BLOQUE C. METABOLISMO.

UNIDAD 11: EL METABOLISMO: CATABOLISMO Y ANABOLISMO

El metabolismo celular:
1. Concepto de metabolismo: catabolismo y anabolismo
2. El adenosín trifosfato o ATP
3. Tipos de reacciones en las rutas metabólicas
4. Cofactores redox
5. Tipos de catabolismos
El catabolismo de los glúcidos:
1. Glucólisis
2. Respiración aerobia de la glucosa:

Sistema piruvato-deshidrogenasa
El ciclo de Krebs
Cadena respiratoria: fosforilación oxidativa
Balance energético global

2.3. Fermentación: concepto

Tipos de fermentaciones (alcohólica y láctica)
Balance energético global

2.4. Diferencias entre las vías aerobia y anaerobia en la producción de energía

3. El anabolismo autótrofo:

Conceptos generales
Fase luminosa o fotoquímica: fotofosforilación cíclica y acíclica
Fase oscura o biosintética: el ciclo de Calvin
La fotorrespiración
Factores que influyen en la fotosíntesis
Importancia biológica de la fotosíntesis

4. Quimiosíntesis

4.1. Papel biológico de los organismos quimiosintéticos

C.1. Concepto.

C.1.1. Estudio del metabolismo. Conceptos de anabolismo y catabolismo: diferencias.

Concepto de metabolismo, catabolismo, anabolismo. Intercambios de energía asociados a estos procesos.
Situar a nivel sub-celular el lugar donde suceden cada uno de estos procesos.

C.2. – Catabolismo.

C.2.1.- Análisis de los diferentes procesos implicados en la respiración celular anaeróbica (glucolisis y fermentación) y aeróbica (b-oxidación de los ácidos grasos, ciclo de Krebs, cadena de transporte de electrones y fosforilación oxidativa).

Diferencia entre vías aeróbicas y anaeróbicas. Diferencia entre respiración y fermentación.

Nota: Se hace constar el error conceptual que aparece en el epígrafe anterior (tomado directamente del DOE) en el que se consideran “respiración celular anaeróbica” los procesos de glucolisis y de fermentación.

Catabolismo de los glúcidos. Visión general. Situar a nivel sub-celular el lugar donde suceden cada uno los procesos que se describen a continuación.
Glucólisis: descripción somera de la ruta (compuestos y tipos de enzimas más importantes) y piruvato-deshidrogenasa.
Fermentación: concepto, tipos (fermentaciones alcohólica y láctica).
Respiración celular. Formación del acetil-CoA. Ciclo de Krebs (compuestos, tipos de reacciones y tipos de enzimas). Cadena respiratoria (sistemas enzimáticos de las crestas mitocondriales y fosforilación oxidativa).
Diferencia entre fosforilación a nivel de sustrato y fosforilación oxidativa.
Catabolismo de los lípidos: b-oxidación (considerado como no prioritaria).

C.2.2.- Cálculo comparativo del rendimiento energético del metabolismo aeróbico frente al anaeróbico y reflexión sobre la eficacia de cada uno de ellos.

Balance global de los procesos anteriormente descritos. Valorar el diferente rendimiento energético

C.3. – Anabolismo.

C.3.1.- Principales rutas del anabolismo heterótrofo (síntesis de aa, proteínas y ácidos grasos).

Visión general de las diferentes rutas del anabolismo heterótrofo. (Considerado como no prioritario).

C.3.2.- Procesos implicados en el metabolismo autótrofo (fotosíntesis y quimiosíntesis) y su importancia biológica.

Anabolismo autótrofo y su importancia.
Concepto de fotosíntesis. Tipos de organismos fotosintéticos.
Fotosíntesis oxigénica en vegetales. Localización a nivel subcelular de cada de una de las fases. Fotosistemas. Clorofilas y pigmentos accesorios.
Fase luminosa: Fotolisis del agua. Reducción de NADP+. Transporte de electrones no cíclica (esquema en Z) y cíclico. Condicionantes para cada que suceda el flujo electrónico cíclico. Fotofosforilación: síntesis. de ATP.
Fase oscura (ciclo de Calvin): descripción simplificada. Papel de la ribulosa 1,5-difosfatocarboxilasa (Rubisco).
Factores que influyen en la fotosíntesis: luz, concentración de CO2, temperatura, humedad, concentración de O2.
Quimiosíntesis. Concepto, ejemplos e importancia biológica de los organismos quimiosíntéticos. (Considerado como no prioritario).

UNIDAD 11: EL METABOLISMO: CATABOLISMO Y ANABOLISMO

EL METABOLISMO CELULAR

En el interior de las células existe un intricado y complejo sistema de reacciones químicas necesarias para la supervivencia de la célula y del organismo entero. El metabolismo que llevan a cabo nuestras células es uno de los procesos que están implicados en la función de nutrición.

CONCEPTO DE METABOLISMO: CATABOLISMO Y ANABOLISMO

El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas y procesos energéticos que se producen en el interior de las células y que conducen a la transformación de unas biomoléculas en otras.

Una ruta o vía metabólica es un proceso formado por una cadena de reacciones enzimáticas sucesivas y las moléculas que en ellas intervienen, y que sufren transformaciones en el proceso, las cuales se denominan metabolitos.
Todas las reacciones del metabolismo están reguladas por enzimas (ayudadas por cofactores, grupos prostéticos...) que son específicas para cada metabolito inicial o sustrato (S) y para cada tipo de transformación. Las sustancias finales de una vía metabólica se denominan productos (P). Las conexiones existentes entre diferentes vías metabólicas reciben el nombre de metabolismo intermediario.

Se pueden considerar dos fases en el metabolismo, una de degradación de materia orgánica o catabolismo y otra de construcción de materia orgánica o anabolismo.

El catabolismo es el conjunto de reacciones químicas que transforman moléculas orgánicas complejas en otras más sencillas mediante reacciones de oxidación y degradación, proceso en el que se libera energía que se almacena en forma de ATP. Se trata de rutas convergentes, es decir, a partir de muchos S diferentes se forman casi siempre los mismos P finales (CO₂, ácido pirúvico, etanol y poco más).
El anabolismo es el conjunto de reacciones químicas que se encargan de la síntesis de moléculas orgánicas complejas a partir de otras más sencillas, mediante reacciones de reducción, precisando el suministro de energía, proporcionada por la hidrólisis del ATP. Se trata de rutas divergentes, es decir, a partir de unos pocos sustratos se pueden formar muchos productos diferentes.

REACCIONES CATABÓLICAS

REACCIONES ANABÓLICAS

- Son reacciones de degradación

- Son reacciones de oxidación – perdida de e^- (carburantes metabólicos como Glúcidos, Lípidos...)

- Se obtiene/desprenden energía en forma de ATP y/o poder reductor (NADH, FADH2 NADPH,...)

- Existe convergencia en los productos (a partir de muchos sustratos diferentes se forman casi siempre los mismos productos como CO₂, ácido pirúvico, etanol, y poco más)

- Ej: Respiración aerobia

- Son reacciones de síntesis (enlaces C-C)

- Son reacciones de reducción (aceptores de e^- como el NAD⁺, FAD⁺ o NADP⁺.

- Precisan energía (obtenidas del catabolismo, luz...)

- Existe divergencia en los productos (a partir de unos pocos sustratos inorgánicos como CO₂, H₂O… se pueden formar muchos productos orgánicos diferentes, destacando la Gucosa)

- Ej: Fotosíntesis

Anabolismo y catabolismo no son procesos independientes, sino que sus reacciones están acopladas. Los metabolitos y el ATP producidos en el catabolismo se emplean en el anabolismo para elaborar moléculas complejas, algunas de las cuales se usarán de nuevo en el catabolismo.

El ATP actúa de intermediario universal de energía entre unas reacciones y otras

TIPOS DE METABOLISMO

Según la obtención de compuestos (orgánicos e inorgánicos) se distinguen dos tipos:

Autótrofo: lo realizan organismos que sintetizan sus compuestos orgánicos empleando como fuente de materiales sustancias inorgánicas. Ej vegetales, algas y muchas bacterias.
Heterótrofo: lo realizan organismos que sintetizan sus compuestos orgánicos empleando como fuente de materiales otras sustancias orgánicas, elaboradas por otros seres vivos. Ej animales, hongos y muchas bacterias.

Por la forma de obtener energía se distinguen:

Fotosintéticos: emplean la luz solar como fuente de energía; plantas,algas y muchas bacterias.
Quimiosintéticos: obtienen la energía de reacciones químicas entre compuestos inorgánicos sencillos como por ejemplo muchas bacterias.

Tipos de organismos según su metabolismo	Origen de la energía	Origen del carbono	Ejemplos
Fotolitótrofos o fotoautótrofos	Luz	CO₂	Plantas superiores, algas, cianobacterias, bacterias purpúreas del azufre y bacterias verdes del azufre.
Fotoorganótrofos o fotoheterótrofos	Luz	Orgánico	Bacterias purpúreas no sulfúreas.
Quimiolitótrofos o quimioautótrofos	Reacciones químicas	CO₂	Bacterias nitrificantes, bacterias incoloras del azufre.
Quimioorganótrofos o quimioheterótrofos	Reacciones químicas	Orgánico	Animales, hongos, protozoos y muchas bacterias.

1.2. EL ADENOSÍN TRIFOSFATO O ATP

El adenosín-trifosfato o ATP es un ribonucleótido de enorme importancia en el metabolismo, ya que puede actuar como molécula energética, al ser capaz de almacenar o ceder energía gracias a sus dos enlaces éster fosfóricos que son capaces de almacenar, cada uno de ellos, 7,3 Kcal/mol. Al hidrolizarse se rompe el último enlace éster-fosfórico (desfosforilación) produciéndose ADP (adenosín-difosfato) y una molécula de ácido fosfórico (H₃PO₄) que se suele simbolizar como Pi (fosfato inorgánico), liberándose además la energía citada anteriormente:

ATP + H₂O  ADP + Pi + Energía (7,3 Kcal/mol)

El ADP puede ser también hidrolizado, rompiéndose el otro enlace éster-fosfórico, con lo que se liberan otras 7,3 Kcal/mol y se producen AMP (adenosín-monofosfato) y una molécula de ácido fosfórico:

ADP + H₂O  AMP + Pi + Energía (7,3 Kcal/mol)

La síntesis de ATP, que es de vital importancia para los seres vivos, puede realizarse por dos vías:

Fosforilación a nivel de sustrato. La síntesis de ATP se produce gracias a la energía que libera una biomolécula, al romperse alguno de sus enlaces ricos en energía, como ocurre en algunas reacciones de la glucólisis y del ciclo de Krebs. Las enzimas que regulan estos procesos se denominan quinasas.
Mediante enzimas del grupo de las ATP-sintetasas. La síntesis de ATP se produce cuando estas enzimas son atravesadas por un flujo de protones (H⁺). Los procesos implicados en esta síntesis son:

Fosforilación oxidativa: las ATPasas se localizan en las crestas de las mitocondrias.
Fotofosforilación: las ATPasas se localizan en la membrana de los tilacoides en los cloroplastos.

Se dice que el ATP es la moneda energética de la célula, ya que permite almacenar energía de uso rápido. En ocasiones son utilizados para el mismo fin otros ribonucleótidos, como el GTP (guanidín-trifosfato), el UTP (uridín-trifosfato) o el CTP (citidín-trifosfato).

1.3. TIPOS DE REACCIONES EN LAS RUTAS METABÓLICAS

Las reacciones más frecuentes son las siguientes:

Reacciones de óxido-reducción (redox). En ellas hay una transferencia de electrones. La oxidación implica la pérdida de electrones y la reducción la ganancia de electrones. Es de las más frecuentes.
Reacciones de condensación. Se forma una molécula compleja, a partir de metabolitos más simples con la formación de agua como producto de la reacción.
Reacciones de hidrólisis. Consisten en la ruptura de un compuesto en unidades más sencillas en las que participa la molécula de agua.
Reacciones de polimerización. Es la unión de monómeros para formar una macromolécula o polímero.
Reacciones de isomerización. Se produce la reordenación interna en los átomos de una molécula para dar lugar a un isómero.
Reacciones de fosforilación-desfosforilación. Se produce la transferencia de grupos fosfatos de unas moléculas a otras.

1.4. COFACTORES REDOX

Las reacciones del catabolismo son reacciones de oxidación, es decir, de pérdidas de electrones. Dado que la materia que experimenta el catabolismo es materia orgánica, constituida básicamente por C e H, la forma de oxidarse es: mediante la pérdida de átomos de H que se están unidos al C (deshidrogenación) o por ganancia de átomos de oxígeno (oxigenación).

REACCIONES REDOX	Compuesto oxidado	Compuesto reducido
A + BO  AO + B	AO	B
AH + B  A + BH	A	BH
A + B  e^-  A⁺ + B^-	A⁺	B^-

Los átomos de H desprendidos en las reacciones de oxidación son captados por unas moléculas llamadas transportadoras de H, coenzimas redox o cofactores redox, que constituyen el poder reductor:

NAD⁺ (forma oxidada)  NADH (forma reducida) + H⁺
NADP (forma oxidada)  NADPH₂ (forma reducida)
FAD (forma oxidada)  FADH₂(forma reducida)
CoA-SH: coenzima A, transportadora de grupos acilos (R-CO-) procedentes de ácidos orgánicos.

En realidad, el NADH no transporta un átomo de H, sino un ion híbrido, formado por un átomo de H más un e^- (H-=H + e-). Esto equivale al transporte de 2 H, pues el e- adicional se unirá a un protón (H+) del medio y formará otro átomo de H: 1 H + 1 e- + 1 H+ = 2 H. Por simplicidad, en las reacciones se escribe NADH para indicar NADH + H+.

1.5. TIPOS DE CATABOLISMO

Se pueden distinguir dos tipos:

1ª. Respiración. Interviene la cadena transportadora de electrones. Esto permite transferir electrones procedentes de la materia orgánica inicial (la cual se oxida) a un aceptor final, que es un compuesto inorgánico. En función del agente oxidante se distingue:

Respiración aeróbica: el agente oxidante es el oxígeno molecular (O₂), que al reducirse y aceptar electrones y protones forma agua (H₂O)
Respiración anaeróbica: El agente oxidante no es el oxígeno molecular, sino iones como el ion nitrato (NO₃^-) que al reducirse forma el ion nitrito (NO₂^-).

respiración aeróbica

OBJETIVO - CATABOLISMO

2ª. Fermentación. No interviene la cadena transportadora de electrones. Impide transferir los electrones de la materia orgánica inicial a un compuesto inorgánico. Debido a ello el producto final siempre es un compuesto orgánico (por tanto, energéticamente menos eficaz)

2. EL CATABOLISMO DE LOS GLÚCIDOS

La degradación de la glucosa puede hacerse siguiendo diferentes rutas metabólicas que comienzan con el proceso de glucólisis, en el que la glucosa es oxidada para formar dos moléculas de ácido pirúvico. Mediante la glucólisis la célula puede aprovechar una pequeña parte de la energía presente en las moléculas de glucosa para sintetizar ATP y además, reducir moléculas de la coenzima NAD⁺ produciendo NADH.

Básicamente la degradación total de la glucosa es similar a una combustión:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂  6CO₂ + 6H₂O + 36 ó 38 ATP (Energía)

La glucosa llega casa (a la célula) por Difusión facilitada

transporte pasivo (a través de proteínas transportadoras)

En la degradación total, por respiración, de la glucosa y hasta el aprovechamiento completo de toda la energía liberada, se distinguen las siguientes fases:

Glucólisis (se produce en el citosol)
La respiración aerobia (se produce en las mitocondrias). Se distinguen las siguientes etapas:

Descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico (matriz mitocondrial)
Ciclo de Krebs o ciclo de los ácidos tricarboxílicos (matriz mitocondrial)
Transporte de electrones en la cadena respiratoria (mb mitoc interna - crestas)

2.1. GLUCÓLISIS

La glucólisis o ruta de Embden-Meyerhoff es un conjunto de reacciones anaerobias (pues no participa el oxígeno) que tienen lugar en el citosol de la célula. Es una ruta metabólica que pertenece al catabolismo de los glúcidos, en concreto al catabolismo de la glucosa (G). En la glucólisis se degrada la glucosa (con 6C) y se transforma en dos moléculas de ácido pirúvico o piruvato (3 átomos de C cada una). La glucólisis es utilizada por casi todas las células como medio para obtener energía a partir de los glúcidos. Es una ruta muy primitiva que realizan tanto las células procariotas como eucariotas. Cualquiera que sea la fuente de glucosa utilizada (almidón, glucógeno, lactosa, sacarosa), el resultado final será la obtención de 2 moléculas de ácido pirúvico, 2 ATP y 2 NADH + 2 H⁺.

Tiene lugar en el citoplasma

Las diferentes etapas de la glucólisis son:

Fase de preparación: 5 reacciones donde la G se rompe en 2 de gliceraldehído-3-P, gastando 2 ATP G  G6P  F6P  F1,6biP  DHAP + G3P  2 (G3P)

Fase de oxidación: las moléculas de G3P son oxidadas por la coenzima NAD+ para formar ácido 1,3 bifosfoglicérico y NADH +H (dos en total) 2 (G3P)  2 (1,3-biPGli)

Fase de fosforilación: las 2 moléculas de ácido 1,3 bifosfoglicérico se transforman en ácido pirúvico, obteniendo 2 ATP.(4ATP en total) 2 (1,3-biPGli)  2 (3-PGli)  2 (2-PGli)  2 PEP  2 Piruvato

1. La glucosa se fosforila a glucosa-6-fosfato (G6P) gracias a la hidrólisis de una molécula de ATP y a la acción de la enzima hexoquinasa. Se produce la primera reacción de activación de la hexosa.

2. La G6P se isomeriza a fructosa-6-fosfato (F6P) (6C) por la enzima G6P isomerasa.

3. La F6P se fosforila a fructosa-1,6-difosfato (F6biP) gracias a la hidrólisis de una molécula de ATP y por la enzima fosfofructoquinasa. Esta segunda reacción consigue activar suficientemente a esta hexosa para su ruptura posterior.

4. La F6-biP se rompe en dos moléculas por la acción de una aldolasa: el gliceraldehído-3-fosfato (G3P) y la dihidroxiacetona-fosfato (DHAP), ambos de 3 carbonos.

5. El G3P (3C) es el que continúa la ruta. Se fosforila gracias a que se une a un Pi y se oxida, su grupo aldehído en su C1, formándose ácido 1,3-difosfoglicérico (1,3biPGli de 3C) por la acción de la enzima G3P deshidrogenasa que utiliza NAD⁺ como coenzima; los H perdidos van a parar a la coenzima NAD⁺, que se reduce formando NADH + H⁺. La energía liberada en esta oxidación se almacena en el enlace fosfato, rico en energía, de la molécula de ácido 1,3-biPGli (3C). La DHAP (3C) puede isomerizarse a G3P por la enzima trifosfato isomerasa, de modo que a partir del paso 5, los productos de la glucólisis deben multiplicarse por dos.

6. (X2) El ácido 1,3-biPGli (3C) se desfosforila por la acción de la enzima fosfoglicerato quinasa, transformándose en ácido 3-fosfoglicérico (3-PGli, de 3C) y formándose una molécula de ATP por fosforilación a nivel de sustrato.

7. (X2) Se traspasa el grupo fosfórico del 3-PGli (3C) al C2, obteniéndose ácido 2-fosfoglicérico (2-PGli de 3C) por la acción de la enzima fosfoglicerato mutasa.

8. (X2) Se forma un doble enlace en el ácido 2-PGli por la acción de la enzima enolasa obteniéndose ácido fosfoenolpirúvico (PEP) (3C) y una molécula de agua.

9. (X2) Se produce la desfosforilación del PEP, obteniéndose como producto final ácido pirúvico (3C) y una molécula de ATP (también por fosforilación a nivel de sustrato) por la acción de la enzima piruvato quinasa.

BALANCE DE LA GLUCÓLISIS

Glucosa + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD⁺  2 ácido pirúvico + 2 ATP + 2 H₂O + 2 NADH + 2 H⁺

2.2. RESPIRACIÓN AEROBIA DE LA GLUCOSA

La respiración aerobia es el proceso de oxidación total de la glucosa que transcurre en la mitocondria, donde el ácido pirúvico resultante de la glucólisis continúa su oxidación hasta formar CO₂ mediante los procesos de descarboxilación oxidativa y del ciclo de Krebs. Las coenzimas reducidos (NADH y FADH₂) procedente de las deshidrogenaciones que tienen lugar en la glucólisis y en el ciclo de Krebs transfieren los e^- a unos transportadores electrónicos y finalmente al oxígeno molecular (O₂), que es el último aceptor. El balance final de este proceso consiste en la formación de 36 ó 38 ATP según tipo celular.

Descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico-Sistema Piruvato-deshidrogenasa

El ácido pirúvico formado en la glucólisis, pasa del citosol de la célula a la matriz mitocondrial atravesando las membranas externa e interna de las mitocondrias.

Antes de comenzar el ciclo de Krebs, el ácido pirúvico (3C) sufre una oxidación y una descarboxilación. El C1 y los dos oxígenos correspondientes se separan, liberándose una molécula de CO₂ y formándose un grupo acetilo (2C). Esta reacción es catalizada por el sistema enzimático piruvato descarboxilasa o deshidrogenasa, que realmente es un complejo multienzimático de gran tamaño.

En esta reacción se forma una molécula de NADH + H⁺ a partir de la reducción de una molécula de NAD⁺. Como a partir de cada molécula de glucosa que entra en la glucólisis se producen dos moléculas de ácido pirúvico, por cada molécula de glucosa se obtienen dos moléculas de NADH.

Cada grupo acetilo (CH₃-CO-) se une momentáneamente a un compuesto denominado coenzima A: una molécula de gran tamaño que también es un nucleótido. De esta forma se origina el acetil-S-CoA (2C), que iniciará el ciclo de Krebs.👀 Todas las moléculas que sirven de combustible a la célula (como por ejemplo: los ácidos grasos o los aminoácidos) tienen que convertir sus esqueletos carbonados en acetil-CoA para poder incorporarse al ciclo de Krebs y ser oxidados hasta CO₂ y H₂O.👀

Ciclo de Krebs.

El ciclo de Krebs o ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos (CAT o TCA). Este proceso se produce en la matriz mitocondrial, al igual que la descarboxilación oxidativa.

Consiste en una cadena cíclica de reacciones que oxidan completamente los 2 átomos de C del acétil-CoA hasta CO2. El acetil-CoA que inicia el ciclo puede proceder de la oxidación de la glucosa, de ácidos grasos o de los aminoácidos. No precisa O₂. Por cada acétil-CoA oxidado se forman 3NADH, 1FADH2 y 1GTP (=ATP)

1. Competencial. Observa la imagen que resumen el ciclo de Krebs e indica por qué también es conocido como el ciclo de los ácidos tricarboxílicos.

Unión del acetil-S-CoA (2C) con el ácido oxalacético (4C) para formar ácido cítrico o citrato (6C), por la acción de la enzima citrato sintetasa. En esta reacción se incorpora una molécula de agua y se libera el CoA-S. Por tanto, es la molécula de acetil-coA la que se oxida completamente en este ciclo.
El ácido cítrico se isomeriza a ácido isocítrico (6C) por la acción de la enzima aconitasa.
El ácido isocítrico se descarboxila y se oxida perdiendo H, formándose ácido α-cetoglutárico (5C). Esta reacción es catalizada por la enzima isocitrato deshidrogenasa y produce la liberación de una molécula de CO₂ y la reducción de una molécula de NAD⁺ a NADH + H⁺.
El ácido α-cetoglutárico (5C) se descarboxila (libera un CO₂) y deshidrogena u oxida, formándose succinil-CoA (4C) por la enzima cetogutarato deshidrogenasa y produciéndose la reducción del NAD⁺ a NADH + H⁺. Para esta reacción debe incorporarse una molécula de CoA-S.
El succinil-CoA pierde el CoA-S y se transforma en ácido succínico (4C) por la acción de la enzima succinil-CoA sintetasa, liberándose energía suficiente para fosforilar (a nivel de sustrato) una molécula de GDP y formar un GTP.
El ácido succínico se oxida a ácido fumárico (4C) por la acción de la enzima succinato deshidrogenasa (está en la mb mit int, no en la matriz) y produce la reducción de FAD a FADH₂.
El ácido fumárico se hidrata y se transforma en ácido málico (4C) por la acción de la fumarasa.
El ácido málico se oxida y se transforma en ácido oxalacético (4C) por la acción de la malato deshidrogenasa, con la consiguiente reducción de una molécula de NAD⁺ a NADH + H⁺. Esta reacción cierra el ciclo de Krebs al restaurar el ácido oxalacético con el que se inició al unirse al acetil-CoA.

BALANCE DE LA DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA Y CICLO DE KREBS

Ácido pirúvico + 2 H₂O + 4 NAD⁺ + FAD + GDP + Pi  3 CO₂ + 4NADH + 4 H⁺ + FADH₂ + GTP

En el balance no se tiene en cuenta el CoA, ya que a lo largo del ciclo entra y sale sin alterar el resultado.

Como en el ciclo de Krebs penetra un compuesto de dos C (el acetil-S-CoA) y se producen dos descarboxilaciones (pasos 3 y 4), la molécula queda totalmente degradada, además, como en la glucólisis se forman dos moléculas de ácido pirúvico, para la degradación total de una molécula de glucosa son necesarias dos vueltas del ciclo de Krebs.

Canción ciclo de Krebs

Rap facultad

Cadena respiratoria: Fosforilación oxidativa

El balance energético de la glucólisis y del ciclo de Krebs es bastante reducido en cuanto a moléculas energéticas formadas (2 ATP + 2 GTP), pero sin embargo, en estas dos fases del catabolismo se han reducido varias moléculas de coenzimas como el NAD⁺ y el FAD que se han convertido en NADH + H⁺ y FADH₂.

El denominado transporte de electrones en la cadena respiratoria es la última etapa de la respiración aerobia. Su finalidad es la oxidación de las coenzimas reducidas (NADH + H⁺ y FADH₂) y consiste en una cadena de moléculas orgánicas, que se reducen y se oxidan, a medida que se van traspasando unas a otras los protones (H⁺) y los electrones procedentes del NADH y del FADH₂. Este proceso tiene lugar en la membrana interna de las mitocondrias (en las crestas mitocondriales).

Esta serie de moléculas que se reducen y se oxidan (por ganancia y pérdida de electrones) se llama cadena transportadora de electrones o cadena respiratoria. En ella los e^- fluyen a favor de potencial de oxido-reducción, desde los coenzimas reducidos (NADH y del FADH₂) hasta el O₂. Consta de 4 sistemas o complejos multiproteicos:

Sistema I o Complejo NADH deshidrogenasa, que transporta simultáneamente e^- y H⁺. Un par de e^- del NADH pasan al coenzima Q (CoQ) mediante el nucleótico flavín nucleótido o FMN y centro Fe-S. La coenzima Q une el Sistema I con el sistema II.
Sistema II o Complejo succinato deshidrogenasa (del CAT). Pasa los e^- de la FADH₂ a CoQ

Sistema III o Complejo citocromo b-c₁. Transporta e^- del CoQ al Cit b y de éste a los Cit c₁ y c.
Sistema IV o Complejo citocromo oxidasa (citocromos a-a₃). contienen los citocromos a y a3, con iones Cu. Recoge los e^- del citocromo c y, a través de a y a₃, los lleva al O₂, que se une a 2 protones (H+) de la matriz para dar H₂O.

El transporte de e^- es posible porque cada transportador tiene un potencial de óxido-reducción (tendencia a dar e^- ) inferior al anterior y superior al siguiente. El potencial de reducción o potencial redox se expresa en voltios y en valores tanto más negativos cuanto mayor sea.

En células eucariotas, la cadena respiratoria se encuentran en las crestas mitocondriales de la mb int en el mismo orden que se han citado. Lógicamente, en procariotas se localizan en la MP.

Los transportadores de la cadena respiratoria se encuentran, pues, en el mismo orgánulo donde se lleva a cabo el ciclo de Krebs, existiendo una dependencia mutua de sustratos entre éste y la cadena respiratoria. La cadena respiratoria no puede iniciarse sin las coenzimas reducidas (NADH + H⁺ y FADH₂) que se producen en el ciclo de Krebs y éste no puede desarrollarse sin las coenzimas oxidadas (NAD⁺ y FAD) que se producen en la cadena respiratoria. Así por ejemplo, el NADH + H⁺ cede sus protones y e^- al complejo NADH deshidrogenasa (con FMN), éste los cede a la coenzima Q, ésta cede sólo los e^- al citocromo b y, posteriormente, los e^- van pasando a los citocromos c₁, a y a₃. Finalmente, en la respiración aerobia, los e^- son cedidos del citocromo a₃ al oxígeno molecular, que es el aceptor final de electrones.

Cada transportador de e^- de la cadena se oxida al ceder e^- y el siguiente se reduce al aceptarlos. Como la energía liberada durante la oxidación es mayor que la consumida para la reducción, en cada paso hay un sobrante de energía que se invierte en el bombeo de protones (H⁺), en contra de gradiente, desde la matriz mitocondrial al espacio intermembrana, por eso tanto en el Sistema I, Sistema III y Sistema IV se bombean protones hacia el espacio intermembrana. Se piensa que por cada par de e^- que recorre la cadena respiratoria completa se bombean 10 H⁺ hacia el espacio intermembrana.

El modelo más aceptado para explicar la fosforilación oxidativa es la hipótesis quimiosmótica de Mitchell. Según esta teoría, la energía liberada se invierte en provocar un bombeo de protones (H⁺) desde la matriz mitocondrial hasta el espacio intermembrana como se ha comentado anteriormente. Esto induce al establecimiento de un gradiente electroquímico, es decir origina una diferencia de concentración y de carga eléctrica a ambos lados de la mb interna. Cuando los protones (H⁺) en exceso localizados en el espacio intermembranoso vuelven a favor de gradiente a la matriz mitocondrial, lo hacen atravesando el canal interno de las partículas F₀ (que atraviesa la BL) de los complejos enzimáticos ATP sintetasas, suministrándoles la energía (fuerza protrón-motriz) necesaria para la síntesis de ATP (parte F1-catálisis rotación). Este proceso se denomina fosforilación oxidativa.

En la cadena respiratoria por cada NADH + H⁺ que ingresa en la cadena respiratoria se obtienen 3 ATP, mientras que a partir de un FADH₂ sólo se obtienen 2 ATP, ya que el FADH₂ se incorpora a la cadena respiratoria en el sistema II. Al final de la cadena respiratoria aeróbica los e^- y los H⁺ se unen al O₂ y forman H₂O.

Sistema II no incluido en dibujo (Pasa los e^- de la FADH₂ a CoQ) por no bombear H⁺ al espacio intermb.

Balance global de la Respiración aerobia

En la glucólisis, por cada molécula de glucosa que es degradada se forman dos moléculas de ácido pirúvico, 2 NADH y 2 ATP.
En el sistema piruvato deshidrogenasa y el ciclo de Krebs se producen 1 GTP (equivalente a 1 ATP), 4 NADH y 1 FADH₂. Si las dos moléculas de ácido pirúvico inician el ciclo de Krebs, todos los productos de éste hay que multiplicarlos por dos: 2 GTP (equivalentes a 2 ATP), 8 NADH y 2 FADH₂.
Las coenzimas reducidas pueden ingresar en la cadena respiratoria e inducir la fosforilación oxidativa y la formación de ATP. Como a partir de cada NADH se originan 3 ATP y a partir de cada FADH₂ se originan 2 ATP por fosforilación oxidativa, si multiplicamos los datos por el poder reductor obtenido anteriormente veremos que en la oxidación completa de la molécula de glucosa se obtienen 38 ATP, dos de las cuales se han formado en el citoplasma y las 36 restantes en las mitocondrias. Además, de las 38 moléculas de ATP, 34 se han formado en las ATP sintetasas por fosforilación oxidativa y 4 por fosforilación a nivel de sustrato (2 en la glucólisis y 2 en el ciclo de Krebs).

Como el ATP es capaz de almacenar una energía de aproximadamente 7 Kcal/mol, resulta que la degradación total de un mol de glucosa (180 g) rinde 266 Kcal.

38 moles de ATP x 7 Kcal/mol ATP = 266 Kcal

Por tanto la fórmula general de la respiración aerobia de la glucosa se resume en:

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂  6 CO₂ + 6 H₂O + 38 o 36 ATP

Nota: 2 de los NADH son formados en el citoplasma durante la glucólisis. Para ser transportados a la matriz mitocondrial, con el fin de poder ser oxidados, por la cadena transportadora de electrones, tienen que pasar por medio de transporte activo al interior de la mitocondria, mediante un sistema lanzadera. Esto le "cuesta" a la célula 1 ATP por NADH. Por lo tanto el balance final resulta en 36 ATP por glucosa y no 38 ATP.

Nota: Si además de la entrada del NADH tenemos en cuenta que la entrada del piruvato, así como del ADP y el ácido fosfórico (Pi) a la mitocondria, conlleva gasto energético, por ello se calcula que x cada NADH se obtienen 2,5 ATP en lugar de 3; y por cada FADH2 serían 1,5 ATP. Así, el balance real sería de 30 o 32 ATP por glucosa.

Respiración anaerobia:

Hay bacterias que en vez de realizar la fermentación son capaces de oxidar por completo la glucosa sin que intervenga el oxígeno. Al igual que en la respiración aerobia, en la anaerobia existe una cadena de transporte de e^- (en la membrana plasmática), la diferencia consiste en que el último aceptor de e^- es una sustancia distinta del oxígeno: compuestos nitrogenados (nitratos y nitritos), compuestos de azufre u otros compuestos inorgánicos. No podemos hablar de fermentación porque la oxidación de la materia orgánica es completa, como además existe una cadena de transporte de e^-, este proceso se denomina respiración anaerobia.

2.3. FERMENTACIÓN:

CONCEPTO

La fermentación es un proceso catabólico en el que no interviene la cadena respiratoria, además, el aceptor final de H⁺ y de e^- no es una molécula inorgánica, sino que es un compuesto orgánico, por lo que la fermentación siempre da entre sus productos finales un compuesto orgánico (aún con energía). Se trata de un proceso anaeróbico, ya que no interviene el oxígeno, además su rendimiento energético es muy bajo, ya que sólo se sintetizan los 2 ATP de la glucólisis por fosforilación a nivel de sustrato y no intervienen las ATPasas, luego no hay fosforilación oxidativa.

El poder reductor sintetizado en la glucólisis (NADH + H⁺), al no poder oxidarse en la cadena respiratoria, debe ser consumido al final del proceso de fermentación para evitar el bloqueo del proceso por falta de coenzimas oxidadas (NAD⁺).

Las fermentaciones son propias de ciertos microorganismos (ciertas levaduras y bacterias), aunque algunas, como la fermentación láctica, puede realizarse en el tejido muscular estriado de los animales cuando no llega suficiente oxígeno a las células.

Tipos de fermentaciones

Según sea la naturaleza del producto final, se distinguen varios tipos de fermentaciones. Las más importantes son la fermentación alcohólica, la fermentación láctica, la fermentación butírica y la pútrida o putrefacción.

FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA

Es la transformación del ácido pirúvico obtenido en la glucólisis a etanol y dióxido de carbono. Se produce cuando algunos organismos, por ej levaduras (Género Saccharomyces), que están catabolizando la glucosa (de un líquido rico en ella, por ej: mosto de la uva) mediante respiración, agotan el oxígeno disponible y continúan el catabolismo mediante fermentación. Dos ETAPAS.

se transforma la G mediante la glucólisis en dos moléculas de ácido pirúvico.
se produce la fermentación alcohólica, transformándose el ácido pirúvico en acetaldehído y dióxido de carbono. Posteriormente el acetaldehído es reducido a etanol por la enzima alcohol deshidrogenasa, que necesita el poder reductor, NADH, sintetizado en la glucólisis.

El balance global de la fermentación alcohólica es:

Glucosa + 2ADP + 2Pi  2 Etanol + 2 CO₂ + 2 ATP

OJO. La reacción anterior la llevan a cabo las levaduras en anaerobiosis. El alcohol ingerido en humanos es metabolizado por la enzima:

BEBER ALCOHOL

alcohol deshidrogenasa que cataliza la conversión de etanol (el componente principal del alcohol) en acetaldehído. Dicho acetaldehído (un subproducto tóxico, carcinogénico y mutagénico) aumentan considerablemente, tras la ingesta de alcohol, en el hígado, donde tiene lugar la mayor parte del metabolismo del alcohol. Parte del metabolismo del alcohol también ocurre en otros tejidos, incluyendo el páncreas y el cerebro, causando daño a las células y tejidos.
acetaldehído deshidrogenasa el transforma el acetaldehído tóxico en ácido acético (acetato), que luego puede ser metabolizado más fácilmente por el organismo.

Propuesta PAU 25 Extremadura. Biomoléculas (1,5 puntos) y Genética molecular (1 punto). Aunque la pregunta puede parecer de metabolismo veréis que no - importancia de leer bien.

La acetaldehído-deshidrogenasa mitocondrial es una enzima que participa en la degradación del etanol oxidando el acetaldehído, que es tóxico, hasta ácido acético. El NAD+ es una molécula que aparece asociada de forma no covalente a la parte proteica de la acetaldehído-deshidrogenasa para que pueda desarrollar su función enzimática. Responda a las siguientes cuestiones:

A.- Desde el punto de vista bioquímico, ¿en qué grupo de biomoléculas se encuadra el NAD+ (0,25 puntos) y cuál es su función? (0,25 puntos). Visto en Tema 5

B.- ¿Cuál es la base nitrogenada que forma parte de la molécula de NAD+ y que también aparece en el ADN y el ARN? (0,25 puntos) ¿A qué grupo de bases nitrogenadas pertenece? (0,25 puntos). (Visto en tema 6)

C.- Cuando se eleva la temperatura hasta 80ºC, la acetaldehído-deshidrogenasa deja de funcionar. Describa el proceso que ha sucedido y a qué molécula (NAD+ o parte proteica) de la enzima afecta. (0,5 puntos). (Visto en tema 4)

D.- El gen ALDH2 codifica el polipéptido de la acetaldehído-deshidrogenasa y se localiza en el cromosoma 12. En personas asiáticas los niveles de la enzima suelen ser muy bajos y la tolerancia al alcohol, mínima. Describa dos tipos de mutaciones que puedan causar esta deficiencia (1 punto). Se verá en el tema 13.

IMPORTANCIA DE LA FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA PARA LA INDUSTRIA

La fermentación alcohólica la realizan las levaduras del género Saccharomyces, que son anaerobias facultativas. Dependiendo de la especie de levadura se puede llegar a obtener cerveza, whisky, ron, pan (Saccharomyces cerevisiae), vino (S. ellypsoideus) y sidra (S. apiculatus).

Algunos productos extremeños con Denominación de Origen, elaborados mediante este tipo de fermentación son los vinos con Denominación de Origen Ribera del Guadiana, que se subdivide en seis zonas, por lo que algunos vinos que pertenecen a esta Denominación de Origen son los vinos de Cañamero, Montánchez, Matanegra, ribera alta y baja del Guadiana y Tierra de barros. Como productos secundarios, en la elaboración de bebidas alcohólicas, se pueden producir también otras muchas moléculas orgánicas como la glicerina, ácido succínico y ácido acético. Esto explica las diferencias que se pueden encontrar entre los productos de las distintas fermentaciones alcohólicas.

FERMENTACIÓN LÁCTICA

En esta fermentación el ácido pirúvico producido en la glucólisis se transforma directamente en ácido láctico, por la acción de la enzima lactato deshidrogenasa que precisa el NADH + H⁺, producido también en la glucólisis, oxidándose para formar NAD⁺. Este proceso ocurre si determinados microorganismos inician la fermentación de la lactosa de la leche, lo que produce un descenso del pH (ácido láctico) y la coagulación (desnaturalización) de la caseína de la leche.

El principal glúcido existente en la leche es la lactosa, por lo que para producirse la fermentación láctica, la lactosa debe transformarse en glucosa. Para ello la lactosa se convierte en una molécula de glucosa y otra de galactosa por la acción de la enzima lactasa. Posteriormente la galactosa se isomeriza a glucosa convirtiéndose toda la lactosa en glucosa.

El balance global de la fermentación láctica es la siguiente:

Glucosa + 2 ADP + 2 Pi  2 Ácido láctico + 2 ATP

IMPORTANCIA DE LA FERMENTACIÓN LÁCTICA PARA LA INDUSTRIA

Los microorganismos que realizan esta fermentación son las bacterias Lactobacillus casei, L bulgaricus, Streptococcus lactis y especies de Leuconostoc. Mediante este tipo de fermentación se obtienen productos derivados de la leche, como el queso, el yogur, el requesón y el kéfir.

Algunos productos extremeños con Denominación de Origen elaborados mediante este tipo de fermentación son la amplia gama de quesos que podemos encontrar repartidos por toda nuestra geografía como el queso de los Ibores, el queso de la Serena o la torta del casar.

Antes se pensaba que este tipo de fermentación era el origen de las agujetas en las fibras musculares estriadas de los animales, cuando no hay suficiente oxígeno (O₂ insuficiente para aportarlos al ciclo de Krebs) para efectuar un sobreesfuerzo físico, y el ácido pirúvico procedente de la glucólisis no puede oxidarse de manera aerobia, transformándose en ácido láctico. La acumulación de ácido láctico (genera fatiga muscular) da lugar a la formación de unos pequeños cristales que pinchan el músculo (agujetas). Hoy se piensa que, el origen de las mismas, son microrroturas de las fibras musculares (técnicamente roturas de los sarcómeros musculares). El láctico acumulado se oxidará posteriormente cuando haya suficiente oxígeno.

CONCLUSIONES SOBRE LAS FERMENTACIONES

El producto final es un componente orgánico reducido (que contiene H), que todavía podría ser oxidado obteniéndose más energía, pt, se dice que en la fermentación la oxidación de la glucosa no es completa.
Se obtiene 2 ATP, siempre en la primera fase o glicólisis.
El balance neto de coenzimas (NADH) es nulo, ya que el coenzima reducido (NADH) obtenido en la glicólisis es oxidado en la 2º fase.
Es siempre un proceso anaeróbico.
Son propias de microorganismos (ciertas levaduras y bacterias); aunque también la fermentación láctica se puede llevar a cabo en el tejido muscular de los animales cuando no llega suficiente oxígeno a las células. (fermentación alcohólica no se da en animales.)

Competencial - Resolver en clase. Razonar en clase EBAU 24 Extremadura - eritrocitos (carecen de mitocondrias... y núcleo)

Mod25 Oviedo. Resolver en clase. Pregunta 4. Opción B. La gráfica indica dos vías de obtención de energía en células musculares durante el ejercicio

a. ¿Qué dos vías metabólicas se representan con los colores rojo y azul? Indica dos diferencias entre estas dos vías (1 punto)

b. Indica qué ocurre a los 10 segundos (primera línea discontinua), a los 38 segundos (segunda línea discontinua) y a los 70 segundos (tercera línea discontinua) (1 punto)

c. ¿Cuál de las dos vías se utilizará para obtener energía en una competición de ejercicio breve y muy intenso, como los cien metros lisos en atletismo? Justifica la respuesta. (0.5p)

5. Mod PAU25-C.Mancha.

Durante la elaboración del queso o yogurt, la caseína (proteína presente en la leche) se desnaturaliza por el metabolismo de las bacterias Lactobacillus bulgaricus y Streptococcus thermophilus, debido a la conversión de la lactosa en ácido láctico, lo cual acidifica el medio.

a. Defina el término “desnaturalización”. ¿Qué factores pueden causar la desnaturalización?

b. Las bacterias mencionadas, ¿son organismos aerobios o anaerobios? Justifique su respuesta.

c. Comente dos diferencias entre respiración y fermentación.

Llegado a este punto es importante... recurrente en PAU

DIFERENCIAR ENTRE FOSFORILACIÓN A NIVEL DE SUSTRATO
Y FOSFORILACIÓN OXIDATIVA.

La fosforilación a nivel de sustrato es la síntesis de ATP acoplada a una 1.reacción exergónica sin intervención de la enzima ATP-sintasa. Está mediada por 2.enzimas quinasas que añaden físicamente un Pi al ADP (3.fosforilación directa) y se produce, por ejemplo, en el ciclo de Krebs o en la glucólisis; constituye únicamente una pequeña parte del total de ATP producido en la célula (2ATP Y 2GTP respectivamente). 4.Los NAD y FAD se reducen. No requieren oxígeno. Se incluyen aquí las fermentaciones.

La fosforilación oxidativa es el proceso por el que se forma ATP mediante 1.reacciones redox, es decir, como resultado de la transferencia de electrones desde el 4 = coenzimas reducidos = NADH o del FADH2 - estos se oxidan cediendo sus electrones finalmente al O2 a través de una serie de 2.transportadores de electrones (cadena de trasporte electrónico de las crestas mitocondriales o MP en procariotas). Se genera en dicho trasporte electrónico un gradiente de H+ - electroquímico HIPÓTESIS QUIMIOSMÓTICA DE MITCHELL - que aprovecha la ATP sintetasa para fosforilar ADP (3.fosforilación indirecta). En los organismos aeróbicos, esta es la principal fuente de ATP - Respiración.

El tercer tipo de fosforilación es la fotofosforilación que la veremos en anabolismo.

2.4. DIFERENCIAS ENTRE LAS VÍAS AEROBIA Y ANAEROBIA PARA LA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA

	Respiración aerobia	Respiración anaerobia	Fermentación
¿Necesitan oxígeno?	SI	NO	NO
Sustrato que pueden oxidar	Cualquier biomolécula orgánica y también diversas moléculas inorgánicas	Cualquier biomolécula orgánica	Principalmente glúcidos y proteínas
Primer aceptor de los protones y de los electrones	NAD⁺	NAD⁺	NAD⁺
Aceptor final de los hidrógenos (H⁺ y e^-)	O₂	Se trata de moléculas inorgánicas como el SO₄^2- o el NO₃^-…	Es una molécula orgánica que generalmente proviene del mismo sustrato
Productos en los que se transforman los aceptores finales de H⁺ y e^-	H₂O	SH₂, NO₂^-, H₂…	Algún compuesto orgánico como etanol, ácido láctico…
Productos en los que se transforma el carbono del sustrato	Generalmente da CO₂	Generalmente da CO₂	Algún compuesto orgánico como etanol, ácido láctico. Puede aparecer también CO₂
¿Son capaces de obtener ATP al oxidar el NADH?	SI	SI	NO. Carece de cadena respiratoria.
Energía que se obtiene de una glucosa	Hasta 38 ATP	Hasta 38 ATP	Variable, normalmente unos 2 ATP

CATABOLISMO DE LÍPIDOS. B OXIDACIÓN DE LOS ÁCIDOS GRASOS.

Los lípidos desempeñan muchas funciones en la célula, una es suministrar energía, sobre todo a partir de triglicéridos. Los triglicéridos sufren una lipólisis, una hidrólisis que produce glicerina y ácidos grasos.

La glicerina entrará directamente en la glucólisis como Gliceraldehido 3P -DHAP
Los ácidos grasos se activarán añadiéndoles CoA, formando un acil graso-CoA. Luego, estos sufrirán una ß-oxidación en las mitocondrias (células animales) o en los peroxisomas (células animales y vegetales). En mitocondrias de células vegetales no - si en los glioxisomas.
La ß-oxidación de los ácidos grasos dará lugar a moléculas de acetil-CoA, que seguirán la ruta del ciclo de Krebs.

Por tanto, en la formación de cada Acetil CoA se gerera poder reductor en forma de 1 FADH2 y 1 NADH + H
Los últimos 2 C ya son Acetil CoA, por tanto, no formarán este poder reductor, no se oxidan.
Los Acetil CoA se dirigen a la matriz mitocondrial y entran en el Ciclo de Krebs o de los TCA descarboxilándose oxidativamente generando 3NADH y 1 FADH2 y generando por fosforilación a nivel de sustrato un GTP.
Por tanto, un ácido graso saturado de 18C generará:

Ciclos de Beta oxidación: se liberan 9 moléculas de acetil-CoA, y se generan 8 FADH2 y 8 NADH.
En ciclo de Krebs los 9 Acetil CoA generarán: 9 x 3 = 27 moléculas de NADH, 9 x 1 = 9 moléculas de FADH2 y 9 x 1 = 9 moléculas de GTP/ATP.
Beta Oxidación ( 8 FADH2 y 8 NADH) + Ciclo de Krebs ( 9FADH2 y 27NADH y 9 GTP) = 17 FADH2 + 35 NADH + 9 GTP.
ATP total si la Beta oxidación es en aerobiosis, es decir, pasa por la cadena respiratoria seria 17 FADH2 = 34 ATP + 35 NADH = 105ATP + 9 GTP = 9ATP. TOTAL = 34 + 105 + 9 = 148 ATP.
Si Consideramos que se obtienen en la cadena respiratoria por cada FADH2 = 1.5 ATP. y por cada NADH = 2.5 ATP (más ajustado a la realidad por el gasto energéticos de las moléculas hasta la mitocondria) el resultado seria: 17x1.5 + 34x2,5 + 9 = 120 ATP.

NOTA. En estos cálculos no se tiene en cuenta el glicerol, sólo un ácido graso saturado de 18C.

Los ácidos grasos son mucho más energéticos que la glucosa

(más del doble por gramo - 9Kcal/g - glúcidos 4kcal/g

1 palmítico (16 C) produce unos 140 ATP (106 con datos más realistas)

hacer en clase - Mod PAU25-C.León

3. ANABOLISMO AUTÓTROFO: FOTOSÍNTESIS

La fotosíntesis es un proceso (anabólico) de biosíntesis de moléculas orgánicas, a partir de moléculas inorgánicas, para el cual es necesario la contribución de la luz solar. La fotosíntesis la realizan los organismos autótrofos como son las plantas, las algas, las cianobacterias y las bacterias fotosintéticas (purpúreas y verdes), que obtienen así la materia y energía (química) necesaria para realizar las funciones vitales. En los eucariontes tiene lugar en los cloroplastos, mientras que, en los procariontes en los repliegues, mesosomas, de su MP.

La fotosíntesis consta de dos fases:

La fase luminosa o fotoquímica en la que se sintetiza la energía química (ATP y NADPH + H⁺) necesaria para la siguiente fase, a partir de la energía luminosa.
Y la fase oscura o biosintética en la que se fija el carbono atmosférico y se forman compuestos orgánicos en el ciclo de Calvin gracias a una enzima denominada RUBISCO.

El objetivo de la fase luminosa o fotoquímica consiste en convertir la energía lumínica (energía solar - fotones = fotoquímica) en energía química (ATP y NADPH + H⁺), necesaria para la siguiente fase.
El objetivo de la fase oscura o biosintética consiste en la síntesis de materia orgánica a partir de inorgánica (CO₂, H₂O…), para ello se necesita la energía (ATP y NADPH + H⁺) sintetizada en la fase luminosa. Se libera oxígeno O₂.

La fórmula general de la fotosíntesis es la inversa a la que vimos para la respiración celular, por lo tanto, la síntesis de una molécula de glucosa se puede resumir en:

6 CO₂ + 6 H₂O  Luz solar  C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

3.1. CONCEPTOS GENERALES

Una vez desarrollado el concepto de fotosíntesis, que es el proceso responsable del anabolismo autótrofo, vamos a definir otros conceptos relacionados con este proceso:

Clorofila: es un tipo de pigmento que participa en la captación de energía solar necesaria para la fotosíntesis. Está formado por un anillo de porfirina, que tiene un átomo de Mg²⁺ y una cadena de fitol, un lípido que favorece la unión a los fosfolípidos de la membrana tilacoidal. Hay varios tipos de clorofila, por ejemplo, la clorofila a y clorofila b que absorben la luz azul y roja respectivamente.

Pienso ¿Si le falta magnesio a la planta...? falta de clorofila = hojas amarillentas, crecimiento atrofiado/anómalo

Fotosistemas (PS): son complejos moleculares formados por proteínas transmembranosas y pigmentos fotosintéticos que se localizan en la mb de los tilacoides. En ellos se produce: la captación de la energía solar y la liberación de e^- de alta energía. Un PS está compuesto por un complejo captador de luz o antena y un centro de reacción, junto con un dador y un aceptor de e^-.

El 1.complejo antena está formado por varios cientos de moléculas de clorofila a y b y de algunos otros pigmentos fotosintéticos como los carotenoides o las xantofilas. Todos se encargan de captar fotones de luz, de diferentes longitudes de onda, y formar así una especie de antena para atrapar fotones. Así, cuando estas moléculas se excitan al captar un fotón, transfieren energía de excitación a otra molécula cercana, hasta que finalmente, dicha energía es transferida a la molécula de pigmento situada en el centro de reacción.

El 2. centro de reacción contiene dos moléculas de clorofila a, denominada pigmento diana, que al recibir la energía captada por los pigmentos de la antena transfiere sus electrones a otra molécula, denominada primer aceptor de electrones, que los cederá a su vez, a otra molécula externa al fotosistema (integrante de una cadena de transporte electrónico). El pigmento diana es capaz de iniciar una reacción de transferencia de e^- (reacción redox) y reponer los e^- perdidos a partir de otra molécula denominada primer dador de e^-.

En la membrana de los tilacoides existen dos tipos de FS:

Fotosistema I (PS I). Se localiza principalmente en los tilacoides intergrana o del estroma. El centro de reacción contiene dos moléculas de clorofila a denominadas P₇₀₀ puesto que tienen su punto de máxima absorción a una longitud de onda de 700 nm. Este fotosistema no puede romper la molécula de agua para liberar e^- al medio.
Fotosistema II (PSII). Se localiza en los tilacoides apilados de la grana. Su centro de reacción contiene dos moléculas de clorofila a, denominadas P₆₈₀ ya que tienen su máxima absorción a una longitud de onda de 680 nm. Este PS sí puede romper la molécula de agua para liberar e^- al medio que repondrán los que ha cedido el pigmento diana del centro de reacción al aceptor primario de electrones (la feofitina (Pheo)).

Cuando la luz solar incide sobre las mb tilacoidales, simultáneamente se absorbe energía en los pigmentos antena de ambos PS, excitando los centros de reacción de cada uno de ellos. Los e^- de los pigmentos diana de ambos centros son transferidos a un 3.aceptor primario de e^- (el aceptor primario del PSI es la clorofila A₀ y el del PSII es la feofitina (Pheo)), sin embargo una vez cedido los e^- estas moléculas de clorofila del centro de reacción necesitan recuperar los e^- perdidos, por lo que deben tener una molécula 3.donadora de e^- (del PSI es la plastocianina (PC) y la del PSII es el agua).

3.2. FASE LUMINOSA O FOTOQUÍMICA:
FOTOFOSFORILACIÓN CÍCLICA Y ACÍCLICA.

En los organismos que realizan la fotosíntesis, el aparato fotosintetizador se encuentra en los cloroplastos, concretamente en la membrana de los tilacoides. Dicho aparato está constituido por 4 tipos de Eª denominadas:

Fotosistema I (PSI),
fotosistema II (PSII),
cadena transportadora de electrones y
enzimas ATP-sintetasas.

FOTOFOSFORILACIÓN ACÍCLICA U OXIGÉNICA

En esta fotofosforilación los dos PS actúan en serie y los e- siguen un flujo lineal desde el agua hasta el NADP+, que se reduce a NADPH. El flujo e^- genera energía con la que se produce ATP. Pt, suceden 3 procesos:

la fotólisis del agua,
la fotofosforilación del ADP y
la fotorreducción del NADP.

Todo se inicia con la llegada de 2 fotones al PSII. Recolectados por el complejo antena y conducidos al pigmento diana, la clorofila P680, que pierde tantos e^- como fotones se han absorbidos. Los e^- son captados por la feofitina (Pheo) que es el aceptor primario del PSII, luego pasan a otros aceptores como la plastoquinona (PQ). Para reponer estos e^- de la clorofila P680, se produce la hidrólisis de moléculas de agua = fotólisis del agua. Pt, el agua actúa como dador de e^- al pigmento diana y liberando, de forma residual, O₂.

H₂O  1/2 O₂ + 2 H⁺ + 2 e^-

Ello ocurre en la cara interna de la mb de los tilacoides, hacia el espacio tilacoidal. Los 2 e^- liberados por cada molécula de agua (molécula donadora de e^- del fotosistema) son transferidos a las clorofilas a P680 del centro de reacción y los 2 H⁺ quedan libres en el interior del tilacoide. La plastoquinona (PQ), al recibir los dos e^- de la feofitina, se activa y capta dos H⁺ del estroma = PQH_2. Luego, al transferir sus e^- al complejo citocromo b₆-f, introduce 2 H⁺ en el tilacoide. El complejo citocromo b₆-f introduce también más H⁺ del estroma al interior del tilacoide (actúa como bomba de H⁺), contribuyendo a crear una diferencia de potencial electroquímico a ambos lados de la mb. El interior del tilacoide llega a estar a pH = 5 y el estroma a pH = 8. Esta situación se resuelve, según la hipótesis quimiosmótica de Mitchell, con la salida de H⁺ desde el tilacoide hacia el estroma a través de las enzimas ATP-sintetasas, con la consiguiente síntesis de ATP, que se acumula en el estroma. Es lo que se denomina fotofosforilación del ADP.

Al incidir 2 fotones en el PSI, la clorofila P700 se excita y pierde 2 e^- que son captados por el aceptor primario del PS, la clorofila A₀ que se los transfiere a la filoquinona (Q) y ésta a la ferredoxina (Fd) y otros aceptores posteriores. Los e^- perdidos por la clorofila P700 son repuestos por la Plastocianina (PC) que los recibe del citocromo b₆-f antes mencionado. La ferredoxina pasa los dos e^- a la enzima NADP⁺ reductasa, que se activa, capta 2 H⁺ del estroma y se los transfiere junto con los dos e^-, a un ión NADP⁺ del estroma, que se reduce a NADPH + H⁺; es lo que se denomina fotorreducción del NADP⁺.

ESQUEMA EN Z

Fotones (luz)  PSII (P680) libera e^- cadena transp e^- (Feofitina, PQ, Cit-b₆-f y PC) introduc H⁺al tilacoide 

Los e- perdido por el PSII son aportados por el H2O = fotolisis

Fotones (luz)  PSI (P700) libera e^- cadena transp e^-(clorofila A₀, Q, Fd a la Fd-NADP-reductasa)  NADPH

Los e^- perdidos por el PSI son aportados por la Plastocianina PC.

FOTOFOSFORILACIÓN CÍCLICA o ANOXIGÉNICA

En esta fase el único proceso que ocurre es la fotofosforilación del ADP. En la fase luminosa cíclica interviene únicamente el fotosistema I (PSI), creándose un flujo cíclico de e^- que en cada vuelta da lugar a la síntesis de ATP. Como no interviene el fotosistema II, no hay fotólisis del agua y, por lo tanto, no hay reducción del NADP⁺, ni se desprende oxígeno. Sólo se obtiene ATP.

La finalidad de esta fase cíclica es subsanar el déficit de ATP obtenido en la fase acíclica para realizar posteriormente la fase oscura o independiente de la luz (para fijar 1C se necesitan 3ATP y 2NADPH, por tanto para fijar 6C - fabricar un Glucosa - se necesitan 18ATP y 12NADPH. De esos 18 ATP, 2 son producidos por fotofosforilación cíclica o anoxigénica)

Cuando se ilumina con u na longitud de onda superior a los 680nm, lo que se denomina rojo lejano, sólo se produce el proceso cíclico. Al incidir los fotones sobre el PSI, la clorofila p700 se excita y libera los e^-, que llegan a su aceptor primario, la clorofila A₀ que los transfiere a la filoquinona (Q) y ésta a la ferredoxina (Fd), la cual los pasa a la plastoquinona (PQ) que capta 2 H⁺ y pasa a (PQH₂). La PQ reducida cede los e^- al citocromo b₆-f e introduce dos H⁺ en el tilacoide. Finalmente los H⁺ al salir a través de las ATP-sintetasas, provocan la síntesis de ATP. La plastocianina (PC) retorna los e^- a la clorofila P700 al recibirlos del citocromo b₆-f.

interesante vídeo

3.3. FASE OSCURA O BIOSINTÉTICA: CICLO DE CALVIN

Esta fase recibe este nombre porque no necesita luz solar, no porque deba realizarse en la oscuridad, de hecho, suele realizarse de día pues es cuando se producen ATP y NADPH. En la fase oscura o biosintética se utiliza la energía (ATP) y el NADPH obtenido en la fase luminosa para sintetizar materia orgánica a partir de sustancias inorgánicas como el dióxido de carbono atmosférico (fuente de carbono se utiliza). Es pues un proceso anabólico y reductor.

La síntesis de compuestos de C, glúcidos ppalmente, se realiza mediante un proceso cíclico, descubierto por el bioquímico M. Calvin, por lo que recibe el nombre de Ciclo de Calvin y se desarrolla en el estroma del cloroplasto. En el ciclo de Calvin se pueden distinguir tres etapas diferenciadas:

Fijación del CO₂ atmosférico. El CO₂ llega al estroma y allí se une a la pentosa = ribulosa-1,5-bisfosfato, gracias a la enzima RibUlosa BISfosfato Carboxilasa Oxidasa, conocida también como RuBisCO (enzima más abundante del planeta. Es lenta, por ello, se necesita en grandes cantidades = el 50% de las proteínas del cloroplasto son Rubisco) y da lugar a un compuesto muy inestable de 6C, que se disocia rápidamente en 2 moléculas de ácido 3-fosfoglicérico. Se trata de moléculas con 3C, por los que las plantas que suelen seguir esta vía metabólica se suelen denominar plantas C3.

Reducción del CO₂ fijado. Mediante el consumo de ATP y del NADPH obtenidos en la fase luminosa, el ácido 3-fosfoglicérico es reducido a gliceraldehído 3-fosfato. La mayor parte se invierte en regenerar la ribulosa 1-5-difosfato y el resto en otras biosíntesis, como por ej la síntesis de glúcidos (glucosa), ácidos grasos y aminoácidos.

Regeneración de la ribulosa 1,5-difosfato. Se realiza a partir del gliceraldehído 3-fosfato, mediante un proceso complejo llamado ciclo de las pentosas fosfato.

no estudiar el ciclo

En el ciclo de Calvin, por cada CO₂ incorporado se precisan 2 NADPH y 3 ATP. La fase oscura es, pues, un proceso puramente bioquímico, no requiere la presencia de luz, ni siquiera de clorofila.

BALANCE GLOBAL DE LA SÍNTESIS DE COMPUESTOS DE CARBONO (GLUCOSA)

Ecuación general de las reacciones dependientes de la luz (fase acíclica y cíclica):

12 H₂O + 12 NADP⁺ + 18 ADP + 18 P_i6 O₂ + 12 NADPH + 12 H⁺ + 18 ATP

Ecuación general de las reacciones independientes de la luz:

12 NADPH + 12 H⁺ + 18 ATP + 6 CO₂ C₆H₁₂O₆ + 12 NADP⁺ + 18 ADP + 18 P_i

Por cada NADP⁺ que se reduce durante la fase luminosa acíclica son necesarios 2 e^- y 2 H⁺, procedentes de la fotólisis de una molécula de agua. Esto da lugar a 2 e^- y como cada uno requiere el impacto de 2 fotones, uno en el fotosistema I y otro en el fotosistema II, en total se necesitan 4 fotones.
Por cada CO₂ que se incorpora al ciclo de Calvin se requieren 2 NADPH y 3 ATP, pt, para la síntesis de una molécula de glucosa son necesarios 12 NADPH y 18 ATP. Para conseguir 12 NADPH en la fase luminosa acíclica se hidrolizan 12 moléculas de agua. Por cada molécula de agua hidrolizada se introducen 4 H⁺ en el tilacoide, lo que hace un total de 48 H⁺. Y por cada 3 H⁺ que salen por la ATP-sintetasa se produce un ATP. Por tanto, en total se producen 16 ATP. Como se necesitan 18 ATP para sintetizar una molécula de glucosa, los dos ATP que faltan deben de producirse mediante la fase luminosa acíclica.

Procediendo a la simplificación de los elementos comunes en ambos lados de las ecuaciones acopladas, se obtiene la ecuación global simplificada de la fotosíntesis:

6 CO₂+ 6 H₂O  C₆H₁₂O₆+ 6 O₂

3.4. LA FOTORRESPIRACIÓN

La fotorrespiración tiene lugar cuando el ambiente es cálido y seco, y los estomas de las hojas se cierran para evitar la pérdida de agua. Entonces, el oxígeno producido en la fotosíntesis alcanza grandes concentraciones. En estas condiciones, la enzima rubisco actúa con función oxidasa y oxida la ribulosa 1,5, difosfato (5C) dando ácido 3 fosfoglicérico (3C) y ácido glicólico (2C). Éste pasa a los Peroxisomas - Glioxisomas (orgánulos implicados en reacciones de oxidación que contienen enzima oxidativos, como la catalasa. Son reacciones que no generan ATP, pero sí calor), donde por cada 2 moléculas de ácido glicólico se obtiene una de ácido fosfoglicérico y una de CO2. Por ser un proceso que consume O2 y desprende CO2 y además, producirse sólo en presencia de luz, se denomina fotorrespiración. Este proceso resulta pues muy perjudicial ya que reduce en un 50% la capacidad fotosintética de la planta.

RESUMEN ACCIONES METABÓLICAS DE LA RUBISCO:

Si [CO₂]>[O₂], la rubisco actúa como carboxilasa: fija una molécula de CO₂ a la RuDP y forma dos moléculas de 3PG (que pasaN al ciclo de Calvin)
Si [CO₂]<[O₂], la rubisco actúa como oxigenasa: incorpora O2 a la RuDP, que se rompe en una molécula de 3GP (que pasa al ciclo de Calvin) y otra de ácido fosfoglicólico, que pasa a los glioxisomas y a las mitocondrias, liberando una parte de sus átomos de carbono en forma de CO₂. Esto supone una pérdida de la eficacia del proceso fotosintético (1 3GP =50% de eficacia)

3.5.FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FOTOSÍNTESIS

Intensidad luminosa. La actividad fotosintética aumenta con la intensidad luminosa hasta alcanzar un límite máximo característico de cada especie.
Temperatura. Como norma general, a mayor temperatura, mayor actividad fotosintética, hasta que se llega a un máximo (variable según las especies de climas cálidos, templados o fríos), superado el cual se pueden desnaturalizar algunas enzimas. La temperatura óptima variará de unas especies a otras.
Concentración de CO₂. A mayor concentración de CO₂ mayor actividad fotosintética, hasta que se llega a un punto en el que se estabiliza, debido a la saturación de la RUBISCO.
Concentración de O₂. Al aumentar la concentración de O₂ baja el rendimiento de la fotosíntesis debido a que la RUBISCO (fotorrespiración) es una enzima muy sensible al aumento en las concentraciones de O₂ gas que la inhibe.
Humedad ambiental. Cuando hay escasez de agua, los estomas (aberturas de la epidermis de las zonas verdes de las plantas superiores) se cierran para evitar pérdidas de agua por transpiración, lo cual dificulta el paso de CO₂ y la actividad fotosintética disminuye por la fotorrespiración.
Fotoperíodo. El rendimiento está en relación directa a las horas de exposición a la luz = estaciones.
Color de la luz. Si iluminamos la planta con luz roja (longitud de onda superior a 680nm), no actúa el fotosistema II y sólo se estimula el fotosistema I, lo que produce fotofosforilación cíclica, y el rendimiento fotosintético es mucho menor.

3.6. IMPORTANCIA BIOLÓGICA DE LA FOTOSÍNTESIS, del ANABOLISMO AUTÓTROFO.

Es uno de los procesos anabólicos más importantes que ocurren en la biosfera, por siguiente:

Se transforma la materia inorgánica en materia orgánica, indispensable para todos los organismos. A partir del CO₂ atm, fuente de C abundante, pero que no todos los seres vivos pueden utilizar, los organismos fotosintéticos forman compuestos orgánicos utilizables por todos los organismos, incluidos por ellos mismos.
Se transforma la energía luminosa en energía química, que es usada por la práctica totalidad de los seres vivos. La fotosíntesis constituye el primer eslabón en los procesos de transformación de la energía.
El O₂ se libera como un producto residual, pero es utilizado por la mayoría de los organismos en la respiración celular. La mayor parte del O₂ terrestre procede de las algas que forman parte del plancton marino (en su origen, el O2 atmosférico procedía de las Cianobacterias).

4. QUIMIOSÍNTESIS (quimioautótrofos)

La quimiosíntesis = proceso por el que se sintetiza materia orgánica, a partir de materia inorgánica, utilizando la energía liberada en reacciones químicas (sin necesidad de luz). La realizan un reducido nº de bacterias (del nitrógeno, del azufre, del hidrógeno y del hierro) y en ella podemos distinguir dos fases:

En la 1ª fase se obtiene ATP y poder reductor a partir de la oxidación de compuestos inorgánicos sencillos, obviamente reducidos.
En la 2ª fase la energía obtenida en la fase anterior es utilizada para reducir compuestos inorgánicos, transformándolos en orgánicos. Es muy similar a la fase oscura de la fotosíntesis.

Ejemplo quimiosíntesis de bacterias del azúfre (reducen el suflfuro de hidrógeno)

CO₂ + O₂ + 4H₂S CH₂O (formaldehído) + 4S + 3H₂O

4.1. PAPEL BIOLÓGICO DE LOS ORGANISMOS QUIMIOSINTÉTICOS:

Muchos de los compuestos reducidos que utilizan estos organismos (NH₃ o H₂S), proceden de la descomposición de la materia orgánica procedente de organismos productores y consumidores. Al oxidarlos, los transforman en sales minerales (nitratos, sulfatos) que pueden ser absorbidos por los productores, plantas, cerrando así los ciclos biogeoquímicos y posibilitando al vida en la Tierra.

Concretamente los siguientes grupos de organismos quimiosintéticos intervienen en diferentes procesos del funcionamiento de los ecosistemas:

Las bacterias nitrificantes cierran el ciclo del N y contribuyen a que los suelos sean ricos en nitrato (NO^3-), compuesto que las plantas necesitan para asimila/sintetizar sus aminoácidos.
La capacidad de acidificación que tienen las bacterias del azufre se puede aprovechar para desalcalinizar suelos muy calcáreos.

ANABOLISMO HETERÓTROFO (no prioritario)

La célula realiza multitud de procesos anabólicos, entre los que destacan:

Biosíntesis de aminoácidos y proteínas: algunos aa pueden ser sintetizados a partir de precursores. Los aa esenciales deben tomarse en la dieta. A partir de aa se sintetizan proteínas: traducción en ribosomas.
Biosíntesis de ácidos nucleicos: ADN y ARN. Duplicación y transcripción.
Biosíntesis de ácidos grasos o lipogénesis: Se realiza en el citosol, a partir de acetil-CoA procedente del catabolismo de otras biomoléculas. También se sintetizan otros lípidos.
Biosíntesis de glucógeno: glucogenosíntesis. En el citosol, a partir de glucosa-6-fosfato.
Gluconeogénesis: síntesis de glucosa a partir de moléculas más sencillas. Las plantas pueden sintetizar azúcares a partir de ácidos grasos mediante el ciclo del glioxilato, en los glioxisomas. Este es un ciclo inverso a la glucólisis, salvo algunas reacciones (se parte de pirúvico hasta dar Glucosa)

Modelos PAU25 BLOQUE C – METABOLISMO.

1. EBAU 2024 Ord. 5. Razone si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas:

Las levaduras llevan a cabo la fermentación alcohólica para obtener energía mediante un proceso de fosforilación oxidativa (0,5 puntos)
El fotosistema II se encarga de realizar la fotolisis del agua para desprender H2 (0,5 puntos)
Si se construye una planta de maíz que sea portadora de genes de otra planta de maíz estamos ante un organismo transgénico (0,5 puntos) - En Tema 13
La ligasa y Cas9 son herramientas moleculares necesarias para clonar un gen en un plásmido (0,5 puntos) En tema 13

2. EBAU 2024 Ord. 6. Los eritrocitos carecen de mitocondrias, pero pueden llevar a cabo el catabolismo de la glucosa. Indique:

Indique qué ruta catabólica de la glucosa emplean estas células para obtener energía y razone si este proceso requiere la presencia de oxígeno (0,25 puntos).
¿Cuál es el rendimiento final en moléculas de ATP y de NADH+H+ de este proceso metabólico? (0,5 puntos).
Los eritrocitos excretan al plasma de la sangre ácido láctico ¿Cómo se denomina el proceso bioquímico por el que se produce este compuesto? (0,25 puntos)
Indique el nombre y la función de dos proteínas que formen parte del citoesqueleto celular (1 punto)

3. EBAU 2024 Extraord.5. Respecto al proceso fotosintético:

Defina fotosistema e indique dos de sus componentes moleculares (0,3 puntos)
Explique razonadamente la influencia de dos factores que modulen el proceso de la fotosíntesis (0,2 puntos)
¿En qué orgánulo y en qué parte concreta de este orgánulo sucede la fase de biosíntesis de glúcidos durante la fotosíntesis? (0,5 puntos) ¿Cómo se denomina la enzima más importante de esta ruta y cuál es su función? (0,5 puntos)
Según la hipótesis quimiosmótica de la fotofosforilación, ¿en qué zona del tilacoide se acumulan los H+? (0,2 puntos) ¿Qué enzima lleva a cabo el proceso de síntesis de ATP y en qué parte del tilacoide se localiza? (0,3 puntos)

4. EBAU 2024 Extraord. 6. Respecto al metabolismo:

Indique dos diferencias entre anabolismo y catabolismo y ponga un ejemplo de cada uno de estos procesos metabólicos. (0,6 puntos).
Diferencie entre fosforilación a nivel de sustrato y fosforilación oxidativa (0,2 puntos) e indique un orgánulo en el que suceda esta última (0,2 punto).
Describa dos procesos biotecnológicos tradicionales en los cuales sea importante utilizar microorganismos que posean una elevada actividad fermentativa (1 punto)

5. Mod PAU25-C.Mancha.

Durante la elaboración del queso, la caseína (proteína presente en la leche) se desnaturaliza por

el metabolismo de las bacterias Lactobacillus bulgaricus y Streptococcus thermophilus, debido a la

conversión de la lactosa en ácido láctico, lo cual acidifica el medio.

a. Defina el término “desnaturalización”. ¿Qué factores pueden causar la desnaturalización?

b. Las bacterias mencionadas, ¿son organismos aerobios o anaerobios? Justifique su respuesta.

c. Comente dos diferencias entre respiración y fermentación.

6. Mod PAU25-C.Mancha.
Dadas las siguientes imágenes, escoja una y responda a sus apartados (a-d o bien e-h).

Resuma brevemente el proceso que se lleva a cabo en la estructura 1.
Nombre la estructura 2 y resuma brevemente el proceso que se lleva a cabo en ella.
Relacione los siguientes términos con alguna de las estructuras señaladas con los números de 1 al 6: ADN, Rubisco, membrana interna, fotosistema.
Diga qué estructura es la señalada con el número 7 y en qué se diferencia de las que existen en el citoplasma celular, fuera del cloroplasto.

7. Mod PAU25-Cantabria Pregunta 8 [1,25 puntos]

Los ácidos grasos son una importante fuente de carbono y energía para la célula. ¿Cómo se denomina el proceso por el que se incorporan al ciclo de Krebs? Nombre y explique brevemente las diferentes fases en que se divide, y su localización intracelular.

8. Mod PAU25-Cantabria Pregunta 9 [1,25 puntos]

¿En qué consiste la glucólisis? Dibuje la reacción global de la glucólisis, indicando el nombre de todos los elementos que forman parte de la reacción. ¿Cuáles son los dos tipos de degradación que puede seguir el producto final de la glucólisis? Compárelos a nivel de productos finales y cantidad de energía generada.

9. Mod PAU25-Cantabria Pregunta 10 [1,25 puntos]

¿Qué proceso se encuentra representado en la Figura 1? Nombre los espacios intracelulares A y B, y los compuestos B, C, D, E, F, G y H. ¿Cuál es la fuente de energía que permite la síntesis del compuesto H?

Mod Similar.

La imagen siguiente corresponde a una membrana en la que se lleva a cabo un transporte de electrones acoplado con la síntesis de ATP:

a) Indica los nombres de los elementos señalados con números.

b) ¿A qué membrana y a qué orgánulo corresponde

10. Mod PAU25-C.León Pregunta 3.2. Metabolismo (2 opciones a elegir 1) (1,5 puntos)

Opción 3.2.A. Relacionado con la β-oxidación de los ácidos grasos:

A partir de un ácido graso saturado de 18 átomos de carbono, ¿Cuántas moléculas de acetil-CoA se liberan? ¿Cuántos FADH2 y NADH se generan? (1,0)
¿En qué orgánulo/s se produce? ¿Cuál es el destino de las moléculas de acetil-CoA originadas en la -oxidación dentro de la respiración aerobia de los ácidos grasos? (0,5)

Opción 3.2.B. En la fotosíntesis:

Indicar en qué fase se produce la fotólisis del agua. ¿Cuáles son los productos resultantes de la descomposición del agua? Indicar el papel de cada uno. (1,0)
¿Cuál es el compuesto aceptor de CO2 en el ciclo de Calvin? ¿Qué enzima cataliza la fijación de CO2? (0,5)

11. Mod PAU25-País Vasco. Opción 4A

En relación con la imagen adjunta, conteste las siguientes cuestiones:

a) (1,0 punto) Indique el nombre de las estructuras u orgánulos celulares señalados por flechas y representados por números.

b) (0, 5 puntos) Indique una función de la estructura señalada con el número 1. ¿Cuál es el componente mayoritario de dicha estructura?

c) (0,5 puntos) Cite la principal función de los orgánulos señalados con los números 3 y 9.

d) (0,3 puntos) Indique los números correspondientes a tres orgánulos o estructuras que contengan ADN.

e) (0,2 puntos) Corrección gramatical y ortográfica. Uso de terminología apropiada

Opción 4B

En lo concerniente al catabolismo que tiene lugar en la célula, responda a las siguientes preguntas:

a) (0,45 puntos) ¿Qué es la glucolisis?

b) (0,45 puntos) ¿En qué consiste la descarboxilación oxidativa del piruvato?

c) (0,45 puntos) ¿Cuál es la procedencia del acetil-CoA que se incorpora al ciclo de Krebs?

d) (0,45 puntos) ¿Qué coenzimas reducidos se forman en el ciclo de Krebs?

e) (0,45 puntos) ¿Cuál es la finalidad de la cadena respiratoria?

f) (0,25 puntos) Corrección gramatical y ortográfica. Uso de terminología apropiada

12. Mod PAU25-Madrid 1.- Respecto a los procesos metabólicos y la Biotecnología:

El metabolismo es el conjunto de procesos químicos y biológicos que ocurren en las células de los seres vivos para mantener sus funciones vitales, favoreciendo la supervivencia, la reparación celular y el crecimiento. Dentro de este, se pueden distinguir dos tipos principales: el metabolismo aeróbico y el anaeróbico. El metabolismo aeróbico permite las actividades cotidianas y prolongadas del organismo y es típico en ejercicios de baja intensidad y larga duración, como caminar o correr a un ritmo moderado. Sin embargo, el metabolismo anaeróbico proporciona energía rápida a las células en situaciones de demanda extrema y es dominante en ejercicios de alta intensidad y corta duración, como el levantamiento de pesas o los esprints.

a) Nombre los metabolitos señalados con los números del “1” al “4” del esquema y razone brevemente si los procesos representados hacen referencia a procesos catabólicos o anabólicos (0,5)

b) Nombre las vías metabólicas señaladas con las letras “A”, “B” y “C” del esquema y explique cuál/cuáles de ellas podrían darse en un ejercicio de baja intensidad y cuál/cuáles de ellas en uno de alta intensidad (0,5 puntos).

c) Indique qué vías metabólicas puede seguir el piruvato en ausencia de oxígeno y mencione un proceso industrial en el que esté implicada cada una de ellas (0,5 puntos).

d) Indique cómo se denomina la enfermedad por la que las células no pueden utilizar la molécula “1” y cómo puede ayudar la biotecnología a las personas que la padecen para que puedan utilizar dicha molécula (0,5 puntos).

Solución aparatado d.

DIABETES, que consiste en la incapacidad para producir insulina en la células Beta pancreáticas. Esta es una hormona crucial para el metabolismo de la glucosa, ya que actúa como una “llave” que permite a la glucosa ingresar a las células. Sin suficiente insulina o sin una respuesta adecuada a ella, los niveles de glucosa en sangre pueden aumentar, lo que lleva a múltiples complicaciones de salud.

La biotecnología puede ofrecer soluciones para ayudar a las personas con diabetes a utilizar mejor la glucosa. Algunas de las estrategias incluyen:

La insulina sintética producida mediante técnicas de ADN recombinante ha revolucionado el tratamiento para la diabetes tipo 1.
Estas investigaciones están en curso para corregir o sustituir los genes defectuosos responsables de la producción de insulina o mejorar la capacidad del cuerpo para utilizar la glucosa.
La biotecnología también ha permitido la creación de dispositivos que monitorean continuamente los niveles de glucosa en sangre, lo que permite a los pacientes ajustar su ingesta de insulina y su dieta más eficazmente.
La investigación en células madre sugiere la posibilidad de regenerar las células beta del páncreas, que son las responsables de producir insulina.

13. Mod PAU25-Andalucía En relación con la figura adjunta:

Escriba el nombre de la ruta metabólica representada con el número 3 [0,3] y del intermediario metabólico señalado con el número 2 [0,2].
Nombre la molécula representada con el número 1 [0,2].
Indique de dónde proceden las moléculas de CO2 que se obtienen en el proceso 3 [0,2].
Nombre los destinos (A, B y C) que puede seguir el piruvato [0,3].
Describa la estructura del orgánulo representado y cite dos de sus componentes [0,6]. Indique en qué tipo de células se encuentra [0,2].

PREGUNTAS EBAU BLOQUE C – METABOLISMO.

1. EBAU 2017. 5. Catabolismo y anabolismo: concepto de ambos y nombre de un ejemplo de proceso de cada uno de ellos (1p)

2. EBAU 2023. 3. Respecto al metabolismo:

Indique dos diferencias entre anabolismo y catabolismo. (0,5 puntos)
¿En qué proceso metabólico participa la enzima piruvato-deshidrogenasa? (0,5 puntos)
¿En qué ruta metabólica participa la enzima ribulosa-(1,5)-difosfato-carboxilasa (Rubisco)? (0,5 p)
Razone con cuál de estos procesos se asocia la fosforilación oxidativa: (0,5 puntos)

Síntesis de ATP en la mitocondria
Fermentación de la glucosa para producir etanol

3. EBAU 2023. 5. Conteste los siguientes apartados.

A. Relacione los siguientes procesos metabólicos con su localización en la célula eucariota: (1 punto)

1) Matriz mitocondrial a) Glucólisis

2) Citosol b) Fase oscura fotosíntesis

3) Crestas mitocondriales c) Cadena respiratoria

4) Estroma d) Fase luminosa de la fotosíntesis

5) Tilacoides e) Ciclo de Krebs

4. EBAU 2016. 4. Glucólisis:

Localización celular.(0,5p)
Balance del proceso.(1p)
Vías metabólicas a las que pertenece o participa.(0,5p)
EBAU 2015.3. Concepto.(0,5p)
EBAU 2015.3. Esquema indicando las principales reacciones del proceso.(1p)

5. EBAU 2022. 5. Relacionado con el metabolismo celular:

Defina el concepto de glucólisis e indique las moléculas iniciales y productos finales de esta ruta metabólica (1 p)
Localización celular donde tiene lugar el ciclo de Krebs. (0,5 puntos)
Cite las coenzimas que se originan en esta etapa e indique su destino (0,5 puntos)

6. EBAU 2012.3. Describa, de forma concisa, la Glucólisis. (2p)

7. EBAU 2022. 5.. Indique dos diferencias entre cada par de procesos metabólicos.

Fermentación y respiración celular. (0.5 puntos)
Catabolismo y anabolismo. (0.5 puntos)
Fermentación láctica y alcohólica. (0.5 puntos)
Fotosíntesis y quimiosíntesis. (0.5 puntos)

8. Mod EBAU.23. 4. Defina e indique en qué parte de la célula eucariota se llevan a cabo los siguientes procesos

A. Ciclo de Calvin B. Ciclo de Krebs C. Traducción D. Replicación o duplicación (0,5 puntos cada)

9. Mod EBAU.22. 7.-Responda las siguientes cuestiones:

Señale dos diferencias entre: -Catabolismo y Anabolismo. (0,5 puntos)
Cite la localización celular de los siguientes procesos metabólicos: -Ciclo Calvin -Ciclo de Krebs (0,5 p)
Defina los tipos de mutaciones según la extensión del material genético afectado. (1 punto).

Mod EBAU 2021. 3.4.- Conteste a las siguientes cuestiones sobre el Ciclo de Krebs (0.5 puntos cada apartado):

Vía metabólica a la que pertenece.
Nombre el compartimento celular en el que transcurre y cite el sustrato que se incorpora al ciclo
Indique una finalidad de dicho ciclo y diga si se trata de una vía aerobia o anaerobia
Balance global de esta etapa.

10. Mod EBAU 2018. 4. Ciclo de Krebs: (2 puntos)

Concepto. (0,5 puntos)
Vía metabólica a la que pertenece. (0,5 puntos)
Principales reacciones. (1 punto)

Mod EBAU 2020. 7. Fosforilación oxidativa y cadena respiratoria (2 puntos).

11. EBAU 2019. 2. Mitocondria y metabolismo

En una mitocondria, localiza cada uno de sus componentes. (1 punto)
Di en qué consiste y dónde tienen lugar los procesos del Ciclo de Krebs. (0,5 puntos)
Di en qué consiste y dónde tienen lugar los procesos de la cadena respiratoria. (0,5 puntos)

12. EBAU 2016. 2. EBAU 2015. 4. EBAU 2013. 2. Ciclo de Krebs. Responda a las siguientes cuestiones: (0,5p x4)

Vía metabólica a la que pertenece.
Localización celular del proceso.
Molécula de inicio.
Moléculas que se producen.

13. Mod EBAU 2020. 4. Conteste a las siguientes cuestiones:

Establezca dos diferencias entre los procesos de respiración y fermentación (1 punto).
Indique una función de los siguientes orgánulos celulares: REL y Lisosoma (1 punto).

14. EBAU 2021. 3. En relación con la fermentación:

Concepto de fermentación alcohólica y fermentación láctica. Ecuación global de cada proceso. (1 punto)
Cite un proceso industrial en el que se requiera la fermentación láctica y el tipo de microorganismo que lo realiza y otro proceso industrial en el que se requiera la fermentación alcohólica y el tipo de microorganismos que lo realiza. (1 punto)

15. Mod EBAU 2020. 7. Fermentación alcohólica:

Reacción química del proceso (0.5 puntos).
Balance energético (0.5 puntos).
Microorganismos que realizan la fermentación alcohólica (0.5 puntos).
Cite un proceso industrial en el que se necesite este tipo de fermentación (0.5 puntos).

16. EBAU 2017. 2. EBAU 2015. 4. Fermentación alcohólica:

Concepto (0,5p)
¿Qué microorganismo realizan fermentación alcohólica? Indica un proceso industrial en el que intervenga la fermentación alcohólica. (0,5p)
Ecuación (o esquema) global del proceso. (1p)

17. EBAU 2014.3. EBAU 2011.3. Fermentación.

Concepto.(0,5p)
Tipos.(1,5p)

18. EBAU 2021. 4. En relación con el anabolismo responda a las siguientes preguntas:

Concepto de fotosistema. (0,5 puntos)
Estructura del fotosistema. (1 punto)
Tipos de fotosistemas. Explique brevemente en qué se diferencian. (0,5 puntos)

19. Mod EBAU 2021. 3.4.- Referente al proceso fotosintético:

Defina fotosistema e indique las diferencias entre los dos tipos de fotosistemas. (1 punto).
Explique la finalidad del ciclo de Calvin y enumere sus etapas. (1 punto).

20. EBAU 2020. 9. Conteste a las siguientes cuestiones:

Indique la fase en la que actúan y la función que desempeñan en la fotosíntesis: un fotosistema (0,5 puntos) y la ribulosa 1,5 difosfato carboxilasa (rubisco) (0,5 puntos).
Defina: Antígeno (0,5 puntos). Anticuerpo (0,5 puntos).

21. Mod EBAU 2020. 8. Fase luminosa acíclica: Describe todo el proceso (2 puntos).

22. EBAU 2019. 2. Fotofosforilación cíclica y no cíclica: (1 punto cada apartado)

Conceptos y objetivo de ambas.
Descripción breve de los procesos.

23. EBAU 2018. 2. Cloroplasto.

Estructura del cloroplasto.(1p)
Localización y finalidad de los procesos ligados a la fase oscura y a la fase luminosa de la fotosíntesis.(1p)

24. EBAU 2018. 2. EBAU 2015. 4. EBAU 2013. 3. Conteste qué función desempeñan en la fotosíntesis:

La clorofila. (0,5 puntos)
La ATP sintetasa. (0,5 puntos)
Un fotosistema. (0,5 puntos)
La ribulosa 1,5-difosfato carboxilasa (Rubisco). (0,5 puntos)

25. EBAU 2016. 2.

Define clorofila y fotosistema (1p)

26. EBAU 2014.3.

Opción A. Principales tipos de reacciones que tienen lugar en la fase luminosa de la fotosíntesis.(2p)

Opción B. Fotofosforilación cíclica.

Concepto.(0,5p)
Descripción esquemática del proceso.(1,5p)

27. EBAU 2012.3. Conteste, brevemente, a las siguientes cuestiones sobre la fotosíntesis: (0,5px4)

Concepto.
¿Qué es un fotosistema?
Objetivos de la fase luminosa.
Objetivos de la fase oscura.

28. EBAU 2011.3. Concepto de:

Fosforilación oxidativa.
Fotofosforilación cíclia..

29. EBAU Observa el siguiente esquema de un orgánulo celular y responde a las siguientes preguntas.

¿De qué orgánulo, que se encuentra en el citoplasma de las células, se trata?
¿Qué procesos representan los señalados como 1, 2, 3, 4, 5? Explícalos brevemente.
¿Cuál es el origen del ácido pirúvico?

Buscar este blog

2º BACHILLERATO - BIOLOGÍA - IEDC

UD 11. METABOLISMO. BLOQUE C.

BLOQUE C. METABOLISMO.

UNIDAD 11: EL METABOLISMO: CATABOLISMO Y ANABOLISMO

UNIDAD 11: EL METABOLISMO: CATABOLISMO Y ANABOLISMO

EL METABOLISMO CELULAR

CONCEPTO DE METABOLISMO: CATABOLISMO Y ANABOLISMO

Tipos de organismos

1.2. EL ADENOSÍN TRIFOSFATO O ATP

1.3. TIPOS DE REACCIONES EN LAS RUTAS METABÓLICAS

1.4. COFACTORES REDOX

1.5. TIPOS DE CATABOLISMO

2. EL CATABOLISMO DE LOS GLÚCIDOS

2.1. GLUCÓLISIS

2.2. RESPIRACIÓN AEROBIA DE LA GLUCOSA

Descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico-Sistema Piruvato-deshidrogenasa

Ciclo de Krebs.

Cadena respiratoria: Fosforilación oxidativa

Respiración anaerobia:

2.3. FERMENTACIÓN:

CONCEPTO

Tipos de fermentaciones

FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA

FERMENTACIÓN LÁCTICA

2.4. DIFERENCIAS ENTRE LAS VÍAS AEROBIA Y ANAEROBIA PARA LA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA

CATABOLISMO DE LÍPIDOS. B OXIDACIÓN DE LOS ÁCIDOS GRASOS.

3. ANABOLISMO AUTÓTROFO: FOTOSÍNTESIS

3.1. CONCEPTOS GENERALES

3.2. FASE LUMINOSA O FOTOQUÍMICA:
FOTOFOSFORILACIÓN CÍCLICA Y ACÍCLICA.

3.3. FASE OSCURA O BIOSINTÉTICA: CICLO DE CALVIN

3.4. LA FOTORRESPIRACIÓN

3.5.FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FOTOSÍNTESIS

3.6. IMPORTANCIA BIOLÓGICA DE LA FOTOSÍNTESIS, del ANABOLISMO AUTÓTROFO.

Comentarios

Publicar un comentario

Entradas populares de este blog

UD1. BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS INORGÁNCIAS.

UD9. LOS ORGÁNULOS CELULARES

UD 11. METABOLISMO. BLOQUE C.

BLOQUE C. METABOLISMO.

UNIDAD 11: EL METABOLISMO: CATABOLISMO Y ANABOLISMO

UNIDAD 11: EL METABOLISMO: CATABOLISMO Y ANABOLISMO

EL METABOLISMO CELULAR

CONCEPTO DE METABOLISMO: CATABOLISMO Y ANABOLISMO

Tipos de organismos

1.2. EL ADENOSÍN TRIFOSFATO O ATP

1.3. TIPOS DE REACCIONES EN LAS RUTAS METABÓLICAS

1.4. COFACTORES REDOX

1.5. TIPOS DE CATABOLISMO

2. EL CATABOLISMO DE LOS GLÚCIDOS

2.1. GLUCÓLISIS

2.2. RESPIRACIÓN AEROBIA DE LA GLUCOSA

Descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico-Sistema Piruvato-deshidrogenasa

Ciclo de Krebs.

Cadena respiratoria: Fosforilación oxidativa

Respiración anaerobia:

2.3. FERMENTACIÓN:

CONCEPTO

Tipos de fermentaciones

FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA

FERMENTACIÓN LÁCTICA

2.4. DIFERENCIAS ENTRE LAS VÍAS AEROBIA Y ANAEROBIA PARA LA PRODUCCIÓN DE ENERGÍA

CATABOLISMO DE LÍPIDOS. B OXIDACIÓN DE LOS ÁCIDOS GRASOS.

3. ANABOLISMO AUTÓTROFO: FOTOSÍNTESIS

3.1. CONCEPTOS GENERALES

3.2. FASE LUMINOSA O FOTOQUÍMICA:FOTOFOSFORILACIÓN CÍCLICA Y ACÍCLICA.

3.3. FASE OSCURA O BIOSINTÉTICA: CICLO DE CALVIN

3.4. LA FOTORRESPIRACIÓN

3.5.FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FOTOSÍNTESIS

3.6. IMPORTANCIA BIOLÓGICA DE LA FOTOSÍNTESIS, del ANABOLISMO AUTÓTROFO.

Comentarios

Publicar un comentario

Entradas populares de este blog

UD1. BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS INORGÁNCIAS.

UD9. LOS ORGÁNULOS CELULARES

3.2. FASE LUMINOSA O FOTOQUÍMICA:
FOTOFOSFORILACIÓN CÍCLICA Y ACÍCLICA.