Retroalimentación

a. ¿Cómo se puede explicar el cambio que se observa a los 30 minutos en las gráficas A y B?

El cambio observado a los 30 minutos en las gráficas A y B se debe al agotamiento del oxígeno en el medio de cultivo. Durante los primeros 30 minutos, las células musculares realizan metabolismo aeróbico, utilizando oxígeno como aceptor final de electrones en la cadena de transporte de electrones. Este proceso produce dióxido de carbono (CO₂) y ATP de manera eficiente.

A los 30 minutos, el oxígeno se agota, obligando a las células a cambiar al metabolismo anaeróbico. En la gráfica A, el nivel de CO₂ deja de aumentar porque ya no hay oxígeno disponible para actuar como aceptor final de electrones en la respiración aeróbica, lo que detiene la producción de CO₂. En la gráfica B, se observa un aumento en el consumo de glucosa porque el metabolismo anaeróbico es menos eficiente. En condiciones anaeróbicas, solo se producen dos moléculas de ATP por cada molécula de glucosa, en contraste con las 36-38 moléculas de ATP producidas en condiciones aeróbicas. Por lo tanto, las células necesitan consumir más glucosa para satisfacer sus necesidades energéticas.

b. ¿Qué compuesto se empezará a acumular en el medio a partir del minuto 30?

A partir del minuto 30, se acumulará lactato (o ácido láctico) en el medio. En condiciones anaeróbicas, el piruvato producido durante la glucólisis se convierte en lactato para regenerar NAD+, permitiendo que la glucólisis continúe y produzca una cantidad limitada de ATP.

c. ¿En qué compartimento u orgánulo celular se produce la mayor parte de energía durante los primeros 30 minutos? ¿Y durante los últimos 30 minutos?

Durante los primeros 30 minutos, la mayor parte de la energía se produce en las mitocondrias, donde tiene lugar la respiración aeróbica. Las mitocondrias son los orgánulos responsables de generar la mayor parte del ATP celular mediante el ciclo de Krebs y la cadena de transporte de electrones.

Durante los últimos 30 minutos, la mayor parte de la energía se produce en el citoplasma o citosol, a través de la glucólisis anaeróbica. En ausencia de oxígeno, las células dependen de la glucólisis para producir ATP, aunque de manera mucho menos eficiente que en condiciones aeróbicas.

d. ¿Qué les ocurre a las células musculares a partir del minuto 60?

A partir del minuto 60, las células musculares experimentarán una parálisis completa de la actividad metabólica debido a la falta de energía. La producción de ATP mediante la glucólisis anaeróbica es insuficiente para mantener las funciones celulares básicas a largo plazo, lo que eventualmente lleva a la muerte celular. La acumulación de lactato y la insuficiente producción de ATP resultan en un fallo metabólico crítico que las células no pueden superar, conduciendo a su muerte.

Retroalimentación

a) Identifique los productos indicados con números (1-6). (0,6 puntos)

1- Piruvato
2- Acetil-CoA
3- NADH + H⁺
4- Oxígeno
5- ATP
6- ADP

b) En el esquema, la glucosa es la molécula que se cataboliza para generar los diferentes productos. Cite otro tipo de sustancias que se pueden catabolizar y generar también el compuesto 2. ¿Cómo se denomina ese proceso? (0,4 puntos)

Otros compuestos que pueden catabolizarse para generar acetil-CoA son los ácidos grasos y algunos aminoácidos. Los ácidos grasos se catabolizan a través del proceso de β-oxidación, mientras que algunos aminoácidos se convierten en acetil-CoA mediante procesos de transaminación y desaminación. Ambos procesos son válidos como ejemplos de cómo otras sustancias pueden generar acetil-CoA.

c) Defina metabolismo anabólico y catabólico, incluyendo las principales características de ambos. (0,8 puntos)

El metabolismo catabólico es el conjunto de rutas metabólicas que involucran la descomposición de moléculas complejas en moléculas más simples. Durante este proceso, se libera energía que se almacena en forma de ATP. Ejemplos de metabolismo catabólico incluyen la glucólisis, la β-oxidación de ácidos grasos y el ciclo de Krebs.

El metabolismo anabólico, por otro lado, es el conjunto de procesos constructivos donde las células sintetizan moléculas complejas a partir de precursores más simples. Este proceso requiere energía, la cual se obtiene del ATP. Ejemplos de metabolismo anabólico incluyen la síntesis de proteínas, la biosíntesis de ácidos grasos y la gluconeogénesis.

d) ¿Cómo se llama el proceso por el que la glucosa se ha transformado en el producto 1? (0,2 puntos)

El proceso por el cual la glucosa se convierte en piruvato se llama glucólisis. Durante la glucólisis, una molécula de glucosa (de seis carbonos) se descompone en dos moléculas de piruvato (de tres carbonos cada una), produciendo también una pequeña cantidad de ATP y NADH.

Retroalimentación

1a) Nombre de la molécula A: glucosa.

La casilla 1 corresponde al ATP.

1b) El coenzima de la casilla 2 es el NADP⁺ y el de la casilla 3 es el NADPH+H⁺. 

Esto es así porque en la reacción catalizada por la G6PD se observa como el reactivo (la glucosa 6 fosfato) en el C1 tiene dos átomos de H⁺ más que el producto. Por lo tanto, estos dos átomos de H⁺ perdidos los ha cogido el NADP⁺ para convertirse en NADPH+H⁺. 

En la reacción catalizada por la G6PD se observa cómo el reactivo (la glucosa 6 fosfato) se oxida, cediendo electrones al NADP⁺ que se reducirá a NADPH+H⁺.

La reducción del glutatión implica que gane H⁺, por lo tanto el NADPH ha cedido estos H al glutatión (lo ha reducido) quedando en forma de NADP⁺.

Retroalimentación

• La glucólisis, ciclo de Krebs y cadena respiratoria (fosforilación oxidativa) permite a los ciervos y gamos descomponer completamente la glucosa de la materia vegetal hasta CO₂ y agua.
• Se genera CO₂ en el ciclo de Krebs.
• Se genera agua en la cadena de trasnporte de electrones (fosforilación oxidativa).
• El balance energético es la obtención de entre 36 y 38 ATP por cada molécula de glucosa.

Retroalimentación

1a) Los músculos consiguen el ATP necesario para hacer el ejercicio a través de las vías siguientes:

1b) La aprte de la célula que produce la mayor parte de ATP es la matriz mitocondrial.

2a) Cuando corre mucho, el gasto energético a través de las vías siguientes:

2b) La parte de la célula en la que se produce la mayor parte del ATP en es el citosol. 

3a) Hacer una gráfica. colocando la actividad (%) en en el eje de las y y el pH en el de las x.

3b) Después de haber corrido mucho está cansado. Esto se debe a que, al acumularse lactato (o piruvato+lactato), baja el pH, la actividad de la fosfofructoquinasa disminuye y la glucólisis (anaeróbica) disminuirá, hasta dejar el músculo sin energía. Esta es la razón por la que Jordi está cansado.

Retroalimentación

a) Justifique por qué se produce mayor cantidad de agua a partir de los lípidos que de los glúcidos (0,5 puntos).

Los lípidos producen mayor cantidad de agua metabólica que los glúcidos porque:

1. Tienen una mayor proporción de hidrógeno en su estructura química:

Los ácidos grasos que forman los lípidos son largas cadenas hidrocarbonadas (es decir, formadas casi exclusivamente por carbono e hidrógeno).
Cada átomo de hidrógeno puede ser oxidado durante la respiración celular para generar agua.
Por tanto, cuanto más hidrógeno contiene una molécula, más agua se puede formar como producto final.

En cambio, los glúcidos como el almidón contienen una proporción mayor de oxígeno en su fórmula (por ejemplo, la glucosa es C₆H₁₂O₆), lo que implica que hay menos átomos de hidrógeno disponibles para formar agua durante su oxidación.

2. Durante su degradación, los lípidos aportan más electrones al transporte electrónico mitocondrial:

La respiración celular se basa en la transferencia de electrones desde compuestos reducidos (como el NADH o el FADH₂) hasta el oxígeno, generando un gradiente que permite la síntesis de ATP y la formación de agua.

• Los lípidos, al oxidarse, producen más NADH y FADH₂ que los glúcidos.

• Esto significa que entregan más electrones a la cadena de transporte de electrones, y por tanto se reducen más moléculas de oxígeno a agua.

3. La oxidación completa de 1 g de lípido produce más agua que 1 g de glúcido:

Según los datos de la tabla:

b) Con los datos de la tabla, justifique por qué los camellos pueden estar sin beber durante largos periodos de tiempo (0,25 puntos).

Los camellos obtienen gran parte del agua que necesitan a partir del metabolismo de los nutrientes, especialmente de los lípidos, que:

• Producen más del doble de agua por gramo (1,07 g) que los glúcidos (0,6 g).

• Además, los lípidos almacenan más energía, lo que permite sobrevivir durante más tiempo sin necesidad de comida ni agua.

Gracias a esta eficiencia, los camellos pueden hidratarse internamente, lo que es vital en ambientes áridos donde escasea el agua.

c) Explique en qué fase de la respiración celular se produce la mayor cantidad de H₂O (0,5 puntos).

La mayor cantidad de agua metabólica se produce en la cadena de transporte de electrones, que es la última etapa de la respiración celular aeróbica y ocurre en la membrana interna de la mitocondria.

¿Cómo se forma el agua?

• Durante esta fase, los electrones transportados por el NADH y FADH₂ son transferidos a través de complejos proteicos.

• Al final de la cadena, los protones (H⁺) y los electrones (e⁻) se combinan con el oxígeno molecular (O₂) para formar agua (H₂O).

Esta reacción es catalizada por la citocromo c oxidasa (Complejo IV).

d) Indique la vía metabólica específica del catabolismo de los ácidos grasos (0,25 puntos).

La vía específica del catabolismo de los ácidos grasos es la β-oxidación.

¿Qué es?
Es un proceso que ocurre en la matriz mitocondrial, en el cual los ácidos grasos se degradan en unidades de acetil-CoA, que luego ingresan al ciclo de Krebs para continuar la oxidación y producir ATP.

e) Explique la razón por la que el catabolismo de los ácidos grasos consume una mayor cantidad de oxígeno que la de otros nutrientes (0,5 puntos).

Los ácidos grasos consumen más oxígeno por estas razones:

1. Mayor número de átomos de carbono e hidrógeno por molécula:
   Los lípidos están mucho más reducidos (tienen más electrones disponibles), por lo que su oxidación completa requiere más oxígeno para aceptar esos electrones.

2. Mayor rendimiento energético:
   Como producen más energía y más ATP por molécula que los glúcidos o las proteínas, también se requiere más oxígeno para completar el proceso.

Según la tabla:

• Lípidos consumen 2020 cm³ de O₂ por gramo

• Glúcidos (almidón), solo 820 cm³

• Proteínas, 970 cm³

Esto demuestra que la oxidación de lípidos es más intensiva en oxígeno, pero también mucho más eficiente para producir energía y agua.

Retroalimentación

a) En relación con el ATP:

1. indique el nombre de dos tipos de reacciones metabólicas en las que se produce;

2. cite en qué orgánulo/s membranoso/s de la célula vegetal se puede sintetizar;

3. indique una función de este en el metabolismo celular (0,75 puntos).

1. Tipos de reacciones metabólicas en las que se produce ATP:

   • Fosforilación oxidativa, que ocurre en la mitocondria durante la respiración celular.

   • Fosforilación fotosintética o fotofosforilación, que tiene lugar en los cloroplastos durante la fotosíntesis.

2. Orgánulos membranosos de la célula vegetal donde se sintetiza ATP:

   • Mitocondrias, donde se genera ATP mediante la respiración celular.

   • Cloroplastos, donde se produce ATP en la fase luminosa de la fotosíntesis.

3. Función del ATP en el metabolismo celular:
   El ATP actúa como moneda energética de la célula. Su hidrólisis proporciona energía inmediata para numerosos procesos celulares como la síntesis de macromoléculas, el transporte activo a través de membranas y la contracción celular.

b) Explique brevemente la relación del ciclo de Krebs con la cadena de transporte electrónico mitocondrial (0,5 puntos).

El ciclo de Krebs se desarrolla en la matriz mitocondrial y tiene como función principal oxidar completamente el acetil-CoA, produciendo NADH y FADH₂.
Estos transportadores reducidos llevan electrones a la cadena de transporte electrónico, ubicada en la membrana interna mitocondrial, donde se genera un gradiente de protones que permite la síntesis de ATP mediante fosforilación oxidativa.
Por tanto, el ciclo de Krebs alimenta directamente a la cadena transportadora con los electrones necesarios para la producción de energía.

c) Si en un laboratorio se miden los productos generados por un cultivo de cianobacterias en H₂O, se observa que uno de ellos es un gas.
Responda razonadamente qué gas se genera a partir de este cultivo.
Explique si este gas se produciría si el cultivo se realizara a 70 °C (0,75 puntos).

El gas generado por un cultivo de cianobacterias en agua es oxígeno molecular (O₂).
Esto se debe a que las cianobacterias realizan fotosíntesis oxigénica, usando agua como donador de electrones. Durante la fase luminosa de la fotosíntesis, el agua se rompe mediante fotólisis, liberando O₂ como subproducto:

$$2H_{2}O\to 4H^{+}+4e^{-}+O_{\mathrm{2<span\; style="font-family:\; arial,\; helvetica,\; sans-serif;\; font-size:\; 14pt;"></span>}}$$Si el cultivo se realizara a 70 °C, probablemente no se produciría oxígeno. La mayoría de las cianobacterias no son termófilas, por lo que a esa temperatura sus enzimas fotosintéticas se desnaturalizarían, interrumpiendo el proceso de fotosíntesis y, por tanto, la liberación de oxígeno.

Retroalimentación

A) Indique qué tipo de biomolécula es el glucógeno y su función en las células (0,25 puntos).

El glucógeno es un homopolisacárido de reserva, perteneciente al grupo de los glúcidos. Está formado por largas cadenas ramificadas de glucosa unidas mediante enlaces glucosídicos.
Su función principal en las células animales es actuar como reserva energética, especialmente en el hígado (para mantener la glucemia) y en el músculo (para obtener energía local durante la actividad contráctil).

B) Explique por qué la deficiencia de la enzima maltasa ácida provoca un acúmulo de glucógeno en la célula (0,3 puntos).

La maltasa ácida es una enzima lisosomal encargada de hidrolizar los enlaces α-glucosídicos del glucógeno, permitiendo su degradación dentro del lisosoma.
Cuando esta enzima está ausente o defectuosa, como ocurre en la enfermedad de Pompe, el glucógeno no puede ser degradado adecuadamente dentro de los lisosomas y se acumula progresivamente en el interior celular, especialmente en células musculares y cardíacas, lo que provoca daño estructural y disfunción progresiva de estos tejidos.

C) Mencione otra biomolécula que desempeñe la misma función en la célula y describa su estructura general (0,4 puntos).

Otra biomolécula que actúa como reserva energética en las células es el triglicérido.
Los triglicéridos están formados por una molécula de glicerol unida a tres ácidos grasos mediante enlaces éster.
Se almacenan principalmente en el tejido adiposo y constituyen la mayor fuente de energía a largo plazo del organismo, liberando ácidos grasos libres cuando se requiere energía, por ejemplo, en ayunos prolongados.

D) Mencione una vía catabólica que forme parte, tanto del proceso de degradación del glucógeno, como del proceso de degradación de la biomolécula a la que se refiere el apartado C) en la célula y explique en qué consiste (0,55 puntos).

Una vía catabólica común a la degradación tanto del glucógeno como de los triglicéridos es la respiración celular, concretamente la etapa de la glucólisis seguida por el ciclo de Krebs y la cadena de transporte electrónico.

• En el caso del glucógeno, tras su degradación en glucosa, esta entra en la glucólisis, donde se transforma en piruvato, y posteriormente en acetil-CoA para ser oxidado en el ciclo de Krebs.

• En el caso de los triglicéridos, los ácidos grasos liberados se degradan por beta-oxidación formando también acetil-CoA, que entra igualmente en el ciclo de Krebs.

En ambos casos, el acetil-CoA es oxidado para producir NADH y FADH₂, que ceden electrones a la cadena de transporte electrónico mitocondrial, donde finalmente se produce ATP mediante fosforilación oxidativa.

Retroalimentación

a) Cite el nombre de los procesos señalados con las letras A, B, C y D. (0,8 puntos)

• A – Ciclo de Calvin: Es el conjunto de reacciones bioquímicas de la fase oscura de la fotosíntesis que se realiza en el estroma del cloroplasto. Usa ATP y NADPH para fijar CO₂ y formar moléculas orgánicas como la glucosa.

• B – Ciclo de Krebs (o ciclo del ácido cítrico): Ocurre en la matriz mitocondrial. Oxida completamente el acetil-CoA a CO₂, generando NADH y FADH₂ que se utilizarán en la cadena de transporte electrónico.

• C – Glucólisis: Proceso citoplasmático que transforma la glucosa en dos moléculas de piruvato, produciendo una pequeña cantidad de ATP y NADH. Es una ruta común en casi todos los organismos.

• D – Fermentación láctica: Es una vía anaerobia que permite la regeneración de NAD⁺ a partir del NADH producido en la glucólisis, reduciendo el piruvato a ácido láctico. Ocurre, por ejemplo, en las células musculares humanas bajo condiciones de hipoxia.

b) Indique el nombre de los elementos señalados con los números del 1 al 8. (0,8 puntos)

1. Piruvato: Producto final de la glucólisis, precursor para la fermentación o la entrada al ciclo de Krebs.

2. ATP: Molécula energética utilizada en múltiples procesos celulares. Se genera en la glucólisis, el ciclo de Krebs y la fosforilación oxidativa, y también se consume en el ciclo de Calvin.

3. NADP⁺: Coenzima oxidada que se reduce a NADPH en la fase luminosa de la fotosíntesis y se utiliza en el ciclo de Calvin como transportador de poder reductor.

4. NAD⁺: Coenzima en su forma oxidada que acepta electrones en reacciones metabólicas, como la glucólisis y el ciclo de Krebs. Se regenera en la cadena de transporte de electrones o por fermentación.

5. H₂O (agua): Fuente de electrones en la fotosíntesis (fotólisis del agua en los cloroplastos), liberando oxígeno como subproducto.

6. O₂ (oxígeno): Producto de la fase luminosa de la fotosíntesis; en la respiración celular actúa como aceptor final de electrones en la cadena de transporte mitocondrial.

7. CO₂ (dióxido de carbono): Producto de la oxidación del piruvato en el ciclo de Krebs y sustrato que se fija en el ciclo de Calvin durante la fotosíntesis.

8. Luz: Fuente de energía que activa los fotosistemas en la fase luminosa de la fotosíntesis, esencial para generar ATP y NADPH.

c) Indique el nombre de los orgánulos I y II. (0,2 puntos)

• I – Mitocondria: Orgánulo donde tienen lugar la respiración celular aerobia (ciclo de Krebs y cadena de transporte electrónico), responsable de generar la mayor parte del ATP celular.

• II – Cloroplasto: Orgánulo exclusivo de las células vegetales y algunas algas, donde ocurre la fotosíntesis. En él se encuentran tanto las fases luminosa (en las membranas de los tilacoides) como el ciclo de Calvin (en el estroma).

d) ¿A qué tipo de célula podría pertenecer el esquema representado? Razónelo. (0,2 puntos)

El esquema representa una célula eucariota vegetal, ya que contiene cloroplastos y mitocondrias, orgánulos característicos de este tipo de célula.

• Las células animales no tienen cloroplastos, por lo que no podrían realizar la fotosíntesis.

• Las células procariotas (como las bacterias) no presentan orgánulos membranosos internos como mitocondrias o cloroplastos, por lo que tampoco podrían corresponder a este esquema.

Retroalimentación

a) Mencione los dos depósitos principales de energía que se movilizan en los cuerpos de los expedicionarios durante este periodo.

Durante un periodo de acceso limitado a alimentos, el cuerpo recurre principalmente a dos reservas energéticas:

• Glucógeno: es un polisacárido almacenado principalmente en el hígado y en los músculos esqueléticos. Constituye la reserva rápida de glucosa, fundamental para mantener los niveles de glucosa en sangre y para el suministro inmediato de energía, especialmente en situaciones de ayuno o ejercicio intenso.

• Triglicéridos (lípidos): se almacenan en el tejido adiposo, principalmente en los adipocitos. Son la reserva energética más abundante y eficiente, ya que proporcionan mucha más energía por gramo que el glucógeno.

b) Resuma las rutas metabólicas necesarias para movilizar ambas reservas energéticas, indicando las localizaciones celu lares donde tienen lugar.

Glucógeno:

• Glucogenólisis: proceso que ocurre en el citoplasma de las células hepáticas y musculares. El glucógeno se degrada a glucosa-1-fosfato mediante la enzima glucógeno fosforilasa. Posteriormente, la glucosa-1-fosfato se convierte en glucosa-6-fosfato.

• Glucólisis: también en el citoplasma, la glucosa-6-fosfato se transforma en piruvato a través de una serie de reacciones enzimáticas.

• Descarboxilación oxidativa: el piruvato entra en la matriz mitocondrial, donde es convertido en acetil-CoA por la enzima piruvato deshidrogenasa.

Triglicéridos:

• Lipólisis: ocurre en el citoplasma de los adipocitos. Los triglicéridos se descomponen en ácidos grasos y glicerol.

• Activación y transporte: los ácidos grasos se activan en el citosol y se transportan a la matriz mitocondrial mediante la carnitina.

• β-oxidación: en la matriz mitocondrial, los ácidos grasos se degradan secuencialmente, produciendo varias moléculas de acetil-CoA.

c) ¿Cuál es la molécula en la que confluyen?

Ambas rutas metabólicas convergen en la formación de acetil-CoA, que es el punto de entrada común para el metabolismo oxidativo de carbohidratos y lípidos.

d) Indique la ruta metabólica en la que se degrada la molécula del apartado anterior y los productos resultantes de la misma.

El acetil-CoA se incorpora al ciclo de Krebs (también llamado ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos), que se desarrolla en la matriz mitocondrial. En cada vuelta del ciclo, el acetil-CoA se oxida completamente, generando:

• 1 GTP (equivalente a 1 ATP)

• 3 NADH

• 1 FADH₂

• 2 CO₂ (dióxido de carbono, que se elimina como producto de desecho)

Estos transportadores de electrones (NADH y FADH₂) posteriormente donan sus electrones a la cadena de transporte de electrones, donde se produce la mayor parte del ATP celular.

Resumiendo, en situaciones de ayuno, el cuerpo moviliza primero el glucógeno y luego los triglicéridos. Ambos depósitos energéticos se degradan a acetil-CoA, que es oxidado en el ciclo de Krebs para generar energía utilizable en forma de ATP.

Retroalimentación

a) De modo general, ¿En qué se caracteriza el catabolismo y qué productos se generan en el mismo?

El catabolismo es el proceso metabólico encargado de la degradación de moléculas complejas (como polisacáridos, lípidos y proteínas) en moléculas más sencillas, con el objetivo de liberar energía útil para la célula. Esta energía se almacena principalmente en forma de ATP (adenosín trifosfato) y, en menor medida, GTP. Además, durante el catabolismo se generan poder reductor (NADH y FADH₂) y metabolitos precursores que pueden ser utilizados en rutas anabólicas. Los productos finales del catabolismo suelen ser dióxido de carbono (CO₂), agua (H₂O) y, en condiciones anaerobias, compuestos orgánicos como ácido láctico o etanol.

b) Explique los diferentes tipos de catabolismo según el aceptor final de electrones.

Existen diferentes tipos de catabolismo en función del aceptor final de electrones:

• Respiración aeróbica: El oxígeno (O₂) actúa como aceptor final de electrones en la cadena transportadora de electrones. Este proceso permite la máxima obtención de energía y culmina con la formación de agua.

• Respiración anaeróbica: En este caso, el aceptor final de electrones no es el oxígeno, sino otras sustancias inorgánicas como nitrato (NO₃⁻), sulfato (SO₄²⁻) o azufre (S₂). También utiliza la cadena transportadora de electrones, pero la eficiencia energética es menor que en la respiración aeróbica.

• Fermentación: El aceptor final de electrones es un compuesto orgánico, como el piruvato (en la fermentación láctica) o el acetaldehído (en la fermentación alcohólica). No interviene la cadena transportadora de electrones, y la producción de ATP es mucho menor. Los productos finales pueden ser ácido láctico, etanol u otros compuestos orgánicos.

Estas rutas permiten a los organismos adaptarse a diferentes condiciones ambientales según la disponibilidad de oxígeno y otros aceptores de electrones.