Preguntas de metabolismo

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 adenosín-trifosfato es un nucleótido que actúa en el metabolismo como molécula energética, la cual almacena y cede energía a través de sus dos enlaces éster-fosfóricos.
Al ser un nucleótido pertenece al grupo de los ácidos nucleicos de los cuales es unidad formadora y consta como los demás nucleótidos de una pentosa, un grupo fosfato y una base nitrogenada.
Hay dos maneras de sintetizar el ATP:
-La fosforilación a nivel de sustrato en la que gracias a la energía liberada en la rotura de una biomolécula un ADP se fosforila y da lugar a un ATP.
-La fosforilación oxidativa en la que las ATP-asas sintetizan en la cadena transportadora de electrones (crestas mitocondriales) ATP a partir de un flujo de protones.

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

El metabolismo es el conjunto de reacciones 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 tres funciones vitales: nutrición, relación y reproducción.

 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, las células vegetales son fotoautótrofas pero aún así tienen mitocondrias porque necesitan realizar la respiración celular.
b) Una célula eucariótica quimioheterótrofa posee mitocondrias pero no cloroplastos. Verdadero, al ser heterótrofa, no puede tener cloroplastos que realicen la fotosíntesis.
c) Una célula procariótica quimioautótrofa no posee mitocondrias ni cloroplastos. Verdadero, poseen otras estructuras o las reacciones se realizan en el citoplasma.
d) Las células de las raíces de los vegetales son quimioautótrofas. Verdadero, su fuente de energía proviene de reacciones químicas. 

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

Verdadero. Ésta molécula se degrada en procesos anabólicos y es capaz de dar grupos fosfato y liberar energía con la rotura de sus enlaces.

20.- Esquematiza la glucólisis: 
a) Indica al menos, sus productos iniciales y finales. 



b) Destino de los productos finales en condiciones aerobias y anaerobias. 
En el caso de condiciones aerobias, el ácido pirúvico pasaría al ciclo de Krebs y a la cadena transportadora de electrones. Y en condiciones anaerobias se podría dar la respiración pero con otro aceptor distinto del O2 o la fermentación.
c) Localización del proceso en la célula.
La glucólisis se da en el citosol.

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?. 

Si que está respirando ya que obtiene 2 moléculas de CO2 con la glucólisis y el resto en el ciclo de Krebs (2 por vuelta). Con la respiración, se obtiene energía en forma de ATP y con ella se realizan las funciones vitales del organismo. En la matriz mitocondrial se da en ciclo de Krebs y en las crestas mitocondriales se da la cadena transportadora de electrones a través de la cual se obtiene la mayor parte del ATP.

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

El Ciclo de Krebs. El acetil-CoA puede provenir del ácido pirúvico de la glucólisis que se transforma en acetil-CoA al unirse con la coenzima A, entra en el ciclo de Krebs condensándose junto al ácido oxalacético y da lugar al ácido cítrico; o puede provenir de la hélice de Lynen (catabolismo de los ácidos grasos). El ácido oxalacético se sintetiza al pasar el piruvato a oxalacetato por carboxilación. Esta ruta metabólica tiene lugar en la matriz mitocondrial (célula eucariota) o el citosol (célula procariota).

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?.

Tras la glucólisis y el ciclo de Krebs, las coenzimas NAD+ y FAD que han ido reducidas en NADH y FADH2 deben pasar a la cadena transportadora de electrones para sintetizar ATP. Ésta se encuentra en las crestas mitocondriales y consta de cuatro grandes complejos proteicos, la ubiquinona y el citocromo. El NADH se oxida en el primer complejo y sus protones se introducen en el espacio intermembranoso, mientras que los electrones pasan a los siguientes complejos; el FADH2 se oxida en el segundo complejo. Al final, los protones pasan por las ATP-asas y junto con O2 y electrones, se sintetiza H2O y con la energía liberada se sintetiza ATP con la unión de un ADP y un Pi; 2 por cada FADH2 y 3 por cada NADH. La cadena respiratoria tiene como función la obtención de energía para realizar funciones. Existe para transformar la energía del NADH y el FADH2 en una moneda energética (ATP) que la célula puede aprovechar. Se localiza en las crestas mitocondriales.

 29.- ¿Cómo se origina el gradiente electroquímico de protones en la membrana mitocondrial interna?
Se origina con la diferencia de concentración de protones entre la matriz mitocondrial y el espacio intermembranoso que se bombean gracias a la energía perdida por los electrones.

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?. b) ¿Qué relación mantienen con el metabolismo celular? (Explícalo brevemente).
Son coenzimas. moléculas que constituyen la parte no proteica de las enzimas, es decir, son cofactores orgánicos. No forman parte de estructuras de ADN o ARN.
Son las moléculas que almacenan y transportan la energía en sus enlaces.

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

En la glucólisis una molécula de glucosa se convierte en 2 de ácido pirúvico y da lugar a 2 moléculas ATP y 2 de NADH. Para pasar de ácido pirúvico a acetil-CoA se obtienen 2 NADH y se invierten, si es eucariota, 2 ATP en pasar la membrana mitocondrial. En el ciclo de Krebs, se obtienen 3 NADH por vuelta (6 ATP), 1 FADH2 (2 FADH2) y 1 GTP (2 GTP). Finalmente al pasar por la cadena transportadora de electrones el NADH dará lugar a 3 moléculas de ATP y el FADH2 dará lugar a 2. Haciendo un balance total de 36 ATP o 38 si no tuviera que atravesar ninguna membrana (procariota).

 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.

El rendimiento de la oxidación de una molécula de glucosa son 36-38 ATP mientras  que en de la fermentación, son 2 ATP provenientes de la glucólisis ya que no hay ni ciclo de Krebs ni cadena transportadora de electrones.

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?.

Si la célula es eucariota, la cadena transportadora de electrones se da en las crestas mitocondriales y si la célula es procariota, en la membrana plasmática. El oxígeno es el aceptor final de protones y electrones por el cual se sintetiza H2O. Se realiza en todos los seres vivos para obtener energía para sus funciones.

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

Son reacciones catabólicas de oxidación-reducción o reacciones redox. El CO2 liberado se expulsa fuera del individuo en la respiración, el NADH y el FADH2 se van a la cadena tranportadora de electrones para sintetizar ATP y el GTP es moneda energética y se almacenará o se usará para reacciones anabólicas.

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 importantes por las fermentaciones que llevan a cabo algunos de ellos. Con estas fermentaciones obtenemos medicamentos y alimentos como la leche y sus derivados (fermentación láctica) y las bebidas alcohólicas (fermentación alcohólica).

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

Son procesos catabólicos de los cuales se obtiene energía en forma de ATP para realizar las funciones vitales, por la degradación de un compuesto complejo a otro compuesto más simple.

En la respiración celular hay tres etapas: la glucólisis, el ciclo de Krebs y la cadena transportadora de electrones y en la fermentación solo aparece la glucólisis. La respiración celular da lugar a 36 (eucariota) -38 (procariota) ATP  a partir de una molécula de glucosa y en la fermentación se obtienen 2 ATP de la glucólisis. La respiración celular puede da en condiciones aerobias o anaerobias, mientras que la fermentación se produce en anaerobias. Por otro lado, la respiración celular se lleva a cabo en el citosol, la matriz mitocondrial y la membrana mitocondrial (célula eucariota) o citosol y en la membrana plasmática (procariota); en cambio, la fermentación sólo se produce en el citosol. La respiración celular da lugar a ATP por fosforilación oxidativa y en la fermentación se produce una fosforilación a nivel de sustrato. En la respiración celular, el aceptor final es inorgánico, mientras que en la fermentación es orgánico.

45. A) la figura representa esquemáticamente las actividades más importantes de una mitocondria. 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, reacciones anabólicas como la fotosíntesis y el paso del acetil-CoA a través de la membrana mitocondrial.

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?

Gracias a la hélice de Lynen se obtiene un acetil-CoA por cada vuelta del ácido graso.

 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-Crestas mitocondriales

3-Mitorribosoma

4-Membrana mitocondrial interna

5-Membrana mitocondrial externa
6-Espacio intermembranoso
7-ATP-sintetasa
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.
El ciclo de Krebs se realiza en la matriz mitocondrial y la cadena transportadora de electrones, en la membrana interna.

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