metabolismo y anabolismo
01/02/2020
¡Hola de nuevo! Hoy os traigo una entra con un contenido bastante denso, pues vengo a hablaros sobre el metabolismo, anabolismo y las enzimas. Aunque pueden parecer temas un tanto complicados, con el trabajo realizado son mucho más llevaderos. Antes de mostraros el contenido de la lesson plans y los esquemas generales, empezaré hablando un poco de qué son las enzimas, el metabolismo y el anabolismo y en qué consisten.
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ENZIMAS
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Las Enzimas son biocatalizadores ya que aumentan la velocidad (cantidad de producto en unidad de tiempo) al disminuir la energía necesaria para que se produzca la reacción. Así mismo, estas no se consumen durante la reacción, ya que hay la misma cantidad de enzimas al principio que al final de la reacción. Sin embargo, se diferencian de los catalizadores inorgánicos ya que las enzimas:
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1. Presentan una alta especificidad que se muestra en diferentes grados (absoluta, de grupo y de clase) y diferentes formas (complementariedad, por ajuste inducido y por apretón de manos).
2. Actúan siempre a la temperatura del ser vivo.
3. Tienen una alta actividad ya que consiguen aumentar mucho más la velocidad de la reacción que los catalizadores inorgánicos.
4. Su masa molecular es mucho más elevada.
En cuanto a características generales de las enzimas destacamos que: Son hidrosolubles, por lo que pueden actuar a nivel intracelular o extracelular, son activadas por iones o proenzimas, pueden presentar formas moleculares diferentes a las enzimas pero que catalizan la misma reacción química, llamadas isoenzimas y son proteínas globulares, excepto las Ribozimas que son ARN y cuya función es catalizar la pérdida o ganancia de nucleótidos.
Las enzimas pueden actuar en reacciones de:
-Reacciones de un único sustrato, en las que tras la unión del sustrato a la enzima y la finalización de la reacción química, se separan la enzima y el producto final.
-Reacciones de dos sustratos, en las que ambos sustratos se unen a la vez a la enzima y tras producirse la reacción se separan ambos productos de la enzima; no obstante, también podemos encontrar las reacciones de dos sustratos llamadas ping-pong, en las que la enzima atrae a un sustrato y del que se desprende una pequeña parte. Después, la enzima atrae al segundo sustrato, que se une a ella y a la porción del primer sustrato. Y finalmente de desprenden los productos de la enzima.
Así mismo, estas reacciones pueden verse afectadas por diversos factores como pueden ser la variación de temperatura o pH, si esto ocurre, la enzima se desnaturalizaría y por tanto dejaría de cumplir su función o por la aparición de inhibidores. Estos inhibidores pueden ser de tipo irreversible, reversible competitivos, reversibles no competitivos o reversibles acompetitivos.
La velocidad de estas reacciones es llamada cinética enzimática. La cantidad de enzimas es constante pero si aumenta la cantidad de sustrato, aumenta la velocidad de la reacción ya que se aumenta la probabilidad de que el sustrato de adhiera a la enzima. No obstante, cuando la velocidad llega a un punto en el que se mantiene constante es porque ha llegado a su máxima velocidad y esto es conocido como la saturación enzimática.
Las enzimas se pueden clasificar en base a su función:
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1. Oxidoreductoras: llevan a cabo reaciones de oxido-reducción.
2. Transferasas: Transfieren radicales de un sustrato a otro.
3. Hidrolasas: Rompen enlaces gracias a la presencia de H2O.
4. Liasas: Rompen enlaces sin la intervención de agua.
5. Isomerasas: Dan lugar a isómeros.
6. Ligasas y sintetasas: Intervienen en la unión de moléculas o grupos.
Aunque también se pueden clasificar según a su estructura:
1.Enzimas estrictamente proteicas.
2. Holoenzimas, constituidas por una parte proteica (apoenzima) y otra no proteica (cofactor). Dentro del cofactor podemos diferenciar entre cofactor inorgánico y coenzimas.
Los coenzimas los dividimos en coenzimas de oxidación y reducción (encargados del transporte de protones y electrones como el NAD+, NADP+ y el FAD) y coenzimas de transferencia (encargados del transporte de radicales como por ejemplo el ATP). Muchas veces los coenzimas o son vitaminas o las poseen.
En cuanto a las vitaminas diferenciamos entre las liposolubles (solubles en disolventes orgánicos) como las vitaminas A, D, E, K y vitaminas hidrosolubles (solubles en agua) como el complejo B y la vitamina C.
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CATABOLISMO
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Las rutas catabólicas son rutas de degradación de moléculas complejas a moléculas más sencillas, es decir que se llevan a cabo reacciones de oxidación. En el catabolismo se obtiene energía en forma de moléculas de moléculas de ATP.
Esta energía puede ser liberada por la ruptura de los enlaces del producto inicial o ya bien porque el producto final es menos energético ya que los electrones están más cerca del núcleo y por tanto la energía restante es liberada.
Dentro del catabolismo diferenciamos diferenciamos principalmente entre respiración y fermentaciones.
La respiración es la ruta catabólica en la que interviene la cadena transportadora de electrones y su producto final es una molécula inorgánica. En función del agente oxidante distinguimos:
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-La respiración aeróbica, en la que el agente oxidante es el O2 y al reducirse y aceptar electrones y protones forma H2o.
-La respiración anaeróbica, en la que el agente oxidante es un ión como el ion nitrato que al reducirse forma el ion nitrato.
-La fermentación es el proceso catabólico en el cual no interviene la cadena transportadora de electrones y cuyo producto final es un compuesto orgánico.
Dentro del catabolismo hablamos de diversas rutas en las que las más importantes serían el catabolismo de los lípidos conocido como Hélice de Lynen, en el que se obtiene una gran cantidad de energía, alrededor de 100 ATP. Por cada vuelta del ciclo obtenemos 1 Acetil-CoA que su destino posiblemente sea el Ciclo de Krebs y posteriormente la cadena transportadora de electrones, además de poder reductor, utilizado en la cadena de transporte de electrones para sintetizar energía. El catabolismo de los glúcidos (glucólisis, ciclo de Krebs y cadena transportadora de electrones), centrandonos en la glucosa, en un primer ocurre la glucólisis en el citosol de la célula, degradándose hasta 2 Piruvatos y obteniendo con ella ATP y poder reductor. Este ácido pirúvico se degrada a Acetil-CoA y se une al ácido oxalacético para dar el ácido cítrico y comenzar el Ciclo de Krebs en la matriz mitocondrial. Y finalmente todo el poder reductor obtenido se transforma en ATP gracias a la cadena transportadora de electrones. Dependiendo de si es una célula eucariota o procariota obtenemos 36 o 38 ATP. Finalmente, en las fermentaciones como son la alcoholica, la láctica, la butírica y la pútrida, al no degradarse completamente la molécula, ya que no se produce la cadena transportadora de electrones, solo se obtienen 2 ATP producidos en la glucólisis y sus productos son utilizados en la industria.
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ANABOLISMO
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El anabolismo consiste en reacciones redox y endotérmicas en las cuales a partir de una molécula sencilla se forma una molécula más compleja gastando en este proceso energía obtenida en reacciones catabólicas. En los organismos autótrofos dependiendo de la fuente de energía se llevará a cabo la fofosíntesis (luz) o la quimiosíntesis (reacciones de oxidación de compuestos inorgánicos)
Especialmente, destacamos la fotosíntesis, esta transforma la energía luminosa en energía química, se lleva a cabo en los cloroplastos, más concretamente, en los pigmentos fotosintéticos situados en el interior de los tilacoides. La fotosíntesis se divide en dos fases la fase luminosa y la fase oscura.
La fase luminosa o dependiente de la luz consta de otras dos fases:
-Acíclica: En esta etapa ocurren tres procesos: la fotólisis del agua, la fotoforilación del ADP y la fotorreducción del NADH. Los fotosistemas II y I captan los fotones de luz los que genera un transporte de electrones en la membrana de los tilacoides. Además para reponer los electrones transferidos el fotosistema II provoca una ruptura de una molécula de agua pe da lugar a O2 y dos protones. En la cadena de electrones intervienen también participan complejo citocromos, plastoquinona, plastocianina, ferredoxina y ATP- sintetasa. Es la fase en la que se obtiene la mayor parte necesaria para pasar a la fase oscura, de 4 H+ se obtiene 1,33 ATP.
-Cíclica: Se encarga de producir energía necesaria complementaria a la obtenida en la fase acíclica, para la fase oscura, solo actúa el fotosistema I, por tanto no habrá una descomposición de agua. Los electrones entran en la cadena transportadora de electrones permitiendo el flujo de protones que al pasar por la ATP-sintetasa producirá 2ATP.
En la fase oscura tiene lugar el ciclo de Calvin que es una serie de reacciones bioquímicas que se producen durante la fase oscura se la fotosíntesis. Se pueden distinguir dos fases:
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La fijación de CO2 a la ribulosa-1,5-difosfato, gracias a la acción de la enzima rubisco y da lugar a un compuesto de 6 átomos de carbono, que se disocia en 2 moléculas de ácido-3-fosfoglicérico (3 carbonos).
La reducción del CO2 fijado: tras una serie de reacciones en las que se gastan 2 ATP y se reducen 2 NADH el ácido-3-fosfoglicérico se reduce y da lugar a gliceraldehído-3-fosfato. El ciclo podría continuar con el ciclo de las pentosas-fosfato, con la síntesis de glucosa, fructosa, almidón, ácidos grasos o aminoácidos.
A continuación os dejo los apuntes tomados durante la visualización de los vídeos que la profesora nos dejó en la lesson plan para que nos sirviesen de apoyo para repasar y clarificar conceptos. Hay apuntes tanto de los vídeos del catabolismo como de anabolismo, espero que os sirvan de ayuda:
A continuación también os dejo los esquemas generales que siempre solemos hacer al terminar cada unidad. En este caso, al ser en realidad dos temas distintos (aunque muy relacionados) los que hemos estudiado, teníamos que hacer varios esquemas. El primero de ellos. sobre las enzimas. El segundo y tercero sobre el anabolismo y catabolismo de manera general y, por último, una tabla comparativa de las diferencias y similitudes entre el catabolismo y el anabolismo. Espero que os gusten mucho mis esquemas y que os sirvan para repasar:
Por último, como síntesis del tema, debíamos responder a preguntas sobre el metabolismo y anabolismo. Me ha venido muy bien para repasar, afianzar conceptos y ver que partes del temario llevo mejor y en qué me tengo que detener más a la hora de estudiar.
PREGUNTAS DE METABOLISMO
1.- ¿Cómo y cuándo tiene lugar la descomposición del agua en el proceso de fotosíntesis? ¿Cuáles son sus consecuencias?
La descomposición del agua se produce en la fotosíntesis oxigénica, que tiene lugar en plantas, algas y cianobacterias.
En ella, los electrones que pierden los pigmentos fotosintéticos, se recuperan por la descomposición de moléculas de agua, según la reacción:
H2O -> 2 H+ +2e- + 1/2 O2
Gracias a la fotosíntesis oxigénica, nuestra atmósfera primitiva pasó de ser reductora a ser oxidante, debido a la liberación de oxígeno, y actualmente se sigue enriqueciendo en este gas.
2.- Cloroplastos y fotosíntesis.
A) Durante el proceso fotosintético, coexisten un flujo cíclico y un flujo no cíclico de
electrones. Exponga brevemente el sentido fisiológico de cada uno de ellos y cuáles son
sus componentes principales.
La fase luminosa ocurre en los tilacoides. En esta fase se capta la energía luminosa y se genera ATP y nucleótidos reducidos (NADPH +H). Esta fase luminosa puede presentarse en 2 modalidades:
Con transporte acíclico de electrones y con transporte cíclico, en la primera intervienen los fotosistemas I y II, y en la segunda solo el fotosistema I. También intervienen enb ambas la cadena transportadora de electrones y el ATP-sintetasa.
En la fase luminosa acíclica, ocurre la fotólisis del agua, la fosforilación del ADP y la fotorreducción del NADP+.
En este proceso se introducen electrones en el interior del tilacoide, por cada 2 electrones entran 4 protones, dos rpocedentes de la hidrólisis del agua y otros dos impulsados por la cadena de tranporte electrónico, como resultado se establece una diferencia de potencial electroquímico entre las dos cara de la mebranas del tilacoide. Este gradiente hace que los protones salgan por la ATP-sintetasa y se produzca la síntesis de ATP, por cada 3 protones se sintetiza 1 molécula de ATP.
En la fase luminosa cíclica, el único proceso que ocurre es la fotofosforilación del ADP.
Se genera un flujo cíclico de electrones que hace que se introduzcan protones en el interior del tilacoide, el gradiente electroquímico se emplea para la síntesis de ATP, como no interviene el fotosistema II, no hay fotólisis del agua, y consecuentemente ni se desprende oxígeno ni se produce la reducción del NADP+.
Este ATP se necesitará para la fase oscura.
B) Existen algas procarióticas (cianobacterias) que carecen de cloroplastos y sin embargo realizan el proceso fotosintético de forma similar a como lo realizan las plantas superiores. ¿Cómo es posible?
Esto tiene lugar porque tienen tilacoides en su citoplasma con los pigmentos fotosintéticos., en este caso la ficocianina y ficoeritrina.
3.- Explique brevemente la finalidad que tienen los siguientes procesos:
-Metabolismo: su finalidad es obtener la materia y energía necesarias para llevar a cabo las funciones vitales.
-Respiración celular: fase degradativa del metabolismo en la cual se obtiene energía. Es un tipo de catabolismo en el que interviene la cadena transportadora de electrones, lo que permite transferir electrones procedentes de materia orgánica inicial a un aceptor final que es un compuesto inorgánico.
-Anabolismo: vía constructiva del metabolismo, para sintetizar moléculas complejas a partir de moléculas sencillas.
-Fotosíntesis: proceso de conversión de la energía luminosa procedente del Sol en energía química, que queda almacenada en moléculas orgánicas.
-Catabolismo: fase degradativa del metabolismo en la cual se obtiene energía.
4.- Defina: Fotosíntesis, fotofosforilación, fosforilación oxidativa y quimiosíntesis.
-Fotosíntesis: proceso de conversión de energía luminosa procedente del Sol en energía química, que queda almacenada en moléculas orgánicas.
-Fotofosforilación: es un proceso de síntesis de ATP a partir de ADP y fosfato llevado a cabo por las ATP-sintetasas de la membrana del tilacoide, en los cloroplastos de las células vegetales.
-Fosforilación oxidativa: proceso metabólico que utiliza energía liberada por la oxidación de nutrientes para producir ATP.
-Quimiosíntesis: consiste en la síntesis de ATP a partir de la energía que se desprende en las reacciones de oxidación de determinadas sustancias inorgánicas.
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5.- Anabolismo y catabolismo. Citar dos ejemplos de cada uno de estos procesos y en
qué orgánulos celulares se producen
Anabolismo: fotosíntesis (en los cloroplastos) y quimiosíntesis (en el interior de las bacterias quimiosintéticas)
Catabolismo: respiración celular (en las mitocondrias) y fermentación (interior de microorganismos como levaduras y bacterias)
6.- Un proceso celular en eucariota genera ATP y NADPH (H) con producción de oxígeno por acción de la luz sobre los pigmentos. ¿De qué proceso se trata? ¿Para qué se
utiliza el ATP y el NADPH formados? ¿Participan los cloroplastos (indicar brevemente
cómo).
El ATP y el NADPH formados se utilizan para la fase oscura o independiente de la luz, en la cual se sintetiza materia orgánica a partir de sustancias inorgánicas.
Sí que participan, porque estos dos procesos tienen lugar en los tilacoides del interior de los cloroplastos.
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 es un nucleótido, formado por adenina, ribosa y 3 grupos fosfatos (y por eso se parece a los ácidos nucleicos); que actúa como coenzima, y siendo esta la moneda energética del organismo.
Esta, cede energía rompiendo sus enlaces de tipo éster-fosfóricos.
El ATP se puede sintetizar por fosforilación oxidativa, es decir, con el paso de H+ a través de ATP-asas, que se da en las crestas mitocondriales, o en los tilacoides de los cloroplastos, o por fosforilación a nivel de sustrato, en la que al ADP se le une un grupo fosfato que se encontraba en adherido a otro compuesto.
8.- De los siguientes grupos de organismos, ¿Cuáles llevan a cabo la respiración celular? ¿Cuáles realizan la fotosíntesis oxigénica?: algas eucariotas, angiospermas, cianobacterias (cianofíceas), helechos y hongos.
-Respiración celular: todos (algas eucariotas, angiospermas, cianobacterias (cianofíceas), helechos y hongos).
-Fotosíntesis oxigénica: todos menos los hongos.
9.- Del orden de un 50 % de la fotosíntesis que se produce en el planeta es debida a la
actividad de microorganismos. Indique en qué consiste el proceso de la fotosíntesis.
¿Cuáles son los sustratos necesarios y los productos finales resultantes?
La fotosíntesis es el proceso de conversión de energía luminosa procedente del Sol en energía química, que queda almacenada en moléculas orgánicas.
Los sustratos necesarios son la energía luminosa del Sol, y moléculas de agua o ácido sulfhídrico, dependiendo del tipo de fotosíntesis, y los productos finales resultantes son ATP, NADPH2, y precursores metabólicos orgánicos para la síntesis de otras biomoléculas orgánicas, y en la fotosíntesis oxigénica se produce O2.
10.- Describe la fase luminosa de la fotosíntesis y cuál es su aporte al proceso fotosintético global.
Se puede presentar en dos modalidades:
-Fase luminosa acíclica: en ella ocurre la fotólisis del agua, la fosforilación del ADP y la fotorreducción del NADP+. En este proceso se introducen electrones en el interior del tilacoide, por cada 2 electrones entran 4 protones, dos procedentes de la hidrólisis del agua y otros dos impulsados por la cadena de transporte electrónico, como resultado se establece una diferencia de potencial electroquímico entre las dos cara de la membranas del tilacoide. Este gradiente hace que los protones salgan por la ATP-sintetasa y se produzca la síntesis de ATP, por cada 3 protones se sintetiza 1 molécula de ATP.
-Fase luminosa cíclica: En la fase luminosa cíclica, el único proceso que ocurre es la fotofosforilación del ADP. Se genera un flujo cíclico de electrones que hace que se introduzcan protones en el interior del tilacoide, el gradiente electroquímico se emplea para la síntesis de ATP, como no interviene el fotosistema II, no hay fotólisis del agua, y consecuentemente ni se desprende oxígeno ni se produce la reducción del NADP+.
El ATP y el NADPH formados se utilizan para la fase oscura o independiente de la luz, en la cual se sintetiza materia orgánica a partir de sustancias inorgánicas.
11.- ¿Qué es un organismo autótrofo quimiosintético?
Es aquel que utiliza que utilizan la energía desprendida en la reacción de oxidación de determinadas sustancias inorgánicas para sintetizar ATP.
12.- Define en no más de cinco líneas el concepto de "Metabolismo", indicando su función biológica.
El metabolismo es el conjunto de reacciones de reducción y oxidación, con el fin de obtener energía, que producen la transformación de materia en los seres vivos, para formar nuevos tejidos y producir el desarrollo del organismo.
13.- Indique qué frases son ciertas y cuáles son falsas. Justifique la respuesta:
a) Una célula eucariótica fotoautótrofa tiene cloroplastos, pero no tiene mitocondrias.
Falso, todas las células eucariotas tienen mitocondrias, y, además, si tiene cloroplastos, realiza la fotosíntesis y por tanto, una nutrición autótrofa.
b) Una célula eucariótica quimioheterótrofa posee mitocondrias, pero no cloroplastos.
Verdadero, ya que no realiza la fotosíntesis.
c) Una célula procariótica quimioautótrofa no posee mitocondrias ni cloroplastos.
Verdadero, caerece de mitocondrias y cloroplastos.
d) Las células de las raíces de los vegetales son quimioautótrofas.
Falso, ya que los únicos organismos quimioautótrofos son las bacterias.
14.- Fotosistemas: Conceptos de complejo antena y centro de reacción. Función y localización
El complejo antena o complejo captador de luz son estructuras que contienen moléculas de pigmentos fotosintéticos (clorofila a, clorofila b y carotenoides) que captan energía luminosa, se excitan y transmiten la energía de excitación de una moléculas a otras hasta que la ceden finalmente al centro de reacción.
El centro de reacción es una subunidad con dos moléculas de un tipo especial de clorofila a, denominada pigmento diana, que al recibir la energía captada por los anteriores pigmentos, transfieren sus electrones a otra molécula, denominada primer aceptor de electrones, que lo cederá a su vez a otra molécula externa.
Ambos se encuentran en los fotosistemas que componen la membrana de los tilacoides.
15.- Compara: a) quimisíntesis y fotosíntesis b) fosforilación oxidativa y fotofosforilación
a) Quimiosíntesis y fotosíntesis: Son dos procesos anabólicos, pero mientras que en la fotosíntesis se utiliza la energía luminosa, en la quimiosíntesis se utiliza la energía procedente de reacciones de oxidación de compuestos inorgánicos.
b) Fosforilación oxidativa y fotofosforilación: la fotofosforilación es un proceso de síntesis de ATP a partir de ADP y fosfato llevado a cabo por las ATP-sintetasas de la membrana del tilacoide, en los cloroplastos de las células vegetales, mientras que la fosforilación oxidativa es un proceso metabólico que utiliza energía liberada por la oxidación de nutrientes para producir ATP en la membrana de las mitocondrias.
16.- La vaca utiliza los aminoácidos de la hierba para sintetizar otras cosas, por ejemplo
la albúmina de la leche (lactoalbúmina). Indica si este proceso será anabólico o catabólico. Razona la respuesta.
Es un proceso anabólico porque de productos más sencillos como los aminoácidos, se obtiene un producto más complejo como son las proteínas
17.- Explica brevemente si la proposición que sigue es verdadera o falsa. El ATP es una
molécula dadora de energía y de grupos fosfatos.
Es falsa, ya que el ATP es también una molécula receptora de grupos fosfato, así como también almacenadora de energía en sus enlaces.
18.- ¿En qué lugar de la célula y de qué manera se puede generar ATP?
En el citoplasma, durante la glucólisis y de la respiración de células procariotas y en el interior de mitocondrias (células eucariotas) durante el ciclo de Krebs, así como y en los cloroplastos, durante la fotosíntesis.
19.- Papel del acetil-CoA en el metabolismo. Posibles orígenes del acetil-CoA celular y
posibles destinos metabólicos (anabolismo y catabolismo). Principales rutas metabólicas
que conecta.
Se origina a partir del ácido pirúvico, obtenido en la glucólisis que al entrar en la mitocondria se transforma en acetil-CoA que interviene en el Ciclo de Krebs para obtener coenzimas reducidos.
También se puede obtener de la β-oxidación de la acil-CoA, procedente de la activación de un ácido graso, y esta acetil-CoA va a parar al Ciclo de Krebs.
En las proteínas tambien se obtiene acetil-CoA de la separación de los grupos amino de los aminoácidos, que tras la transaminación y la desaminación oxidativa, se transformará en el acetil-CoA, que irá al Ciclo de Krebs.
Interviene en la síntesis de ácidos grasos, como iniciador de este proceso anabólico.
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20.- Esquematiza la glucólisis:
a) Indica al menos, sus productos iniciales y finales.
Se parte de una glucosa y se producen dos moléculas de ácido pirúvico.
b) Destino de los productos finales en condiciones aerobias y anaerobias.
En condiciones anaerobias el ácido pirúvico llega al citosol, mientras que, en condiciones aerobias, llega hasta la mitocondria por transporte activo.
c) Localización del proceso en la célula.
Se produce en el citosol.
21.- Una célula absorbe n moléculas de glucosa y las metaboliza generando 6n moléculas de CO2 y consumiendo O2. ¿Está la célula respirando? ¿Para qué? ¿participa la matriz mitocondrial? ¿Y las crestas mitocondriales?
La célula está haciendo la respiración celular para obtener energía, en la cual la fase intermedia, denominada ciclo de Krebs, se realiza en la matriz mitocondrial.
A continuación, la última etapa de esta respiración celular, la cadena transportadora de electrones se realiza en las crestas mitocondriales.
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?.
Se inicia el ciclo de Krebs, y de esa condensación de acetil-CoA y ácido oxalacético se origina el ácido cítrico.
El acetil-CoA proviene de la transformación del ácido pirúvico, que se genera en la glucólisis, para poder entrar en la membrana mitocondrial, ya que este ácido no puede entrar como tal en la mitocondria, sino que tiene que pasar a acetil-CoA, y el ácido oxalacético se encuentra en la matriz mitocondrial, residual de una reacción anterior.
Este ciclo de Krebs tiene lugar, como ya he dicho, en la matriz mitocondrial.
23.- ¿Qué molécula acepta el CO2 en la fotosíntesis? ¿Qué enzima cataliza esta reacción? ¿A qué moléculas da lugar?.
El CO2 se fija a la ribulosa-1,5-difosfato gracias a la acción del rubisco (ribulosa-difosfato-carboxilasa-oxidasa), y da lugar a un compuesto inestable de 6 átomos de carbono, que se disocia en 2 moléculas de 3 átomos de carbono, el ácido-3-fosfoglicérico.
24.- Indique cuál es el papel biológico del NAD, NADH + H. en el metabolismo celular.
Escriba tres reacciones en las cuáles participe.
En el metabolismo, el NAD+ participa en las reacciones redox (oxidorreducción), llevando los electrones de una reacción a otra. Se encuentra en dos formas en las células: NAD+ y NADH. El NAD+, que es un agente oxidante, acepta electrones de otras moléculas y pasa a ser reducido, formándose NADH, que puede ser utilizado entonces como agente reductor para donar electrones.
Reacciones en las que participa son la glucólisis, el paso intermedio de la glucólisis al Ciclo de Krebs, y el Ciclo de Krebs.
25.- Explique brevemente el esquema siguiente:
Este esquema corresponde al ciclo de Calvin que se da en la síntesis de carbono en la fase oscura de la fotosíntesis.
Primeramente se observa la fijación del CO2 atmosférico a la ribulosa-1,5-difosfato, gracias a la acción de la enzima rubisco, dando lugar a un compuesto inestable de 6 carbonos, que se disocia en 2 moléculas de ácido-3-fosfoglicérico.
Aquí se invierte el ATP y el NADPH obtenidos durante la fase luminosa de la fotosíntesis, para obtener 3-fosfoglicealdehído, y de este se pueden obtener tanto monosacáridos, como glicerina, ácidos grasos y aminoácidos, así como regenerar la ribulosa-1,5-difosfato, mediante el ciclo de las pentosas-fosfato.
26.- Bioenergética: a) Defina los conceptos de: fosforilación a nivel del sustrato, fotofosforilación y fosforilación oxidativa. b) ¿En qué niveles celulares se produce cada uno
de dichos mecanismos y por qué?
-Fosforilación a nivel de sustrato: Proceso de obtención de ATP, en el cual al ADP se le une un grupo fosfato que se encontraba en adherido a otro compuesto. Se produce en la glucólisis, en el citosol, antes de entrar al Ciclo de Krebs.
-Fotofosforilación: es un proceso de síntesis de ATP a partir de ADP y fosfato llevado a cabo por las ATP-sintetasas de la membrana del tilacoide, en los cloroplastos de las células vegetales.
-Fosforilación oxidativa: proceso metabólico que utiliza energía liberada por la oxidación de nutrientes para producir ATP, y esta se da en las crestas mitocondriales de las mitocondrias.
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?
Este proceso lo llevan a cabo cuatro grandes complejos proteicos, I, II, III, IV, más la ubiquinona y el citocromo, que se encuentran el la membrana interna de las mitocondrias, y los cuales se encargan de aceptar electrones y cederlos a la molécula siguiente.
Aquí se produce una fosforilación oxidativa, ya que los protones vuleven a la matriz mitocondrial a través de los ATP-sintetasas, unas enzimas que sintetizan el ATP.
La función metabólica de la cadena respiratoria es la obtención de ATP, del cual se obtendrá energía, oxidando los NADH y los FADH2, previamente obtenidos en los procesos anteriores a la cadena respiratoria.
Sin la cadena repsiratoria, el rendimineto energético de la respiración celular sería muy bajo, ya que no se oxidarían las coenzimas obtenidas, y su rendimineto se reduciría a los 2 ATPs obtenidos en la glucólisis y otros 2 en el ciclo de Krebs.
28.- ¿Qué tipos y cuántas moléculas se consumen y se liberan en cada una de las vueltas
de la espiral de Lynen en la B-oxidación de los ácidos grasos?.
En cada vuelta de consume una molécula de agua, y se reducen una molécula de NAD+ y FADH+, para obtener una de NADH y una de FADH2 y una molécula de acetil-CoA.
29.- ¿Cómo se origina el gradiente electroquímico de protones en la membrana mitocondrial interna?
El gradiente electroquímico se origina en la quimiósmosis, ya que mediante la energía perdida por los electrones, se usa para bombear protones al exterior, es decir, de la matriz mitocnodrial al espacio intermembranoso.
Cuando la concentración de estos protones es elevada, estos vuelven a la matriz mitocondrial a través de las ATP-sintetasas.
30.- ¿Cuál es la primera molécula común en las rutas catabólicas de los glúcidos y los
lípidos? ¿Cuál es el destino final de dicha molécula en el metabolismo?
La primera molécula común al catabolismo de los glúcidos y lípidos es el acetil-CoA, el cual va a parar en ambos casos al Ciclo de Krebs, para obtener moléculas reducidas de NADH y FADH2 que posteriormente se convertirán en ATP.
31.- Ciclo de Calvin: concepto, fases y rendimiento neto.
El Ciclo de Calvin es un proceso cíclico para la síntesis de compuestos de carbono en la fase oscura de la fotosíntesis, en el cual:
Primeramente se produce la fijación del CO2 atmosférico a la ribulosa-1,5-difosfato, gracias a la acción de la enzima rubisco, dando lugar a un compuesto inestable de 6 carbonos, que se disocia en 2 moléculas de ácido-3-fosfoglicérico.
Mediante el consumo de 2 moléculas de ATP (una por cada ácido-3-fosfoglicérico) se reduce el ácido-3-fosfoglicérico y se obtiene ácido-1,3-difosfoglicérico, y a continuación este es reducido a gliceraldehído-3-fosfato por acción de 2 moléculas de NADPH (una por cada molécula de ácido-3-fosfoglicérico) y de este se pueden obtener tanto monosacáridos, como glicerina, ácidos grasos y aminoácidos, así como regenerar la ribulosa-1,5-difosfato, mediante el ciclo de las pentosas-fosfato, en el cual se invierte una molécula de ATP para pasar de ribulosa-5-fosfato a ribulosa-1,5-difosfato.
Por cada CO2 que se incorpora al ciclo de Calvin se requieren 3 moléculas de ATP y 2 de NADPH, por tanto, para una molécula de glucosa (6C), se necesitarán 18 ATP y 12 NADPH.
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?. ¿Qué relación mantienen con el metabolismo celular? (Explícalo brevemente).
a) Son moléculas oxidadas, y no forman parte de la estructura del ADN ni del ARN, simplemente tienen una composición parecida.
b)El ATP almacena la energía que se desprende en el metabolismo en sus enlaces éster-fosfóricos, para luego cederla donde se necesite, para realizar las funciones vitales.
Se produce durante la fotorrespiración y la respiración celular, procesos anabólicos y catabólicos que forman parte del metabolismo celular.
En el metabolismo, actúan en reacciones de reducción-oxidación y se pueden encontrar en dos formas: como un agente oxidante, que acepta electrones de otras moléculas o como agente reductor para donar electrones donde las reacciones de transferencia de electrones son la principal función del NAD (redox).
El NADP ​proporciona parte del poder reductor necesario para las reacciones de reducción de la biosíntesis. 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.
35.- La siguiente molécula representa el acetil CoA: H3 C-CO-S-CoA.
a) ¿En qué rutas metabólicas se origina y en cuáles se utiliza esta molécula?
b) De los siguientes procesos metabólicos: Glucogénesis, fosforilación oxidativa y Boxidación, indica:
- Los productos finales e iniciales.
- Su ubicación intracelular.
c) Explica con un esquema cómo se puede transformar un azúcar en una grasa ¿Pueden
los animales realizar el proceso inverso?
a) Se origina en el catabolismo de glúcidos, en concreto, a partir del ácido pirúvico producido en la glucólisis.
También en el catabolismo de ácidos grasos, a aprtir de la β-oxidación de la acil-CoA.
Finalmente en el catabolismo de proteínas, a partir de la separación de los grupos amino de los aminoácidos.
Esta molécula se utiliza en el anabolismo de lípidos, concretamente en la síntesis de ácidos grasos, de la cual se parte.
b)
-Glucogénesis o glucogenogénesis: se origina a partir de la glucosa-6-fosfato, la cual procede de la gluconeogénesis o de la glucosa libre, y se obtiene glucógeno.
Esto tiene lugar en la mitocondria y matriz mitocondrial.
-Fosforilación oxidativa: se origina de a partir del ADP, el cual se reduce gracias a las coenzimas NADH y FADH2 en la cadena transportadora de electrones, y se obtiene ATP. Esto tiene lugar en las crestas mitocondriales.
-β-oxidación: se parte del acil-CoA en la oxidación de lo ácidos grasos en la hélice de Lynen y el producto final es una molécula de acil-CoA con 2 carbonos menos, un acetil-CoA, NADH y FADH2. Esto tiene lugar en la matriz mitocondrial.
c)
Los animales no pueden realizar el proceso inverso, ya que carecen de las enzimas necesarias para transformar el acetil-CoA en piruvato.
36.- En el siguiente diagrama se esquematiza el interior celular y algunas transformaciones de moléculas que se producen en diferentes rutas metabólicas:
a) ¿Qué es el metabolismo? ¿Qué entiendes por anabolismo y catabolismo? ¿Cómo se relacionan el anabolismo y el catabolismo en el funcionamiento de las células? ¿Qué rutas distingues? (Cita sus nombres e indica, si existen, cuáles son los productos inicial y final de cada una de ellas).
El metabolismo es el conjunto de reacciones de reducción y oxidación, con el fin de obtener energía, que producen la transformación de materia en los seres vivos, para formar nuevos tejidos y producir el desarrollo del organismo.
Anabolismo: vía constructiva del metabolismo, para sintetizar moléculas complejas a partir de moléculas sencillas.
Catabolismo: fase degradativa del metabolismo en la cual se obtiene energía, transformando moléculas complejas en otras más sencillas.
El anabolismo y catabolismo son procesos metabólicos, el catabolismo produce la energía que requiere nuestro cuerpo, aunque no toda la energía se utiliza en nuestros movimientos quedando reservas; esas reservas son utilizadas por el anabolismo que es el que produce las proteínas o moléculas para formar nuevas células y así mantener nuestro cuerpo y sus funciones.
Rutas:
Catabolismo por respiración:
-Glucólisis: el producto inicial es la glucosa, y el final, el ácido pirúvico.
-Ciclo de Krebs: el producto inicial es el acetil-CoA, y el final es el ácido oxalacético.
-Cadena transportadora de electrones: el producto inicial es el NADH y FADH2, y como productos finales se obtiene ATP.
Catabolismo por fermentación:
-Fermentación alcohólica: producto inicial la glucosa y como final el etanol.
-Fermentación láctica: producto inicial la glucosa y como final el ácido lácitco.
-Fermentación butírica: producto inicial el almidón o celulosa, y como final el ácido butírico, dióxido de carbono.
Catabolismo por otras rutas:
-Hélice de Lynen: el producto inicial es el ácido graso, y como productos finales se obtienen acetil-CoA, NADH y FADH2
-Transaminación: los productos iniciales son el grupo amino de un aminoácido, que se transforma en ácido pirúvico, y el ácido cetoglutárico, que se transforma en ácido glutámico.
b) ¿Qué compartimentos celulares intervienen en el conjunto de las reacciones? (Indica el nombre de los compartimentos y la reacción que se produce en cada uno de ellos).
Intervienen los cloroplastos y las mitocondrias.
Cloroplastos: Fotosíntesis (en el estroma se produce el Ciclo de Calvin)
Mitocondrias: Ciclo de Krebs, quimiósmosis, fosforilación oxidativa.
Citosol: Glucólisis.
37.- Indique el rendimiento energético de la oxidación completa de la glucosa y compárelo con el obtenido en su fermentación anaerobia. Explique las razones de esta diferencia.
El rendimiento completo de la oxidación de la glucosa es de 38 ATP en el caso de las células procariotas, ya que estas no tienen que gastar energía para entrar en la mitocondria, y de 36 ATP en el caso de las células eucariotas, ya que estas si que tienen que hacerlo.
En cambio, en la fermentación solo se obtien 2 ATP, ya que en la fermentación no hay cadena transportadora de electrones que oxide los NADH y los FADH2.
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 transportadora de electrones tiene lugar en la mitocondria, más concretamente en las crestas mitocondriales de esta, y en los cloroplastos.
El papel del oxígeno en dicha cadena es el de aceptor de electrones liberados en las reacciones.
Los seres vivos que la realizan la respiración celular son todos aquellos que posean células eucariotas, los cuales necesitan dicha energía para poder realizar las funciones vitales.
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, al formar parte de la respiración celular, se tratan de reacciones catabólicas.
Son reacciones de oxidación, en las que el acetil-CoA liberado en el paso intermedio de la glucólisis y el ciclo de Krebs, se une al ácido oxalacético, presente dentro de la matriz mitocondrial, pasando por una serie de reacciones en las que se parte de una molécula de 6 carbonos (ácido cítrico) y se termina formando de nuevo el ácido oxalacético.
En este ciclo, se obtienen 1 GTP (igual al ATP), 1 FADH2 y 3 NADH por vuelta.
40. Metabolismo celular:
-Define los conceptos de metabolismo, anabolismo y catabolismo.
- ¿Son reversibles los procesos anabólicos y catabólicos? Razone la respuesta.
-El ciclo de Krebs es una encrucijada metabólica entre las rutas catabólicas y las rutas
anabólicas? ¿Por qué?
-Metabolismo: si finalidad es obtener la materia y energía necesarias para llevar a cabo las funciones vitales.
-Catabolismo: fase degradativa del metabolismo en la cual se obtiene energía.
-Anabolismo: vía constructiva del metabolismo, para sintetizar moléculas complejas a partir de moléculas sencillas.
Solo son reversibles algunas partes de los procesos catabólicos en anabólicos, de igual manera que no todas las partes de los procesos anabólicos son reversibles en catabólicos.
Sí, es una encrucijada metabólica, porque a ella se puede llegar tanto por la glucólisis, como por la hélice de Lynen, como por transaminación de grupos amino.
41. Quimiosíntesis: Concepto e importancia biológica.
Quimiosíntesis: consiste en la síntesis de ATP a partir de la energía que se desprende en las reacciones de oxidación de determinadas sustancias inorgánicas.
Es necesario para cerrar los ciclos biogeoquímicos, posibilitando la vida en el planeta.
42. Importancia de los microorganismos en la industria. Fermentaciones en la prepara-
ción de alimentos y bebidas. Fermentaciones en la preparación de medicamentos.
Los microorganismos son muy importantes en la industria, ya que intervienen en la fermentación alcohólica, transformando la glucosa para obtener etanol, un compuesto que se utiliza para la fabricación de numerosas bebidas alcohólicas.
También en la fermentación láctica, donde se transforma la glucosa en ácido láctico.
Esta transformación la llevan a cabo algunas bacterias, y como resultado se obtienen productos derivados de la leche como el queso, el yogur y el requesón.
Además, en estas fermentaciones se pueden obtener productos secundarios como la glicerina, que se usa para la fabricación de medicamentos.
43. Fermentaciones y respiración celular. Significado biológico y diferencias.
Primeramente, entre ambos procesos hay una gran diferencia, y es la cantidad de energía obtenida, ya que en la fermentación se obtienen 2 ATP, por 36/38 de la respiración celular.
Esto se debe a que la fermentación ocurre por fosforilación a nivel de sustrato, y no intervienen las ATP-sintetasas, mientras que en la respiración celular si que intervienen las ATP-sintetasas, ya que hay una cadena transportadora de electrones.
Además, la respiración celular es un proceso aeróbico, es decir, que el aceptor final de electrones es el oxígeno, mientras que la fermentación es un proceso anaeróbico, ya que el aceptor final es un compuesto orgánico, como un nitrato o un sulfato.
44.
A) En la figura se indican esquemáticamente las actividades más importantes de un
cloroplasto. Indique los elementos de la figura representados por los números 1 a 8.
1. CO2
2. Ribulosa
3. ADP+
4. ATP
5. NADPH
6. NADP+
7. H2O
8. O2
B) Indique mediante un esquema, qué nombre reciben las distintas estructuras del cloroplasto. ¿En cuál de esas estructuras tiene lugar el proceso por el que se forman los
elementos 4 y 6 de la figura? ¿Dónde se produce el ciclo de Calvin?
Los elementos 4 y 6 de la figura se transforman en los tilacoides de grana, mientras que el Ciclo de Calvin tiene lugar en los de estroma.
​
C) ) Explique brevemente (no es necesario que utilice formulas) en qué consiste el ciclo de Calvin.
El ciclo de Calvin es un proceso cíclico para la síntesis de compuestos de carbono en la fase oscura de la fotosíntesis.
En él se produce una fijación del CO2, una reducción de ese CO2 fijado con la ayuda de ATP y NADPH anteriormente obtenidos en la fase luminosa, y una posterior síntesis de moléculas orgánicas como glúcidos, proteínas o lípidos.
45.
A) la figura representa esquemáticamente las actividades más importantes de una mitocondria. Identifique las sustancias representadas por los números 1 a 6.
1. Ácido pirúvico.
2. Acetil-CoA.
3. ADP.
4. ATP.
5. NADH.
6. O2.
B) La utilización de la energía liberada por la hidrólisis de determinados enlaces del
compuesto 4 hace posible que se lleven a cabo reacciones energéticamente desfavorables. Indique tres procesos celulares que necesiten el compuesto 4 para su realización
Glucólisis, entrada de ácido pirúvico en matriz mitocondrial y la fotosíntesis.
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?
También se puede originar a partir de la β-oxidación de la acil-CoA, en la degradación de ácidos grasos, a lo largo de cada vuelta en la hélice de Lynen.
46.
a) El Esquema representa un cloroplasto ¿Qué denominación reciben los elementos indicados por los números 1-7?
1. Espacio intermembranoso.
2. Membrana interna.
3. Membrana externa.
4. Tilacoide de estroma.
5. ADN plasticial.
6. Ribosoma.
7. Tilacoide de grana.
b) En los cloroplastos, gracias a la luz, se producen ATP y NADPH. Indique esquemáticamente, como se desarrolla este proceso
El ATP y el NADH se obtienen en la fase luminosa.
Por cada molécula de CO2 que se incorpora, se necesitan 3 ATP y 2 NADPH, por lo tanto, para formar una molécula de glucosa, por ejemplo (6C), se necesitan 12 NADPH (6C x 2 NADPH) y 18 ATP (3 ATP x 6C), por lo que se hidroizan 12 moléculas de H2O en la fase luminosa acíclica, y por cada molécula de agua hidrolizada, se producen 4 protones (total 48 protones), y se obtienen 16 ATP (1 ATP por cada 3 protones).
Como se necesitan 18 ATP, los otros 2 se consiguen la fase luminosa cíclica.
c) Las moléculas de ADN de los cloroplastos y las mitocondrias son mucho más pequeñas que las bacterias. ¿Contradice este hecho la hipótesis de la endosimbiosis sobre
el origen de las células eucarióticas?
Este hecho no contradice la hipótesis de la endosimbiosis sobre el origen de las células eucarióticas, ya que el tamaño no influye en esta teoría, porque la teoría endosimbiótica dice que los cloroplastos y las mitocondrias se formaron por la simbiosis de una bacteria con una célula, y por tanto, no se corresponde al tamaño de la célula, ya que se ha producido una fusión.
47. El Esquema (misma figura de la página anterior) representa un cloroplasto ¿Qué
denominación reciben los elementos indicados por los números 1-7?
1. Espacio intermembranoso.
2. Membrana interna.
3. Membrana externa.
4. Tilacoide de estroma.
5. ADN plasticial.
6. Ribosoma.
7. Tilacoide de grana.
a) En el interior de este cloroplasto hay almidón. Explique, mediante un esquema, como se forma la glucosa que lo constituye.
Ya que se encuentra dentro del cloroplasto, solo se puede haber sintetizado mediante el ciclo de Calvin, y no por gluconeogénesis.
Primeramente se produce la fijación del CO2 atmosférico a la ribulosa-1,5-difosfato, gracias a la acción de la enzima rubisco, dando lugar a un compuesto inestable de 6 carbonos, que se disocia en 2 moléculas de ácido-3-fosfoglicérico.
Mediante el consumo de 2 moléculas de ATP (una por cada ácido-3-fosfoglicérico) se reduce el ácido-3-fosfoglicérico y se obtiene ácido-1,3-difosfoglicérico, y a continuación este es reducido a gliceraldehído-3-fosfato por acción de 2 moléculas de NADPH (una por cada molécula de ácido-3-fosfoglicérico) y de este se pueden obtener la glucosa, uniendo varias moléculas de carbono.
b) Indique tres similitudes entre cloroplastos y mitocondrias.
-Ambos son orgánulos transductores de energía.
-Poseen una misma composición de la membrana plasmática, pero sin colesterol.
-Comparten ciertas estructuras: membrana externa, interna, ADN, espacio intermembranoso, ribosomas, enzimas...
-Ambos se encuentran en las células eucariotas.
48.
a) El esquema representa un a mitocondria con diferentes detalles de su estructura.
Identifique las estructuras numeradas 1 a 8.
1. Matriz mitocondrial.
2. Crestas mitocondriales.
3. Mitorribosomas.
4. Membrana interna.
5. Membrana externa.
6. Espacio intermembranoso.
7. ATP-sintetasas.
8. Complejos proteicos.
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.
-Ciclo de Krebs: el cual se desarrolla en la matriz mitocondrial.
-Cadena transportadora de electrones: se realiza en las crestas mitocondriales.
c) Las mitocondrias contienen ADN. Indique dos tipos de productos codificados por dicho ADN.
ARNm, ARNt.
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PREGUNTAS ANABOLISMO
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1.- ¿Todos los organismos autótrofos son fotosintéticos?
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No, ya que hay organismos autótrofos tanto fotosintéticos (utilizan la energía lumínica) como quimiosintéticos (aprovechan la energía desprendida de la oxidación de ciertas moléculas).
2.- Indica las semejanzas y las diferencias entre fotosíntesis y quimiosíntesis.
Una diferencia es que la fotosíntesis ocurre en plantas en cualquier liugar donde haya luz suficiente mientras que la quimiosíntesis se da en microorganismos que se desarrollan lejos de la luz solar. La fotosíntesis la realizan principalmente las plantas, algas, cianobacterias y bacterias fotosintéticas y la quimiosíntesis es llevada a cabo por algunas bacterias, como las quimioautótrofas. Se parecen en que ambos procesos pertenecen a un anabolismo autótrofo, es decir, se pueden alimentar por sí mismos y son los que posibilitan la vida de los demás organismos (animales, hongos, protozoos y bacterias heterótrofas).
3.- ¿Qué diferencia hay entre un pigmento diana y un pigmento antena?
Los pigmentos antena (clorofilas a y b, carotenoides) son los encargados de captar la energía luminosa y transmitirla a otro tipo de pigmentos (los del centro de reacción), se encuentran en el complejo captador de luz o antena. Mientras que, los pigmentos diana se encuentran en el centro de reacción y son dos moléculas especiales de clorofila a, al que va a parar toda la energía captada por los pigmentos antena.
4.- ¿Qué se entiende por fotólisis del agua y cuántas moléculas han de sufrir este proceso, para generar una molécula de O2?
Consiste en la ruptura de los enlaces químicos del agua. La fotólisis es la disociación de moléculas orgánicas complejas por efecto de la luz. Es el proceso en el que se basa la fotosíntesis. La fotólisis del agua es la ruptura de la molécula de H2O mediante el poder oxidante que posee el ión p680+ que rompe la molécula de H2O en 1 e- que es aceptado por la clorofila p680+, en 2 protones H+ que son aceptados por la coenzima NADP para pbtener NADPH2, y O2 que es liberado hacia la atmósfera.
Según la reacción:
luz
H2O à 2H+ + 2e- + ½ O2
Podemos ver que se necesitarían 2 moléculas de agua para obtener una de oxígeno.
5.- Tanto en la respiración mitocondrial como en la fase luminosa acíclica hay enzimas que trabajan con NADH o NADPH, una cadena transportadora de electrones y ATP-sintetasas, pero hay cietas diferencias. Responde a las cuestiones de la siguiente tabla:
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6.- Indica cuáles son los objetivos de la fase luminosa y de la fase oscura de la fotosíntesis, explicando la relación entre ambas. ¿Sería correcto decir que “la fase luminosa se realiza durante el día, mientras que la fase oscura ocurre durante la noche”? Razona la respuesta.
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El objetivo de la fase luminosa de la fotosíntesis es poder transformar la energía lumínica en energía química (ATP) y poder reductor (NADPH + H+). En la fase oscura, durante el Ciclo de Calvin, el ATP y el poder reductor (previamente mencionados) se utilizan para producir materia orgánica compleja a partir de la fijación del CO2 gracias a una enzima llamada rubisco.
No sería correcto afirmar eso, ya que la fase oscura, aunque sea independiente de la luz, se puede dar durante del día. Sin embargo, la fase luminosa sí se da únicamente de día ya que depende de la energía solar.
7.- ¿En qué orgánulos de la célula eucariota transcurren los siguientes procesos metabólicos?
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β-oxidación de los ácidos grasos -> Mitocondria (matriz)
-
Fotofosforilación -> Cloroplasto (tilacoide)
-
Glucólisis -> Citoplasma
-
Fosforilación oxidativa -> Mitocondria
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Captación de luz por el complejo antena -> Cloroplastos (tilacoides)
-
Ciclo de Calvin -> Cloroplastos
-
Ciclo de los ácidos tricarboxílicos -> Mitocondria (matriz)
8.- ¿Por qué disminuye el rendimiento de la fotosíntesis en las plantas C3, cuando en ellas hay escasez de agua? ¿Por qué no sucede esto en las plantas C4?
En las plantas C3 el rendimiento de la fotosíntesis disminuye debido a que el ambiente en el que se encuentran escálido y seco, por este motivo, los estromas durante el día se cierran para tratar de no perder agua y con esto el O2 producido por la fotosíntesis alcanza grandes concentraciones y además disminuye la concentración de CO2. En cambio, no ocurre de la misma manera en las plantas C4 porque mediante la una ruta alternativa (específica de las plantas C4) los cloroplastos del mesófilo captan el CO2 por la noche y el estroma se puede abrir ya que no perderá agua.
9.- ¿El oxígeno que se desprende durante la fotosíntesis procede del CO2 o del H2O?
El oxígeno que se desprende durante la fotosíntesis procede del H2O.
10.- ¿A qué molécula orgánica se une el CO2, durante la fotosíntesis, para convertirse en carbono orgánico?
El CO2 al comenzar el Ciclo de Calvin se une a una molécula llamada ribulosa-1,5-difosfato.
11.- ¿Cuáles son los productos iniciales y finales de la gluconeogénesis y de la glucólisis? ¿Se puede decir que simplemente son vías metabólicas inversas? Razona la respuesta.
La glucosa es el producto inicial de la glucólisis y el producto final de la gluconeogénesis. El ácido pirúvico es el producto final de la glucólisis pero el inicial de la gluconeogénesis. No se puede decir que son vías metabólicas inversas ya que hay reacciones irreversibles y, por lo tanto, no se pueden llevar a cabo en el sentido contrario.
12.- ¿Por qué el ácido pirúvico entra en la mitocondria para iniciar la gluconeogénesis?
El ácido pirúvico entra en la mitocondria para conseguir, cuando salga de esta, estar como oxalacetato y de esta manera poder transformarse en fosfoenol-piruvato, ya que no puede hacerlo directamente, a diferencia de lo que ocurre en la glucólisis.
13.- ¿Por qué la gluconeogénesis tiene procesos en los que el ácido oxalacético pasa a málico y de nuevo a oxalacético?
Porque el ácido oxalacético se forma en la mitocondria y no puede pasar al citosol atravesando la membrana mitocondrial, por lo tanto, previamente debe pasar a ácido málico, que es capaz de atravesar la membrana y después se vuelve a formar ácido oxalacético que finalmente pasa a fosfoenol-piruvato.
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14.- ¿Qué molécula actúa como cebador (iniciador de la reacción) en la síntesis de ácidos grasos?
La molécula que actúa como cebador en la síntesis de ácidos grasos es el Acetil-CoA
15.- ¿Cuántas moléculas de malonil-CoA (3 carbonos) se necesitan para obtener ácido lignocérico (24 carbonos)?
Para obtener ácido lignocérico se precisan 11 moléculas de Malonil-CoA y 1 molécula de Acetil-CoA.
16.- ¿Cuál sería el balance neto de la síntesis de un ácido graso de 14 C?
El balance neto de la síntesis de un ácido graso de 14 carbonos es:
Acetil-CoA + 6 Malonil-CoA + 12 NADPH + H+ -> Ácido graso (14 C) + 7 CoA-SH + 6 H2O + 12 NADP + 6 CO2.
17.- ¿En qué parte de la célula se realiza la biosíntesis de los ácidos grasos?
La síntesis de ácidos grasos se lleva a cabo en el citosol de las células animales (especialmente en el hígado y en el tejido adiposo) y en los cloroplastos de las células vegetales.
18.- ¿Qué molécula es la que por transaminación, proporciona –NH2, en gran número de vías sintetizadoras de aminoácidos?
Esta molécula es el ácido glutámico.
ACTIVIDADES P.A.U.
19.- Describa los procesos principales que ocurren durante la fase dependiente de la luz (fase luminosa) de la fotosíntesis. (Opción A-Junio 2004)
La fase luminosa ocurre en presencia de luz, en la membrana tilacoidal, y en ella los pigmentos fotosintéticos se encargan de captar la energía lumínica y la transforman en energía química. Se puede realizar de dos maneras:
La fase luminosa acíclica se inicia con la llegada de fotones al fotosistema II. Su pigmento diana P680 se excita y pierde tantos electrones como fotones absorbe. Tras esto, existe un transporte de electrones a lo largo de la membrana tilacoidal. Para reponer los electrones que perdió el pigmento P680 se produce la hidrólisis de agua, con la cual se desprende oxígeno. Por último, los protones son introducidos en el interior del tilacoide y se crea una diferencia de potencial electroquímico a ambos lados de la membrana. Esto hace salir protones a través de las ATP sintetasas con la consiguiente síntesis de ATP que se acumula en el estroma. Por otro lado, hay fotones que también inciden en el fotosistema I, donde la clorofila P700 pierde dos electrones que son captados por aceptores sucesivos. Los electrones que la clorofila pierde son repuestos por la plastocianina. Al final los electrones pasan a la enzima NADPreductasa y se forma NADPH. En la fase luminosa cíclica sólo interviene el fotosistema I, se crea un flujo de electrones que da lugar a ATP. Su finalidad es generar más ATP imprescindible para realizar la fase oscura posterior.
Dependiendo de la necesidad de ATP o de NADPH, se realiza la fase cíclica o la acíclica.
20.- Defina y diferencie los siguientes pares de conceptos referidos a los microorganismos: autótrofo/heterótrofo; quimiosintético/fotosintético; aerobio/ anaerobio. (Opción B-Junio 2002)
-Autótrofo/heterótrofo: Los organismos heterótrofos son aquellos que su objetivo es la síntesis de su propia materia orgánica a partir de sustancias inorgánicas mientras que los organismos autótrofos son aquellos que sintetizan moléculas complejas a partir de moléculas orgánicas sencillas. La diferencia es que los autótrofos fabrican sus nutrientes y alimento por sí mismo mientras que los heterótrofos precisan de otros organismos para llegar a obtenerlo.
-Quimiosintético/fotosintético: La quimiosíntesis y la fotosíntesis son las 2 formas de realizar el anabolismo autótrofo. Por un lado, el quimiosintético se aprovecha de la energía desprendida en la oxidación de ciertas moléculas y el fotosintético utiliza la energía luminosa o luz solar.
-Anaerobio/aerobio: Anaerobio es aquel organismo que no necesita de oxígeno para vivir y aerobio es aquel organismo que precisa de oxígeno para poder vivir. La diferencia entre ambos es que en la respiración aerobia el aceptor final de electrones es una molécula de oxígeno (O2), y en la anaerobia el aceptor final de electrones es una molécula inorgánica distinta del oxígeno.
En conclusión, aunque estos temas pueden llegar a ser de los más complicados de entender y estudiar, creo que con todo el trabajo realizado en clase y en casa poco a poco podremos entenderlos mejor. Las lesson plans me han ayudado a repasar y clarificar conceptos, y los esquemas del catabolismo y anabolismo me han servido para estudiar y repasar mientras los hacía y, de esa manera, poder saber que me parece más difícil. Las preguntas, aunque fuesen muchas, ayudan a sintetizar los conceptos e ideas más relevantes de estos dos temas y ayudan mucho a repasar y estudiar la nueva materia dada. Nos vemos en la próxima misión con mucho más contenido, ¡hasta otra!
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Todas las imágenes son creación propia o de los apuntes de la profesora