al principio o al final del proceso?InicioFinal de la fase luminosaLos protones (H+) son aportados por:NADH y FADH2Fotolisis del aguaLos protones (H+) son introducidos en:De la matriz al espacio intermembranaDel estroma al interior del tilacoideLos protones (H+) se unen …………….. para producir:Al NAD+ para producir NADHAl NADP+ para producir NADPHLa parte globosa de la ATP-sintetasa está dirigida hacia:Matriz mitocondrialCara externa del tilacoideLa síntesis de ATP se dnomina:Fosforilación oxidativaFotofosforilación

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.

Los objetivos de la fase luminosa son la obtención de ATP y coenzimas como el NADPH a partir de la energía luminosa captada por los Fotosistemas mientras que el objetivo de la fase oscura es. La obtención de materia orgánica gracias a la incorporación sucesiva de CO2 al ciclo de Calvin a a molécula de ribulosa-1,5-bifosfato invirtiendo la energía obtenida en la fase oscura. Se trata de procesos que se llevan a cabo de manera sucesiva en los cloroplastos, por tanto no podemos hablar de que uno se lleve a cabo durante el día y otro durante la noche. La fase oscura tiene lugar justo después de la luminosa para que las coenzimas estén totalmente activadas y producir el máximo rendimiento. Así, la fase luminosa se llevará a cabo durante el día para aprovechar la energia del sol mientras y la fase oscura podrá ocurrir de día o de noche.

7.- ¿En qué orgánulos de la célula eucariota transcurren los siguientes procesos metabólicos?

a) β-oxidación de los ácidos grasos- Matriz mitocondrial

b) Fotofosforilación- Cadena transportadora de electrones, en el estroma

c) Glucólisis- Citosol

d) Fosforilación oxidativa- Cadena transportadora de electrones, matriz mitocondrial

e) Captación de luz por el complejo antena- Complejos proteicos de la cadena transporte, membrana tilacoidal

f) Ciclo de Calvin- Estroma del cloroplasto

g) Ciclo 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?

El rendimiento de la fotosíntesis disminuye cuando hay escasez de agua ya que la hidrolisis de esta permite la reducción de NADP+ a NADPH que se utilizará para obtener materia orgánica.

En la plantas C4 no ocurre lo mismo ya que estas llevan a cabo otra ruta llamada Hatch-Slack. En esta los cloroplastos del mesófilo captan CO2 y este es fijado al fosfoenolpiruvico, formándose ácido oxalacético. Este se transforma en ácido málico, que pasa a los cloroplastos más internos donde se divide en CO2, que inicia el ciclo de Calvin y ácido pirúvico que se reincorpora a la ruta. El rendimiento no es menor ya que los estroma únicamente de abren durante la noche para que la captación de CO2 no suponga una pérdida de agua.

9.- ¿El oxígeno que se desprende durante la fotosíntesis procede del CO2 o del H2O?

El oxígeno que se desprende durante la fotosíntesis procede de la hidrólisis del agua. Esta cederá los protones de hidrogeno a la cadena transportadora mientras que por cada molécula de agua hidrolizada se obtendrá media molécula de oxígeno.

10.- ¿A qué molécula orgánica se une el CO2, durante la fotosíntesis, para convertirse en carbono orgánico?

La molécula de dióxido de carbono se unirá en el inicio del ciclo de Calvin a la molécula de ribulosa-1,5-bifosfato, formando un compuesto inestable de 6 átomos de carbono que se romperá en dos de 3-fosfoglicérido.

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.

Los productos iniciales de la gluconeogenesis son el dos moléculas de piruvato, ATP y coenzimas necesarias como el NADH, el producto final es la molécula de glucosa. El producto inicial de la glucólisis es la molécula de glucosa y los productos finales son el ATP y coenzimas como el NADH. Casi en su totalidad se trata de rutas contrarias entre sí pero, sin embargo existen procesos no reversibles que no se producen de manera inversa en ambas reacciones.

En resumen, los tres pasos no reversibles son:

a) Conversión del ácido pirúvico en ácido fosfoenolpirúvico.

b) Transformación de la fructosa-1,6-difosfato en fructosa-6-fosfato.

c) Conversión de glucosa-6-fosfato a glucosa.

12.- ¿Por qué el ácido pirúvico entra en la mitocondria para iniciar la gluconeogénesis?

El ácido pirúvico entra en la mitocondria ya que es aquí donde se encuentra la enzima piruvato carboxilasa, aquella encargada de trasnformar el ácido pirúvico en ácido oxalacético u oxalacetato.

13.- ¿Por qué la gluconeogénesis tiene procesos en los que el ácido oxalacético pasa a málico y de nuevo a oxalacético?

Este proceso se produce para que el ácido oxalacético formado dentro de la matriz pueda salir de ella. Una. Vez fuera se vuelve a trasnformar oxalacético.

14.- ¿Qué molécula actúa como cebador (iniciador de la reacción) en la síntesis de ácidos grasos?

El cebador es una molécula de Acetil-CoA.

15.- ¿Cuántas moléculas de malonil-CoA (3 carbonos) se necesitan para obtener ácido lignocérico (24 carbonos)?

Se precisarán 11 moléculas de malonil-CoA en total. En primer lugar, tenemos dos moléculas de Acetil-CoA. Una de ellas actuará como cebador y se unirá a la encima SAG (ácido graso sintetasa) para poder formar ATP. La otra se unirá a una molécula e CO2 prodecente del ácido carbónico y gracias a la inversión de una molécula de ATP se formará la molécula de maloni-CoA. Esta a su vez se unirá al cebador de acetil-CoA dando lugar a una molécula de cinco átomos de carbono que sufrirá una descarboxilación y se convertirá en una de cuatro átomos de carbono. Esta molécula en cuestión sufrirá distintas reacciones hasta formar un ácido graso de 4 átomos de carbono. A partir de aquí, a la cadena ya existente se le incorporarán tantos malonil como tan larga queramos que sea nuestra cadena.

16.- ¿Cuál sería el balance neto de la síntesis de un ácido graso de 14 C?

El balance neto de la síntesis de un ácido graso de 14 carbonos será.

Acetil-CoA + 6 malonil-CoA + 12 NADPH = Ácido graso de 14C + 6CO2 + 5H2O

17.- ¿En qué parte de la célula se realiza la biosíntesis de los ácidos grasos?

Se trata de un proceso que se lleva a cabo en el citosol de la célula.

18.- ¿Qué molécula es la que por transaminación, proporciona –NH2, en gran número de vías sintetizadoras de aminoácidos?

El ácido α-cetoglutárico.

ACTIVIDADES P.A.U.

19.- Describa los procesos principales que ocurren durante la fase dependiente de la luz (fase luminosa) de la fotosíntesis. (Opción A-Junio 2004)

Se llevan a cabo dos procesos principales:

Por tanto, de la fase luminosa se obtiene un total de 12 NADPH y 18 ATP que se invertían en la fase oscura.

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.

METABOLISMO

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