En esta nueva misión voy a comentar el metabolismo celular , catabolismo y anabolismo.
El METABOLISMO
es el conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en el interior de la célula de los seres vivos.
Tienen dos fases: el catabolismo y el anabolismo.
Funciones:
Obtención energía química a partir de las biomoléculas.
Obtención de las moléculas precursoras imprescindibles para la síntesis de biomoléculas.
La síntesis de biomoléculas como glúcidos, lípidos y proteínas por unión de las moléculas más sencillas.
Tipos de metabolismo: organismos autótrofos y organismos heterótrofos.
Reacciones de oxidación y reducción en la célula, se produce por trasferencia de electrones, son transformaciones energéticas .-> el transporte de energía se lleva a cabo en forma de ATP.
ATP -> energía liberada -> síntesis de biomoléculas, transporte activo a través de las membranas y la generación d fuerza y movimiento.
Síntesis de ATP-> fosforilación a nivel de sustrato, fosforilación oxidativa, fotofosforilación.
Transportadores de H y e-
Bicatalizadores: las enzimas
proteínas que catalizan reacciones químicas en el metabolismo.
↓
Sustancias que hacen posible las reacciones químicas.
Características de las enzimas
Facilitan y aceleran reacciones metabólicas.
No se consumen durante las reacciones.
Son eficaces en pequeñas cantidades.
Tienen una elevada especificad.
Actúan a la temperatura del ser vivo.
Tienen un enorme poder catalítico.
Tienen peso molecular muy elevado.
Naturaleza química de las enzimas
enzimas son proteínas, sin embargo otras enzimas poseen una parte proteica (apoenzima) unida a una parte no proteica (cofactor). Los hay cofactores inorgánicos -> cationes metálicos y cofactores orgánicos -> coenzimas. Los coenzimas pueden ser de varios tipos , nucleótidos, vitaminas.
Se distinguen dos tipos de coenzimas -> de oxidación y reducción y los de transferencia.
Las vitaminas son precursores de coenzimas y de moléculas activas en el metabolismo.
Según su solubilidad en agua pueden ser: vitaminas liposolubles y vitaminas hidrosolubles.
En la proteína enzimática hay tres tipos de (aa)-> estructurales, de fijación y catalizadores .
El centro catalítico y el de fijación forman el centro activo.
Características:
Muy pequeño.
Estructura tridimensional.
Formados (aa) -> de fijación y catalizadores.
Actuación de las enzimas-> E + S <-> [E-S] <-> E+P
Actúan de manera diferente dependiendo del numero de sustratos -> 1 sustrato y 2 sustratos.
Especifidad de las enzimas:
Modelo de complementariedad.
Modelo de ajuste inducido.
Modelo de apretón de manos.
Cinética enzimática:
Influencia de la concentración de sustrato.
Influencia de la temperatura.
Influencia del PH.
Influencia de inhibidores: inhibición competitiva , inhibición no competitiva e inhibición acompetitiva.
Clasificación de las enzimas:
Óxidoreductasas
Transferasas
Hidrolasas
Liasas
Isomerasas
Ligasas
CATABOLISMO:
El catabolismo es el conjunto de reacciones del metabolismo que permiten la degradación de moléculas para transformarse en más simples y liberando energía.
Rutas catabólicas: las más importantes son tres-> la glucólisis, la β-oxidación y la transaminación y desaminación.
catabolismo de azucares la glucosa es el monosácarido más abundante, el catabolismo de los azucares lleva a una ruta central que es la degradación de la glucosa.
Los azucares convertidos en glucosa siguen unas rutas metabólicas que son-> la glucólisis, el ciclo de Krebs y cadena respiratoria.
La glucólisis: conjunto de reacciones que degradan glucosas en 2 moléculas de ácido pirúvico, la primera ruta metabólica de la que las células dispusieron de para obtener energía.
Por cada molécula de glucosa degradada se obtiene:
2 moléculas de ácido pirúvico
2 moléculas NADH
2 moléculas ATP
Respiración celular -> es el proceso completo la degradación de glucosa en presencia de oxígeno -> respiración celular -> mitocondria.
↓
materia orgánica +O2-> CO2+H2O+Energía.
Descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico-> por el complejo de el piruvato deshidrogenasa da lugar a CO2, producto final resperación celular.
El ciclo de krebs:
El acetil-CoA-> puede ser oxidado en la matriz mitocondria.
Por cada grupo acetilo de acetil-CoA que ingresa en el mismo se contiene:
2 moléculas de CO2
3 moléculas de NADH
1 molécula de FADH2
1 molécula de GTP transformable en ATP
Cadena respiratoria: conduce los electrones hasta el oxígeno, el aceptor último se reduce para formar H2O-> producto final de la degradación de la glucosa.
el transporte de electrones es mediante reacciones de redox 2 más transportadores, son transportados hasta el O2 -> mayor potencial redox. El O2 con la llegada de los electrones, se reduce para formar agua, se completa el proceso de degradación de la glucosa. C02 y H2O.
Fosforilación oxidativa es el transporte de electrones a la cadena respiratoria , desprende energía, la célula recupera energía en forma de ATP, en la fosforilación la reacción es canalizada por la enzima ATP-sintetasa-> regreso de protones-> libera energía para impulsar la fosoforilación del ADN a ATP y a esto se le denomina quimiósmosis.
Por cada par de electrones que atraviesan la cadena respiratoria procedentes del NADH -> 3 moléculas de ATP, por cada par de electrones procedentes del FADH2 -> 2 moléculas ATP.
Balance oxidación glucosa: 38 moléculas de ATP por cada molécula de glucosa degradada , hay un 40% de energía glucosa recuperada en forma de ATP -> NADH2 -> ciclo de krebs -> 3 de ATP y FADH2 -> 2 ATP. en las eucariotas obtenemos 36 ATP , gastamos 2 ATP al atravesar la membrana mitocondrial.
Fermentaciones: proceso catabólico en el que no interviene la cadena respiratoria.
Características:
Anaeróbico, es decir, no se usa oxígeno como aceptor de electrones.
Aceptor final es un compuesto orgánico.
La síntesis de ATP ocurre a nivel de sustrato.
Las fermentaciones las lleva a cabo en los microorganismos.
Tipos-> anaerobio facultativo y anaerobio estricto.
Tipos principales-> fermentación homoláctica<-> 1 etapa y fermentación alcohólica <-> 2 etapas.
Rutas de las pentosas es una vía alternativa a la glucólisis su finalidad es la obtención de azúcares, 5 átomos de carbono -> rabosa, coenzima, está reducido el NADPH.
Ruta anfibólica -> anabolismo y catabolismo.
Catabolismo de lípidos se encarga de la degradación de triacilglicéridos por hidrólisis, tres enlaces éster -> glicerina -> degradación de la glicerina.
Ácidos grasos-> degradación de los ácidos grasos, degradados a aceite-CoA -> ruta catabólica ->β-oxidación de los ácidos grasos.
Catabolismo de proteíanas las células renuevan constantemente proteínas en proceso de renovación las proteínas son degradadas a aminoácidos por enzimas -> proteasas.
Degradación de aa dos fases:
Separación del grupo amino-> hialoplasma-> transamiación , canalizado por transaminasas y desanimación oxidativa.
La otra fase degradación de los esqueletos carbonados -> pueden penetrar en la matriz mitocondria y sus degradados.
Catabolismo ácidos nucleicos: nucleótidos-> resultan de la hidrólisis de ácidos nucleicos, por acción de las nucleasas, si hay nucleótidos sobrantes estos pueden ser degradados a sus componentes moleculares, los cuales a su vez pueden ser degradados en pentosas, ácido fosfórico y bases nitrogenadas.
ANABOLISMO:
Son las rutas de síntesis de moléculas complejas a partir de moléculas sencillas.
Hay moléculas iniciales inórganicas -> anabolismo autótrofo, fotosíntesis y quimiosíntesis y moléculas iniciales orgánicas -> anabolismo heterótrofo.
Anabolismo autótrofo:
-Fotosíntesis -> proceso anabólico por el cual se transforma la energía luminosa en energía química.
Fases: fotosíntesis oxigénica dador electrones de agua y desprende oxígeno -> fase luminosa y fase oscura.
La otra fase anoxigénica -> dado de electrones -> sulfuro hidrógeno -> desprende azufre.
Fotosíntesis oxigénica:
Fase luminosa: capta energía luminosa por los pigmentos fotosintéticos-> membranas tilacoides cloroplastos, forman fotosistemas, complejo antena y centro de reacción
↓
dos fotosistemas, fotosistema (I) (PSI) -> tilacoides estroma y fotosistema (II) (PSII) -> tilacoides apilados forman los granas .Electrones dependiendo del aceptor final -> procesos: -Flujo no cíclico -> fotólisis del agua -> fosforilación, cada 3 protones sintetiza una molécula de ATP.
-Flujo cíciclo -> no fotólisis del agua -> sólo se obtiene ATP , mediante la fosforilación cíclica.
Fase oscura: tiene lugar en el estroma de los cloroplastos, no depende de presencia de luz, energía ATP y energía NADPH.
Es el proceso fundamental para la fijación de carbono a partir del CO2-> Ciclo de Calvin, por cada CO2 incorporado se precisan 2 NADPH y 3 ATP.
Fases:
Fijación del CO2.
Reducción del CO2 fijado
Regeneración de la ribulosa -1,5-difosfato.
Balance fotosíntesis oxigénica-> 6CO2 +12 H2O-> C6H12O6+clorofila+6O2
Fotorrespiración se consume O2 y se libera CO2, se produce la oxidación de glúcidos en presencia de luz.
Ruta plantas C4: plantas de clima tropical, fijación del CO2.
Factores que influyen en la fotosíntesis:
Temperatura
Concentración CO2
Concentración O2
Intensidad luminosa
La humedad
Tipo de luz.
Quimiosíntesis: es la síntesis de ATP a partir de energía que desprende reacciones de oxidación sustancias inorgánicas y uso del ATP para transformar materia inorgánica en orgánica.
Fases:
Primera fase-> oxidación de sustancias inorgánicas, fuente de energía para la formación de ATP por fosforilación oxidativa -> transporte inverso de electrones.
Segunda fase-> el carbono se incorpora al CO2 en el ciclo de Calvin, el nitrógeno se incorpora a través de nitratos.
Los compuestos inorgánicos proceden de la descomposición de la materia orgánica por hongos y bacterias. Las bacterias quimilitótrofas los oxidan y transforman sustancias minerales para plantas.
Anabolismo heterótrofo:
Es el proceso de reducción.
Anabolismo de glúcidos:
Síntesis de glucosa: glucogénesis
Síntesis de polímeros de glucosa, glucogénesis y amilogénesis
Anabolismo de lípidos:
Síntesis de ácidos grasos
Anabolismo de aminoácidos
Síntesis de glicerina
Síntesis de triacilglicéridos
Anabolismo de ácidos nucleicos:
Síntesis de nucleiótidos con bases pirimidínicas (UMP), (CMP), (TMP)
Síntesis de nucleótidos con bases
ESQUEMAS LESSON PLANS:
ACTIVIDADES ANABOLISMO:
PREGUNTAS GRUPALES
1.- ¿Cómo y cuándo tiene lugar la descomposición del agua en el proceso de fotosíntesis?¿Cuáles son sus consecuencias?
La descomposición del agua, proceso denominado hidrólisis del agua tiene lugar en la fase luminosa acíclica de la fotosíntesis. Debido a la luz que incide sobre la clorofila P680, ésta se excita y cede dos electrones. Para reponerlos se produce la hidrólisis del agua,la cual ocurre dentro de los tilacoides, donde se quedan los dos protones producidos. Las consecuencias de este proceso son la fotorreducción del NADP y la fotofosforilación del ADP. El primer aceptor cede los dos electrones a una cadena transportadora de electrones,como resultado se produce la fotorreducción del NADP. Además, se produce la fotofosforilación del ADP obteniéndose así ATP ,este proceso se produce debido a la diferencia de potencial eléctrico que se da, ya que por cada dos electrones entran cuatro protones al interior del tilacoide, dos procedentes de la hidrólisis y otros dos impulsados por la CTE.
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.
El sentido fisiológico de la fase luminosa acíclica es la obtención de ATP y NADPH, y el sentido fisiológico de la fase luminosa cíclica es la obtención de ATP. Los componentes de la fase acíclica son los fotosistemas II y I, la plastocianina, feofitina, ferredoxina,plastoquinona, ATP-sintetasa, NADP+ reductasa y el complejo de citocromos b-f. Los componentes de la fase cíclica son la ferredoxina, plastocianina, complejo de citocromos b-f, fotosistema I y ATP-sintetasa.
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? Aunque las cianobacterias carezcan de cloroplastos, poseen tilacoides en sus citoplasma con los pigmentos fotosintéticos.
3.- Explique brevemente la finalidad que tienen los siguientes procesos: - Metabolismo:
Obtención de materia y energía mediante la transformación de unas biomoléculas en otras.
- Respiración celular:
Obtener energía en forma de ATP, CO2 y H2O a partir de la oxidación de moléculas orgánicas. - Anabolismo:
Obtención de macromoléculas a partir de otras moléculas más sencillas,utilizando ATP.
- Fotosíntesis:
Obtener materia orgánica y oxígeno a partir de inorgánica.
- Catabolismo:
Obtener energía mediante la degradación de moléculas orgánicas complejas en moléculas orgánicas más sencillas. 4.- Defina: Fotosíntesis, fotofosforilación, fosforilación oxidativa y quimiosíntesis. Fotosíntesis:
Proceso por el cual se convierte la energía luminosa procedente del sol en energía química, la cual queda almacenada en moléculas orgánicas. Este proceso se consigue llevar a cabo gracias a pigmentos fotosintéticos.
Fotofosforilación:
Proceso que ocurre en las ATP-sintetasas de la fase luminosa de la fotosíntesis, en el que se obtiene una molécula de agua y ATP mediante la adición de un fósforo inorgánico a un ADP.
Fosforilación oxidativa:
Proceso de síntesis de ATP a partir de ADP y Pi, llevado a cabo por las ATP-sintetasas en la cadena de transporte de electrones, en las crestas mitocondriales durante la respiración celular.
Quimiosíntesis:
Proceso que 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.
5.- Anabolismo y catabolismo. Citar dos ejemplos de cada uno de estos procesos y en qué orgánulos celulares se producen.
Anabolismo: fotosíntesis (cloroplastos) y gluconeogénesis (citoplasma).
Catabolismo: respiración celular (mitocondrias) y fermentación (citoplasma).
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 de la fase luminosa acíclica de la fotosíntesis. El ATP y NADPH formados se utilizan para la síntesis de moléculas más complejas posteriormente en la fase oscura. Sí, ya que este proceso se da en la membrana de los tilacoides de los cloroplastos, donde se encuentran los pigmentos fotosintéticos.
7.- ¿Qué es el ATP? ¿Qué misión fundamental cumple en los organismos? ¿En qué se parece(químicamente a los ácidos nucleicos? ¿Cómo lo sintetizan las células (indicar dos procesos)?
El Adenosín-trifosfato (ATP) es un nucleótido que actúa en el metabolismo como moneda energética. Su misión fundamental en los organismos es almacenar y ceder energía (cada uno de sus enlaces éster-fosfórico es capaz de almacenar 7’3 kcal/mol).
Químicamente se parece a los ácidos nucleicos en que está compuesto por la base nitrogenada adenina,la ribosa y por grupos fosfatos. Las células lo pueden sintetizar mediante dos formas distintas: -Fosforilación a nivel sustrato:Lo sintetizan gracias a la energía liberada al romperse un enlace de una biomolécula.
-Fosforilación oxidativa:Lo sintetizan a partir de la energía liberada por los electrones que pasan a través de la cadena respiratoria de las crestas mitocondriales.
8.- De los siguientes grupos de organismos: algas eucariotas, angiospermas, cianobacterias (cianofíceas), helechos y hongos, ¿Cuáles llevan a cabo la respiración celular? Todos. ¿Cuáles realizan la fotosíntesis oxigénica?Todos menos los hongos.
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 de conversión de energía luminosa procedente del sol en energía química que queda almacenada en moléculas orgánicas. Este proceso es posible gracias a los pigmentos fotosintéticos, que son capaces de captar la energía luminosa y utilizarla para activar alguno de sus electrones y transferirlos a otros átomos. La fotosíntesis consta de dos fases: fase lumínica y fase oscura. La fase luminosa ocurre en los tilacoides y en esta se capta la energía luminosa y se genera ATP y NADPH+H. La fase oscura tiene lugar en el estroma y se emplea los productos obtenidos en la fase luminosa para sintetizar moléculas orgánicas. Este proceso necesita de CO2, H2O y energía luminosa. Como productos finales se obtiene glucosa, oxígeno y agua.
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 se 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 O2. 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,y estos ATP son necesarios para que se produzca la fase oscura.
11.- ¿Qué es un organismo autótrofo quimiosintético?
Un organismo autótrofo quimiosintético es aquel que realiza la quimiosíntesis, proceso en el que se sintetiza ATP con la energía desprendida en reacciones de oxidación de sustancias inorgánicas. 12.- Define en no más de cinco líneas el concepto de "Metabolismo", indicando su función biológica.
El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que se producen en el interior de las células y que conducen a la transformación de unas biomoléculas en otras con el fin de obtener materia y energía para llevar a cabo las tres funciones vitales (nutrición, reproducción y relación).
13.- Indique qué frases son ciertas y cuáles son falsas. Justifique la respuesta:
a) Una célula eucariótica fotoautótrofa tiene cloroplastos pero no tiene mitocondrias.
Falso, ya que el término fotoautotrofo indica que tiene que hacer la fotosíntesis por la cual obtiene materia orgánica. Pero eso no implica que no necesite llevar a cabo respiración celular, por lo que tendrá mitocondrias.
b) Una célula eucariótica quimioheterótrofa posee mitocondrias pero no cloroplastos.
Verdadero, la célula eucariota quimioheterótrofa necesita realizar la respiración celular para obtener energía porque no realiza ni la fotosíntesis ni la quimiosíntesis.
c) Una célula procariótica quimioautótrofa no posee mitocondrias ni cloroplastos.
Verdadero, porque los cloroplastos son utilizados para realizar la fotosíntesis y estos organismos realizan la quimiosíntesis y en las células procariotas no hay mitocondrias.
d) Las células de las raíces de los vegetales son quimioautótrofas.
Verdadero, las células de las raíces son las encargadas de llevar a cabo reacciones químicas, no la fotosíntesis.
14.- Fotosistemas: Conceptos de complejo antena y centro de reacción. Función y localización
Un fotosistema es un complejo formado por proteínas transmembranosas que contienen pigmentos fotosintéticos y forman dos subunidades funcionales: el complejo captador de luz antena y el centro de la reacción. Estos fotosistemas se encuentran en las membranas de los tilacoides. El complejo antena, es una estructura que contiene pigmentos fotosintéticos encargados de captar la energía luminosa y transmitirla hasta el centro de reacción. El centro de reacción es una estructura formada por dos moléculas esenciales, como son el pigmento diana, que al recibir la energía, la transfiere a la otra molécula esencial, denominada el primer aceptor de electrones, que cederá los electrones a otra molécula externa.
15.- Compara:
a) Quimiosíntesis y fotosíntesis.
Estos dos procesos son anabólicos, es decir, de construcción. La diferencia principal es la fuente de energía, ya que en el proceso de la fotosíntesis la energía procede de la luz del sol mientras que en la quimiosíntesis, la fuente de energía procede de la oxidación producida por otro organismo.
b) Fosforilación oxidativa y fotofosforilación.
En los dos procesos se sintetiza el ATP. La fotofosforilación se da en la fotosíntesis, concretamente en la fase luminosa acíclica, en ella se produce la oxidación del agua y el oxígeno con NADP. Por otro lado, la fosforilación oxidativa se da en el catabolismo y reduce el oxígeno a agua gracias a los electrones cedidos por el NADH y el FADH2.
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.
El proceso presentado es anabólico ya que se construye proteínas como la lactoalbúmina o cualquier otra macromolécula, a partir de los aminoácidos que obtiene de la hierba, que son las unidades más sencillas para formar estas proteínas.
17.- Explica brevemente si la proposición que sigue es verdadera o falsa. El ATP es una molécula dadora de energía y de grupos fosfatos.
Verdadero, el ATP es una molécula que se encarga de almacenar y transportar energía por medio de los enlaces que posee con grupos fosfato, en concreto 3 como su nombre indica. La energía es liberada cuando esta molécula rompe un enlace con un grupo fosfato liberando energía y perdiendo un grupo fosfato
18.- ¿En qué lugar de la célula y de qué manera se puede generar ATP?
El ATP se sintetiza a través de dos vías:
-Fosforilación a nivel de sustrato: cuando una biomolécula se hidroliza, es decir, que rompe uno de sus enlaces ricos en energía, y la energía liberada es captada por un ADP. Esto ocurre en la glucólisis y en el ciclo de Krebs, por lo tanto el proceso ocurre en la mitocondria y en el citosol de la célula
-Reacción enzimática con ATP-sintetasas: cuando los protones de la cadena transportadora de electrones pasan a traves de la enzima ATP-sintetasa, este proceso puede ocurrir en dos sitios diferentes:
->> En las crestas mitocondriales mediante la fosforilación oxidativa
->> En la membrana tilacoidal del cloroplasto en la 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 es una molécula que se utiliza en el catabolismo y anabolismo de lípidos y es importante en el ciclo de Krebs. Se puede formar de diferentes formas: con la unión del acetato con una coenzima-A; mediante la B-oxidación de los ácidos grasos; en la gluconeogénesis; en la síntesis de ácidos grasos; y en la síntesis de aminoácidos.
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?.
La célula está respirando y realiza este proceso con el fin de obtener energía. La Matriz mitocondrial participa em esta respiración puesto que es el lugar donde se produce el Ciclo de Krebs y las crestas mitocondriales también ya que 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?.
La ruta catabólica que se inicia con la condensación del acetil-CoA y el ácido oxalacético es el Ciclo de Krebs que a través de una serie de reaciones 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?.
En la fotosíntesis, la enzima rubisco es la macromolécula aceptora de CO2, la enzima encargada de catalizar esta reacción es el NADPH que da lugar a moléculas como el almidón, ácidos grasos y glucosa.
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 NADH+H son coenzimas que permiten obtener energía para los diferentes procesos que ocurren en el metabolismo. Participa en la glucólisis, en el ciclo de Krebs y en la hélice de Lynen.
25.- Explique brevemente el esquema siguiente:
En el esquema se muestra el proceso del Ciclo de Calvin de forma resumida. El Ciclo de Calvin se produce en la fase oscura de la fotosíntesis. En esta fase señalada tenemos una molécula de ribulosa-1,5-difosfato a la que se fija CO2 atmosférico gracias a la acción de la enzima rubisco, abundante en la biosfera. Se crea un compuesto de 6 carbonos que se separa en 2 compuestos de ácido-3-fosfoglicérico de 3 carbonos, la mitad. Con el consumo de 2 moléculas de ATP que consigo 2 moléculas ADP más fósforo y también el consumo de 2 NADPH + H + (coenzima reducida) que consigo 2 NADP + que provienen de la fase luminosa de la fotosíntesis consigo reducir el CO2 fijado anteriormente en el primer paso explicado formando 2 moléculas de 3-fosfogliceraldehído.
26.- Bioenergética:
a) Defina los conceptos de: Fosforilación a nivel del sustrato. Síntesis de ATP gracias a la energía que se libera de una biomolécula (sustrato) al hidrolizarse alguno de sus enlaces ricos en energía, como ocurre en ciertas reacciones de la glucólisis y del ciclo de Krebs. Las enzimas que regulan estos procesos se denominan quinasas.
Fotofosforilación. Síntesis de ATP a partir de la energía liberada por los electrones que pasan a través de la membrana tilacoidal del cloroplasto.Como consecuencia de la fotólisis del agua, se liberan e- que son captados por las cadenas transportadoras de los fotosistemas I y II , y los H+ son bombeados hacia el espacio tilacoidal. Estos H+ generan un gradiente electroquímico como en las mitocondrias, siendo impulsados hasta el estroma a través de las ATP-sintetasas, liberando la energía necesaria para la unión de ADP y Pi, formándose ATP. Fosforilación oxidativa. Síntesis de ATP a partir de la energía liberada por los electrones que pasan a través de la cadena respiratoria de las crestas mitocondriales. El resultado del transporte de e- da lugar a un bombeo continuo de protones (H+) desde la matriz mitocondrial hasta el espacio intermembranoso, atravesando las ATP-sintetasas. La energía liberada por el flujo de H+ a favor de gradiente permite la unión de ADP y Pi, formándose ATP.
b) ¿En qué niveles celulares se produce cada uno de dichos mecanismos y por qué?
La fosforilación a nivel de sustrato se produce en las mitocondrias porque este proceso se da en la respiración de glúcidos exactamente en el ciclo de Krebs que ocurre dentro de la mitocondria. También se produce en el citosol de la célula ya que también se da en el proceso de glucólisis. La fosforilación oxidativa también se produce en las mitocondrias porque forma parte del transporte de electrones en la cadena respiratoria que tiene lugar en las mitocondrias como consecuencia de la respiración de glúcidos.
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 está formado por una serie de moléculas en la membrana interna de las mitocondrias, cuatro grandes complejos, la ubiquinona y el citocromo y cuyas funciones son aceptar electrones de la molécula anterior y trasladarlos a la siguiente molécula en posición más cercana al núcleo. Dentro de este proceso se da la fosforilación oxidativa en la que los protones vuelven a la matriz mitocondrial por las ATP-sintetasas, unos canales con enzimas, por donde los protones fluyen en su interior y como consecuencia estas partes se mueven entre sí formando ADT y un grupo fosfato.
La función metabólica de la cadena respiratoria es la obtención de ATP mediante la oxidación de las coenzimas reducidas NADH y FADH2. Existe para transformar coenzimas obtenidas en ATP. Se localiza en las crestas mitocondriales, donde ocurre el proceso.
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 la espiral de Lynen se obtiene FADH2 y NAD+H que darán más tarde ATP en la cadena transportadora de electrones, un Acetil-Coa que se incorpora al ciclo de Krebs y por último la Hélice de Lynense repite hasta que se trocea completamente el ácido graso donde por cada vuelta hay 2 C (Acetil-CoA) menos.
29.- ¿Cómo se origina el gradiente electroquímico de protones en la membrana mitocondrial interna?
El gradiente electroquímico se origina mediante el proceso de quimiosmosis que mediante la energía perdida de los electrones se bombea protones al exterior y cuando su concentración es elevada vuelven a la matriz por las ATP-sintetasas.
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 es la dihidroxiacetona-3-fosfato que puede sintetizar por la vía anabólica glucosa. El destino final es conseguir ATP en el ciclo de Krebs.
31.- Ciclo de Calvin: concepto, fases y rendimiento neto.
Ciclo de Calvin es un proceso cíclico que ocurre en el estroma de los cloroplastos y forma parte de la fotosíntesis en el que se utiliza a ATP y NADPH que provienen de la fase luminosa para sintetizar materia orgánica a partir de sustancias inorgánicas. En el se diferencian dos grandes fases: -Fijación de CO2 atmosférico que se fija a la Ribulosa 1,5-difosfato gracias a la enzima rubisco,abundante en la biosfera. Esto da lugar a un compuesto inestable de seis carbonos que se divide en dos moléculas tres carbonos, el ácido-3-fosfoglicérido. -La reducción del CO2 fijado por el consumo de ATP y del NADPH que provienen de la fase lumínica donde las dos moléculas de tres carbonos obtenidas anteriormente es decir el ácido-3-fosfoglicérido se reduce y se forma el gliceraldeído-3-fosfato que puede seguir tres días. Uno el ciclo de las pensonas y volver a la ribulosa-5-fosfato, otra la síntesis de almidón, ácidos grasos y aminoácidos dentro del cloroplasto y la última la síntesis de glucosa y fructosa fuera del cloroplasto. Por cada molécula de un átomo de carbono, en concreto CO2, se necesitan dos moléculas de NADPH y tres de ATP y si obtiene 2 ADP + fósforo y 2 de NADP +.
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?.
Son moléculas oxidadas. No pertenecen al ADN ni al ARN.
b) ¿Qué relación mantienen con el metabolismo celular? (Explícalo brevemente).
El ATP almacena y cede energía debido a sus enlaces éster-fosfórico. Se produce durante la fotorrespiración y la respiración celular, procesos anabólicos y catabólicos que forman parte del metabolismo celular.
En el metabolismo, actúan en reacciones de reducción-oxidación y se pueden encontrar en dos formas: como un agente oxidante, que acepta electrones de otras moléculas o como agente reductor para donar electrones donde las reacciones de transferencia de electrones son la principal función del NAD (redox).
El NADP proporciona parte del poder reductor necesario para las reacciones de reducción de la biosíntesis.
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?.
Se puede originar en la oxidación de ácidos grasos. Aminoácidos cetogénicos y la descarboxilación del piruvato Esta molécula se utiliza en el catabolismo de lípidos. Oxidarse completamente a CO2 en el ciclo del ácido cítrico. Su salida al citosol en forma de citrato para 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.
Gluconeogénesis:El producto inicial es el ácido pirúvico y el final la glucosa y su ubicación en las mitocondrias y la matriz. Fosforilación oxidativa:Los productos iniciales son ADP + Pi y los finales ATP y sucede en la membrana interna de la mitocondria, en las crestas mitocondriales. B-oxidación: Los productos iniciales son Ácidos grasos, NAD+, FAD+ y los finales Acetil-Co-A, NADH + H+ y FADH2 y se produce en la matriz mitocondrial.
c) Explica con un esquema cómo se puede transformar un azúcar en una grasa ¿Pueden los animales realizar el proceso inverso? El acetil-Co-A en los mamíferos no puede convertirse en piruvato y como consecuencia los mamíferos son incapaces de transformar lípidos en azúcares porque carece de las enzimas.
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? Es la obtención de energía para realizar las tres funciones del cuerpo.
¿Qué entiendes por anabolismo y catabolismo? El catabolismo es la transformación de moléculas orgánicas complejas en sencillas donde se libera energía y en camino el anabolismo es la síntesis de moléculas orgánicas complejas a partir de otras sencillas donde se requiere energía
¿Cómo se relacionan el anabolismo y el catabolismo en el funcionamiento de las células? ¿Qué rutas distingues? (Cita sus nombres e indica, si existen, cuáles son los productos inicial y final de cada una de ellas).
.El anabolismo y catabolismo son procesos metabólicos, el catabolismo produce la energía que requiere nuestro cuerpo, aunque no toda la energía se utiliza en nuestros movimientos quedando reservas; esas reservas son utilizadas por el anabolismo que es el que produce las proteínas o moléculas para formar nuevas células y así mantener nuestro cuerpo y sus funciones al máximo. Anabolismo y catabolismo se relacionan mediante reacciones como glucólisis, siendo el producto inicial un polisacárido y el final el ácido pirúvico, la transaminación, producto inicial: ácido a-cetoácido, producto final: ácido glutámico fermentación, producto inicial: glucosa, producto final: lactato, etanol, indol, hidrógeno CO2… ciclo de krebs, producto inicial: ácido oxalacético, producto final: 6 NADH, 2 FADH2, 2 GTP biosíntesis de ácidos grasos, ciclo de calvin, producto inicial: molécula con átomos de carbono como la glucosa y producto final según los átomos de carbono, 2 NADPH y 3 ATP por cada carbono
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). Cloroplastos y mitocondrias. 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 completa de la glucosa se obtienen 36 ó 38 ATP dependiendo del tipo de célula, sin embargo en la fermentación solamente se obtienen 2 moléculas de ATP.
Esto ocurre porque el proceso de la fermentación no comprende la 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 la superficie de la membrana mitocondrial interna.
El oxígeno es el último aceptor y actúa como oxidante.
La llevan a cabo los organismo aeróbios, para obtener energía.
39.- En el ciclo de Krebs o de los ácidos tricarboxílicos:
-¿Qué tipos principales de reacciones ocurren?.
- ¿Qué rutas siguen los productos liberados?.
Los tipos principales de reacciones ocurren son oxidación-reducción.
Las rutas que siguen los productos liberados son, el NADH y el FADH2 continúan hacia la cadena transportadora de electrones. El GTP ya es moneda energética y el CO2 se libera. Las enzimas oxidadas NADH y FADH2 serán utilizadas en la cadena transportadora de electrones para obtener ATP.
40- Metabolismo celular: -Define los conceptos de metabolismo, anabolismo y catabolismo. -¿Son reversibles los procesos anabólicos y catabólicos? Razone la respuesta. -El ciclo de Krebs es una encrucijada metabólica entre las rutas catabólicas y las rutas anabólicas? ¿Por qué?
El metabolismo, es el conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en el interior de las células de los seres vivos ( para satisfacer sus necesidades y energía).
El catabolismo, es el conjunto de reacciones del metabolismo que permiten la degradación de moléculas para transformarse en más simples y liberando energía.
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 y catabólicos, si que son reversibles, pues las moléculas orgánicas pueden ser formadas o destruidas, ejemplo: ácidos grasos, donde la β-oxidación de estos, puede darse en un sentido o en otro. Algunos pasos no son iguales, no están catalizados por las mismas enzimas, siguen diferentes vías para llegar al mismo compuesto. Ejemplo: la destrucción y la formación de la glucosa, glucogenogénesis y gluconeogénesis.
41. Quimiosíntesis: Concepto e importancia biológica.
La quimiosíntesis es la síntesis de ATP a partir de la energía que se desprende en otras reacciones. Esta posee una gran importancia, pues gracias a ella, se cierran los ciclos biogeoquímicos y muchas bacterias, que no pueden realizar la fotosíntesis, pueden sintetizar así materia orgánica, sin necesidad de realizar la fotosíntesis.
42-Importancia de los microorganismos en la industria. Fermentaciones en la preparación de alimentos y bebidas. Fermentaciones en la preparación de medicamentos.
Son muy importantes en la industria al realizar procesos de fermentación que tienen utilidad para el hombre, fermentación láctica ( bacterias y hongos) utilizados para la obtención del queso y otros productos lácteos. Los que realizan fermentación alcohólica ( levaduras) utilizados para la obtención del vino, cerveza y otras bebidas alcohólicas. La fermentación en la fabricación de medicamentos, los más importantes producidos por microorganismos son los antibióticos, sustancias químicas que matan o inhiben el crecimiento de otros microorganismos y han reducido la peligrosidad de muchas enfermedades infecciosas.
43. Fermentaciones y respiración celular. Significado biológico y diferencias.
Fermentación: proceso catabólico oxidativo que parte de un sustrato orgánico en el que no participa oxígeno, su producto final es una sustancia orgánica.
Respiración celular: proceso catabólico en el que un sustrato se oxida completamente hasta generar compuestos inórganicos. El proceso se realiza a través de una cadena de transporte de electrones o cadena respiratoria.
La diferenecia esencial entre respiración y fermentación, es la participación de una cadena de transporte de electrones y la consiguiente combustión completa, no la presencia o no del oxígeno.
Otras diferencias que observamos son: la respiración se obtiene 36 ó 38 ATP y en la fermentación 2 de ATP, la respiración se da en la matriz mitocondrial y la fermentación se da en el citosol, la fermentación es un proceso anaeróbico mientras que la respiración puede ser aeróbia o anaeróbia.
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.
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?
C) ) Explique brevemente (no es necesario que utilice formulas) en qué consiste el ciclo de Calvin.
A) 1- CO2
2- Ribulosa-1,5-difosfato
3- ADP + P
4- ATP
5- NADPH
6- NADP+
7- H2O
8- O2
B) El 4 y 6 están en el estroma, que es donde se produce el ciclo de Calvin, en el proceso de la fotosíntesis, en la fase oscura de esta.
C) Consiste en producir moléculas complejas a partir de CO2 y H2O, y con el aporte energético de la fase luminosa.
45.A) la figura representa esquemáticamente las actividades más importantes de una mitocondria. Identifique las sustancias representadas por los números 1 a 6.
A) 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 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?
B) En la glucólisis, en la fotosíntesis y en el acoplamiento del ácido pirúvico a la matriz mitocondrial.
C) El acetil-CoA, se puede formar a partir de otro ácido graso.
46.a) El Esquema representa un cloroplasto ¿Qué denominación reciben los elementos indicados por los números 1-7?
b) En los cloroplastos, gracias a la luz, se producen ATP y NADPH. Indique esquemáti- camente, como se desarrolla este proceso
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?
A) 1- Espacio intermembranoso
2- Membrana interna
3- Membrana externa
4- Tilacoide del estroma
5- ADN plastidial
6- Ribosoma
7- Tilacoide de gránulos.
B)
El ATP y NADPH se obtienen en la fase luminosa, más concretamente en 16 ATP en la acíclica y 2 ATP en la cíclica. Se obtienen tambien 12 moléculas de NADPH.
C) Este hecho no contradice la hipótesis de la endosimbiósis sobre el origen de las células eucarióticas, el tamaño no influye en esta teoría. No, porque la teoría endosimbiótica dice que los cloroplastos y las mitocondria 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?
a) En el interior de este cloroplasto hay almidón. Explique, mediante un esquema, como se forma la glucosa que lo constituye.
b) Indique tres similitudes entre cloroplastos y mitocondrias.
1- Espacio intermembranoso
2- Membrana interna
3- Membrana externa
4- Tilacoide del estroma
5- ADN plastidial
6- Ribosoma
7- Tilacoide de gránulos.
A) El proceso de formación de la glucosa que constituye el almidón es la la gluconeogénesis.
B) Ambos son orgánicos transductores de energía, poseen una misma composición de la membrana plasmática pero sin colesterol, comparten ciertas estructuras: membrana externa, membrana interna, ADN, espacio intermembranoso, ribosomas, enzimas.
48.a) El esquema representa un a mitocondria con diferentes detalles de su estructura. Identifique las estructuras numeradas 1 a 8.
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.
c) Las mitocondrias contienen ADN. Indique dos tipos de productos codificados por dicho ADN.
A) 1- Mitoribosomas
2- Cresta mitocondrial
3- Mitoribosomas
4- Membrana interna
5- Membrana externa
6- Espacio intermembranoso
7- ATP-sintetasa
8- Complejos proteicos.
B) El ciclo de krebs que se realiza en el interior de la matriz mitocondrial.
La fosforilación oxidativa se realiza en las crestas mitocondriales.
C) El ARNm y las proteínas