Retroalimentación

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a) Localización intracelular de la beta-oxidación en células eucariotas

La beta-oxidación de los ácidos grasos tiene lugar principalmente en la matriz mitocondrial de las células eucariotas, aunque también puede ocurrir en los peroxisomas, especialmente cuando se trata de ácidos grasos de cadena muy larga que deben acortarse antes de entrar a la mitocondria.

➡️ Explicación:
La matriz mitocondrial es el compartimento interno de la mitocondria donde se localizan las enzimas necesarias para este proceso. Por tanto, en células animales, la beta-oxidación se da fundamentalmente en las mitocondrias. En los peroxisomas, sin embargo, se lleva a cabo una beta-oxidación especial que no genera directamente ATP, sino que acorta las cadenas largas para que puedan ser transportadas a la mitocondria.

b) Molécula de partida y productos finales del proceso de beta-oxidación

La molécula inicial de la beta-oxidación es un ácido graso activado, conocido como acil-CoA, que se forma al unirse un ácido graso con una coenzima A en el citosol antes de ser transportado al interior de la mitocondria.

Los productos finales de este proceso son:

1. Acetil-CoA: por cada vuelta de beta-oxidación, se libera una molécula de acetil-CoA que puede entrar en el ciclo de Krebs.

2. NADH: un coenzima reducido que transportará electrones a la cadena de transporte de electrones.

3. FADH₂: otro coenzima reducido que también se dirige a la cadena transportadora de electrones.

➡️ Ejemplo:
Si se parte de un ácido graso como el ácido palmítico (16 carbonos), se producen 8 moléculas de acetil-CoA, 7 NADH y 7 FADH₂ tras 7 ciclos de beta-oxidación.

c) Rutas metabólicas en las que se incorporan los productos finales para obtener energía [0,6 puntos]

Los productos finales de la beta-oxidación se integran en las siguientes rutas metabólicas para la obtención de ATP:

1. Acetil-CoA → Ciclo de Krebs (0,2 puntos): el acetil-CoA entra en el ciclo de Krebs (o ciclo del ácido cítrico) donde se oxida completamente, produciendo más NADH, FADH₂ y GTP (o ATP).

2. NADH y FADH₂ → Cadena transportadora de electrones (0,2 puntos cada uno): estos coenzimas reducidos ceden sus electrones a la cadena transportadora de electrones en la membrana interna mitocondrial, generando un gradiente de protones que se aprovecha en la fosforilación oxidativa para sintetizar ATP.

➡️ Relación con la obtención de energía:
La oxidación completa de un ácido graso de 16 carbonos puede generar hasta 106 moléculas de ATP, mucho más que la oxidación de una molécula de glucosa (que produce 30-32 ATP).

d) Cuatro componentes distintos de la beta-oxidación que se encuentren en la misma localización intracelular

En la matriz mitocondrial, además de las enzimas implicadas en la beta-oxidación, podemos encontrar los siguientes cuatro componentes:

1. ADN mitocondrial circular (0,1 puntos): la mitocondria posee su propio ADN que codifica parte de las proteínas mitocondriales.

2. Ribosomas mitocondriales (0,1 puntos): permiten la síntesis de proteínas codificadas por el ADN mitocondrial.

3. ARN mitocondriales (ARNm, ARNt) (0,1 puntos): participan en la expresión génica y en la traducción de proteínas dentro de la mitocondria.

4. Enzimas del ciclo de Krebs (0,1 puntos): como la citrato sintasa, succinato deshidrogenasa, entre otras.

➡️ Otros posibles ejemplos válidos:
Sustratos del ciclo de Krebs como el oxalacetato o el α-cetoglutarato, iones como Mg²⁺, Ca²⁺ o H⁺, y proteínas de transporte mitocondriales.

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a. Diferencia entre ácido graso saturado e insaturado. Explicar por qué las grasas animales son sólidas.

• Un ácido graso saturado es aquel cuya cadena hidrocarbonada contiene únicamente enlaces simples entre los átomos de carbono. Ejemplo: ácido palmítico.

• Un ácido graso insaturado presenta uno o más dobles enlaces, que suelen tener configuración cis, generando torceduras o “codos” en la cadena. Ejemplo: ácido oleico.

Las grasas animales son sólidas a temperatura ambiente porque están formadas mayoritariamente por ácidos grasos saturados, cuyas cadenas rectas permiten un alto empaquetamiento molecular debido a interacciones de Van der Waals entre las cadenas. Esto da lugar a un punto de fusión elevado, por lo que son sólidas a temperatura ambiente.

b. Ruta metabólica de degradación de los ácidos grasos y compartimento celular. Por qué es catabólica.

• La ruta metabólica encargada de la degradación de los ácidos grasos se llama β-oxidación y tiene lugar en la matriz mitocondrial. En las plantas también puede producirse en los peroxisomas.

• Es una ruta catabólica porque consiste en la oxidación de moléculas orgánicas complejas (ácidos grasos) para producir moléculas más simples (acetil-CoA), que entran en el ciclo de Krebs. Además, genera energía en forma de ATP indirectamente, ya que en cada ciclo se obtienen una molécula de FADH₂, una de NADH + H⁺ y una de acetil-CoA, que serán utilizados en la cadena respiratoria para la fosforilación oxidativa.

c. Componentes de la membrana plasmática. Explicar una propiedad.

La membrana plasmática está compuesta principalmente por lípidos, proteínas y glúcidos, organizados en una bicapa lipídica fluida y dinámica. Sus componentes principales son:

• Lípidos de membrana, que constituyen la bicapa lipídica:

  • Fosfolípidos, como los glicerofosfolípidos, que forman la estructura básica.

  • Esteroles, como el colesterol en células animales (que regula la fluidez) y fitoesteroles en células vegetales.

  • Glucolípidos, que intervienen en el reconocimiento celular.

• Proteínas de membrana:

  • Proteínas integrales o transmembrana, que atraviesan la bicapa y participan en transporte, señalización y anclaje del citoesqueleto.

  • Proteínas periféricas, unidas a la superficie interna o externa, con funciones estructurales o enzimáticas.

  • Glucoproteínas, importantes para el reconocimiento entre células.

• Glúcidos o hidratos de carbono, siempre unidos a lípidos (glucolípidos) o proteínas (glucoproteínas), localizados exclusivamente en la cara externa de la membrana. Forman el glucocálix, con funciones de protección y reconocimiento celular.

Una propiedad destacada de la membrana plasmática es su fluidez, pero para dar una visión más completa, se explican a continuación varias propiedades fundamentales:

Propiedades de la membrana plasmática

1. Fluidez

   • Los lípidos y muchas proteínas de la membrana se mueven libremente en el plano de la bicapa, permitiendo que la membrana sea flexible.

   • Los lípidos pueden moverse por difusión lateral, rotar o, más raramente, cambiar de monocapa (flip-flop).

   • Esta fluidez es esencial para procesos como la fusión de vesículas, la división celular o el movimiento de proteínas de membrana.

   • El colesterol contribuye a mantener la fluidez estable, evitando que la membrana sea demasiado rígida o demasiado líquida.

2. Asimetría

   • La composición de lípidos y proteínas no es igual en ambas capas de la membrana.

   • Los glúcidos están siempre orientados hacia el exterior, participando en el reconocimiento celular y en la formación del glucocálix.

   • Algunas proteínas solo se encuentran en una cara de la membrana, adaptadas a funciones específicas.

3. Permeabilidad selectiva

   • La membrana actúa como una barrera semipermeable, controlando el paso de sustancias.

   • Permite el paso de moléculas pequeñas y apolares (como O₂ y CO₂), pero restringe el paso de iones y macromoléculas.

   • Para atravesarla, muchas sustancias necesitan proteínas específicas de transporte, como canales, bombas o transportadores.

4. Capacidad de autorreparación

   • Si la membrana sufre un pequeño daño, los lípidos se reorganizan espontáneamente para cerrar el orificio, gracias a su carácter anfipático.

   • Esta propiedad es esencial para mantener la integridad celular ante agresiones físicas leves.

5. Capacidad de formar vesículas

   • La fluidez y plasticidad de la membrana permite que se invagine o fusione para formar vesículas.

   • Esto es clave en procesos como la endocitosis (entrada de sustancias) y la exocitosis (salida de productos celulares).

6. Interacción y señalización

   • La membrana contiene receptores específicos que detectan señales químicas externas (como hormonas).

   • Estas señales son transmitidas al interior de la célula, lo que desencadena respuestas específicas (como división celular, secreción o muerte celular programada).

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a) ¿Dirías que la β-oxidación es un proceso catabólico o anabólico? ¿En qué compartimento u orgánulo celular tiene lugar?

• La β-oxidación es un proceso catabólico, ya que degrada los ácidos grasos (lípidos) para obtener energía. Se trata de una vía metabólica de oxidación que rompe largas cadenas de carbono en fragmentos de dos átomos.

• Este proceso ocurre en la matriz mitocondrial de las células eucariotas, aunque en las plantas y algunos animales también puede iniciarse en los peroxisomas (en el caso de los ácidos grasos muy largos).

b) A partir de un ácido graso saturado de 18 carbonos, ¿cuántas moléculas de acetil-CoA se liberan después de la β-oxidación? ¿Cuántas de FADH₂ y NADH? (1 p.)

• Un ácido graso saturado de 18 carbonos (como el ácido esteárico) se degrada mediante 8 ciclos de β-oxidación, ya que en cada vuelta se liberan dos carbonos en forma de acetil-CoA, y la última molécula generada también es un acetil-CoA.

Por tanto:

• Número de acetil-CoA: → 9 moléculas.

• Número de FADH₂ y NADH:
  En cada uno de los 8 ciclos, se produce 1 FADH₂ y 1 NADH, así que: → 8 FADH₂ y 8 NADH.

c) ¿Cuáles son los productos finales liberados de la oxidación de un ácido graso de 17 carbonos? (0,5 p.)

• Un ácido graso de 17 carbonos es impar, por lo que tras sucesivas vueltas de β-oxidación se obtienen:

  • 7 moléculas de acetil-CoA (de 2 carbonos cada una)

  • 1 molécula de propionil-CoA (de 3 carbonos) 

La propionil-CoA no entra en el ciclo de Krebs directamente, sino que se convierte en succinil-CoA, que sí participa en el ciclo de Krebs tras una transformación enzimática.

También se generan:

• 7 NADH

• 7 FADH₂
  (pero no se pedían explícitamente en esta pregunta).

d) ¿Cuál es el destino de las moléculas de acetil-CoA liberadas después de la β-oxidación dentro de la respiración aeróbica de ácidos grasos?

• Las moléculas de acetil-CoA generadas por la β-oxidación entran en el ciclo de Krebs (también llamado ciclo del ácido cítrico).

• Allí son oxidadas completamente a CO₂, y al mismo tiempo se generan:

  • NADH y FADH₂, que transportarán electrones a la cadena de transporte electrónico mitocondrial.

  • Este transporte de electrones impulsa la síntesis de ATP mediante fosforilación oxidativa.

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a) Respecto a la respiración celular y la fermentación láctica, indique:

1. qué metabolito tienen en común estos dos procesos,

2. qué las diferencia respecto al requerimiento de oxígeno para que se produzcan,

3. cuáles son los productos finales de estos procesos y

4. a qué se debe la diferencia en la producción de ATP entre ambas. (1 punto)**

Respuesta:

1. Metabolito común en ambos procesos:
   Tanto la respiración celular como la fermentación láctica comparten un metabolito fundamental: el piruvato (ácido pirúvico). Este compuesto se genera al finalizar la glucólisis, que es la primera etapa del metabolismo de la glucosa y ocurre en el citoplasma.

2. Diferencia respecto al requerimiento de oxígeno:

   • La respiración celular es un proceso aeróbico, es decir, requiere oxígeno para completarse. El oxígeno actúa como aceptor final de electrones en la cadena de transporte electrónico mitocondrial.

   • En cambio, la fermentación láctica es un proceso anaeróbico, que se produce en ausencia de oxígeno. El piruvato se convierte en lactato para regenerar NAD⁺ y permitir que continúe la glucólisis.

3. Productos finales:

   • En la respiración celular, los productos finales son CO₂ (dióxido de carbono), H₂O (agua) y una alta producción de ATP (alrededor de 36-38 ATP por molécula de glucosa).

   • En la fermentación láctica, el producto final es ácido láctico (lactato) y solo se obtienen 2 ATP por cada glucosa, procedentes exclusivamente de la glucólisis.

4. Causa de la diferencia en la producción de ATP:
   La diferencia principal se debe a la presencia o ausencia de la cadena de transporte de electrones:

   • En la respiración celular, los electrones de NADH y FADH₂ se transfieren a través de una cadena transportadora en la membrana interna de la mitocondria, lo que permite la fosforilación oxidativa, un proceso muy eficiente en la producción de ATP.

   • En la fermentación láctica, no hay transporte electrónico mitocondrial; el NADH se reutiliza directamente para reducir el piruvato a lactato, lo que limita la producción de ATP a los 2 generados por la glucólisis.

b) Indique en qué orgánulo y, dentro del mismo, en qué compartimento ocurre la beta-oxidación de los ácidos grasos y cuáles son los tres productos finales de esta vía metabólica. (1 punto)

Respuesta:

• La beta-oxidación de los ácidos grasos ocurre en la mitocondria, concretamente en la matriz mitocondrial, que es el compartimento interno de la mitocondria donde se realizan diversas rutas metabólicas.

• Los tres productos finales de la beta-oxidación de un ácido graso son:

  1. Acetil-CoA: entra en el ciclo de Krebs para continuar su oxidación.

  2. NADH: transporta electrones a la cadena de transporte de electrones, donde contribuye a la síntesis de ATP.

  3. FADH₂: también lleva electrones a la cadena respiratoria mitocondrial para producir ATP.

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a) ¿Qué significa que el ácido palmítico sea un ácido graso saturado? Teniendo en cuenta que posee 16 átomos de carbono, escribe su fórmula, indicando cuál es el principal grupo funcional (0,5 puntos)

Un ácido graso saturado es un tipo de ácido graso cuya cadena hidrocarbonada no contiene dobles enlaces entre los átomos de carbono. Esto significa que todos los carbonos están unidos mediante enlaces simples (C–C) y cada uno de ellos está "saturado" con átomos de hidrógeno, es decir, no puede incorporar más sin romper enlaces existentes. Como resultado, estas moléculas adoptan una estructura lineal que les permite empaquetarse de forma compacta, lo que explica sus altas temperaturas de fusión y su estado sólido a temperatura ambiente.

El ácido palmítico, al tener 16 átomos de carbono y ser un ácido graso saturado, tiene la siguiente fórmula molecular: C₁₅H₃₁COOH (o también C₁₆H₃₂O₂).
Se compone de una larga cadena hidrocarbonada (15 carbonos con hidrógenos) y un grupo funcional carboxilo (-COOH) en un extremo, que le confiere el carácter ácido.

Grupo funcional principal: carboxilo (-COOH), presente en todos los ácidos grasos.

b) ¿Qué característica del ácido palmítico permite que al chocolate de las coberturas le cueste más fundirse? Razone la respuesta (0,5 puntos)

La propiedad que explica este fenómeno es que el ácido palmítico es un ácido graso saturado con una cadena lineal, sin dobles enlaces. Esta estructura rectilínea permite que las moléculas se empaqueten muy estrechamente entre sí mediante fuerzas de Van der Waals.

Esta alta capacidad de empaquetamiento molecular incrementa el punto de fusión del ácido graso y, por tanto, de los triglicéridos que lo contienen.

Por ello, cuando el aceite de palma, rico en ácido palmítico, se usa en la industria alimentaria, confiere a los productos (como las coberturas de chocolate) una mayor resistencia a la fusión. El chocolate elaborado con este tipo de grasa permanece sólido a temperatura ambiente e incluso a temperaturas algo más elevadas, lo que es deseable para mantener su forma y textura durante el almacenamiento o la manipulación.

c) Indique el nombre de las vías metabólicas que nos permiten obtener energía a partir de las grasas (citándolas en orden), el compartimento celular donde tienen lugar y, si procede, su localización concreta dentro del compartimento celular (1,0 punto)

Para obtener energía a partir de los lípidos (grasas), las células llevan a cabo un conjunto de vías metabólicas secuenciales que permiten liberar la energía química almacenada en los ácidos grasos. Estas rutas metabólicas, ordenadas cronológicamente y con su localización, son:

1. Lipólisis

   • Localización: Citoplasma

   • Proceso en el cual los triglicéridos (lípidos de reserva) son hidrolizados por enzimas lipasas, liberando ácidos grasos libres y glicerol.

2. β-oxidación de los ácidos grasos

   • Matriz mitocondrial

   • Cada ácido graso se degrada en pasos sucesivos eliminando fragmentos de dos carbonos en forma de acetil-CoA. También se generan moléculas de NADH y FADH₂ que serán utilizadas más adelante.

3. Ciclo de Krebs (ciclo del ácido cítrico)

   • Matriz mitocondrial

   • La acetil-CoA entra en el ciclo y se oxida completamente a CO₂, produciendo poder reductor en forma de NADH y FADH₂.

4. Fosforilación oxidativa

   • Membrana interna de la mitocondria

   • En esta etapa, el NADH y el FADH₂ ceden sus electrones a la cadena de transporte electrónico. La energía liberada se usa para sintetizar ATP por medio de la enzima ATP-sintasa, en un proceso acoplado a un gradiente de protones (quimiosmosis).

d) ¿Por qué los ratones inmunodeprimidos no rechazan los tumores humanos trasplantados? Proponga una explicación razonada (0,5 puntos)

Los ratones inmunodeprimidos tienen un sistema inmunitario muy debilitado o directamente inactivo debido a manipulaciones genéticas o tratamientos inmunosupresores. Como consecuencia:

Sus linfocitos T, células NK y otros componentes del sistema inmunitario no reconocen ni destruyen células extrañas, como las humanas.

Esto permite que un tumor humano pueda implantarse y desarrollarse en el organismo del ratón sin ser atacado. Este tipo de modelo experimental es muy útil en investigación biomédica, ya que reproduce el comportamiento de un tumor humano en un entorno vivo, lo que permite estudiar procesos como el crecimiento tumoral, la metástasis y la respuesta a fármacos sin la interferencia del rechazo inmunológico.

Retroalimentación

a) Cite las rutas metabólicas celulares responsables de los resultados obtenidos en la gráfica. Justifique su respuesta. (0,6 puntos)

La disminución progresiva de la concentración de ácidos grasos y el aumento simultáneo de ATP indican que las células están utilizando los ácidos grasos como fuente de energía, generando ATP a partir de su degradación.

Las rutas metabólicas implicadas son:

1. β-oxidación de los ácidos grasos:

   • Tiene lugar en la matriz mitocondrial y consiste en la degradación secuencial de los ácidos grasos en unidades de acetil-CoA, liberando también NADH y FADH₂ como transportadores de electrones.

2. Ciclo de Krebs (o ciclo del ácido cítrico):

   • El acetil-CoA entra en esta ruta, también en la matriz mitocondrial, y es completamente oxidado a CO₂, generando más NADH y FADH₂, además de una pequeña cantidad de ATP o GTP.

3. Cadena de transporte de electrones y fosforilación oxidativa:

   • En la membrana interna de la mitocondria, los electrones procedentes del NADH y FADH₂ se transfieren a través de una serie de complejos proteicos. El oxígeno actúa como aceptor final de electrones, permitiendo el bombeo de protones y la síntesis de grandes cantidades de ATP a través de la ATP-sintasa.

Por tanto, el conjunto de estas tres rutas permite la obtención eficiente de ATP a partir de lípidos, lo que explica el comportamiento observado en la gráfica.

b) ¿En qué lugar de la célula se lleva a cabo cada ruta metabólica? (0,6 puntos)

Las tres rutas mencionadas ocurren en diferentes compartimentos de la mitocondria:

• β-oxidación de los ácidos grasos: Se desarrolla en la matriz mitocondrial, donde las enzimas necesarias para este proceso están localizadas.

• Ciclo de Krebs: También ocurre en la matriz mitocondrial, ya que es allí donde se encuentra el complejo enzimático del ciclo.

• Cadena de transporte de electrones y fosforilación oxidativa: Se produce en la membrana interna de la mitocondria, concretamente en sus crestas mitocondriales, donde están insertados los complejos proteicos y la ATP-sintasa.

c) Si a lo largo del experimento, la estufa de cultivos se quedara sin oxígeno. ¿Cambiaría la gráfica? Razone su respuesta. (0,8 puntos)

Sí, la gráfica cambiaría de forma drástica.

• El oxígeno es el aceptor final de electrones en la cadena de transporte.
  Sin oxígeno, esta cadena se detiene, impidiendo el reciclaje de NAD⁺ y FAD a partir de NADH y FADH₂.

• Esto tendría tres consecuencias clave:

  1. La fosforilación oxidativa cesa, por lo que deja de generarse ATP eficientemente. La curva de ATP en la gráfica se estabilizaría o descendería.

  2. Se interrumpe el ciclo de Krebs, ya que depende de la disponibilidad de NAD⁺ y FAD. Esto a su vez inhibe la entrada del acetil-CoA producido en la β-oxidación.

  3. Se bloquea la β-oxidación de los ácidos grasos, ya que también requiere NAD⁺ y FAD reciclados. Como resultado, la concentración de ácidos grasos no disminuiría y su curva se mantendría estable o incluso podría aumentar ligeramente si se continúa incorporando lípidos al sistema.

En resumen, la falta de oxígeno paraliza completamente la degradación de ácidos grasos y la producción de ATP, lo que se reflejaría en un estancamiento de ambas curvas en la gráfica.

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1. Indica cuál es la molécula más abundante de la grasa corporal, en qué compartimento de la célula se almacena y en qué consiste la primera reacción para su catabolismo.

La molécula más abundante de la grasa corporal es el triglicérido o triacilglicérido, un tipo de lípido. Los triglicéridos están compuestos por tres ácidos grasos unidos a una molécula de glicerol.

Esta molécula se almacena principalmente en el citoplasma de las células especializadas llamadas adipocitos, en forma de gotas lipídicas que ocupan la mayor parte del volumen celular.

La primera reacción para el catabolismo de los triglicéridos es su hidrólisis mediante el proceso llamado lipólisis. Durante la lipólisis, los triglicéridos se descomponen en ácidos grasos libres y glicerol, que luego pueden ser utilizados como fuentes de energía.

2. En el caso del individuo A, indica cuál es la ruta catabólica responsable de la movilización de las reservas energéticas y el compartimento celular donde tiene lugar.

La ruta catabólica principal encargada de la movilización y degradación de los ácidos grasos es la beta-oxidación de los ácidos grasos. Esta ruta implica la degradación secuencial de los ácidos grasos en fragmentos de dos carbonos (acetil-CoA).

La beta-oxidación tiene lugar en la matriz mitocondrial (interior de las mitocondrias), donde los ácidos grasos, previamente activados, son oxidados para generar moléculas de energía en forma de NADH, FADH₂ y acetil-CoA.

3. Indica cuántas moléculas de NADH y de FADH2 se generarán por la oxidación completa de una molécula de un ácido graso saturado de 18 carbonos. Justifica tu respuesta.

Para un ácido graso saturado de 18 carbonos (por ejemplo, ácido esteárico):

• La activación inicial requiere acoplarse a CoA, pero en esta etapa no se genera NADH ni FADH₂ aunque se requiere el consumo de 2 moléculas de ATP.

• En la beta-oxidación, el ácido graso requiere (18-2)/2 = 8 vueltas del ciclo para quedar completamente degradado en 9 moléculas de acetil-CoA.

• En cada vuelta de beta-oxidación se generan 1 NADH y 1 FADH₂:
  → 8 vueltas producen 8 NADH y 8 FADH₂.

• Cada acetil-CoA entra al ciclo de Krebs, donde cada uno produce 3 NADH y 1 FADH₂:
  → 9 acetil-CoA generan 9×3 = 27 NADH y 9×1 = 9 FADH₂.

Totales:

• NADH: 8 (beta-oxidación) + 27 (ciclo de Krebs) = 35 NADH

• FADH2: 8 (beta-oxidación) + 9 (ciclo de Krebs) = 17 FADH₂

Por tanto, la oxidación completa de un ácido graso saturado de 18 carbonos genera 35 NADH y 17 FADH₂.