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 o adenosín-trifosfato es un nucleótido que actúa en el metabolismo como molécula energética.
La función principal que cumplen en el organismo es almacenar la energia que absorbe del medio externo de la célula y posteriormente ceder esa energía cuando sea necesaria gracias a sus dos enlaces éster-fosfórico que son capaces de almacenar cada uno 7.3 kcal/mol, por lo que ocurre lo siguiente:
- ATP + H2O -> ADP + Pi + energía (7.3 kcal/mol)
- ADP + H2O -> AMP + Pi + energía (7.3 kcal/mol)
El ATP se parece químicamente a las ácidos nucleicos en que son las subunidades que forman los ácidos nucléicos formados por un grupo fosfato, una pentosa y una base nitrogenada.
Las células sintetizan el ATP de dos formas diferentes:
- Fosforilación a nivel sustrato: Es el sustrato el que produce esta fosforilación no hay bomba de protones, por lo que una molécula rica en energía se rompen sus enlaces y se obtiene energía que transforma en ADP en ATP. Esto ocurre en la glucolisis y en el ciclo de Krebs: Glucosa ---> Ácido pirúvico (Del paso de glucosa a ácido pirúvico se rompen enlaces de la molécula inicial por lo que se produce enegía concretamente 2 ATP.)
- Reacción enzimática con ATP-sintetasas: También se puede llamar fosforilación oxidativa, ocurre cuando se añade un grupo fosfato y se produce una reacción química de oxidación por la cual se pasa de una molécula muy energética a otra poco energética es decir todo el poder de una pasa a otra por lo que hay un aumento de protones en el interior de la célula que son bombeados a través de enzimas ATPasas que crean y sintetizan ATP . Esto ocurre en en las crestas mitocondriales de las mitocondrias y en la membrana de las tilacoides de las plantas.
12.- Define en no más de cinco líneas el concepto de "Metabolismo", indicando su función biológica.
El metabolismo celular es el conjunto de reacciones químicas que se producen en el interior de las células de los seres vivos y que conducen a la transformación de unas biomoléculas en otras con el fin de obtener energía y materia para llevar a cabo las tres funciones vitales que son: nutrición, reproducción y relación. El metabolismo se puede dividir según de donde se obtenga el carbono en: M. Autótrofo (CO2) o M. Heterótrofo (materia orgánica), pero también se pueden dividir según la fuente de la energía en: Fotosíntesis (luz) o Quimiosíntesis (reacciones químicas).
13.- Indique qué frases son ciertas y cuáles son falsas. Justifique la respuesta:
a) Una célula eucariótica fotoautótrofa tiene cloroplastos pero no tiene mitocondrias.
b) Una célula eucariótica quimioheterótrofa posee mitocondrias pero no cloroplastos.
c) Una célula procariótica quimioautótrofa no posee mitocondrias ni cloroplastos. d) Las células de las raíces de los vegetales son quimioautótrofas.
a) Falso, cuando dice que es una célula eucariótica fotoautótrofa se refiere a una célula vegetal por lo que tiene ambas es decir mitocondrias y cloroplastos.
b) verdadero, porque se refiere a una célula animal que como bien dice tiene mitocondrias y no tienes cloroplastos.
c)Verdadero ya que posee otros orgánulos diferentes a las mitocondrias y los cloroplastos.
d)Verdadero, porque su fuente de energía es la que se produce de las reacciones químicas.
17.- Explica brevemente si la proposición que sigue es verdadera o falsa. El ATP es una molécula dadora de energía y de grupos fosfatos.
Verdadero, porque al hidrolizar una molécula de ATP se rompe el último enlace éster-fosfórico por un proceso de desfosforilación y se produce ADP , una molécula de ácido fosfórico o también llamada Pi y energía. Ocurre lo mismo al pasar de ADP a AMP, por lo que el ATP es capaz de dar energía y ATP:
- ATP + H2O -> ADP + Pi + energía (7.3 kcal/mol)
- ADP + H2O -> AMP + Pi + energía (7.3 kcal/mol)
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.
La glucosa se inicia con la glucosa (C6H12O6) que tras una serie de reacciones pasa a dar dos moléculas de ácido pirúvico (CH3-CO-COOH). De este paso de glucosa a ácido pirúvico al principio al añadir grupos fosfatos se pierden ATP en concreto son dos grupos fosfatos por lo tanto 2 ATP esto se conoce como la fase de consumo de energía.
Después en la fase de producción de energía cada gliceraldhehído-3-fosfato se forman 2 moléculas de ATP y 1 de NADH como son dos de gliceraldehido-3-fosfato se formando 4 de ATP, 2 de NADH y 2 moléculas de ácido pirúvico.
Cuando hablamos de en condiciones aerobias nos referimos a la respiración celular y pasa lo siguiente con los productos finales:
-El ácido pirúvico se transforma en Acetil-CoA para poder pasar al ciclo de Krebs y producir más ATP.
-El NADH pasa a la cadena transportadora de elevctrones donde serán transformados en ATP.
Mientras que en condiciones anaerobias estamos hablando de una fermentación como la que ocurre por ejemplo en la fermentación láctica que se produce lactato cuando hay un sobre esfuerzo físico y las células musculares no pueden quedarse sin suficiente oxígeno para catabolizar por respiración el ácido pirúvico que proviene por la glucólisis por otro lado el NADH cambia y no pasa a la cadena transportadora de electrones porque no hay sino que vuelve a su forma oxidada . Los productos finales también pueden producir la fermentación alcohólica que produce de una glucosa 2 de etanol y 2 de NADH.
El proceso de glucólisis se da en el citosol tanto en condiciones anaerobias como en anaerobias y también si se trata de células eucariotas y procariotas.
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?.
En este caso en la célula se está produciendo la respirando por el catabolismo respiratorio de los glúcidos. Suponiendo que una célula absorbe n=1 moléculas de glucosa al metabolizarla generaría 6 moléculas de CO2 y se consuiría O2 esto se produce porque de 1 molécula de glucosa al transformarse en 2 de ácido pirúvico y este a su vez en acetato se desprende 1 molécula de CO2 por ácido pirúvico es decir se desprende 2 moléculas de CO2, posteriormente en el ciclo de Krebs se desprenden 2 moléculas de CO2 una en el paso de Isocitrato a 2- Cetoglutarato y de este a Succinil-CoA se desprende otra de CO2 pero en realidad son dos moléculas de CO2 en cada una ya que son 2 de ácido pirúvico.
Por eso si sumamos tenemos que de 1 glucosa al metabolizarla se generan 6 moléculas de CO2 (2 en la glucólisis y 4 en el ciclo de Krebs).
La célula hace la respiración celular para obtener energía y coenzimas como el NADH y el FADH2 que se utilizaran posteriormente en la cadena transportadora de electrones que se utilizarán para obtener más ATP es decir energía. En lo referente a generar CO2 una forma que tiene la célula para obtener la fuente de carbono.
La matriz mitocondrial participa en la respiración celular porque es hay donde se produce el ciclo de Krebs.
Y en las crestas mitocondriales es donde se produce la cadena transportadora de electrones que es ahí donde más energía se llega a producir, pero no se obtienen ninguna molécula de CO2.
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 la ciclo de krebs que es la segunda fase de la respiración celular.
En dicha condensación se originan:
-3 moléculas de NADH del paso de Isocitrato a 2- Cetoglutarato y de este Succinil-CoA y por último de Malato a Ácido oxalacético.
-1 moléculas de FADH2 del paso de Succinil-CoA a Fumarato.
-1 molécula de GTP (que es similar al ATP).
Pero en realidad como partimos de una glucosa los resultados son dobles ya que de 1 glucosa obtenemos 2 moléculas de ácido pirúvico y de este 2 moléculas de acetil-CoA por lo que el resultado final serían 6 moléculas de NADH, 2 de FADH2, 2 de GTP .
El acetil- CoA proviene de la siguiente reacción:
(FOTO LIBRO)
En la imagen podemos ver como el ácido pirúvico obtenido en la glucólisis entra por transporte activo en la mitocondria donde un conjunto de enzimas lo transforman en Acetil-CoA. Para realizar esta reacción se pierde una molécula de CO2 la cual transforma el ácido pirúvico en Acetato posteriormente dos hidrógenos son aceptados por un NAD+ que pasa a un NADH+ + H+ y se une también una coenzima A formando un Acetil-CoA.
El ácido oxalacético proviene del Malato esto se debe a que entra una NAH+ en su forma reducida code un protón y sale la coenzima NADH en su forma oxidada, transformando así al Malato en ácido oxalacético.
Esta ruta metabólica tienen lugar en la matriz mitocondrial de las mitocondrias de las células eucariotas y en el citosol en las células procariotas.
27.- Describa el proceso de transporte electrónico mitocondrial y el proceso acoplado de fosforilación oxidativa. Resuma en una reacción general los resultados de ambos procesos acoplados. A la luz de lo anterior, ¿Cuál es la función metabólica de la cadena respiratoria? ¿Por qué existe la cadena respiratoria? ¿Dónde se localiza?.
El proceso de transporte electrónico mitocondrial se trata de la cadena respiratoria que es la última etapa de la respiración la cual consiste en :oxidar las coenzimas reducidas (NADH y FADH2), utilizadas para sintetizar ATP mediante las coenzimas ATPsintetasas.
El proceso de fosforilación oxidativa consiste en añadir un grupo fosfato mediante la reacción química de oxidación de moléculas energéticas que son transformadas en otras con menos energía.
Hay una mayor concentración de protones en un espacio de la célula que posteriormente pasan a otro separado por una membrana. Este paso de protones al pasar por la ATP-asas produce la síntesis de ATP.
La reacción general de los resultados de ambos procesos acoplados sería la siguiente:
En el ciclo de Krebs por molécula de glucosa se obtienen:
6 NADH, 2 FADH y 2 GTP (similar al ATP).
Posteriormente las coenzimas NADH y el FADH2 pasan a la cadena transportadora de electrones donde pasan a transformarse en ATP:
6 NADH X 3= 18 ATP
2 FADH2 X 2= 4 ATP
La función metabólica de la cadena respiratoria es obtener ATP es decir energía a partir de NADH y FADH2 que se han obtenido en los dos procesos anteriores (Glucolisis y Ciclo de Krebs).
Existe la cadena transportadora de electrones porque es donde más energía se obtiene un 90% de la energía obtenido en la respiración celular y hace que suba el rendimiento energético de la célula en 20 veces.
Este proceso se localiza en la mitocondrias concretamente en las crestas mitocondriales si se trata de una célula eucariota. Pero si se trata de una celula procariota este proceso se da en la membrana plasmática.
29.- ¿Cómo se origina el gradiente electroquímico de protones en la membrana mitocondrial interna?
Se forma un gradiente de protones que generará una fuerza protón - motriz . Lo que sucede es que el NADH y el FADH2 al pasar por la cadena pasa de su fase reducida NADH a su fase oxidada es decir NAD+ y ese protón que se libera pasa del espacio intermembrana a la matriz mitocondrial donde la concentración de protones es elevada, luego los protones vuelven a la matrriz mitocondrial a través de unos canales internos donde hay enzimas ATP-sintetasas englobadas se genera un movimiento de rotación de la ATP-sintetasa obteniendo energía para poder fosforilar es decir sintezar ATP, esto ocurre porque se coge ADP y se le añade un grupo fosfato para conseguir 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).
a) El ATP, NAD y el NADP son del tipo de moléculas oxidadas.
Estas moléculas biológicas no forman parte del ADN o ARN.
b) 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 NADPproporciona parte del poder reductor necesario para las reacciones de reducción de la biosíntesis. Interviene en la fase oscura de la fotosíntesis (ciclo de Calvin), en la que se fija el dióxido de carbono (CO2 ); el NADPH+H + se genera durante la fase luminosa.
34.- Balance energético de la degradación completa de una molécula de glucosa
El balance energético de la degradación completa de una molécula de glucosa es el siguiente:
1. La molécula de glucosa pasa a 2 de ácido pirúvico. Ocurren dos fases:
Fase de eliminación de energía en la cual al añadir grupos fosfatos se pierde energía concretamente es -2ATP*.
Fase de obtención de energía donde se producen 4 moléculas de ATP y 2 de ácido pirúvico.
Por lo que 4-2= 2 ATP y 1 NADH : 1NADH X 2 X 3= 6 ATP
2. El ácido pirúvico se transforma en Acetil-CoA para poder entrar en el ciclo de Krebs:
En el paso de ácido pirúvico a Acetil-CoA se forma 1 NADH X 2 X 3 = 6ATP
Donde se producen 3 NADH, 1 FADH2 y 1 de GTP por vuenta, como con una molécula de glucosa se pueden dar 2 vueltas se obtienen: 6 NADH, 2 FADH2 y 2 GTP. El NADH y FADH2 se utilizan posteriormente en la cadena transportadora de electrones.
Por lo que se obtienen 2 GTP= 2ATP
3. El NADH y el FADH2 pasan a la cadena transportadora de electrones donde se obtiene:
- 6 NADH X 3= 18 ATP
- 2 FADH2 X 2= 4 ATP
Por lo que si sumamos los dos procesos tenemos:
2+6-2*+6+18+4+2= 36 ATP Célula eucariota
Si fuese una célula procariota serian 38 ATP por lo que no habría -2* porque no tiene que pasar la membrana mitocondrial ya que el ciclo de Krebs se da también en el citosol.
37.- Indique el rendimiento energético de la oxidación completa de la glucosa y compárelo con el obtenido en su fermentación anaerobia. Explique las razones de esta diferencia.
El rendimiento de la oxidación completa de la glucosa puede ser de 36 célula eucariota o de 38 célula procariota mientras que el rendimiento de la fermentación anaerobia es de 2 ATP.
La principal diferencia en la cantidad de energía es que la fermentación no realiza la cadena transportadora de electrones ni el ciclo de krebs por lo tanto solo se produce 2 ATP en la glucólisis y los dos NADH que se producen se vuelven a su forma reducida para volver a realizar la glucólisis y no se genere un colapso. Esto ocurre por ejemplo en el paso del Piruvato al Lactato en la fermentación láctica.
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 cretas mitocondriales y en el espacio intermembranoso (membrana interna mitocondrial).
El citocromo C es una pequeña proteína que está en la cara interna de la membrana y que comunica al complejo III con el complejo IV.
El papel que desempeña el oxígeno en la respiración aeróbica es que es el agente oxidante. Al reducirse el O2 y aceptar electrones y protones forma agua. Esto sirve para que se realice el catabolismo y obtener energía.
Los seres vivos que que la realizan son tanto eucariotas como procariotas lo unico se cambia es la obtención final de ATP en el caso de los eucariotas es de 36 eucariotas y de 38 procariotas ya que no debe pasar ninguna barrera por transporte activo que le haga gastar energía.
Los seres vivos realizan la cadena transportadora de electrones para obtener mayor cantidad de ATP.
39.- En el ciclo de Krebs o de los ácidos tricarboxílicos: -¿Qué tipos principales de reacciones ocurren?. - ¿Qué rutas siguen los productos liberados?.
El ciclo de Krebs es una parte de la respiración celular, es un proceso en el que tienen lugar reacciones catabólicas.
Las principales reacciones que ocurren son de oxidación, la transferencia de diferentes moléculas.
El acetil-CoA se une al ácido oxalacético, se obtienen moléculas de 5 átomos de carbono, pero posteriormente se van a perdr átomos de carbono a lo largo del ciclo.
En el ciclo de Krebs por cada vuelta se obtienen productos que son:
3 ATP, 1 FADH2 y 1 GTP, que posteriormente se van a la cadena respiratoria donde se convertirán en ATP.
42. Importancia de los microorganismos en la industria. Fermentaciones en la preparación de alimentos y bebidas. Fermentaciones en la preparación de medicamentos.
Los microorganismos en la industria son de gran importancia por diferentes razones:
En la preparación de alimentos derivados de la leche como son los quesos, el yogurt y el requesón se producen con la fermentación láctica.
La fermentación láctica se forma a partir de la degradación de la glucosa que se forma ácido láctico gracias a diferentes basterias como son la Lactobacillus casei.
También podemos observar que la fermentación pútrica se puede utilizar para producir sabores típicos de algunos alimentos tales como quesos y vinos.
Por otro lado tenemos la preparación de medicamentos gracias a las fermentaciones, esto lo vemos en la fermentación alcohólica que puede dar lugar a muy diferentes productos, como algunos secundarios que producen moléculas orgánicas como la glicerina, el ácido succínico y ácido acético.
43. Fermentaciones y respiración celular. Significado biológico y diferencias.
El significado biológico de la fermentación y la respiración celular es obtener energía en forma de ATP.
Las principales diferencias entre la fermentación y la respiración celular son las siguientes:
1. Cadena transportadoras de electrones
La fermentación no posee cadena transportadora de electrones por lo que no se realiza el ciclo de Krebs y no se produce una oxidación completa mientras que la respiración celular si que tienen cadena transportadora de electrones si se realiza el ciclo que Krebs y si se produce la oxidación completa de la molécula de glucosa.
2. Tipos (según si se utiliza o no el O2)
La fermentación es solo anaerobia es decir que no hay presencia de oxígeno mientras que la respiración celular puede ser aerobia es decir que si que hay presencia de oxígeno o también puede ser anaerobia con sulfatos o nitratos.
3. Cantidad obtenida de ATP
En la fermentación solo se obtienen 2 moléculas de ATP por lo que se rendimiento se muy bajo mientras que en la respiración celular se obtienen 36 o 38 moléculas de ATP por lo que su rendimiento es bastante más elevado.
4. Lugar donde se producen
La fermentación se produce solo en el citosol mientras que la respiración celular se da según: Si estamos hablando de una célula eucariota se produce en el citosol y el la mitocondria pero si hablamos de una célual procariota ocurre en el citosol y en la membrana plasmática.
5. Tipos de fosforilación
En la fermentación se produce una fosforilación a nivel del sustrato mientras que en la respiración celular se produce una fosforilación oxidativa.
6. Tipos de aceptor final
En la fermentación el aceptor final del electrón es una molécular orgánica mientras que en la respiración celular es aceptor final del electrón es una molécula inorgánica.
45. A) la figura representa esquemáticamente las actividades más importantes de una mitocondria. Identifique las sustancias representadas por los números 1 a 6.
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?
2. Acetil-CoA,
3. ADP
4. ATP
5. NADH
6. O2
b) Las reacciones metabólicas están acopladas energéticamente a través del ATP. En el metabolismo celular tienen lugar reacciones que liberan energía y otras que la consumen (en el catabolismo se libera energía y en el anabolismo se consume). Estos procesos energéticos no tienen por qué ocurrir al mismo tiempo ni en el mismo lugar en la célula. Por lo tanto, debe existir un mecanismo que almacene y transporte esa energía desde los lugares donde se libera a los lugares donde se consume. Este mecanismo se base en la formación y posterior ruptura de enlaces químicos que almacenan y liberan gran cantidad de energía. Estos enlaces se denominan enlaces de alta energía.
El ATP (adenosín trifosofato) es una molécula de gran importancia biológica, no sólo como coenzima, sino también por la energía bioquímica que es capaz de almacenar en sus dos enlaces esterfosfóricos.
Al romperse estos enlaces mediante hidrólisis, liberan cada uno 7,3 Kcal/mol:
ATP + H2O -> ADP + Pi + energía (7.3 kcal/mol)
La hidrólisis del ATP es un proceso espontáneo, lo que permite acoplar esta reacción exergónica a procesos o reacciones endergónicas, es decir, que necesitan un aporte energético. El acoplamiento de reacciones tiene lugar a través de enzimas que hacen posible la reacción global.
c)El acetil-CoA se puede obtener de dos formas:
- A partir del ácido pirúvico obtenido en la glucolisis de la molécula de glucosa
- De la degradación de los ácidos grasos a través de la ruta metabólica conocida como oxidación de los ácidos grasos.
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) Nombre de las figuras:
1.- Matriz mitocondrial.2.- Cresta mitocondrial.
3.- Ribosoma
4.- Membrana interna.
5.- Membrana externa.
6.- Espacio intermembrana.
7.- ATP- sintetasa.
8.- Proteínas de cadena respiratoria.
b) Los dos procesos que se dan en las mitocondria son:
1.- El ciclo de Krebs se da en matriz mitocondrial.
2.- Transporte de electrones en la cadena respiratoria que se da en las crestas mitocondriales en las células eucariotas.
c)La molécula de ADN mitocondrial es circular bicatenaria y diferente del ADN nuclear. Existen 37 genes mitocondriales que codifican 13 proteínas, que son subunidades de la ATP-sintetasa y de los complejos proteicos de la cadena respiratoria.
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