Retroalimentación

a) ¿Qué tipos de organismos son capaces de producir etanol a partir de glucosa y qué ventaja metabólica les supone esta producción? Razona tu respuesta. (0,5 puntos)

El etanol se produce fundamentalmente gracias a levaduras del género Saccharomyces, especialmente Saccharomyces cerevisiae.
Estos organismos realizan la fermentación alcohólica, un proceso anaerobio, para obtener energía en forma de ATP a partir de la glucosa cuando no disponen de oxígeno.
La principal ventaja metabólica de este proceso es que les permite mantener activa la glucólisis mediante la regeneración del NAD⁺ consumido, asegurando así una fuente continua de energía en ambientes anaeróbicos. Aunque la cantidad de ATP obtenida es menor que en la respiración aerobia, es suficiente para su supervivencia.

b) Ayudándote de un esquema, detalla el proceso bioquímico para obtener etanol a partir de glucosa. (1 punto)

La transformación de glucosa en etanol consta de dos fases principales:

1. Glucólisis:
   La glucosa (C₆H₁₂O₆) se degrada en el citoplasma celular mediante una serie de reacciones enzimáticas, dando lugar a dos moléculas de piruvato (C₃H₄O₃). Durante este proceso, se producen 2 moléculas de ATP (por fosforilación a nivel de sustrato) y 2 moléculas de NADH.

2. Fermentación alcohólica:

   • Cada molécula de piruvato se descarboxila (pierde una molécula de CO₂) formando acetaldehído (C₂H₄O).

   • El acetaldehído se reduce utilizando los electrones del NADH generado en la glucólisis, convirtiéndose en etanol (C₂H₆O) y regenerándose el NAD⁺, necesario para que la glucólisis pueda seguir funcionando.

Esquema resumen:

Glucosa (C₆H₁₂O₆)
↓ (glucólisis)
2 Piruvato (C₃H₄O₃) + 2 ATP + 2 NADH
↓ (descarboxilación)
2 Acetaldehído (C₂H₄O) + 2 CO₂
↓ (reducción con NADH)
2 Etanol (C₂H₆O) + 2 NAD⁺

c) ¿Qué efecto tendría la presencia de oxígeno en el proceso? (0,5 puntos)

La presencia de oxígeno inhibiría la fermentación alcohólica.
Cuando hay oxígeno disponible, las levaduras y otros organismos facultativos optan por la respiración celular aerobia, un proceso mucho más eficiente en la obtención de energía, ya que a partir de una molécula de glucosa se pueden generar hasta 36-38 moléculas de ATP, frente a las 2 moléculas obtenidas por fermentación.
En presencia de oxígeno, el piruvato no se transforma en etanol, sino que entra en la mitocondria y se oxida completamente a dióxido de carbono (CO₂) y agua (H₂O).

Retroalimentación

a) Explique los resultados observados durante los cuatro primeros minutos de la prueba sin olvidar citar lo siguiente:

i) Ruta metabólica y caída de glucosa: La disminución de la glucosa en el medio sugiere que el microorganismo está utilizando la glucosa como fuente de energía a través de la respiración celular aeróbica. Esta ruta metabólica involucra tres etapas principales: la glucólisis, el ciclo de Krebs y la cadena de transporte de electrones. Durante estos procesos, la glucosa se descompone para producir energía en forma de ATP, con la formación de dióxido de carbono (CO₂) y agua como subproductos.

ii) Disminución de O₂: La disminución de oxígeno en el medio se debe a su uso como aceptor final de electrones en la cadena de transporte de electrones, que es la etapa final de la respiración celular aeróbica. Este proceso es esencial para la producción de ATP, ya que el oxígeno se combina con electrones y protones para formar agua.

iii) Aumento de CO₂ y ruta metabólica: El aumento en la concentración de dióxido de carbono es un indicador de la actividad del ciclo de Krebs, que es una parte de la respiración celular aeróbica. Durante el ciclo de Krebs, la descomposición de compuestos derivados de la glucosa produce la liberación de CO₂ como subproducto.

b) Pasados los cuatro primeros minutos, aparece etanol en el medio y aumenta a lo largo del tiempo. Razónelo brevemente. (0,4 puntos)

La aparición y acumulación de etanol en el medio sugiere que el microorganismo ha cambiado a la fermentación alcohólica debido a la falta de oxígeno. En ausencia de oxígeno, el microorganismo no puede continuar con la respiración aeróbica y recurre a la fermentación para obtener energía. Durante la fermentación alcohólica, la glucosa se convierte en ATP, etanol y CO₂. Este cambio es necesario para regenerar el NAD⁺ a partir de NADH, permitiendo que la glucólisis continúe y el microorganismo pueda seguir produciendo energía en condiciones anaeróbicas.

c) El sensor de CO₂ se averió en el minuto cuatro. ¿Cómo cree que habrá variado su concentración a partir de entonces? ¿Habrá aumentado, disminuido o permanecido estable? Razónelo brevemente. (0,4 puntos)

Dado que el microorganismo ha pasado a la fermentación alcohólica después de los primeros cuatro minutos, es probable que la concentración de CO₂ haya seguido aumentando. La fermentación alcohólica produce CO₂ como subproducto junto con el etanol. Por lo tanto, aunque el sensor de CO₂ se averió, es razonable suponer que la concentración de CO₂ habría continuado aumentando en la medida en que la fermentación alcohólica continuara.

Retroalimentación

1. El proceso biológico que se lleva a cabo en el sacarímetro es la fermentación alcohólica. Se trata de una fermentación anaeróbica de la glucosa por parte de la levadura Saccharomyces cerevisiae, en la que la glucosa se degrada hasta 2 moléculas de piruvato, las cuales son transformadas hasta etanol y CO₂. En la reacción se obtiene energía en forma de ATP. La reacción química aproximada de este proceso es la siguiente:

$\text{Glucosa (C6H12O6) + 2 Pi + 2 ADP → 2 etanol (CH3CH2OH) + 2 CO2 + 2 ATP}$$\text{<br>}$

2ª)

2b) Como en la mayoría de reacciones químicas, la velocidad de las reacciones catalizadas por enzimas se incrementa con la temperatura (siempre que no se llegue a una temperatura a la que se desnaturalicen los enzimas que catalizan la reacción)

Las diferencias en los volúmenes de CO₂ acumulados entre los sacarímetros A, B y C se deben a las diferentes condiciones de temperatura en las que se han mantenido.

• Sacarímetro A (frío): Se observa que el volumen de CO2 acumulado es el menor de los tres a lo largo del tiempo. Esto puede deberse a que a bajas temperaturas, la actividad enzimática de la levadura es más lenta. Por lo tanto, la fermentación de la glucosa en CO2 y etanol es más lenta y se acumula menos CO2 en el mismo período de tiempo.

• Sacarímetro B (temperatura ambiente): A temperatura ambiente, la actividad enzimática de la levadura es moderada, lo que resulta en una producción de CO2 intermedia en comparación con A y C.

• Sacarímetro C (calor): A temperaturas más altas, la actividad enzimática de la levadura es más rápida y eficiente. Esto conduce a una mayor producción de CO2 en el mismo período de tiempo en comparación con A y B.

Retroalimentación

1.- a) ¿Qué tipo de sustancia es la celulasa? ¿Cuál es la función biológica de la celulasa para este hongo?

La celulasa es un enzima. Para el hongo Trichoderma reesei, la celulasa sirve para obtener glucosa a partir de la degradación de la celulosa de la cual se alimenta. 

b) Para obtener el etanol a partir de la glucosa se utilizan grandes tanques con levaduras del género Saccharomyces. ¿Cómo se llama el proceso metabólico que llevan a cabo estas levaduras? Complete el siguiente esquema que lo representa.

Nombre del proceso metabólico: fermentación alcohólica.

 Glucosa → Ácido pirúvico o piruvato →Etanol    Dióxido de carbono

2.- a) Explique en qué consiste, cómo se llama y en qué parte de las células de los vegetales tiene lugar el proceso nº1. 

CO₂ +H₂O → Glúcidos simples (monosacáridos) + O₂

El proceso representado con el nº1 es la fotosíntesis.

Las células vegetales de los tejidos fotosintéticos llevan a cabo este proceso en unos orgánulos llamados cloroplastos. 

El proceso de fotosíntesis consiste en sintetizar glúcidos a partir de moléculas inorgánicas: agua y dióxido de carbono. La energía necesaria para este proceso proviene de la luz solar.

b) Los vehículos que usan bioetanol emiten dióxido de carbono y vapor de agua, como los vehículos que utilizan combustibles convencionales, pero esto no provoca un aumento en la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera. Justifique esta afirmación teniendo en cuenta los esquemas anteriores.

Existe un claro argumento a favor de que los biocombustibles vegetales no aumentan los niveles de dióxido de carbono atmosférico: cada molécula de este gas liberada en su combustión había sido previamente captada de la atmósfera por la planta durante el proceso de fotosíntesis. El balance neto de los dos procesos es, por tanto, cero.

En realidad, la utilización de biocombustibles no es neutra. Es necesario un fuerte gasto de energía para producir bioetanol y esta energía proviene, principalmente, de los combustibles fósiles.

Retroalimentación

1. 

2. Se trata de la glucólisis y de la fermentación alcohólica.

3a.  200mL de cerveza x 5mL de alcohol x 100mL^-1 de cerveza x 0,8g de alcohol x 1mL^-1 de alcohol = 8 gramos de alcohol.

En un quinto hay 8 gramos de alcohol.

3b.  100 mL de Ratafia contienen 30mL de alcohol.

30 mL alcohol x 10 mL orina x 1mL^-1 de alcohol = 300 mL de orina suplementaria.

Si en total se toman 100 mL de bebida, se producen 300 mL de orina suplementaria.

No calmará la sed. Si se tiene sed y se ingieren 100 mL de ratafía, se producirán 300mL de orina de más, por lo tanto, se está perdiendo más agua de la que se ingiere.

Retroalimentación

Retroalimentación

1) Qué gas se ha generado durante la práctica A? ¿Y durante la práctica B? Cumplimente la tabla que hay ha a continuación con las informaciones correspondientes. [1 punto]

2a) ¿Obtendrá la misma cantidad de gas si hace la práctica A sin luz? ¿Sí/no?. Justificación.

Si se hiciera en la oscuridad, no habría la fuente de energía necesaria (la luz) para poder llevar a cabo la fase luminosa de la fotosíntesis y, por tanto, no se liberaría oxígeno.

¿Obtendrá la misma cantidad de gas si hace la práctica A a una temperatura de 60 °C? ¿Sí/no?. Justificación.

Si se hiciera a 60°C, las enzimas que intervienen en las reacciones metabólicas sufrirían una desnaturalización debido a su naturaleza proteica. La desnaturalización provocaría la pérdida de la función y, por lo tanto, no podrían catalizar las reacciones metabólicas de la fase luminosa de la fotosíntesis y no se liberaría oxígeno.

2b) ¿Obtendrá la misma cantidad de gas si hace la práctica B sin luz? ¿Sí/no?. Justificación.

En el balance global de la fermentación alcohólica se puede ver que la luz no interviene en esta reacción y, por lo tanto, se puede obtener la misma cantidad de CO₂.

¿Obtendrá la misma cantidad de gas si hace la práctica B a una temperatura de 60 °C? ¿Sí/no?. Justificación.

Si se hiciera a 60°C, los enzimas que intervienen en las reacciones metabólicas sufrirían una desnaturalización debido a su naturaleza proteica. La desnaturalización provocaría la pérdida de la función y, por lo tanto, no podrían catalizar las reacciones metabólicas de la fermentación alcohólica y no se liberaría CO₂.

3a) Algunas características celulares de estas dos bacterias que no se encuentran en las células

de Elodea canadensis ni en las de Saccharomyces cerevisiae son:

• No presentan membrana nuclear.
• Presentan un único cromosoma circular.
• Presentan una pared celular de peptidoglicano.
• Pueden tener plásmidos.
• Se dividen por bipartición, es decir, no hay mitosis.
• Pueden presentar fenómenos de parasexualidad.
• El  ARNm no presenta maduración.
• Tienen ribosomas 70S.
• Traducción y traducción simultáneas en el espacio y el tiempo.
• No presentan retículo endoplasmático ni otros orgánulos membranosos.
• El ADN no está unido a histonas.
• Etcétera.

3b) Haciendo la práctica A con la cianobacteria Arthrospira platensis, ¿Obtendrá el mismo gas que con Elodea canadensis?

En la práctica con Arthrospira platensis obtendrá el mismo gas porque las cianobacterias tienen el mismo tipo metabólico que los vegetales. Son fotoautótrofos y, por lo tanto, en la fase luminosa de la fotosíntesis liberarán O₂.

Haciendo la práctica B con el bacilo Lactobacillus bulgaricus, ¿Obtendrá el mismo gas que con Saccharomyces cerevisiae?

En la práctica con Lactobacillus bulgaricus no obtendrá los mismos resultados porque Lactobacillus bulgaricus, la especie bacteriana que se utiliza para hacer yogures, llevan a cabo la fermentación láctica y ésta no produce CO₂ ni ningún otro gas como a producto final de la fermentación (1 Glucosa →2 ácidos lácticos + 2 ATP). 

Retroalimentación

a) Indique el tipo de microorganismo necesario para elaborar esta bebida.

El microorganismo utilizado es una levadura, concretamente la especie Saccharomyces cerevisiae.
Este hongo unicelular es capaz de llevar a cabo fermentación alcohólica, un proceso clave en la producción de vino y otros productos.

b) Identifique la ruta metabólica que tiene lugar a partir del minuto 4 y razone su respuesta.

A partir del minuto 4 comienza la fermentación alcohólica.
Esto se deduce por varios indicadores:

• A los 4 minutos, el oxígeno se ha agotado (línea de oxígeno llega a 0).

• A pesar de ello, la glucosa sigue disminuyendo, lo que indica que el metabolismo continúa.

• Simultáneamente, comienza a aumentar la cantidad de etanol (producto típico de la fermentación).

Conclusión: al acabarse el oxígeno, la levadura cambia su metabolismo de respiración aerobia a fermentación anaerobia, transformando glucosa en etanol y CO₂, para seguir obteniendo energía.

c) ¿Qué ocurre con la cantidad de CO₂ tras el minuto 4? Justifique.

La cantidad de CO₂ aumentará.
Aunque el sensor dejó de funcionar, podemos deducirlo porque durante la fermentación alcohólica, además de etanol, se libera CO₂ como subproducto.

La reacción global simplificada es:

$$\text{Glucosa}\to 2\text{Etanol}+2{\text{CO}}_2+\text{Energ}\acute{\text{ı}}\text{a (ATP)}$$

Así, al aumentar el etanol, el CO₂ también lo hará.

d) Nombre otro producto alimentario en cuya elaboración intervenga el mismo tipo de microorganismo y ruta metabólica.

Un ejemplo es el pan.
En la panificación, S. cerevisiae fermenta los azúcares de la masa, produciendo CO₂, que hace que la masa suba (esponje), y etanol, que se evapora durante el horneado.
También se utiliza esta fermentación en la elaboración de cerveza y sidra.

Retroalimentación

a. ¿Qué moléculas corresponden a los números 1 y 2?

• Molécula 1: Glucosa
  Es el sustrato inicial que entra en la célula para ser degradado en la glucólisis, donde se rompe en dos moléculas de ácido pirúvico, generando ATP y NADH.

• Molécula 2: Etanol (alcohol etílico)
  Es el producto final de la fermentación alcohólica, que se forma a partir del acetaldehído en una ruta alternativa a la respiración aerobia.

b. ¿Qué proceso metabólico representa la imagen B, del que se obtiene la molécula 2? ¿En qué compartimento celular tiene lugar?

• La imagen B representa la fermentación alcohólica, una vía metabólica anaeróbica.

• Este proceso ocurre en el citosol, es decir, en el líquido intracelular fuera de los orgánulos. A diferencia del ciclo de Krebs o la cadena respiratoria, que tienen lugar en la mitocondria, la fermentación se lleva a cabo completamente en el medio intracelular.

c. ¿Qué organismos llevan a cabo esta ruta metabólica (B)? ¿Qué productos de la industria alimentaria se obtienen mediante este proceso?

• La fermentación alcohólica es llevada a cabo principalmente por levaduras, especialmente Saccharomyces cerevisiae.

• Este proceso se utiliza en la industria alimentaria para obtener productos como:

  • Bebidas alcohólicas: como el vino y la cerveza, gracias a la conversión de azúcares en etanol y CO₂.

  • Pan: el CO₂ producido durante la fermentación hace que la masa suba (fermentación del pan), aunque el etanol se evapora durante la cocción.

d. ¿La ruta B es aeróbica? ¿Cuál es la finalidad biológica de esta ruta metabólica?

• No, la fermentación alcohólica es una ruta anaeróbica, lo que significa que ocurre en ausencia de oxígeno.

• Su finalidad biológica es regenerar la coenzima NAD⁺ (en estado oxidado) a partir del NADH generado en la glucólisis. Esta regeneración es esencial porque permite que la glucólisis continúe produciendo ATP, aunque en menor cantidad que en condiciones aeróbicas. Es una forma de obtener energía en ambientes sin oxígeno, aunque es menos eficiente que la respiración celular.

Retroalimentación

Durante el confinamiento por la pandemia de COVID-19, en los supermercados españoles se acabó la levadura, tanto la fresca como la química. La levadura fresca contiene fermentos vivos y la levadura química o gasificante contiene bicarbonato sódico y un compuesto ácido que al reaccionar libera dióxido de carbono. Indique qué microorganismo está presente en la levadura fresca y explique el proceso que lleva a cabo una vez se añade a la masa de pan. Indique qué similitudes y diferencias hay entre el proceso llevado a cabo por la levadura fresca y por la levadura química (1,5 puntos).

La levadura fresca contiene un microorganismo llamado Saccharomyces cerevisiae, un hongo unicelular que, en condiciones anaerobias (sin oxígeno), lleva a cabo el proceso de fermentación alcohólica. Este proceso consiste en la transformación de los glúcidos presentes en la masa (glucosa, principalmente) en etanol (alcohol) y dióxido de carbono (CO₂) gracias a la acción de enzimas producidas por la levadura. El CO₂ generado queda atrapado en la masa, formando burbujas que hacen que esta aumente su volumen (suba o leve) y adquiera una textura esponjosa.

En el caso de la levadura química o gasificante, no hay microorganismos involucrados. Se trata de una mezcla de bicarbonato sódico y un ácido (como el ácido tartárico o cítrico) que, al entrar en contacto con agua o al calentarse, reaccionan químicamente y liberan CO₂. Este gas también es responsable de esponjar la masa.

Similitudes:

• Ambos procesos producen dióxido de carbono, que es el responsable del levado o esponjamiento de la masa.

Diferencias:

• La levadura fresca es un organismo vivo que realiza una reacción biológica (fermentación) catalizada por enzimas.

• La levadura química produce CO₂ mediante una reacción química inorgánica, sin participación de seres vivos ni enzimas.

• Además, la levadura fresca necesita más tiempo para actuar, mientras que la levadura química actúa de forma rápida e inmediata.

Retroalimentación

Se producirá la fermentación alcohólica.

A partir de la sacarosa se obtiene glucosa. El balance de la fermentación que producen las levaduras dentro del tubo de ensayo a partir de la glucosa es:

1 glucosa + 2 ADP + 2 P_i → 2 alcohol etílico (o etanol) + 2 CO₂ + 2 ATP

C₆H₁₂O₆+ 2 ADP + 2 P_i → 2 CH₃-CH₂OH + 2 CO₂ + 2 ATP

No se podría utilizar el mismo montaje para comprobar cómo influye la temperatura en la fermentación que producen las bacterias del yogur (Lactobacillus bulgaricus) porque las bacterias del yogur realizan la fermentación láctica y no se produce CO₂.

Retroalimentación

a) Existe un vino elaborado a partir de la variedad de uva Pedro Ximénez, cuyo sabor es extremadamente dulce. ¿Qué tipo de fermentación se utiliza para fabricar vino? (0,2 puntos)

Se utiliza la fermentación alcohólica, un proceso metabólico anaerobio llevado a cabo por levaduras, especialmente Saccharomyces cerevisiae.
Estas levaduras transforman los azúcares simples de la uva (glucosa y fructosa) en etanol (alcohol etílico) y dióxido de carbono (CO₂), liberando además una pequeña cantidad de energía utilizable (ATP):

Reacción global: C₆H₁₂O₆ → 2 C₂H₅OH + 2 CO₂ + energía

Este proceso es esencial en la vinificación, ya que convierte el mosto de uva en vino.

b) Durante su elaboración, su fermentación se interrumpe de manera muy temprana para obtener su sabor tan dulce. Justifíquelo haciendo referencia a la reacción. (0,4 puntos)

La fermentación alcohólica transforma glucosa en etanol y CO₂:

C₆H₁₂O₆ → 2 C₂H₅OH + 2 CO₂ + energía (ATP)

Para que el vino Pedro Ximénez mantenga su característico sabor dulce, se interrumpe la fermentación en sus primeras fases, antes de que las levaduras hayan consumido todos los azúcares.
Al hacerlo, se evita que todo el azúcar presente en el mosto se transforme en alcohol.
De este modo, el producto final conserva una alta concentración de azúcares residuales, responsables del dulzor intenso que caracteriza a este vino.

Esta interrupción se puede lograr por métodos como enfriamiento, filtrado de las levaduras o adición de alcohol.

c) Si no se interrumpiera la fermentación, ¿qué ocurriría con la proporción de los productos de la reacción en el vino obtenido al final? Justifíquelo. (0,4 puntos)

Si la fermentación no se interrumpiera, las levaduras continuarían metabolizando la glucosa del mosto hasta que esta se agotara.

Como resultado:

• Disminuiría notablemente la cantidad de azúcares residuales, haciendo que el vino perdiera su dulzor.

• Aumentaría la concentración de etanol, dando lugar a un vino con mayor graduación alcohólica.

• También se generaría más CO₂, aunque este gas normalmente se pierde en el proceso de elaboración del vino tranquilo.

En resumen, el vino obtenido sería menos dulce y más alcohólico, con un perfil organoléptico distinto al que se busca en el Pedro Ximénez.