Misión 8: el metabolismo

concepcioncostalopez
9 feb 2019
38 Min. de lectura

Actualizado: 9 feb 2019

¡Buenas tardes a todos! En la misión de hoy hablaremos sobre el metabolismo de las células. Primero os haré un pequeño resumen para poneros en situación...

En el interior de las células tienen lugar un complejo sistema de reacciones químicas necesarias para la supervivencia de la célula y del organismo entero. Este conjunto de reacciones se llama metabolismo.

En el catabolismo, las moléculas más complejas se transforman en otras más sencillas, liberando energía, y en el anabolismo, a partir de moléculas más simples y de energía se sintetizan otras más complejas.

En las células todo se está transformando constantemente y la energía que se desprende al romperse las moléculas se almacena en forma de ATP.

Las enzimas catalizan de forma específica determinadas reacciones bioquímicas.

Por otro lado, la vida en nuestro planeta es posible gracias a la fotosíntesis, que realizan las algas y las plantas. La fotosíntesis es un proceso por el cual se convierte la energía luminosa en energía química, que se utiliza para la síntesis de moléculas orgánicas.

Los pigmentos fotosintéticos, como las clorofilas, las xantofilas y los carotenoides, son moléculas que absorben la radiación solar para iniciar reacciones químicas.

Una vez hecha la explicación introductoria, nos centraremos más en el tema de esta misión.

La célula realiza intercambios de materia y energía con su entorno: Sintetizando todas las sustancias necesarias para mantener sus estructuras celulares en buen estado y realizando sus funciones vitales.

Las diferentes reacciones químicas del metabolismo se denominan vías metabólicas y son muy parecidas en todos los seres vivos. Las moléculas que intervienen en este proceso se denominan metabolitos.

Las sustancias finales de una vía metabólica son los productos y las pequeñas vías metabólicas que enlazan entre sí las grandes vías reciben el nombre de metabolismo intermediario.

En el metabolismo celular se distinguen dos fases (dos grupos de rutas metabólicas):

🔎El catabolismo: es el conjunto de reacciones que tienen como objetivo la obtención de energía y moléculas precursoras a partir de otras más complejas. Los procesos catabólicos son de degradación, y producen energía química, por tanto son reacciones exergónicas.

🔎El anabolismo: es el conjunto de reacciones que tienen por objetivo la síntesis de moléculas complejas a partir de moléculas precursoras sencillas y energía. Los procesos anabólicos son sintéticos y consumen energía, por tanto son reacciones endergónicas.

Ambas fases están relacionadas, ya que la energía que se produce durante el catabolismo, así como las moléculas precursoras que se obtienen, son necesarias para el desarrollo de las reacciones del anabolismo.

Pero también existen ciertas diferencias:

Todos los seres vivos utilizan energía para realizar sus funciones, dependiendo de donde proceda esta energía clasificaríamos a los seres vivos como:

- Los seres vivos heterótrofos obtienen esta energía de sustancias elaboradas por otros seres vivos.

- Los seres vivos autótrofos obtienen esta energía de sustancias inorgánicas. Para que se produzcan las reacciones metabólicas se necesita la materia y la energía que proporciona la nutrición.

Según su fuente de energía y de materia se pueden clasificar en:

La energía que contienen unos enlaces se transfiere a otros nuevos en moléculas diferentes. Cuando en esas reacciones se produce una transferencia de electrones (e-) se conocen como reacciones de oxidación-reducción. Estos son muy importantes en los sistemas biológicos.

La oxidación y la reducción son simultáneas, siempre que una sustancia se oxida la otra se reduce.

Las reacciones catabólicas son exergónicas porque desprenden energía y las anabólicas son endergónicas porque precisan energía.

El transporte de esta energía se puede llevar a cabo en forma de ATP, que transporta grupos fosfato, o en forma de coenzimas transportadoras de electrones. Ambas son moléculas ricoenergéticas.

La síntesis de ATP se puede realizar de 3 formas distintas: fosforilación a nivel de sustrato (gracias a la energía que se libera de una biomolécula (sustrato) al hidrolizarse alguno de sus enlaces ricos en E, como ocurre en ciertas reacciones de la glucólisis y del ciclo de Krebs), fosforilación oxidativa (síntesis de ATP a partir de la E liberada por los electrones que pasan a través de la cadena respiratoria de las crestas mitocondriales), y por último, fotofosforilación (síntesis de ATP de forma similar al proceso anterior, pero llevada a cabo en la membrana tilacoidal del cloroplasto).

En ciertas reacciones exergónicas, como algunas del metabolismo de la glucosa o de la fotosíntesis, la E es transportada mediante electrones (libres o formando parte de átomos de H), que son captados por moléculas transportadoras para donarlos, junto con su energía, a otras moléculas (aceptoras). Podemos distinguir dos tipos: transportadores de H y transportadores de e-.

Por otra parte las enzimas son proteínas (o asociaciones de proteínas y otras moléculas orgánicas o inorgánicas) que actúan catalizando las reacciones químicas del metabolismo. Es decir, las enzimas facilitan y aceleran las reacciones químicas del organismo porque disminuyen la energía de activación de las reacciones químicas del metabolismo.

La enzima se une temporalmente al sustrato formando el complejo enzima-sustrato (ES), que tiene un estado de transición mucho menor, con lo que la reacción es mucho más rápida. A partir del complejo enzima-sustrato (ES) se forma un complejo enzima- producto (EP) que luego se desdobla en el producto P y el enzima E queda libre para participar en una nueva reacción.

Para que comprendáis un poco mejor las características de las enzimas, os dejo el siguiente esquema:

El catabolismo es el conjunto de reacciones del metabolismo que permiten la degradación de moléculas como glúcidos, lípidos y proteínas, para transformarse en productos finales más simples y liberando energía (degradación oxidativa).

Rutas catabólicas más importantes:

🌟La glucólisis: es el proceso en el que una molécula de glucosa se degrada hasta obtener dos moléculas de ácido pirúvico (en forma de piruvato), de tres átomos de carbono.

🌟b-oxidación: es el conjunto de reacciones en el que se produce la oxidación de los ácidos grasos para dar un compuesto de dos átomos de carbono, el acetilcoenzima A (acetil- CoA).

🌟La transaminación y desaminación: es el conjunto de procesos que tienen lugar en la degradación de los aminoácidos mediante la separación del grupo amino del esqueleto carbonado.

En general estas rutas convergen hacia la formación de un compuesto de dos átomos de carbono, el acetilcoenzima A (acetil-CoA). Este producto se incorpora al ciclo del ácido cítrico o de Krebs.

Por ser la glucosa el monosacárido más abundante en la naturaleza, la degradación de los azúcares se lleva a cabo "vía glucosa". Así, el catabolismo de los azúcares converge en una ruta central de degradación de la glucosa.

Los grandes polisacáridos de reserva, mediante una reacción de fosforilación catalizada por la glucógeno- fosforilasa o por la almidón fosforilasa según se trate de glucógeno o de almidón, liberan unidades de glucosa-1-fosfato, que a continuación, por acción de la fosfoglucomutasa se transforma en glucosa-6-fosfato, la cual es el primer intermediario de la ruta de degradación de la glucosa.

Los monosacáridos diferentes de la glucosa, que en ocasiones pueden proceder de la hidrólisis de distintos tipos de oligosacáridos, se transforman en glucosa o en algunos de los intermediarios de su degradación, mediante reacciones de isomerización.

Una vez transformados en glucosa los azúcares se pueden degradar completamente hasta CO2 y H2O siguiendo un camino que incluye tres rutas metabólicas principales: Glucolisis, Ciclo de Krebs y Cadena respiratoria.

Existe además una ruta alternativa, la Ruta de las pentosas.

Podemos decir también, que la glucosa se degrada hasta producir dióxido de carbono y agua y hacer un balance energético de la misma y averiguar cuántas moléculas de ATP se han obtenido y qué porcentaje de la energía química de la glucosa ha sido recuperada en forma de enlaces fosfato de alta energía.

Se obtienen 38 moléculas de ATP por cada molécula de glucosa degradada completamente hasta CO2 y H2O, lo que supone que aproximadamente un 40% de la energía química de la glucosa se ha recuperado en forma de ATP.

El resto se ha desprendido en forma de calor y debido a que las células se mantienen alejadas del equilibrio termodinámico.

Además vamos a hablar de las fermentaciones.

La fermentación es un proceso catabólico en el que, a diferencia de la respiración, no interviene la cadena respiratoria. Presenta las siguientes características:

-Es un proceso anaeróbico: no se usa el oxígeno como aceptor de electrones, como sucede en la respiración aeróbica.

-El aceptor final es un componente orgánico, en vez de ser una molécula inorgánica como sucede en la respiración.

- La síntesis de ATP ocurre a nivel de sustrato. No intervienen las ATP-sintetasas, lo que explica la baja producción energética de las fermentaciones. Una glucosa al degradarse mediante respiración produce 38 ATP, mientras que por fermentación solo produce 2 ATP.

La fermentación ocurre generalmente en los microorganismos, como ciertas levaduras y bacterias, aunque puede realizarse en el tejido muscular de los animales si no llega suficiente oxígeno a las células.

Se pueden distinguir dos tipos de organismos según el proceso catabólico que realicen:

-Anaerobio facultativo: son organismos que en presencia de oxígeno realizan la respiración y en ausencia de este realizan las fermentaciones. Por ejemplo: Bacterias del género Lactobacillus y Streptococcus.

- Anaerobio estricto: Son organismos que siempre realizan la fermentación. Según la especie de levadura se pueden obtener distintos productos. El vino se obtiene de Saccharomyces ellipsoideus, la cerveza y el pan de S. cerevisiae.

Por cada molécula de glucosa que se degrada en la glucólisis 2 moléculas de NAD+ se transforman en NADH. Puesto que la cantidad de NAD+ que poseen las células es limitada debe existir algún mecanismo que permita oxidar el NADH transformándolo de nuevo en NAD+ para que pueda ser reutilizado en la glucólisis, de lo contrario todo el proceso se detendría.

Las fermentaciones consisten, pues en la transformación del ácido pirúvico que se obtiene al final de la glucólisis, en algún otro producto orgánico sencillo que es diferente en cada tipo de fermentación. Existen muchos tipos de fermentación que dan lugar a productos de interés alimentario o industrial, pero los dos tipos principales son la fermentación homoláctica y la fermentación alcohólica.

En lo referente al catabolismo de los lípidos:

Los triacilglicéridos son ésteres de la glicerina con tres ácidos grasos.

La principal vía metabólica de obtención de energía a partir de los lípidos es la oxidación de los ácidos grasos, que proceden de la hidrólisis de los triglicéridos.

Los ácidos grasos, una vez liberados en el hialoplasma, penetran en la matriz mitocondrial y son degradados a acetil-CoA mediante una ruta catabólica llamada ß- oxidación de los ácidos grasos o hélice de Lynen.

La ß-oxidación se inicia en la matriz mitocondrial y consiste en una secuencia de cuatro reacciones, dos de las cuales son oxidaciones que afectan al carbono de la posición ß del ácido graso. Los electrones liberados en estas dos oxidaciones son recuperados en forma de una molécula de NADH y otra de FADH2. La consecuencia última de estas oxidaciones es la rotura del enlace que une los carbonos α y ß del ácido graso, lo que conlleva la liberación de los dos átomos de carbono terminales en forma de acetil-CoA. Al mismo tiempo, el carbono ß, ahora oxidado a grupo carboxilo, se une a una nueva molécula de CoA, esta vez sin consumo de ATP, dando lugar a un nuevo ácido graso activado con 2 átomos de carbono menos que el original. Este ácido graso activado puede entrar ahora en un nuevo ciclo de oxidaciones en su carbono ß (otra "vuelta" de la hélice de Lynen), y así sucesivamente hasta la total degradación a acetil-CoA del ácido graso original.

Sobre el catabolismo de las proteínas podría decir que las proteínas no tienen función energética, pero si se produce un exceso de aminoácidos, como no se pueden almacenar ni excretar, son utilizadas como fuente de energía.

Sin embargo, las células están renovando constantemente sus proteínas. Como parte de este proceso de renovación las proteínas son degradadas a aminoácidos por acción de unos enzimas llamados proteasas.

La degradación de los aminoácidos se realiza en dos fases sucesivas: la separación de los grupos amino y la degradación de los esqueletos carbonados.

El amoníaco procedente de la desaminación oxidativa es un producto final del catabolismo de los aminoácidos y debe ser excretado.

Los esqueletos carbonados de muchos aminoácidos coinciden con diversos intermediarios del ciclo de Krebs o rutas colindantes (ácido pirúvico, acetil-CoA, ácido cetoglutárico, ácido succínico, etc.), por lo tanto pueden penetrar en la matriz mitocondrial y ser degradados siguiendo estas rutas metabólicas centrales.

Los ácidos nucleicos no son habitualmente utilizados como combustible metabólico. Los nucleótidos que resultan de la hidrólisis de los ácidos nucleicos por acción de las nucleasas (segregada en los vertebrados por la mucosa intestinal y el páncreas) son generalmente reciclados hacia la síntesis de nuevos ácidos nucleicos. Sin embargo, en caso de que existan nucleótidos sobrantes, éstos pueden ser degradados a sus componentes moleculares (pentosas, ácido fosfórico y bases nitrogenadas).

Para una mayor comprensión de todos los conocimientos vistos, te dejo un esquema.

A continuación, me centraré más en lo referente al anabolismo.

Los seres vivos obtienen energía de sus propias biomoléculas inorgánicas mediante las reacciones del catabolismo. Frente a las vías catabólicas de destrucción molecular, existen otras vías de construcción molecular, que constituyen el anabolismo.

El anabolismo es la vía constructiva del metabolismo, es decir, la ruta de síntesis de moléculas complejas a partir de moléculas sencillas. Si las moléculas iniciales son inorgánicas, por ejemplo, H2O, C02, NOˉ3, etc., se denomina anabolismo autótrofo, mientras que si son orgánicas, por ejemplo glucosa, aminoácidos, nucleótidos, etc., se denomina anabolismo heterótrofo.

La fotosíntesis es un proceso anabólico por el cual se transforma la energía luminosa en energía química. La primera molécula en la que queda almacenada esa energía química es el ATP. Posteriormente, el ATP se utiliza para sintetizar otras moléculas orgánicas más estables. Los pigmentos fotosintéticos son capaces de captar la energía luminosa.

Dos tipos de procesos fotosintéticos:

· La fotosíntesis oxigénica: es propia de las plantas superiores, las algas y las cianobacterias, en las que el dador de electrones es el agua y, por lo tanto, se desprende oxígeno.

H2O à 2 H+ + 2 e- + 1/2 O2

· La fotosíntesis anoxigénica o bacteriana es propia de las bacterias purpúreas y verdes del azufre, en las que el dador de electrones no es el agua, sino, generalmente, el sulfuro de hidrógeno, por lo que no se desprende oxígeno, sino azufre, que puede acumularse en el interior de la bacteria o ser expulsado fuera.

H2S à 2 H+ + 2 e- + S

La fotosíntesis comprende dos fases, cada una de las cuales se produce en un lugar distinto de los cloroplastos: la fase luminosa y la fase oscura.

· Fase luminosa o fotoquímica, en ella tiene lugar la captación de la energía luminosa por los pigmentos fotosintéticos, localizados en las membranas de los tilacoides de los cloroplastos. En esta etapa se obtiene ATP y NADPH. Durante esta fase se produce también la fotolisis del agua.

Un fotosistema consta de dos partes: el complejo antena y el centro de reacción.

Cuando un fotón de energía lumínica es absorbido por una molécula de clorofila o un carotenoide del complejo antena, la energía es transferida de una molécula a otra, terminando, como en un embudo, en la molécula del centro de reacción, donde un electrón del pigmento diana capta la energía y asciende a posiciones más alejadas del núcleo atómico saliendo del átomo, dejándolo ionizado. El pigmento que contiene dicho átomo queda con un defecto de electrones (oxidado). La molécula que se los repondrá se denomina primer dador de electrones.

En la membrana tilacoidal de los cloroplastos existen en realidad dos fotosistemas:

📌Fotosistema I (PSI). Se localiza casi exclusivamente en los tilacoides de estroma, es decir, en los no apilados. En su centro de reacción hay dos moléculas de clorofila a denominada P700

📌Fotosistema II (PSII). Abunda más en los tilacoides apilados que forman los grana. En su centro de reacción hay dos moléculas de clorofila a denominada P680 porque su máxima absorción se produce con luz de 680 nm.

· Fase oscura o biosintética, en la que no se necesita luz. En ella se sintetiza materia orgánica a partir del CO2, utilizando el ATP y el NADPH obtenidos en la fase anterior. Esta fase tiene lugar en el estroma de los cloroplastos.

El proceso fundamental de la fase oscura es la fijación del carbono a partir del CO2 atmosférico. Se trata de un proceso cíclico llamado ciclo de Calvin. En él se pueden distinguir tres fases: Fijación del CO2, reducción del CO2 fijado y regeneración de la ribulosa-1,5-difosfato.

En la fase luminosa se produce el ATP y el NADPH necesarios para, en la fase oscura, reducir el CO2 a materia orgánica.

En el ciclo de Calvin se precisan, por cada CO2 incorporado, 2 NADPH y 3 ATP; entonces, para una molécula de glucosa son necesarias 6 vueltas al ciclo, por lo tanto hacen falta 12 moléculas de NADPH y 18 moléculas de ATP. Para conseguir 12 NADPH en la fase luminosa acíclica, se hidrolizan 12 moléculas de H2O. Por cada molécula de agua hidrolizada se introducen cuatro protones en el tilacoide, lo que hace un total de 48 protones. Y por cada tres protones que salen por la ATP-sintetasa se produce un ATP.

Por tanto, en total se producen 16 moléculas de ATP. Como se necesitan 18 ATP para sintetizar una molécula de glucosa, los dos ATP que faltan se deben de producir en la fase luminosa cíclica.

Se ha podido comprobar experimentalmente que en el rendimiento de la fotosíntesis influyen los siguientes factores: intensidad luminosa, temperatura, concentración de CO2, concentración de O2, humedad y tipo de luz.

Por otra parte la quimiosíntesis consiste en la síntesis de ATP a partir de la energía que se desprende en las reacciones de oxidación de determinadas sustancias inorgánicas; y el posterior uso de ese ATP para transformar la materia inorgánica en materia orgánica. Los organismos que realizan estos procesos se denominan quimioautótrofos o quimiolitótrofos (todos ellos son bacterias).

En la quimiosíntesis, al igual que en la fotosíntesis, también se pueden distinguir dos fases: una primera fase en la que se obtiene ATP y coenzima reducida, que en las bacterias es NADH en lugar de NADPH; y una segunda fase en la que se emplea el ATP y el NADH para sintetizar compuestos orgánicos a partir de sustancias inorgánicas.

En la primera fase, la oxidación de sustancias inorgánicas constituye la fuente de energía para la formación de ATP por fosforilación oxidativa.

En la segunda fase, las vías metabólicas seguidas coinciden con las de la fase oscura de la fotosíntesis. Así el carbono se incorpora a partir del CO2, mediante el ciclo de Calvin.

Los organismos quimiosintéticos juegan un papel imprescindible al cerrar los ciclos biogeoquímicos.

Según el sustrato utilizado, las bacterias quimiosintéticas se clasifican en los siguientes grupos: bacterias incoloras del azufre, bacterias del nitrógeno, bacterias del hierro y bacterias del hidrógeno.

La fotosíntesis y la quimiosíntesis son procesos anabólicos que sólo realizan las células autótrofas y que consisten en transformar sustancias inorgánicas en sustancias orgánicas, utilizando para ello la energía libre que queda transformada en energía química.

La gluconeogénesis es la ruta metabólica en la que se forma glucosa a partir de precursores no glucídicos: ácido pirúvico, aminoácidos, ácido láctico o glicerina.

La gluconeogénesis es en líneas generales un proceso inverso a la glucólisis, aunque no es exactamente inverso, porque algunas reacciones que se realizan en un sentido, son irreversibles y por lo tanto imposibles de llevarse a cabo en sentido contrario.

Se puede considerar al ácido pirúvico (piruvato) como el primer intermediario de la gluconeogénesis, ésta comienza en las mitocondrias.

El oxalacetato no puede atravesar la membrana mitocondrial por lo que se transforma en malato, sale al citosol y vuelve a formar oxalacetato.

La glucogenogénesis consiste en la polimerización del exceso de glucosa para formar glucógeno.

La glucosa obtenida por fotosíntesis se almacena en forma de gránulos de almidón, por un proceso (amilogénesis) similar al anterior, pero en este caso el nucleótido activador de la glucosa es el ATP.

Aunque los lípidos desempeñan funciones muy variadas, nos vamos a centrar aquí en la obtención de las grasas o triglicéridos por su importante función de reserva energética..

La síntesis de ácidos grasos tiene lugar en el citosol de las células animales (especialmente en el hígado y en el tejido adiposo) y en los cloroplastos de las células vegetales.

La biosíntesis de los ácidos grasos se diferencia de la B-oxidación en las siguientes características:

1. Se realiza en el citosol, en vez de en las mitocondrias.

2. El ácido graso en formación permanece unido a una enzima del complejo SAG y no a la CoA.

3. Los dos átomos de carbono en que varía la cadena por vuelta pertenecen al manonil-CoA, y no al acetil-CoA.

4. El transportador de hidrógenos es el NADPH y no el NADH o el FADH2.

El anabolismo de las proteínas requiere dos fases:

Síntesis de aminoácidos y unión de aminoácidos para formar polipéptidos.

Cada aminoácido presenta su propia ruta anabólica y además ésta puede variar algo de unas células a otras, pero en todas ellas podemos distinguir dos aspectos:

📎La formación del esqueleto carbonado, a partir de algunos de los intermediarios de la glucólisis o del ciclo de Krebs (piruvato, fosfoenolpiruvato, oxalacetato, …)

📎El origen del grupo amino. La procedencia de este grupo varía según los distintos organismos:

- las plantas y los microorganismos lo obtienen a partir del ión amonio (NH4+), que

procede de la reducción del nitrato del suelo o del nitrógeno atmosférico.

- los animales, lo obtienen a partir de otros aminoácidos ingeridos en la dieta, por

medio de transaminaciones.

El anabolismo de los ácidos nucleicos requiere dos fases:

Formación de nucleótidos y unión de nucleótidos para formar ácidos nucleicos.

Las células pueden resintetizar los nucleótidos a partir de los productos de su hidrólisis: pentosas, ácido fosfórico y bases nitrogenadas. Además, los nucleótidos pueden también sintetizarse de nuevo a partir de precursores metabólicos, pero esta síntesis es diferente según lleven bases púricas o pirimidínicas.

Os dejo aquí el esquema del anabolismo para que os sirva de ayuda:

Estas son las preguntas que hicimos mis cuatro compañeros y yo relacionadas con el metabolismo celular:

1.- ¿Cómo y cuándo tiene lugar la descomposición del agua en el proceso de fotosíntesis? ¿Cuáles son sus consecuencias?

El proceso de hidrólisis del agua o fotólisis tiene lugar al comienzo de la fase luminosa acíclica en el tilacoide. La luz incide sobre el fotosistema II, por ello, la clorofila se excita y cede 2 electrones al primer aceptor de electrones, entonces para reponerlos se produce la descomposición del agua. Como consecuencia se producen dos electrones que pasan al citocromos b-f que continúan la cadena de transporte de electrones para producir al final NADPH. Por otro lado se producen también dos protones que pasan a la ATPasa con lo cual se libera ATP.

2.- Cloroplastos y fotosíntesis.

A) Durante el proceso fotosintético, coexisten un flujo cíclico y un flujo no cíclico de electrones. Exponga brevemente el sentido fisiológico de cada uno de ellos y cuáles son sus componentes principales.

La fase luminosa acíclica tiene como objetivo la formación de ATP y NADPH a partir de la hidrólisis del H2O gracias al fotosistema II. Esta cuenta con los fotsistemas I y II, el complejo citocromos b-f, una NADP+ reductasa Y una ATP sintetasa

En la fase luminosa cíclica tiene como objetivo la producción de porducir ATP a raíz del movimiento de los electrones. Esta cuenta con unh fotosistema I y un complejo citocromos b-f.

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

Las cianobacterias poseen tilacoides en su citoplasma con pigmentos fotosintéticos. Estos captan la luz y con ello son capaces de llevar a cabo la fotosíntesis.

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

– Metabolismo: Se encarga de la transformación de unas biomoléculas en otras con el fin de obtener energía y materia para llevar a cabo las funciones vitales.

– Respiración celular: Conjunto de reacciones catabólicas en las que a partir de glucosa se obtiene CO2, H2O y energía.

– Anabolismo: Se encarga de la construcción molecular. Transforma moléculas sencillas en otras más complejas.

– Fotosíntesis: Se encarga de la obtención de energía en organismos como plantas, bacterias, algas y cianobacterias.

– Catabolismo: Sintetiza moléculas orgánicas complejas en otras más sencillas. En este proceso se libera energía.

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

🌟Fotosíntesis: Proceso por el cual la energía luminosa procedente del sol se transforma en energía química que queda almacenada en moléculas orgánicas. Este proceso se lleva a cabo gracias a los pigmentos fotosintéticos que captan la luz procedente del sol.

🌟Fosforilación oxidativa: Proceso que se da en las ATPasa. En él se produce la unión de un ADP y un grupo fosfato dando lugar así a un a molécula de ATP.

🌟Quimiosíntesis: Proceso anabólico que consiste en la síntesis de ATP a partir de la energía que se desprende en las reacciones de oxidación de determinadas sustancias inorgánicas. Los organismos que realizan este proceso son las bacterias.

5.- Anabolismo y catabolismo. Citar dos ejemplos de cada uno de estos procesos y en qué orgánulos celulares se producen.

El anabolismo se de la fotosíntesis en los cloroplastos y el ciclo de las pentosas.

En el catabolismo se da la respiración celular en citosol y las mitocondrias y la hélice de Lynen en las mitocondrias también.

6.– Un proceso celular en eucariota genera ATP y NADPH (H) con producción de oxígeno por acción de la luz sobre los pigmentos. ¿De qué proceso se trata? ¿Para qué se utiliza el ATP y el NADPH formados? ¿Participan los cloroplastos (indicar brevemente cómo).

El proceso por el cual se produce ATP y NADPH es la fotorreducción de NADP+, este se da en la fase luminosa acíclica de la fotosíntesis. Estos son luego utilizados para la producción de glucosa y otras moléculas en el ciclo de Calvin. Este proceso se da en la membrana de los tilacoides de los cloroplastos.

7.- ¿Qué es el ATP? ¿Qué misión fundamental cumple en los organismos? ¿En qué se parece (químicamente a los ácidos nucleicos? ¿Cómo lo sintetizan las células (indicar dos procesos).

El ATP, adenosín trifosfato, es un nucleótido fundamental en la obtención de energía celular.

Se parece a los ácidos nucleicos, ya que se compone de adenosina (adenina y ribosa, como β-D-ribofuranosa) y tres grupos fosfato.

El ATP es la principal fuente de energía para la mayoría de las funciones celulares. Esto incluye la síntesis de macromoléculas como el ADN, el ARN y las proteínas. También desempeña un papel fundamental en el transporte de macromoléculas a través de las membranas celulares, es decir, en la exocitosis y endocitosis.

Las células sintetizan ATP por medio de la respiración celular (glucólisis, ciclo de Krebs y cadena trasportacora de electrones) y la fotorrespiración.

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

La fotosíntesis oxigénica es llevada a cabo por cianobacterias, algas eucariotas, helechos y angiospermas.

La respiración celular es llevada a cabo por todos ellos.

9.- Del orden de un 50 % de la fotosíntesis que se produce en el planeta es debida a la actividad de microorganismos. Indique en qué consiste el proceso de la fotosíntesis. ¿Cuáles son los sustratos necesarios y los productos finales resultantes?

La fotosíntesis es un proceso por el cual la energía luminosa procedente del sol se transforma en energía química que queda almacenada en moléculas orgánicas. Este proceso se lleva a cabo gracias a los pigmentos fotosintéticos que captan la luz procedente del sol. Comprende dos fases: la luminosa ( cíclica y acíclica) y la fase oscura o independiente de la luz. A partir de CO2, H2O y energía luminosa obtenemos glucosa, O2 y H2O.

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

Existen dos formas de realizar la fase luminosa de la fotosíntesis: con transporte acíclico de electrones o con transporte cíclico. En ella intervienen cadenas de transporte electrónico que transfieren electrones de una moléculas a otras y ATPasas, las cuales sintetizan ATP gracias al bombeo de protones de forma similar a como sucede en la respiración mitocondrial. En la fase luminosa acíclica el Fotosistema II gracias a la clorofila P680 capta los fotones procedentes del sol, por ello esta se excita y cede dos electrones al primer aceptor de electrones. Para reponer los electrones perdidos lleva a cabo la hidrólisis del agua gracias a ella se liberan 2 electrones que continúan la fase, dos protones que van a la ATPasa y seguidamente los electrones pasan por la plastoquinona y el complejo citocromos b-f y llegan al fotosistema en él la clorofila (P700) capta dos fotones de la luz solar. Los protones se reducen para formar NADPH + H+ En este proceso por cada dos electrones, entran cuatro protones. En la fase luminosa cíclica el único proceso que ocurre es la fotofosforilación del ADP y solo interviene el Fotosistema I. Gracias a este proceso por cada tres protones se obtiene una molécula de ATP.

11.- ¿Qué es un organismo autótrofo quimiosintético?

Un organismo autótrofo quimiosintético es aquel que se encarga de la síntesis de ATP a partir de la energía inorgánica desprendida en otras reacciones de oxidación creando así materia orgánica.

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

El metabolismo celular es el conjunto de reacciones químicas que se producen en el interior de las células y que dan lugar a la transformación de las biomoléculas para así obtener energía y materia. Con ello llevaría a cabo las funciones vitales.

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

a) Una célula eucariótica fotoautótrofa tiene cloroplastos pero no tiene mitocondrias.

Que sea fotoautotrofa significa que tiene que hace la fotosíntesis por lo que obtiene materia orgánica. Pero necesitará llevar a cabo la respiración celular por lo que tendrá mitocondrias.

b) Una célula eucariótica quimioheterótrofa posee mitocondrias pero no cloroplastos.

Verdadero porque necesita realizar la respiración celular para obtener energía ya que no realiza la fotosíntesis ni la quimiosíntesis.

c) Una célula procariótica quimioautótrofa no posee mitocondrias ni cloroplastos.

Verdadero, los cloroplastos son utilizados para realizar la fotosíntesis y en las celdillas procariotas no hay mitocondrias.

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

Verdadero porque llevan a cabo reacciones químicas y no la fotosíntesis.

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

Una antena es una estructura formada por una proteína transmembranosa. Se encuentra situada en la membrana de los tilacoides que contiene pigmentos fotosintéticos que captan la luz solar y transfieren la energía hasta a los pigmentos diana situados en el centro de reacción.

El centro de reacción es una estructura situada en el interior del complejo antena en la cual se sitúan los pigmentos diana. Estos reciben energía para transmitir los electrones a una molécula aceptora de electrones que los transfiere a otra molécula externa.

15.- Compara: a) quimiosíntesis y fotosíntesis

La principal diferencia entre la fotosíntesis y la quimiosíntesis es que en la quimiosíntesis se hace uso de la energía desprendida en otras reacciones anteriores a ella mientras que la fotosíntesis utiliza la energía procedente del sol. Sin embargo, ambas comprenden dos fases y son procesos anabólicos.

b) fosforilación oxidativa y fotofosforilación.

La principal diferencia entre la fosforilación oxidativa y la fotofosforilación es que en la fotofosforilación se produce la oxidación de H2O a O2 con NADP+ como aceptor electrónico fundamental y depende de la energía lumínica. Por otro lado en la fotofosforilación oxidativa se produce el proceso a la inversa, se reduce O2 a H2O gracias a los electrones cedidos por el NADH y el FADH2. Una similitud entre ambos procesos es que ambos generan ATP.

16.- La vaca utiliza los aminoácidos de la hierba para sintetizar otras cosas, por ejemplo la albúmina de la leche (lactoalbúmina). Indica si este proceso será anabólico o catabólico. Razona la respuesta.

Este proceso será un proceso anabólico ya que gracias a partir de moléculas orgánicas sencillas, los aminoácidos se crea una molécula orgánica compleja, la lactoalbúmina (proteína).

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

Verdadera, debido a la presencia de enlaces ricos en energía entre los grupos fosfato son los enlaces anhídrido del ácido, cuando se rompen los enlaces y se libera fósforo inorgánico y también energía.

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

Se puede generar en el citosol por glucólisis, en las mitocondrias mediante el paso de ácido pirúvico a acetil-CoA, el ciclo de Krebs y la cadena transportadora de electrones (fosforilación oxidativa). En los cloroplastos en la membrana de los tilacoides gracias a la fase luminosa de la fotosíntesis (fotofosforilación).

19.- Papel del acetil-CoA en el metabolismo. Posibles orígenes del acetil-CoA celular y posibles destinos metabólicos (anabolismo y catabolismo). Principales rutas metabólicas que conecta.

El acetil-CoA inicia el ciclo de Krebs asociándose con el ácido oxalacético con el fin de producir ATP, también interviene en la síntesis de ácidos grasos y en procesos anabólicos como la glucogenogénesis. Puede provenir de la transformación del ácido pirúvico por la acción de la enzima CoA o de la B-oxidación de ácidos grasos.

20.- Esquematiza la glucólisis: a) Indica al menos, sus productos iniciales y finales. b) Destino de los productos finales en condiciones aerobias y anaerobias. c) Localización del proceso en la célula.

21.– Una célula absorbe n moléculas de glucosa y las metaboliza generando 6n moléculas de CO2 y consumiendo O2 .¿ Está la célula respirando ? ¿Para qué? ¿participa la matriz mitocondrial? ¿Y las crestas mitocondriales?.

Esta célula respira para obtener energía. La Matriz mitocondrial sí participa porque ahí se da el Ciclo de Krebs. Las crestas mitocondriales también participan porque en ellas tiene lugar la cadena transportadora de electrones.

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

Se inicia el Ciclo de Krebs o del ácido cítrico, en ese ciclo a través de una serie de reacciones se obtiene GTP ,3NADH y FADH2. El acetil-CoA proviene del ácido pirúvico (citosol) y el ácido oxalacético se encuentra en el propio ciclo. Esta ruta metabólica tiene lugar en la matriz mitocondrial.

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

El Rubisco es la molécula aceptora de CO2 en la fotosíntesis. El NADPH cataliza esta reacción. Esta da lugar a moléculas como el almidón, ácidos grasos, glucosa, fructosa o aminoácidos.

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

El NAD y el NADH + H son coenzimas que aparecen en procesos como el Ciclo de Krebs, La glucólisis, el transporte de electrones y la decarboxilación oxidativa.

25.- Explique brevemente el esquema siguiente:

El esquema representa el Ciclo de Calvin. Para comenzar, el CO2 se fija a la ribulosa-1,5-difosfato. Seguidamente, tras algunas reacciones, da lugar 2 moléculas ácido-3-fosfoglicérico. Estos gastan 2 moléculas de ATP y se oxidan 2 moléculas de NADPH obteniendo un ácido-3-fosfoglicérico. Seguidamente se hace uso del ATP y el NADH de la fase luminosa y se reduce a gliceraldehído-3-fosfato. Este puede a su vez seguir tres vías: regeneración de la ribulosa-1,5-difosfato, síntesis de almidón, ácidos grasos y aminoácidos o síntesis de glucosa y fructosa.

26.- Bioenergética: a) Defina los conceptos de: fosforilación a nivel del sustrato, fotofosforilación y fosforilación oxidativa.

Fosforilación a nivel de sustrato: Proceso por el cual se produce la síntesis de ATP gracias a la energía liberada de una biomoléculas al romperse alguno de sus enlaces ricos en energía.

Fotofosforilación: Proceso que comprende la formación de ATP a partir del ADP producido en la fase luminosa de la fotosíntesis.

Fosforilación oxidativa: Proceso que se da en las ATPasa. En él se produce la unión de un ADP y un grupo fosfato dando lugar así a un a molécula de ATP.

b) ¿En qué niveles celulares se produce cada uno de dichos mecanismos y por qué?

La fosforilación a nivel de sustrato se da en el citosol en todas las células en el proceso de la glucólisis. La fotofosforilación se da en los cloroplastos. La fosforilación oxidativa se da en las crestas mitocondriales de las células eucariotas y en la membrana plasmática de las procariotas.

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?

La cadena respiratoria es la última etapa de la respiración, se produce en las crestas mitocondiales, en ella se oxidan las conezimas reducidas (NADH y FADH2), producidas en la glucólisis y el ciclo de Krebs. Estas se utilizan para la obtención de energía que es la función metabólica de la cadena respiratoria, de hecho es en la fase en la que se obtiene mayor cantidad de moléculas de ATP. Existe para generar gran cantidad de ATP con la ayuda de conezimas reducidas. Podemos diferenciar tres procesos:

Transporte de electrones: los electrones de la matriz mitocondrial pasan por los grandes complejos proteicos I y II y son recogidos por una pequeña molécula proteica, la ubiquinona, que los transporta al complejo III al cictocromo c que los transportará al complejo IV. Los electrones proceden de las coenzimas reducidas que al ceder también protones se oxidan dando lugar a NAD+ y FAD. Además, el último aceptor es el O2 y se produce agua.

Quimiósmosis: el bombeo de protones al exterior se produce gracias a la energía perdida por los electrones. Cuando en el espacio intermembranoso hay una alta concentración de protones pasan a través de la ATP-sintetasa hacia la matriz mitocondrial.

Fosforilación oxidativa: la ATP-sintetasa se mueve como si fuese un molino hidráulico, lo cual produce el paso de protones por su canal interior produciendo ATP.

28.- ¿Qué tipos y cuántas moléculas se consumen y se liberan en cada una de las vueltas de la espiral de Lynen en la B-oxidación de los ácidos grasos?.

En cada una de las vueltas de la hélice de Lynen se produce un FADH2 y un NADH que pasa a la cadena transportadora de electrones y un Acetil-coA que pasa al ciclo de Krebs. Además se consume 2 ATP y un FAD.

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

Se origina debido la diferencia de concentración de protones entre la matriz mitocondrial y el espacio intermembranoso, esto produce el bombeo de protones para el cual se utiliza la energía perdida por los electrones.

30.- ¿Cuál es la primera molécula común en las rutas catabólicas de los glúcidos y los lípidos? ¿Cuál es el destino final de dicha molécula en el metabolismo?

La primera molécula común en las rutas catabólicas de los glúcidos y los lípidos es el Acetil-coA. El destino final del Actetil-coA en el metabolismo es llegar al Ciclo de Krebs para producir de ese modo energía.

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

El ciclo de Calvin es un proceso que consiste en la síntesis de compuestos de carbono. En él se distinguen dos procesos principales. Comienza, primeramente, con la fijación del dióxido de carbono, este entra en el estroma del cloroplasto y allí se une a la enzima Rubisco. Seguidamente comienza el proceso de reducción del CO2 fijado, mediante el consumo de ATP y NADPH obtenidos en la fase luminosa el ácido 3-fosfoglicérico queda reducido. Finalmente, con esta reducción del G3P se pueden seguir a su vez tres vías: el ciclo de las pentosas fosfato, la síntesis de almidón, ácidos grasos y aminoácidos o la síntesis de glucosa y fructosa.

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?

El ATP, NAD y NADP son cofactores orgánicos (coenzimas) que forman la parte no proteica de las enzimas. El ATP es de transferencia y el NAD y NADP son de oxidación reducción.

No forman parte del ADN ya que son nucleótidos no nucleicos.

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

El ATP es el producto final más importante del catabolismo por respiración, el cual es un proceso metabólico.

El NAD y NADP se encargan del transporte de electrones y protones en la cadena respiratoria, con el fin de obtener energía.

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

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

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

Esta molécula se origina en la decarboxilación oxidativa y en la beta-oxidación de los ácidos grasos. Esta es utilizada en los procesos del ciclo de Krebs y en la síntesis de ácidos grasos.

b) De los siguientes procesos metabólicos: Glucogénesis, fosforilación oxidativa y Boxidación, indica: – Los productos finales e iniciales. – Su ubicación intracelular.

La Boxidación de los ácidos grasos produce como producto final Acetil-coA. Sus productos iniciales son los ácidos grasos. Se da en la matriz mitocondrial.

La fosoforilación oxidativa se da en las crestas mitocondriales. Su producto inicial es el ADP+P y final el ATP.

La glucogénesis se da en la matriz mitocondrial y en el citoplasma. Sus productos iniciales son la glicerina, el piruvato o el lactato. Su producto final es la glucosa.

c) Explica con un esquema cómo se puede transformar un azúcar en una grasa ¿Pueden los animales realizar el proceso inverso?

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

a) ¿Qué es el metabolismo? ¿Qué entiendes por anabolismo y catabolismo? ¿Cómo se relacionan el anabolismo y el catabolismo en el funcionamiento de las células? ¿Qué rutas distingues? (Cita sus nombres e indica, si existen, cuáles son los productos inicial y final de cada una de ellas).b) ¿Qué compartimentos celulares intervienen en el conjunto de las reacciones? (Indica el nombre de los compartimentos y la reacción que se produce en cada uno de ellos).

Metabolismo: Se encarga de la transformación de unas biomoléculas en otras con el fin de obtener energía y materia para llevar a cabo las funciones vitales.

Anabolismo: Se encarga de la construcción molecular. Transforma moléculas sencillas en otras más complejas.

Catabolismo: Sintetiza moléculas orgánicas complejas en otras más sencillas. En este proceso se libera energía.

El anabolismo y el catabolismo están relacionados ya que los productos de una reaciión anabólica o catabólica pueden ser los reactivos de la otra. Se distingue la Glucólisis ya que a partir de la glucosa se obtiene Ácido Pirúvico. La decarboxilación oxidativa ya que del Piruvato obtenemos Acetil-coA. Fermentaciones ya que a partir del Piruvato se obtiene lactato. El ciclo de Krebs ya que aparece el ácidooxalacético y el Acetil-coA. Finalmente la cadena respiratoria.

37.- Indique el rendimiento energético de la oxidación completa de la glucosa y compárelo con el obtenido en su fermentación anaerobia. Explique las razones de esta diferencia.

En la fermentación no se produce la cadena transportadora de electrones por lo cual solo se obtiene la energía procedente de la glucólisis (2 ATP). Mientras que en la oxidación completa de la glucosa se obtiene una gran cantidad de energía (38 ATP).

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 la realizan y para qué? La cadena de transporte de electrones se produce en las células eucariotas crestas mitocondriales de las mitocondrias, mientras que en las procariotas se lleva a cabo en el membrana plasmática. Se realiza en todos los seres vivos para realizar la respiración y obtener energía. El oxígeno es el último aceptor de electrones y se utiliza para formar agua. 39.- En el ciclo de Krebs o de los ácidos tricarboxílicos: -¿Qué tipos principales de reacciones ocurren?- ¿Qué rutas siguen los productos liberados? En el ciclo de Krebs las reacciones que se realizan son catabólicas y de oxidación reducción. Las coenzimas NADH y FADH2 se utilizan en la cadena transportadora de electrones para la obtención de energía, también se produce CO2 como producto de desecho. 40. Anabolismo celular: -Define los conceptos de metabolismo, anabolismo y catabolismo. -¿Son reversibles los procesos anabólicos y catabólicos? Razone la respuesta. -El ciclo de Krebs es una encrucijada metabólica entre las rutas catabólicas y las rutas anabólicas? ¿Por qué? Metabolismo: Se encarga de la transformación de unas biomoléculas en otras con el fin de obtener energía y materia para llevar a cabo las funciones vitales. Anabolismo: Se encarga de la construcción molecular. Transforma moléculas sencillas en otras más complejas. Catabolismo: Sintetiza moléculas orgánicas complejas en otras más sencillas. En este proceso se libera energía. Los procesos anabólicos y catabólicos sí son reversibles ya que la mayoría de los reactivos utilizados en el catabolismo pueden conseguirse por medio de procesos anabólicos al igualque lios productos anabólicos son los reactivos de los procesos catabólicos aunque estos siguen distintas vías. El ciclo de krebs sí es una encrucijada metabólica ya que puede ser llevado a cabo tanto en procesos catabólicos ( Boxidación) como en anabólicos con el fin de conseguir diversos rpoductos. 41. Quimiosíntesis: concepto e importancia biológica. La quimiosíntesis es un proceso anabólico que consiste en la síntesis de ATP a partir de la energía que se desprende en las reacciones de oxidación de determinadas sustancias inorgánicas. Los organismos que realizan este proceso son las bacterias. 42. Importancia de los microorganismos en la industria. Fermentaciones en la preparación de alimentos y bebidas. Fermentaciones en la preparación de medicamentos. Los microorganismos son muy importantes para los procesos catabólicos de fermentación produciendo productos orgánicos. Además, las fermentaciones son importantes ya que puede producir nutrientes importantes y con ellas podemos obtener productos para la fabricación de medicamentos y de alimentos como la leche (láctica), el vino (alcohólica), y distintos sabores de queso (pútrida). 43. Fermentaciones y respiración celular. Significado biológico y diferencias. Significado biológico: son procesos catabólicos de los cuales se obtienen ATP por la degradación de un compuesto complejo a otro complejo simple. Diferencias: la fermentación se obtienen solo 2 ATP y solamente se produce en las procariotas, por otro lado en la respiración producida en las procariotas se obtienen 38 ATP y en las eucariotas 36 ATP gracias a la cadena de electrones. Otra diferencia es el aceptor final, en la respiración es el oxígeno, pero en la fermentación es un aceptor orgánico. 44. A) En la figura se indican esquemáticamente las actividades más importantes de un cloroplasto. Indique los elementos de la figura representados por los números 1 a 8. 1-CO2 2-Ribulosa-1,5-difosfato 3-ADP+P 4-ATP 5-NADPH 6-NADP+ 7-H2O 8-O2 B) Indique mediante un esquema, qué nombre reciben las distintas estructuras del cloroplasto. ¿En cuál de esas estructuras tiene lugar el proceso por el que se forman los elementos 4 y 6 de la figura? ¿Dónde se produce el ciclo de Calvin?

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

C) Explique brevemente (no es necesario que utilice formulas) en qué consiste el ciclo de Calvin. En el ciclo de Calvin se distinguen dos procesos principales. Comienza con la fijación del dióxido de carbono, este entra en el estroma del cloroplasto y allí se une a la enzima Rubisco. Seguidamente comienza el proceso de reducción del CO2 fijado, mediante el consumo de ATP y NADPH obtenidos en la fase luminosa el ácido 3-fosfoglicérico queda reducido. Finalmente, con esta reducción del G3P se pueden seguir a su vez tres vías: el ciclo de las pentosas fosfato, la síntesis de almidón, ácidos grasos y aminoácidos o la síntesis de glucosa y fructosa. 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, β oxidación de ácidos grasos, procesos anabólicos. C) En el esquema, el compuesto 2 se forma a partir del compuesto 1, que a su vez, proviene de la glucosa. ¿Sabría indicar otra sustancia a partir de la cual se pueda originar el compuesto 2? De un ácido graso, tras la β oxidación de este, se obtiene un acetil-CoA por cada vuelta de la hélice de Lynen. 46.a) El Esquema representa un cloroplasto ¿Qué denominación reciben los elementos indicados por los números 1-7? 1- Espacio intermembranoso 2- Membrana interna 3- Membrana externa 4-Tilacoides del estroma 5- ADN 6- Estroma 7- Tilacoides de grana b) En los cloroplastos, gracias a la luz, se producen ATP y NADPH. Indique esquemáticamente, como se desarrolla este proceso.

En la fase luminosa se obtiene ATP y NADH (16 ATP y 12 NADPH en la acíclica y 2ATP en la cíclica). Dependiendo de la molécula que se desee construir obtenemos una cantidad u otra. Para ello se hidrolizan un número determinado de moléculas de agua y en el ciclo de Calvin de la fase oscura se dan tantas vueltas como átomos de carbono tenga la molécula deseada. c) Las moléculas de ADN de los cloroplastos y las mitocondrias son mucho más pequeñas que las bacterias. ¿Contradice este hecho la hipótesis de la endosimbiosis sobre el origen de las células eucarióticas? No, porque al producirse la fusión del ADN de las mitocondrias y los cloroplasto con el ADN inicial el tamaño aumenta.

47. El Esquema (misma figura de la página anterior) representa un cloroplasto. a) En el interior de este cloroplasto hay almidón. Explique, mediante un esquema, como se forma la glucosa que lo constituye. img_20180210_001845.jpg b) Indique tres similitudes entre cloroplastos y mitocondrias. En su interior hay ADN circular, tienen doble membrana y se encuentran en células eucariotas. 48. a) El esquema representa un a mitocondria con diferentes detalles de su estructura. Identifique las estructuras numeradas 1 a 8. Matriz mitocondrial Cresta mitocondrial Mitorribosoma Membrana mitocondrial interna Membrana mitocondrial externa Espacio intermembranoso ATP-sintetasa Grandes complejos proteicos ( I,II,III,IV ) b) Indique dos procesos de las células eucariotas que tengan lugar exclusivamente en las mitocondrias y para cada uno de ellos establezca una relación con una de las estructuras indicadas en el esquema. Ciclo de Krebs que se produce en la matriz mitocondrial y la cadena transportadora de electrones en la membrana mitocondrial interna (las crestas mitocondriales). c) Las mitocondrias contienen ADN. Indique dos tipos de productos codificados por dicho ADN. Proteínas (formadas por aminoácidos) y ARNm.

Aquí dejo las preguntas relacionadas con el anabolismo:

1.¿Todos los organismos autótrofos son quimiosintéticos?

No, puesto que los organismos autótrofos pueden ser fotosintéticos, como las plantas las bacterias, las cianobacterias y las bacterias fotosintéticas y otros pueden ser quimiosintéticos como las bacterias quimiosintéticas.

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

La quimiosíntesis y la fotosíntesis son procesos anabólicos, donde los organismos que las realizan tienen como objetivo obtener energía para alimentarse.

En cuanto a las diferencias son que en la fotosíntesis se obtiene la energía necesaria para sintetizar moléculas orgánicas a partir de la energía luminosa del sol y la quimiosíntesis hace lo propio gracias a la energía desprendida por l oxidación de otras moléculas.

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

Los pigmentos antena se encuentran en el centro de antena del fotosistema,estos son las clorofilas a y b, las cuales captan la energía luminosa y como consecuencia se excitan y transmiten dicha excitación a la clorofila del centro de reacción del fotosistema,son los pigmentos diana.

4.¿Qué se entiende por fotólisis del agua y cuántas moléculas han de sufrir este proceso, para generar una molécula de O2?

La fotólisis del agua consiste en la ruptura de los enlaces que unen al oxígeno y al hidrógeno para la obtención de dos electrones, dos protones y media molécula de O2. Por lo que pare generar una molécula de O2 se tiene que realizar dos fotólisis de dos moléculas de agua.

5.Tanto en la respiración mitocondrial como en la fase luminosa acíclica hay enzimas que trabajan con NADH o NADPH, una cadena transportadora de electrones y ATP- sintetasas, pero hay ciertas diferencias. Responde a las cuestiones de la siguiente tabla:

6.Indica cuáles son los objetivos de la fase luminosa y de la fase oscura de la fotosíntesis, explicando la relación entre ambas. ¿Sería correcto decir que “la fase luminosa se realiza durante el día, mientras que la fase oscura ocurre durante la noche”? Razona la respuesta.

El objetivo de la fase luminosa es obtener ATP y NADPH, a partir de la energía luminosa. La energía obtenida será utilizada en la fase oscura, pues es necesaria para la síntesis de materia orgánica a partir de materia inorgánica.

La fase luminosa es dependiente de la luz, es decir que para que ocurra debe obtener la energía luminosa que proviene del sol. Sin embargo, la fase oscura no es dependiente de la luz, es por eso por lo que se puede dar tanto por el día como por la noche, aunque suele realizarse durante el día porque es cuando más se genera ATP y NADPH.

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

📝beta- oxidación de los ácidos grasos: mitocondria

📝Fotofosforilación: cloroplasto

📝Glucólisis: en el citosol

📝Fosforilación oxidativa: mitocondria

📝Captación de luz por el complejo antena: cloroplasto

📝Ciclo de Calvin: cloroplasto

📝Ciclos de los ácidos tricarboxílicos:

8.¿Por qué disminuye el rendimiento de la fotosíntesis en las plantas C3, cuando en ellas hay escasez de agua? ¿ Por qué no sucede esto en las plantas C4?

En las plantas C3 tiene lugar una fotorrespiración, esta ocurre en ambientes clima seco y cálido, por lo que las plantas cierran los estomas de las hojas para no perder agua. El oxígeno obtenido en la fotosíntesis aumenta en cuanto a concentración, en cambio disminuye la concentración de CO2, la enzima rubisco actuará como una oxidasa, oxidando a la ribulosa-1,5-difosfato hasta obtener glicocola en la mitocondria, donde se libera CO2 y NH3. Esto hace que disminuya un 50% el rendimiento fotosintético de la planta porque el CO2 y el O2 compiten por el centro activo de la rubisco y se pierde energía por lo que no se genera ATP ni NADPH.

En cambio, en las plantas C4, los cloroplastos mesófilos captan el CO2 durante la noche para que no se pierda agua. Lo acepta el ácido fosfoenolpirúvico y la enzima que actúa es la fosfoenolpiruvato carboxilasa, en vez de la rubisco. Esta fijación de CO2 da lugar a ácido oxalacético y este se transforma en ácido málico que pasa a las células internas donde se disocia en CO2 y en pirúvico. Son estas las razones por las que el rendimiento energético de la ruta C4 no disminuye.

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

Procede de la fotólisis del agua.

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

Se une a la ribulosa-1,5-difosfato, también conocida como rubisco.

11.¿Cuáles son los productos iniciales y finales de la gluconeogénesis y de la glucólisis? ¿Se puede decir que simplemente son vías metabólicas inversas? Razona la respuesta.

La glucogeneogénesis es el proceso de síntesis de glucosa a partir del ácido pirúvico. Este puede proceder de la glucólisis, del catabolismo de los aminoácidos y de la transformación del ácido láctico producido por reacciones de fermentación en los músculos. En las células vegetales y en los microorganismos, además, el ácido pirúvico puede proceder de los ácidos grasos. En las células animales esta vía no es posible, pues carecen de las enzimas de las enzimas que transforman el Acetil-CoA, producto final del catabolismo de los ácidos grasos, en ácido oxalacético, que es la molécula común a todas las formas de gluconeogénesis.

La glucólisis o glicólisis es la ruta metabólica encargada de oxidar la glucosa con la finalidad de obtener energía para la célula. Consiste en 10 reacciones enzimáticas consecutivas que convierten a la glucosa en dos moléculas de piruvato, el cual es capaz de seguir otras vías metabólicas y así continuar entregando energía al organismo. Esta ruta se realiza tanto en ausencia como presencia de oxígeno, definido como proceso anaeróbico en este caso.

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

Porque el ácido pirúvico puede proceder de la glucólisis, del catabolismo de los aminoácidos y de la transformación del ácido láctico producido por reacciones de fermentación en los músculos y estas reacciones no se tienen lugar en la mitocondria. En las células vegetales y en los microorganismos, además, el ácido pirúvico puede proceder de los ácidos grasos.

Piruvato carboxilasa es un enzima mitocondrial, mientras que el resto de enzimas de la gluconogénesis son citosólicos: Se debe transportar el oxalacetato producido fuera de la mitocondria:

1. Oxalacetato es reducido a malato por una malato deshidrogenasa mitocondrial ligada a NADH

2. Malato es transportado al citosol por el sistema lanzadera malato-aspartato

3. Una vez en el citosol, el malato es reoxidado a oxalacetato por una malato deshidrogenasa citosólica ligada a NAD+.

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

Se puede considerar al ácido pirúvico (piruvato) como el primer intermediario de la gluconeogénesis, ésta comienza en las mitocondrias, ya que es aquí donde se encuentra la enzima piruvato carboxilasa, que transforma el piruvato en oxalacetato, consumiéndose ATP. El oxalacetato no puede atravesar la membrana mitocondrial por lo que se transforma en malato, sale al citosol y vuelve a formar oxalacetato. Éste pasa a fosofoenol-piruvato, gracias a la energía del GTP. El fosfoenol-piruvato sigue varios pasos inversos a la glucólisis hasta formar fructosa 1,6-difosfato, que pierde un grupo fosfato y pasa a fructosa 6-fosfato, que se transforma en glucosa 6-fosfato, la cual pierde otro fosfato y forma finalmente glucosa.

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

El precursor de los ácidos grasos es el acetil-CoA, molécula que se origina en las mitocondrias, por descarboxilación del ácido pirúvico (procedente de la degradación de la glucosa en la glucólisis) o por el catabolismo de algunos aminoácidos. Pero el acetil-CoA debe salir al citoplasma, pues allí se encuentra el complejo enzimático ácido graso-sintetasa (SAG) que lleva a cabo la síntesis de ácidos grasos. Para atravesar la membrana mitocondrial el acetil-CoA se une a oxalacetato para dar citrato, el cual sale al citosol y libera el acetil-CoA.

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

Se necesitan once moléculas de malonil-CoA, puesto que a partir de un butinil-SAG (cuatro átomos de carbono, dos de ellos procedentes de un malonil-CoA), en cada vuelta se añaden dos carbonos más procedentes de un malonil-CoA al ácido graso que se está sintetizando.

Para que se inicie el proceso, se necesita una molécula de acetil-CoA que actúa de cebador y otra molécula de acetil-CoA, que sufre una carboxilación, catalizada por la acetil-CoA carboxilasa, originándose una molécula de malonil-CoA, y gastando un ATP.

La condensación del malonil-CoA (3C) y el acetil-CoA cebador (2C), origina una molécula de 4 carbonos, unida a CoA. Se desprende una molécula de CO2 en esta etapa.

Después de una serie de reacciones (una reducción, una deshidratación y una nueva reducción) se forma un ácido graso activado de 4 carbonos, al que se unirá una nueva molécula de malonil-CoA. El proceso se repite hasta formarse el ácido graso completo. Se necesitarían 11 moléculas de molonil-CoA, ya que en cada vuelta se añaden 2 carbonos más procedentes de un malonil-CoA al ácido graso que se está sintetizando.

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

Ácido graso de 14 carbonos:

Acetil CoA: 14/2 = 7 acetil CoA

Vueltas en Beta-oxidación: 7-1 =6 vueltas

ATP en Beta-oxidación: 6X6= 36 ATP

-2 ATP usado en la activación del ácido graso

Total de ATP de la Beta oxidación de un ácido graso de 14 carbonos: 34 ATP

Total de la oxidación total hasta CO2 y agua de un ácido graso de 12 carbonos:

34 ATP + (7 acetil CoA x 14 ATP/Acetil CoA) = 132 ATP

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

La biosíntesis de los ácidos grasos se produce en el citosol.

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

El ácido α-cetoglutárico.

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

Por cada NADP+ que se reduce durante la fase luminosa acíclica, son necesarios 2 electrones y 2 protones, procedentes de la fotólisis del agua. Esto da lugar a dos electrones y como cada uno requiere el impacto de dos fotones, uno en el fotosistema I y otro en el fotosistema II, en total se necesitan cuatro fotones. A su vez, por cada molécula de agua hidrolizada, ingresan dos protones al interior del tilacoide. Como la ATP-sintetasa produce un ATP por cada tres protones que salen del estroma, por cada molécula de agua que se hidroliza, se producen 1,33 moléculas de ATP (2/3 moléculas de ATP). Por su parte, en la fase cíclica sólo se produce ATP. Esta fase es necesaria, pues en la fase oscura de la fotosíntesis se requiere más ATP que el que se produce durante la fase acíclica.

20.- Defina y diferencie los siguientes pares de conceptos referidos a los microorganismos: autótrofo/heterótrofo; quimiosintético/fotosintético; aerobio/ anaerobio. (Opción B-Junio 2002)

Los organismos autótrofos son aquellos que son capaces de producir su propio alimento por medio de la fotosíntesis, o de la quimiosíntesis. Sin embargo, los organismos heterótrofos son organismos que no pueden producir su propio alimento a partir de fuentes inorgánicas y, por lo tanto, se alimentan de otros organismos de la cadena alimenticia.

Los organismos fotosintéticos son aquellos capaces de capturar la energía solar y usarla para la producción de compuestos orgánicos. Entre estos se encuentran las plantas superiores, algunos protistas y bacterias, los cuales pueden convertir el dióxido de carbono en compuestos orgánicos y reducirlo a carbohidratos. Los organismos quimiosintéticos son aquellos que obtienen la energía química ( ATP) a partir de la oxidación de sustratos inorgánicos como ácidos, sales minerales, óxidos, anhídridos, bases, etc.

Los microorganismos aerobios son los organismos que requieren de oxígeno para vivir. ... Lo opuesto a lo aerobio es lo anaerobio. En este caso, los microorganismos anaerobios (que también pueden mencionarse como anaeróbicos) no emplean oxígeno en sus actividades metabólicas.

A continuación voy a adjuntar los esquemas-apuntes de la 'lesson plan'.

Parte del anabolismo: