TEMA 8 : METABOLISMO

 ¡ Bienvenidos un día más a mi blog ! 

En la entrada de hoy vamos a aprender un montón de cosas sobre ... EL METABOLISMO 

Este post , va a ser un poco diferente de los demás , ya que voy a ir explicando cada parte con los esquemas de las " lesson plans "

¿ Qué es el metabolismo ? 

El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en el interior de las células de los seres vivos para poder satisfacer sus necesidades de materia y energía . 

Todas las reacciones metabólicas están relacionadas con unas rutas o vías metabólicas . Una ruta metabólica , es una serie de reacciones consecutivas catalizadas por una enzima que produce productos intermedios y un producto o productos finales , que en muchos casos es la sustancia inicial de otra reacción . 

Este es el esquema de el primer vídeo de la lesson plan : 

RUTAS METABÓLICAS

Como podemos observar se distinguen dos tipos de rutas metabólicas ; el catabolismo y el anabolismo . 

El catabolismo : es el conjunto de reacciones que tienen como objetivo la obtención de energía y moléculas precursoras a partir de otras más complejas , son procesos de degradación y producen energía por lo que son 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 , son procesos sintéticos y consumen energía por lo que son endergónicas . 

¿ Pero cuáles son los diferencias entre estas dos rutas ? Vamos a verlo mejor con el esquema de la lesson plan : 

ORGANISMOS SEGÚN SU FUENTE DE ENERGÍA:

Por otro lado , todos los seres vivos utilizan energía para realizar sus funciones , aquí distinguimos dos tipos : 

• Heterótrofos : son aquellos que obtienen la energía de sustancias elaboradas por otros seres vivos 
• Autótrofos :  obtienen la energía de sustancias inorgánicas 

TRANSPORTADORES DE ENERGÍA

También hemos aprendido acerca de los transportadores de energía , por un lado tenemos el ATP y por otro las coenzimas NAD+ y FAD+ .

• ATP : adenosín trifosfato ( moneda energética ) , es un nucleótido formado por adenina , ribosa y 3 fosfatos , en cuyos enlaces se almacena energía y se libera al romperse . La sintésis de ATP se puede realizar por 3 formas : 
  • Fosforilación a nivel de sustrato : es la formación de ATP gracias a la energía liberada al romperse algunos de los enlaces ricos en energía de una biomolécula .
  • Fosforilación oxidativa: es la síntesis de ATP a partir de la energía liberada por los electrones que pasan a través de la cadena respiratoria de las crestas mitocondriales , este transporte de electrones da lugar a un bombeo de protones generando un gradiente electroquímico que impulsa los protones de nuevo a la matriz , gracias a la ATP-sintetasa . 
  • Fotofosforilación: es la síntesis de ATP , producida como consecuencia de la fotólisis del H2O , que libera electrones captados por las cadenas transportadoras de los fotosistemas I y II y los protones son bombardeados desde el estroma a el espacio tilacoidal , que generan un gradiente electroquímico al volver al estroma a través de las ATP-sintetas , liberando la energía para poder producirse la unión del ADP + Pi para formar ATP . 
• NAD+ / FAD+ : el NAD+ , es la nicotinamida adenina dinucleótido , su forma reducida es el NADH . Y su función prinicipal es el intercambio de electrones y protones , y la producción de energía de todas las células . FAD+ , es el flavín adenín dinucleótido , su forma reducida es el FADH2 y es una coenzima que interviene en las reacciones metabólicas de oxidación - reducción .

BIOCATALIZADORES : ENZIMAS

Para que una reacción se lleve a cabo es necesario que reciba una cierta cantidad de energía , esta se llama energía de activación . La función de los catalizadores , es disminuir esa energía de activación y así poder facilitar la reacción . 

Las enzimas son proteínas globulares que actúan catalizando las reacciones químicas del metabolismo , es decir como he comentado antes facilitan las reacciones , las aceleran , al disminuir la energía de activación . 

¿ Cómo actúa una enzima ?

A la enzima se le une un sustrato al centro activo mediante enlaces débiles con los aminoácidos de fijación del centro activo , formándose así el complejo enzima - sustrato , después los aminoácidos catalíticos provocan cambios sobre el sustrato y lo transforman en producto , que se separa de la enzima , para que pueda volver a catalizar otra reacción . 

Probablemente no hallas entendido lo que te acabo de contar con esas palabrejas de aminoácidos de fijación , centro activo ... 

Una enzima esta compuesta de 3 tipos de aminoácidos : 

• estructurales: NO intervienen en la catalización 
• de fijación : establecen enlaces débiles con el sustrato 
• catalizadores : se unen al sustrato mediante enlaces débiles covalentes fuertes

Estos dos últimos forman el CENTRO ACTIVO de una enzima . 

Una enzima está formada por una apoenzima y un cofactor ( grupo no proteico ) , que si es orgánico se llama coenzima , esto lo podeis ver un poco mejor en el esquema de arriba sobre las coenzimas 

CINÉTICA ENZIMÁTICA

Estudia la velocidad de las reacciones catalizadas por enzimas , como podemos observar en el esquema influyen varios factores , como son la concentración de sustrato , la temperatura , el pH , y la influencia de inhibidores . 

CATABOLISMO 

GLUCÓLISIS 

Es el proceso por el cual una molécula de glucosa se degrada hasta obtener dos moléculas de ácido pirúvico , se da tanto en procariotas como en eucariotas , ya que es un proceso anaerobio , en el que no participa el oxígeno . Se realiza en el citosol.

Como podemos observar en el esquema se trata de un proceso , de dos etapas , la primera en la que se consume energía y una segunda en la que se obtiene . El rendimiento energético no es muy elevado , la glucosa contienen en sus enlaces más energía que se habrá perdido en forma de calor y parte permanece en los enlaces del ácido pirúvico formado y el NADH , esta energía se podrá extraer a partir de su oxidación en reacciones aerobias de la respiración celular . 

BALANCE : materia orgánica + 02 --> CO2 + H20 + energía . 

RESPIRACIÓN CELULAR: 

Una vez obtenido el ácido pirúvico , mediante su descarboxilación ,se transforma en acetil-CoA y este entra a el CICLO DE KREBS 

Como se puede observar en el esquema , se trata de un ciclo que ocurre en la matriz mitocondrial , este comienza con la condensación del grupo acetilo del CoA y el ácido oxalacético , dando lugar a una molécula de 6 átomos de carbono , el ácido cítrico , este se transformará en ácido isocítrico y este en ácido alfa - cetoglutárico liberando CO2 y obteninedo un NADH , este pasará a succinil-CoA , con el mismo proceso obteniendose otro NADH , después este se transforma en ácido succinico y en esta reaccion obtenemos un GTP que es equivalente a un ATP . El ácido succinico pasa a ác. fumárico obteniendose un FADH2 , el fumárico pasa a málico y este a ácido oxalacético con la obtencion de un NADH . Y el ciclo vuelve a comenzar . Como de la glúcolisis hemos obtenido 2 ácidos pirúvicos , transformados en acetil-CoA , se realizan dos vueltas al ciclo . 

A continuación todas las coenzimas , NADH y FADH2 , son cedidas a una cadena de transporte electrónico , que se esncuentra en la membrana mitocondrial interna , se denomina CADENA RESPIRATORIA ;  y está conduce los electrones procedidos de la oxidación de estas moléculas , por toda la cadena a través de unos complejos hasta llegar a el oxígeno que es el aceptor final de electrones . 

La cadena respiratoria , engloba tres procesos , la cadena de transporte electrónico , la quimiósmosis , y la fosforilación oxidativa 

La cadena de transporte electrónico consta de : 

• 4 complejos proteicos ( I , II , III , IV )
• Una molécula lipídica ,  la ubiquinona 
• Una molécula protéica , el citocromo c 

El transporte de electrones se de a través de unas reacciones de oxidación reducción , en las que intervienen dos transportadores , uno se oxida y otro se reduce , estos transportadores se ordenan dentro de la cadena de menor a mayor potencial redox . Este transporte se realiza a favor de gradiente de potencial redox . 

Como ya he comentado anteriormente , se oxidan las coenzimas produciendo electrones que son captados por los complejos proteicos de la cadena , el NADH cede sus electrones al complejo I y el FADH2 cede sus electrones al complejo II . Estos electrones van a ir pasando de una molécula a otra , y por tanto oxidándolas y reduciéndolas . El desprendimiento de energía provocado por ese transporte electrónico , va a ser recuperado en forma de ATP mediante un proceso de fosforilación acoplada al transporte electrónico , denominada fosforilación oxidativa . 

Como resultado del transporte de electrones a favor de diferencia de potencial redox en la cadena respiratoria se produce un bombeo de protones a través de la membrana mitocondrial , que genera un gradiente electroquímico de H+ entre la matriz y el espacio intermembrana ( quimiósmosis ) . A lo largo de la cadena hay 3 centros de bombeo de protones , son los complejos I , III y IV . Por eso el NADH aportará tres protones y el FADH2 aportará dos , ya que este no pasa por el complejo I . 

La energía acumulada en el gradiente electroquímico de H+ se utiliza para un proceso endergónico , que es la fosforilación de ADP + Pi a ATP . Los protones del espacio intermembrana regresan de nuevo a la matriz , a través de las ATP - sintetasas , de esta manera se libera la energía necesaria para que se produzca la fosforilación de ADP + Pi , dando lugar a ATP .

En este esquema de la lesson plan , podemos ver de forma my general todo el proceso que comprende la respiración celular : 

 Una vez aprendida la respiración celular y las fermentaciones , es hora de pasar a ver las diferencias entre ellas , pero esto se va a ver mucho claro con otro de los esquemas :    

Bien , una vez visto todo el proceso de degradación de la glucosa , queda aprender acerca de las otras biomoléculas ¿ Quereís saber un poco más ? Pues sigue leyendo y aprenderás un montón de cosas . 

CATABOLISMO DE LÍPIDOS :

Las grasas, triacilgliceroles, como ya sabemos, al igual que los glúcidos, también actúan como reserva energética, sobre todo debido a sus constituyentes, los ácidos grasos de cadena larga.Los ácidos grasos sufren un proceso de degradación que consiste en su oxidación hasta Acetil-CoA , este proceso se denomina β-oxidación o hélice de Lynen . 

Pero antes de que ocurra este proceso , se debe separar la glicerina de los ácidos grasos . La glicerina se degrada , al fosforilarse para dar lugar a glicerol-fosfato y este se oxida cediendo sus electrones el NAD+ para transformarse en dihidroxicetona-fosfato, un producto intermedio de la glucólisis . 

 A continuácion se degradan los ácidos grasos en la hélice de Lynen , estos son transferidos a la matriz mitocondrial , gastando 2 ATP , este ácido graso para poder realizar la hélice necesita ser activado mediante el CoA , para dar lugar al Acil-CoA .

Este acil-CoA se oxida para dar un compuesto de doble enlace entre los carbonos alfa y beta , obtengo aquí un FADH2 , después en ese compuesto se forma un grupo -OH con la entrada de H2O y obtengo un NADH + H+ , finalmente se forma un grupo C=O en el carbono beta y se produce la rotura de ambos carbonos , lo que conlleva la liberación del extremo de mi cadena en forma de Acetil-CoA , por lo que en una vuelta obtengo , un NADH +H+ , un FADH2 , un acetil-CoA 8 por lo que pierdo dos carbonos ) . Este proceso continuará hasta la total degradación del ácido graso en acetil-CoA .

A partir de aquí las rutas degradativas convergen en el ciclo de krebs y los coenzimas ceden sus electrones a la cadena respiratoria .

En esta imagen se puede ver todo el proceso mucho mas claro : 

FUENTE : http://respiracioncelularyfermentacion2011.blogspot.com/2011/12/beta-oxidacion-de-los-acidos-grasos.html

CATABOLISMO DE PROTEÍNAS

Generalmente las proteínas no se utilizan para obtener energía , sin embargo las células están constantemente renovando sus proteínas que son degradadas a aminoácidos , reutilizados en la síntesis de nuevas proteínas.

a) Eliminación del grupo amino

Se diferencian dos etapas: transaminación y desaminación oxidativa.

• Transaminación: consiste en transferir el grupo amino desde un aminoácido a un alfa-cetoglutárico que se transforma en ácido glutámico. Esta reacción esta catalizada por las transaminasas. 
• Desaminación oxidativa: a continuación, el ácido glutámico, por acción de la glutamato deshidrogenasa, sufre una oxidación; los hidrógenos son recogidos por el NAD⁺ o NADP⁺, que se reducen, y se libera el grupo amino en forma de amoniaco, regenerándose al alfa-cetoglutárico que podrá ser utilizado en nuevas transaminaciones. Este amoniaco debe ser excretado porque resulta tóxico . 

b) Oxidación del esqueleto carbonado

Los esqueletos carbonados que quedan como resto cuando se elimina el grupo amino, se degradan siguiendo rutas específicas. Mediante estas rutas catabólicas diferentes se obtienen: ácido pirúvico, acetil-CoA u otros intermediarios del ciclo de Krebs. , por lo que penetran en la matriz para poder seguir estas rutas 

No he logrado encontrar una fotografía exclusiva del catabolismo de proteinas , que tenga libre los derechos de autor , pero he encontrado esta que refleja muy bien como el catabolismo de las biomoléculas , convergen al final en acetil-CoA .

FUENTE : GOOGLE , ETIQUETADA PARA REUTILIZACIÓN NO COMERCIAL 

CATABOLISMO DE ÁCIDOS NUCLÉICOS 

Al igual que las proteínas , los ácidos nucléicos tampoco se utilizan como combustible metabólico . 

Los nucleótidos simplemente se degradan con la separación de sus componentes : 

• Pentosas : ruta de las pentosas 
• Grupo fosfato : excreción por la orina 
• Bases nitrogenadas : complejas rutas que llevan a urea , amoníaco y ácido úrico.

Finalmente os adjunto un esquema muy general de todo el catabolismo , dónde se puede ver muy bien reflejada la relación entre cada catabolismo según la biomolécula : 

ANABOLISMO

Como ya sabemos , el anabolismo es la vía constructiva del metabolismo , vamos a distinguir 2 tipos de anabolismo ; 

• ANABOLISMO AUTÓTROFO : 
  • 1.Fotosíntesís : se produce gracias a la energía luminosa ; se da en plantas , algas , cianobacterias y bacterias fotosintéticas 
  • 2.Quimiosíntesis : se produce gracias a la energía desprendida en la oxidación de ciertas moléculas , se da en bacterias quimiosintéticas 
• ANABOLISMO HETERÓTROFO: su objetivo es la síntesis de reservas energéticas y crear estructuras , se da en todos los organismos . 

1.FOTOSÍNTESIS 

La fotosíntesis es un proceso anabólico por el cual se transforma energía luminosa captada por los pigmentos fotosintéticos en energía química , que se almacena en el ATP .

Tenemos dos tipos de fotosintésis ; la fotosíntesis oxigénica , cuyo dador de electrones es el H2O y por lo tanto desprende O2 y la fotosíntesis anoxigénica , cuyo dador de electrones es generalmente el H2S .

Dentro de la fotosínteiss oxígenica destacamos dos fases : 

• Fase luminosa : se da en los tilacoides y se obtiene ATP y NADPH 
• Fase oscura : se da en el estroma y se utiliza el ATP y NADPH obtenidos en la fase anterior . 

1.1 FASE LUMINOSA

La fase luminosa tiene lugar en las membranas de los tilacoides , cuando un fotón es captado por el pigmento diana del centro de reacción , sale del átomo dejándolo ionizado . Los electrones perdidos con la energía del fotón pasan de una moléula a otra , que se oxidan y se reducen sucesivamente . Se forma así la cadena transportadora de electrones . La energía captada se invierte en introducir H+ a través de la membrana , que al pasar por la ATP-sintetasa , da lugar a la formación de ATP . 

Dependiendo de cual sea el aceptor final de electrones , se distinguen dos procesos : 

FLUJO ACÍCLICO : Llegan dos fotones al fotosistema II , que provoca la excitación del pigmento diana y la clorofila P680 pierde 2 electrones , que irán pasando a través de la cadena . La clorofila repone sus electrones perdidos a través de la fotólisis del H2O , que se escinde en 2 H+ y 2 electrones . Los electrones perdidos pasan por la cadena de transporte electrónico , del fotosistema II , a la festinan , luego a la plastoquinona , luego al citocormo b6-f y despuéss a la plsatocianina . Antes de que estos electrones lleguen al fotosistema I , este recibe 2 fotones de luz , que provocan que la clorofila P700 se excite , y pierda 2 electrones , que son captados por la ferredoxina y de ahí los transporta a la NADP+ reducidas , donde se incorporan los H+ procedentes del estroma , que es recogido por un NADP+ que se reduce a NADPH+H+ ( FOTORREDUCCIÓN NADP+ ). La energía que desprende el movimiento de electrones , se utiliza para bombear protones desde el estroma al interior del tilacoide , creando un gradiente electroquímico que hace que los protones regresen al estroma a través de la ATP-sintetasa , formando ATP ( FOTOFOSFORILACIÓN ) 

En resumen , en esta fase hemos obtenido ATP Y NADPH

FLUJO CÍCLICO : Interviene unicamente el fotosisma I , es un flujo cíclico por que el aceptor final de electrones , es el propio centro de reacción de la clorofila P700 . Al no participar el fotosistema II no hay fotólisis de H2O y no hay reducción del NADP+ . Al llegar dos fotones al fotosistema I , la clorofila P700 pierde 2 electrones , que son cedidos a la ferredoxina , esta al citocromo b6-f ( que bombea H+ al interior del tilacoide) , de aquí pasan a la plastoquinona , luego a la plastocianina y de nuevo al fotosistema I . Los protones bombeados , saldrán a través de la ATP-sintetasa provocando la síntesiss de ATP . Finalmente , al acabar esta fase solo hemos obtenido ATP . 

1.2 FASE OSCURA

La fase oscura tiene lugar en los estromas de los cloroplastos , y no depende de la presencia de la luz . En esta fase como he comentado al principio , se utilizarán el ATP y el NADPH de la fase anterior . 

Esta fase esta comprendida en un ciclo denominado ciclo de Calvin:

• 1.Fijación del CO2 : en primer lugar se produce la fijación de una molécula de CO2 a la ribulosa-1,5-difosfato, gracias a la acción de la enzima rubisco ( ribulosa -1,5-difosfato carboxilasa oxidasa ) y da lugar a un compuesto inestable de 6 átomos de carbono, que se disocia en 2 moléculas de ácido-3-fosfoglicérico .
• 2. Reducción del CO2 fijado : ocurren a continuación una serie de reacciones en las que se usa el ATP y NADH obtenidos en la fase luminosa , para dar lugar a el ácido-3-fosfoglicérico que se reduce y da lugar a gliceraldehído-3-fosfato. A partir de aquí el ciclo puede tomar dos vías, realizar la síntesis de almidón, ácidos grasos y aminoácidos en el estroma o bien sale al citosol para dar lugar a una molécula de glucosa y fructosa , para dar sacarosa .
• 3.Regeneración de la ribulosa-1,5-difosfato : para que el ciclo comience de nuevo , tienen que ocurrir una serie de reacciones sucesivas , de 3 , 4 ,5 y 7 carbonos para que a partir de 5 gliceraldehído-3-fosfato se obtengan 3 ribulosas 5-fosfato y así poder regenerar la ribulosa-1,5-difosfato ( en este proceso se gasta ATP ) y poder comenzar el ciclo de nuevo . ( ciclo de las pentosas fosfato )

Rendimiento neto : por cada CO2 incorporado , se consumen 3 ATP y 2 NADPH. Por ejemplo , para una molécula de glucosa se necesitan 6 vueltas al ciclo y por lo tanto 12 NADPH y 18 ATP .Para conseguir esos 12 NADPH necesitamos que en la fase luminosa se hidrolicen 12 moléculas de H2O . Por cada molécula de agua hidrolizada se introducen 4 H+ , por lo que en total tenemos 48H+ . También obtenemos 6O2 y 6CO2 . 

En la lesson plan nos encontramos con varios videos , acerca de la fotosíntesis , en este caso he querido unir varios de ellos para poder tener todo el proceso fotosintético en un solo esquema : 

    FOTORRESPIRACIÓN DE LAS PLANTAS C4 

La fotorrespiración es un proceso que tiene lugar en ambientes cálidos y secos,  y se basa en la utilización de oxígeno para producir dióxido de carbono. Durante este proceso la planta consume la energía generada durante las anteriores fases de la fotosíntesis.

La responsable de este proceso es una enzima denominada rubisco (ribulosa-1-5-bifosfato carboxilasa oxidasa). Esta enzima fija el carbono durante la fase oscura de la fotosíntesis, pero cuando la temperatura aumenta, cambia su comportamiento, pasando a cumplir la función de una oxidasa. Esto es debido a que las plantas cierran sus estomas durante el día para evitar la pérdida de H2O . Y entonces el oxígeno alcanza grandes concentraciones y el CO2 disminuye ( ya que no puede entrar ) . 

La enzima rubisco actúa como oxidasa y oxida la ribulosa -1,5-difosfato dando ácido 3-fosfoglicérico y ácido fosfoglicocólico que pasa a los peroxisomas , donde se transforma en glicocola , que pasa a las mitocondrias donde se libera CO2 y NH3 . 

Este proceso es muy perjudicial , ya que se reduce a la mitad la capacidad fotosintética de la planta . 

Factores que influyen en la fotosíntesis :

• Temperatura 
• Concentración CO2 
• Concentración O2 
• Intensidad luminosa
• Humedad 
• Tipo de luz 

FUENTE : APUNTES COLEGIO VIRTUAL 

QUIMIOSÍNTESIS

• Primera fase : oxidación de sustancias inorgánicas que constituye la fuente de energía pa la síntesís de ATP por fosforliación oxidativa 
• Segunda fase : sigue las vías metabólicas de la fase oscura de la fotosíntesis                         

• Síntesis de glucógeno.GLUCOGENOGÉNESIS : glucosa-6-fosfato --> glucosa-1-fosfato---> UDP-glucosa , que se une al extremo de una cadena de glucógeno 
• Síntesisde almidón .AMILOGÉNESIS : glucosa --> almidón , el activador es el ATP , en vez del UDP.

1.1 Transporte de acetil-CoA de la mitocondria al citosol , ya que allí se encuentra el complejo enzimático ácido graso-sintetasa ( SAG )que lleva a cabo la síntesis , para ello se une a un oxalacetato para dar citrato , sale al citosol y libera Acetil-CoA . 

1.2 Condensación de moléculas de 2 carbonos hasta formar el ácido graso . Pero el SAG no puede introducir Acetil-CoA , sino malonil-CoA , por lo tanto se necesita una molécula de Acetil-CoA cebadora y otra que sufre una carboxilación para transformarse en malonil-CoA . La condensación de ambas da lugar a una molécula de 4 C , al que se le unirá un malonil-CoA . Este preceso se repite hasta que el ácido graso este completado . 

La glicerina para que pueda unirse debe estar en forma de glicerol-3-fosfato , que se obtiene a partir de la dihidroxicetona -3-fosfato , que se forma durante la glucólisis .

SÍNTESIS DE NUCLEÓTIDOS : 

Se sintetizan por un lado las bases puricas , a través de unas reacciones sobre la ribosa -5-fosfato . Y por otro lado la síntesis de bases pirimidínicas , se froma el anillo y luego el nucléotido orotidín monofosfato .

Esquema general del anabolismo : 

ACTIVIDADES INDIVIDUALES :

 1.- ¿Todos los organismos autótrofos son fotosintéticos?

No, existen organismos autótrofos, que realizan la  quimiosíntesis. Los fotosintéticos se produce gracias a la energía lumínica. Sin embargo, la quimiosíntesis se produce debido a la energía desprendida en la oxidación de algunas moléculas.

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

Ambas se realizan en organismos autótrofos para una vía constructiva anabólica, es decir, sintetizan moléculas complejas a partir de moléculas sencillas. Las moléculas iniciales son inorgánicas. La diferencia es que la fotosíntesis se produce gracias a la energía luminosa. La quimiosíntesis se produce gracias a la energía desprendida en la oxidación de ciertas moléculas. 

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

El complejo antena contiene clorofilas a y b que captan la energía lumínica y es captada por otras moléculas. El pigmento diana se sitúa en el centro de reacción y cede los electrones al último aceptor de electrones.

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 se produce en la fase luminosa acíclica de la fotosíntesis en el fotosistema  II. Para generar una molécula de O₂, ha de darse la fotólisis del agua dos veces. Porque cada vez que se rompe una molécula de agua produce ½ O₂. Por tanto, 2 moléculas de H₂O deben hidrolizarse.

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

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

Los objetivos de la fase luminosa es la obtención de ATP y NADPH, en la cual tenemos dos fases; cíclica y acíclica.

El objetivo de la fase oscura es la síntesis de materia orgánica a partir de ATP y NADPH obtenido en la luminosa y a partir de CO₂. 

La fase luminosa se suele dar durante el día porque necesita luz solar. Pero en la fase oscura, no se requiere luz solar. Pero esto no quiere decir que se produzca durante la noche. La fase oscura se da a continuación de la luminosa.

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

1. β-oxidación de los ácidos grasos  -  Mitocondrias (Matriz mitocondrial)
2. Fotofosforilación  - Cloroplastos ( membrana tilacoidal )
3. Glucólisis  - Citosol
4. Fosforilación oxidativa  - Mitocondrias (Membrana mitocondrial interna)
5. Captación de luz por el complejo antena  - Cloroplastos 
6. Ciclo de Calvin  - Cloroplastos (Estroma)
7. Ciclo de los ácidos tricarboxílicos  - Mitocondria (Matriz mitocondrial)

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

En las plantas C3 ,al estar en un ambiente seco y cálido, los estomas se cierran durante el día para evitar la pérdida de agua. El oxígeno producido en la fotosíntesis alcanza grandes concentraciones y disminuye la concentración de CO2. Esto reduce a la mitad la capacidad fotosintética de la planta , ya que es debido a que el CO2 y el O2 compiten por el centro activo de la rubisco .

En las plantas C4 no sucede esto  , porque se ha resuelto fijando el Co2 mediante la ruta de Hatch-Slack , que captan el Co2 durante la noche cuando los estomas se pueden abrir sin problema , la enzima fosfoenolpiruvato carboxilasa cataliza la fijación del CO2 al fosfoenolpirúvico formándose ácido oxalacético , que es el primer prodcuto de la fotosíntesis . 

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

Procede de la fotólisis del H₂O.

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

Gracias a la enzima ribulosa-1,5-difosfato carbonizada oxidasa (rubisco), el CO₂ se une a la ribulosa 1,5-difosfato.

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

Gluconeogénesis: productos iniciales ácido pirúvico, aminoácidos, ácido láctico o glicerina. Producto final, glucosa, 

Glucólisis: producto inicial, glucosa, y producto final el ácido pirúvico. 

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

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

El ácido pirúvico entra en la mitocondria para iniciar la gluconeogénesis, ya que es aquí donde se encuentra la enzima piruvato carboxilasa, que transforma el piruvato en oxalacetato, consumiéndose ATP 

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

Hay procesos en los que el ácido oxalacético pasa a málico y de nuevo a oxalacético , ya que el oxalacetato no puede atravesar la membrana mitocondria , así que se transforma en malato y al salir vuelve a formar oxalacetato .

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

El acetil-CoA

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

Para obtener ácido lignocérico se necesitan 11 moléulas de malonil-CoA

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

Balance ácido graso 14 C : Ac-CoA + 6 (malonil-CoA) + 12 (NADPH + H+) ——>

ácido mirístico + 6 ( CO2 ) + 12 (NADP+) + 7 (CoA-SH ) + 6 H2O 

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

En las células animales en el citosol y en las células vegetales en los cloroplastos

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

El ácido alfa - cetoglutárico , es la molécula que puede transferir el grupo -NH2 a otros cetoácidos , mediante reacciones de transaminación .

ACTIVIDADES P.A.U.

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

La fase luminosa tiene lugar en las membranas de los tilacoides , cuando un fotón es captado por el pigmento diana del centro de reacción , sale del átomo dejándolo ionizado . Los electrones perdidos con la energía del fotón pasan de una moléula a otra , que se oxidan y se reducen sucesivamente . Se forma así la cadena transportadora de electrones . La energía captada se invierte en introducir H+ a través de la membrana , que al pasar por la ATP-sintetasa , da lugar a la formación de ATP . 

Dependiendo de cual sea el aceptor final de electrones , se distinguen dos procesos :

• FLUJO ACÍCLICO : Llegan dos fotones al fotosistema II , que provoca la excitación del pigmento diana y la clorofila P680 pierde 2 electrones , que irán pasando a través de la cadena . La clorofila repone sus electrones perdidos a través de la fotólisis del H2O , que se escinde en 2 H+ y 2 electrones . Los electrones perdidos pasan por la cadena de transporte electrónico , del fotosistema II , a la festinan , luego a la plastoquinona , luego al citocormo b6-f y despuéss a la plsatocianina . Antes de que estos electrones lleguen al fotosistema I , este recibe 2 fotones de luz , que provocan que la clorofila P700 se excite , y pierda 2 electrones , que son captados por la ferredoxina y de ahí los transporta a la NADP+ reducidas , donde se incorporan los H+ procedentes del estroma , que es recogido por un NADP+ que se reduce a NADPH+H+ ( FOTORREDUCCIÓN NADP+ ) .La energía que desprende el movimiento de electrones , se utiliza para bombear protones desde el estroma al interior del tilacoide , creando un gradiente electroquímico que hace que los protones regresen al estroma a través de la ATP-sintetasa , formando ATP ( FOTOFOSFORILACIÓN ) 

En resumen , en esta fase hemos obtenido ATP Y NADPH

• FLUJO CÍCLICO : Interviene unicamente el fotosisma I , es un flujo cíclico por que el aceptor final de electrones , es el propio centro de reacción de la clorofila P700 . Al no participar el fotosistema II no hay fotólisis de H2O y no hay reducción del NADP+ . Al llegar dos fotones al fotosistema I , la clorofila P700 pierde 2 electrones , que son cedidos a la ferredoxina , esta al citocromo b6-f ( que bombea H+ al interior del tilacoide) , de aquí pasan a la plastoquinona , luego a la plastocianina y de nuevo al fotosistema I . Los protones bombeados , saldrán a través de la ATP-sintetasa provocando la síntesiss de ATP . Finalmente , al acabar esta fase solo hemos obtenido ATP . 

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

• Autótrofo : organismo capaz de producir su propio alimento mediante la fotosíntesis o quimiosíntesis , a través de la luz o energía química . Son organismos autógrafos , plantas , algas y algunas bacterias . 
• Heterótrofo : organismo que no puedo producir su alimento a través de fuentes inorgánicas y por tanto se alimentan de otros organismos de la cadena alimenticia . Ejemplos de organismos heterótrofos , somos nosotros los seres humanos - 

• Quimiosintético : organismos que realizan un tipo de anabolismo autótrofo y que se aprovechan de la energía desprendida en la oxidación de ciertas moléculas . Como las bacterias quimiosintéticas 
• Fotosintético : organismos que realizan un anabolismo autógrafo también , pero estos se aprovechan de la energía luminosa . Como son las plantas , algas , cianobacterias , y bacterias fotosintéticas . 

• Aerobio : son aquellos organismos que necesitan oxígeno para vivir o poder desarrollarse.
• Anaerobio : son los que no utilizan oxígeno en su metabolismo, más exactamente que el aceptor final de electrones es otra sustancia diferente del oxígeno. Si el aceptor de electrones es una molécula orgánica (piruvato, acetaldehido, etc.) se trata de metabolismo fermentativo; si el aceptor final es una molécula inorgánica distinta del oxígeno (sulfato, carbonato, etc.) se trata de respiración anaeróbica.

ACTIVIDADES GRUPALES :

1.-¿Cómo y cuándo tiene lugar la descomposición del agua en el proceso de fotosíntesis? ¿Cuáles son sus consecuencias?           Tiene lugar en la fase luminosa acíclica en el fotosistema ll, cuando la luz incide sobre el fotosistema, la clorofila P680 se excita, y tiene que ceder dos electrones al primer aceptor de electrones. Para reponer estos dos electrones perdidos, se produce la denominada fotólisis del agua. Después de esto entra en los tilacoides cuatro protones por cada dos electrones. Entran dos procedentes de la hidrólisis del agua y otros dos provenientes de la cadena de transporte electrónico. Como resultado se produce una diferencia de potencial electroquímico entre las dos caras de la membrana del tilacoide y este gradiente hace que se produzca la síntesis de 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.

Flujo no cíclico: Ocurre si el aceptor final de electrones es el NADP+ y entonces se obtiene NADPH. Intervienen los dos fotosistemas y es aquí donde ocurre la fotólisis del agua.                       

Flujo cíclico: Ocurre cuando el aceptor final de electrones es el propio centro de reacción. Interviene el fotosistema I.

Entre ambos su objetivo es obtener los 18 ATP para la fase oscura.                       

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

Es posible porque las cianobacterias poseen pigmentos fotosintéticos en los tilacoides de su citoplasma que se encargan de realizar la fotosíntesis.

3.-Explique brevemente la finalidad que tienen los siguientes procesos: -Metabolismo: Su finalidad es obtener materia y energía para llevar a cabo las funciones vitales de nutrición, relación y reproducción.

-Respiración celular: Debe obtener energía en forma de ATP, dióxido de carbono y agua.                       

-Anabolismo: Obtiene moléculas complejas a partir de biomoléculas sencillas. -Fotosíntesis: Fabrica materia orgánica a partir de inorgánica, además de oxígeno.                                                                   

-Catabolismo: Obtiene moléculas sencillas a partir de moléculas orgánicas complejas.

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

Fotosíntesis: Proceso de conversión de la energía luminosa procedente del sol en energía química, que es almacenada en moléculas orgánicas. Este proceso es posible gracias a los pigmentos fotosintéticos, que son capaces de captar la energía luminosa y utilizarla, de modo que dan inicio a una serie de reacciones químicas que constituyen la fotosíntesis. Se lleva a cabo en los cloroplastos y es realizada por plantas, algas y algunas bacterias.                       

Fotofosforilación: Proceso que tiene lugar en la fase luminosa de la fotosíntesis, consiste en la obtención del ATP y agua, añadiendo un grupo fosfato a un ADP.                      

Fosforilación oxidativa: Proceso que tiene lugar en la respiración celular, cuando ocurre el transporte de electrones en las ATP-sintetasas, al entrar los protones por estas. Su finalidad es la obtención del ATP y agua, añadiendo un grupo fosfatoa un ADP.                       

Quimiosíntesis: Proceso del anabolismo que consiste en la síntesis de ATP a partir de la energía que se desprende en las reacciones de oxidación de ciertas sustancias inorgánicas.

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

ANABOLISMO: Los dos ejemplos de este proceso son fotosíntesis y quimiosíntesis. La fotosíntesis se produce en los tilacoides de los cloroplastos (células vegetales) En el caso de las bacterias que no tienen ni cloroplastos ni tilacoides se produce en los clorosomas. La quimiosíntesis se produce únicamente en el interior de las bacterias.

CATABOLISMO: Los ejemplos son la respiración celular y la fermentación. La respiración celular ocurre en las mitocondrias y en el citosol, mientras que la fermentación                       

tiene lugar en el interior de ciertas levaduras y bacterias, y en animales, en el caso de que al tejido muscular no llegue suficiente oxígeno a las células.

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

 Se trata del proceso de la fase luminosa cíclica.

El ATP y el NADPH formados en la fase luminosa de la fotosíntesis, se emplean para obtener energía para poder formar la materia orgánica en la fase oscura, en el ciclo de Calvin, a partir de moléculas inorgánicas.                                                      

Y si, los cloroplastos sí que intervienen, ya que la fotosíntesis se realiza en 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 es un nucleótido que actúa en el metabolismo como molécula energética. Su misión es almacenar y ceder energía gracias a sus dos enlaces éster-fosfóricos (está formado por una pentosa, que es la ribosa, una base nitrogenada, que es la adenina, y tres grupos fosfatos

La síntesis de ATP se puede realizar de tres maneras , voy a indicar dos :
1- Fosforilación a nivel de sustrato: gracias a la energía liberada por una biomolécula, al romperse alguno de sus enlaces. Por ejemplo, la glucólisis
2- Reacción encimática con ATP-sintetasas: en las crestas de las mitocondrias y los tilacoides de los cloroplastos, estas enzimas sintetizan ATP cuando su interior es atravesado por un flujo de protones, por ejemplo, en la cadena transportadora de electrones.

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

 FOTOSÍNTESIS OXIGÉNICA: Todos menos los hongos.

 RESPIRACIÓN CELULAR: todos     

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

La fotosíntesis es el proceso de conversión de la energía luminosa procedente del sol en energía química, que más tarde es almacenada en moléculas orgánicas. Este proceso es posible gracias a los pigmentos fotosintéticos, moléculas capaces de captar la energía luminosa y utilizarla para activar alguno de sus electrones y transferirlo a otros átomos, de modo que dan inicio a una serie de reacciones químicas que constituyen la fotosíntesis. Consta de dos fases: la fase luminosa, que tiene lugar en los tilacoides, y se caracteriza por la captación de energía luminosa, generando ATP y nucleótidos reducidos, y la fase oscura,que tiene lugar en el estroma, y a partir de ATP los nucleótidos reducidos obtenidos en la fase luminosa, se sintetizan moléculas orgánicas.

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

La fase luminosa consta de dos fases, la cíclica y la acíclica.
En la fase luminosa acíclica interviene el fotosistema l y ll. El fotosistema ll recibe luz y la clorofila P680 se excita y cede dos electrones al primer aceptor de electrones. Después, este primer aceptor cede los electrones a una cadena de transporte electrónico, que los cede finalmente a la clorofila P700 del fotosistema l. Cuando el fotosistema l recibe luz, su clorofila P700, cede dos electrones al primer aceptor de electrones y el primer aceptor de electrones del fotosistema l, transfiere los electrones a otra cadena de transporte electrónico, que los cede al NADP+, que toma protones del estroma, y se reduce para formar NADPH + H+. Cada dos protones se forma 1 ATP, por tanto, al tener 48 protones, obtenemos 16 ATP, al romper 12 moléculas de agua.
En la fase luminosa cíclica, sólo interviene el fotosistema l. Inciden dos fotones sobre el fotosistema l, la clorofila P700 libera dos electrones al aceptor primario, y se inicia una cadena de transporte de electrones que impulsa dos protones desde el estroma al interior de tilacoide. La cadena de transporte electrónico, transfiere los dos electrones a la clorofila P700, para reponer los electrones que ha perdido. Los electrones llegan a la ferredoxina y de ahí pasan al citocromo B,y de éste pasa a la plastoquinona, que capta dos protones y se reduce. La plastoquinona reducida, cede los dos electrones al citocromo F, que introduce los dos protones en el interior del tilacoide. Estos, al salir de los ATP-sintetasa provocan la síntesis de ATP. La plastocianina retorna los electrones a la clorofila P700. El aporte al proceso fotosintético global, nucleótidos oxidados y ATP, necesarios para realizar la siguiente fase.

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-co-a 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, glucos, 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 de oxidación reducción que transportan electrones de una reacción a otra. Estas permiten obtener energía para realizar el metabolismo . Se pueden encontrar de dos formas forma oxidada NAD + y forma reducida NADH +H. Estas moléculas intervienen en varias reacciones como son: la glucólisis , el Ciclo de Krebs, en la Hélice de Lynenn ...

                       

25.- Explique brevemente el esquema siguiente:

                       

En el esquema podemos observar el ciclo de Calvin ( fase oscura de la fotosíntesis ), en primer lugar se produce la fijación de una molécula de CO2 a la ribulosa-1,5-difosfato, gracias a la acción de la enzima rubisco ( ribulosa -1,5-difosfato carboxilasa oxidasa ) y da lugar a un compuesto inestable de 6 átomos de carbono, que se disocia en 2 moléculas de ácido-3-fosfoglicérico . Ocurren a continuación una serie de reacciones en las que se usa el ATP y NADH obtenidos en la fase luminosa , para dar lugar a el ácido-3-fosfoglicérico que se reduce y da lugar a gliceraldehído-3-fosfato. A partir de aquí el ciclo puede tomar dos vías, realizar la síntesis de almidón, ácidos grasos y aminoácidos o bien dar lugar a una molécula de glucosa y fructosa , para dar sacarosa . Desde aquí para comenzar de nuevo , tienen que ocurrir una serie de reacciones , de 3 , 4 ,5 y 7 carbonos para poder regenerar la ribulosa-1,5-difosfato ( en este proceso se gasta ATP ) y poder comenzar el ciclo de nuevo .

                       

26.- Bioenergética: a) Defina los conceptos de: fosforilación a nivel del sustrato, fotofosforilación y fosforilación oxidativa. b) ¿En qué niveles celulares se produce cada uno de dichos mecanismos y por qué?

                       

Fosforilación a nivel de sustrato: es la formación de ATP gracias a la energía liberada al romperse algunos de los enlaces ricos en energía de una biomolécula . Este proceso se produce en el citosol , ya que se da en la glucólisis y en las mitocondrias debido a el Ciclo de Krebs.

                       

- Fosforilación oxidativa: es la síntesis de ATP a partir de la energía liberada por los electrones que pasan a través de la cadena respiratoria de las crestas mitocondriales , este transporte de electrones da lugar a un bombeo de protones desde la matriz a el espacio intermembranoso generando un gradiente electroquímico que impulsa los protones de nuevo a la matriz , gracias a la ATP-sintetasa . Este proceso se lleva a cabo en la cadena respiratoria. En las células eucariotas se produce en la membrana de las crestas mitocondriales y en las procariotas en el citosol.

                       

- Fotofosforilación: es la síntesis de ATP , producida como consecuencia de la fotólisis del H2O , que libera electrones captados por las cadenas transportadoras de los fotosistemas I y II y los protones son bombardeados desde el estroma a el espacio tilacoidal , que generan un gradiente electroquímico al volver al estroma a través de las ATP-sintetas , liberando la energía para poder producirse la unión del ADP + Pi para formar ATP . Este proceso ocurre en las membranas de los tilacoides ( cloroplastos ) .

                                                     

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

                       

El proceso de transporte electrónico mitocondrial se da lugar gracias a la oxidación de los coenzimas reducidos NADH y FADH2 ( obtenidos anteriormente en el Ciclo de Krebs y la glucólisis) , que generan electrones captados por los complejos de la cadena de transporte electrónico ,que está formada por una serie de moléculas en la membrana interna de las mitocondrias ; cuatro grandes complejos proteicos I , II , III , IV , el NADH cede sus electrones a el complejo I y el FADH2 a el complejo II , la ubiquinona ( molécula lipídica )y el citocromo c ( molécula proteica ) . Estos complejos se encargan de aceptar electrones de la molécula anterior y trasladarlos a la siguiente molécula , hasta llegar a el O2 que es el último aceptor de electrones. También se produce un bombeo de protones generado por los complejos I , III y IV , a través de la membrana mitocondrial que genera un gradiente electroquímico de protones entre la matriz y el espacio intermembrana ( quimiósmosis ) .La energía acumulada en este gradiente electroquímico se va a aprovechar gracias a la fosforilación oxidativa , un proceso en el cual los protones vuelven a la matriz mitocondrial a través de las ATP-sintetasas como consecuencia se libera la energía necesaria para impulsar la fosforilación de ADP + Pi a ATP .La función metabólica de la cadena respiratoria es la obtención de ATP mediante la oxidación de las coenzimas reducidas NADH y FADH2. La cadena respiratoria existe para poder obtener mayor energía transformando las coenzimas NADH y FADH2 en ATP.

                       

Se localiza en las crestas mitocondriales.
Finalmente : C6H12O6 + 6 O2 -> 6 CO2 + 6 H2O + 36/38 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 vuelta de la Hélice de Lynen se obtiene una molécula de FADH2 y de NADH + H+ que darán lugar a ATP en la cadena transportadora de electrones y al inicio se consumen 2 ATP debido a la activación de los ácidos grasos por el coenzima -A , para transformarse en acil-CoA y poder entrar a la matriz mitocondrial ( pero esto solo ocurre una vez , ya que en las sucesivas vueltas ya está dentro y por lo tanto no tiene que volver a entrar ). El ácido graso se va haciendo más pequeño liberando en cada vuelta una molécula de acetil-coA , hasta que solo quede acetil-coA y no pueda dar más vueltas .

                       

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

                       

Se produce debido a un bombeo de protones , a través de la membrana mitocondrial que genera un gradiente electroquímico de protones entre la matriz y el espacio intermembrana ( quimiósmosis )

                                                      

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 a ambas rutas es la dihidroxiacetona-3-fosfato cuyo destino final es la síntesis de ATP en el ciclo de Krebs.

                       

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

                       

El ciclo de Calvin ( fase oscura de la fotosíntesis )consiste en una serie de procesos bioquímicos que se realizan en el estroma de los cloroplastos de los organismos fotosintéticos.No depende de la luz y en él se va a utilizar el ATP y NADPH obtenidos en la fase luminosa para sintetizar materia orgánica a partir de sustancias inorgánicas .

                       

1.  Fijación del CO2 : en primer lugar se produce la fijación de una molécula de CO2 a la ribulosa-1,5-difosfato, gracias a la acción de la enzima rubisco ( ribulosa -1,5-difosfato carboxilasa oxidasa ) y da lugar a un compuesto inestable de 6 átomos de carbono, que se disocia en 2 moléculas de ácido-3-fosfoglicérico .
                               
2. Reducción del CO2 fijado : ocurren a continuación una serie de reacciones en las que se usa el ATP y NADH obtenidos en la fase luminosa , para dar lugar a el ácido-3-fosfoglicérico que se reduce y da lugar a gliceraldehído-3-fosfato. A partir de aquí el ciclo puede tomar dos vías, realizar la síntesis de almidón, ácidos grasos y aminoácidos en el estroma o bien sale al citosol para dar lugar a una molécula de glucosa y fructosa , para dar sacarosa
                               
3. Regeneración de la ribulosa-1,5-difosfato : para que el ciclo comience de nuevo , tienen que ocurrir una serie de reacciones sucesivas , de 3 , 4 ,5 y 7 carbonos para que a partir de 5 gliceraldehído-3-fosfato se obtengan 3 ribulosas 5-fosfato y así poder regenerar la ribulosa-1,5-difosfato ( en este proceso se gasta ATP ) y poder comenzar el ciclo de nuevo . ( ciclo de las pentosas fosfato )

Rendimiento neto : por cada CO2 incorporado , se consumen 3 ATP y 2 NADPH. Por ejemplo , para una molécula de glucosa se necesitan 6 vueltas al ciclo y por lo tento 12 NADPH y 18 ATP .

                       

32.- Existe una clase de moléculas biológicas denominadas ATP, NAD, NADP: a) ¿Qué tipo de moléculas son ? (Cita el grupo de moléculas al que pertenecen) ¿Forman parte de la estructura del ADN o del ARN?. b) ¿Qué relación mantienen con el metabolismo celular? (Explícalo brevemente).

 El ATP es una coenzima de transferencia y el NAD y NADP son coenzimas de oxidación y reducción.
Ninguna de las dos coenzimas forman parte del ADN ni del ARN.                       

El ATP es una molécula energética que acumula energía en sus enlaces y es capaz de cederla en la síntesis de moléculas.
El NAD y NADP son transportadoras de protones y electrones que participan en procesos como , la respiración celular.

                                  

En el metabolismo, actúan en reacciones de oxidación-reducción y se pueden encontrar en dos formas: como un agente oxidante, que acepta electrones de otras moléculas o como agente reductor donando electrones .

                       

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

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   

Glucólisis	2 ATP 2 NADH	4 / 6 ATP	2 ATP 4/6 ATP
Descarboxilación ácido Pirúvico	1 NADH ( x 2 vueltas )	2 NADH ( x 3 ATP )	6 ATP
Ciclo de Krebs	1 ATP ( x 2 vueltas ) 3 NADH ( x 2 vueltas ) 1 FADH2 ( x 2 vueltas )	2 ATP 6 NADH ( x 3 ATP )                                     2 FADH2 ( x 2 ATP)	2 ATP 18 ATP                                     4 ATP
Total :			36 / 38 ATP

                                                           

Glucosa + O2 -> 6 CO2 + 6 H2O + 36/38 ATP

                       

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?. b) De los siguientes procesos metabólicos: Glucogénesis, fosforilación oxidativa y B oxidación, indica: - Los productos finales e iniciales. - Su ubicación intracelular. b) Explica con un esquema cómo se puede transformar un azúcar en una grasa ¿Pueden los animales realizar el proceso inverso?

                       

a ) El acetil-CoA inicia el ciclo de Krebs uniéndose 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-SH o de la B-oxidación de ácidos grasos.

                       

b )  Gluconeogénesis: 

          

producto inicial : ácido pirúvico

producto final: la glucosa.
ubicación : en las mitocondrias y la matriz.

                                                                                               

- Fosforilación oxidativa:

• productos finales : ATP.

• ubicación : en las crestas mitocondriales.

                               - B-oxidación:
● productos iniciales : ácidos grasos, NAD+, FAD+
● productos finales : Acetil-Co-A, NADH + H+ y FADH2 y se                                                                        

● ubicación : en la matriz mitocondrial

                                                                                               

c ) El acetil-Co-A en los mamíferos no puede convertirse en piruvato y por lo tanto los mamíferos no son capaces de transformar lípidos en azúcares , ya que carecen de las enzimas necesarias.

                                                                                                                

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).

                       

a)
Metabolismo : Conjunto de reacciones químicas que se producen en el interior de las células de los seres vivos para satisfacer sus necesidades de materia y energía . Anabolismo : conjunto de reacciones que tiene por objetivo la síntesis de moléculas complejas a partir de otras más sencillas utilizando ATP
Catabolismo : conjunto de reacciones que tiene por objetivo la obtención de energía y moléculas precursoras a través de otras más complejas .                   

Ambos son procesos metabólicos que están relacionados , ya que la energía liberada en el catabolismo es utilizada en el anabolismo para sintetizar moléculas orgánicas que serán degradadas en el catabolismo.

RUTAS :
- Glucólisis: El producto inicial es un polisacárido y el final el ácido pirúvico.

- Fermentación: El producto inicial es la glucosa y el producto final es el lactato, etanol, indol, hidrógeno, CO2...
- Ciclo de krebs: El producto inicial es el ácido oxalacético y los productos finales son tres 3 NADH, 1 FADH2 y un GTP.
- Transaminación: el producto inicial es el ácido a-cetoácido,y el producto final es el ácido glutámico
- Ciclo de Calvin : el producto inicial es una molécula , la ribulosa 1,5-difosfato y el producto final según los átomos de carbono, 2 NADPH y 3 ATP por cada carbono.
- Hélice de lynen : el producto inicial es un ácido graso y el final el acetil-CoA -Gluconeogénesis : el producto inicial es ácido pirúvico , aminoácidos , ácido láctico o glicerina y el producto final es la glucosa
- Glucogenogénesis : producto inicial glucosa , final glucógeno

                       

b)

Cloroplastos: fotosíntesis, estroma: ciclo de calvin
Mitocondrias: ciclo de Krebs, quimiósmosis, fosforilación oxidativa     

Citosol: glucólisis

                       

37.- Indique el rendimiento energético de la oxidación completa de la glucosa y compárelo con el obtenido en su fermentación anaerobia. Explique las razones de esta diferencia.
En la oxidación de la glucosa se consiguen 36 ( eucariotas) o 38 (procariotas) ATP: 4 o 6 de la glucólisis, 6 de la descarboxilación oxidativa y 24 del Ciclo de Krebs (haciendo el balance completo tras el transporte electrónico). En cambio, en las fermentaciones solamente se obtienen 2 ATP ya que la síntesis de este se produce únicamente a nivel de sustrato al no haber una cadena transportadora de electrones.

                       

38.- ¿En qué orgánulos celulares tiene lugar la cadena de transporte de electrones , uno
de cuyos componentes son los citocromos? ¿Cuál es el papel del oxígeno en dicha cadena? ¿Qué seres vivos y para qué la realizan?.
La cadena de transporte de electrones tiene lugar en las mitocondrias (catabolismo) y en los cloroplastos (anabolismo), en cambio, en células procariotas tiene lugar en la membrana plasmática. En estas cadenas se conducen los electrones hasta el oxígeno (el último aceptor) el cual se reduce para formar agua, el producto final de la degradación de la glucosa. Esta reacción la producen los organismos aerobios. En el catabolismo, su objetivo es la síntesis de agua junto con el oxígeno y en el anabolismo los electrones transportados hacen posible la fotorreducción del NADP+ en la fase luminosa acíclica de la fotosíntesis y también permiten al fotosistema I estabilizarse ganando dos electrones al haberse excitado al recibir dos fotones de luz (fase luminosa cíclica).

                       

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

Tienen lugar dos reacciones de descarboxilación oxidativa liberando dos moléculas de dióxido de carbono, reacciones de oxidación liberando electrones captados por el NAD+ y el FAD+ los cuales se reducen y reacciones de fosforilación a nivel de sustrato originando GTP.
- ¿Qué rutas siguen los productos liberados? Los productos resultantes del Ciclo de Krebs van posteriormente a la cadena respiratoria para finalmente sintetizar ATP.

1. Ácido pirúvico. 
2. Acetil-CoA. 
3. ADP.
4. ATP
5. NADH
6. Oxígeno atmosférico.

                                                                                               

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, fase oscura de la fotosíntesis y gluconeogénesis.
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? Se puede originar Acetil-CoA también a partir de la degradación de un ácido graso.

                                                                                               

46.
a) El esquema representa un cloroplasto ¿Qué denominación reciben los elementos indicados por los números 1-7?

            

1. Espacio intermembrana
2. Membrana interna
3. Membrana externa
4. Tilacoides del estroma
5. ADN plastidial
6. Ribosomas
7. Tilacoides de grana.

                                              

b) En los cloroplastos, gracias a la luz, se producen ATP y NADPH. Indique esquemáticamente, cómo se desarrolla este proceso.
Básicamente se producen gracias a que los fotosistemas reciben 2 fotones de luz lo que hace que se exciten y liberen dos electrones que al ser transportados por la membrana tilacoidal llegan a la NADP+ reductasa y originan la fotorreducción del NADP+. En cuanto a las clorofilas excitadas, el fotosistema II para estabilizarse recupera sus dos electrones rompiendo una molécula de agua. Los protones resultantes de esta fotólisis junto con los que vienen del medio van hacia la ATP sintetasa y se produce la fotofosforilación del ADP. 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?
Este hecho no contradice la hipótesis de la endosimbiosis sobre el origen de las células eucarióticas, ya que el tamaño no influye en esta teoría. No, porque la teoría endosimbiótica dice que los cloroplastos y las mitocondrias se formaron por la simbiosis de una bacteria con una célula, y por tanto, no se corresponde al tamaño de la célula, ya que se ha producido una fusión.

                                                                                          

47. El Esquema (misma figura de la página anterior) representa un cloroplasto ¿Qué denominación reciben los elementos indicados por los números 1-7?

1. Espacio intermembrana.
2.  Membrana interna. 
3. Membrana externa. 
4. Tilacoides del estroma. 
5. ADN plastidial. 
6. Ribosomas
7. Tilacoides de grana.

                                                                                               

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

El proceso de formación de la glucosa que constituye el almidón es la amilogénesis:

FUENTE : SLIDESHARE

b) Indique tres similitudes entre cloroplastos y mitocondrias.
Poseen una misma composición de la membrana plasmática pero sin colesterol. Comparten ciertas estructuras: membrana externa, interna, ADN, espacio intermembranoso, ribosomas... Ambos se encuentran en las células eucariotas. Ambos son orgánulos transductores de energía     

                  

48.
a) El esquema representa un a mitocondria con diferentes detalles de su estructura. Identifique las estructuras numeradas 1 a 8.

1. Matriz mitocondrial. 

2. Cresta mitocondrial. 

3. Ribosoma.

4. Membrana mitocondrial interna. 

5. Espacio intermembrana. 

6. Membrana mitocondrial externa. 

7. ATP sintetasa. 

8. Complejos proteicos I, II, III, IV.

                                              

b) Indique dos procesos de las células eucariotas que tengan lugar exclusivamente en las mitocondrias y para cada uno de ellos establezca una relación con una de las estructuras indicadas en el esquema.

El ciclo de Krebs que tiene lugar en la matriz mitocondrial y la fosforilación oxidativa que se produce a través de la membrana mitocondrial interna.

                       

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

                       

El ADN mitocondrial puede codificar ARN transferentes y ARN ribosómicos.

                                                                       

Como no he sido capaz de poder copiar los esquemas presentes de las actividades , aquí adjunto el pdf con los encunciados de las actividades :

    preguntas metabolismo.pdf

Y esto es todo por hoy ! Espero que les haya gustado .