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MADRID / SEPTIEMBRE 11. LOGSE / BIOLOGIA / CELULA Y SUS COMPONENTES. METABOLISMO CELULAR / OPCIÓN A/ ACTIVIDAD 5 OPCIÓN A 5.- En la glucólisis la glucosa se oxida a piruvato. a) ¿En qué tipo de moléculas se puede transformar el piruvato en condiciones anaeróbicas? ¿Cómo se denominan estos procesos? En cada caso, ponga un ejemplo de su aplicación industrial (1 punto). b) ¿Cuál sería el destino del piruvato en condiciones aeróbicas? ¿En qué parte de la célula se produce? (0,5 puntos). c) Explique cómo se produce la síntesis de ATP en la glucólisis (0,5 puntos). a) El proceso de denomina fermentación. Dependiendo del producto final d la fermentación se distinguen: Fermentación Láctica: Los piruvatos se reducen a lactato consumiendo el NADH producido en la glucólisis Tienen importantes aplicaciones a nivel industrial para la obtención de derivados lácticos como queso, mantequilla, cuajada y yogur. Fermentación Alcohólica: El piruvato pasa a acetaldehído que se reduce mediante el NADH formando etanol. En la industria tiene interés lo que para los microorganismos son sus productos de desechos es decir el alcohol y el CO 2 En la fermentación alcohólica para la fabricación de bebidas alcohólicas se utilizan b)El Piruvato pasa por transporte facilitado a la matriz mitocondrial donde se convierte en Acetil-CoA Esta reacción es irreversible y dirige al piruvato a su oxidación final a CO 2 y H 2 O en dos etapas sucesivas: “El ciclo de Krebs” y la “Cadena respiratoria”. c) Consiste en la rotura de la glucosa en 2 moléculas de Piruvato. - Es un proceso que NO requiere O 2 y ocurre en el citosol. - Su rendimiento energético es de 2ATP. - Se diferencian 2fases: Fase Preparatoria - Consta de 5 etapas en las que se gastan 2 ATP

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Bioquímica general.

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OPCIÓN A5.- En la glucólisis la glucosa se oxida a piruvato. a) ¿En qué tipo de moléculas se puede transformar el piruvato en condiciones anaeróbicas? ¿Cómo se denominan estos procesos? En cada caso, ponga un ejemplo de su aplicación industrial (1 punto). b) ¿Cuál sería el destino del piruvato en condiciones aeróbicas? ¿En qué parte de la célula se produce? (0,5 puntos). c) Explique cómo se produce la síntesis de ATP en la glucólisis (0,5 puntos).

a) El proceso de denomina fermentación. Dependiendo del producto final d la fermentación se distinguen:Fermentación Láctica: Los piruvatos se reducen a lactato consumiendo el NADH producido en la glucólisisTienen importantes aplicaciones a nivel industrial para la obtención de derivados lácticos como queso, mantequilla, cuajada y yogur.Fermentación Alcohólica: El piruvato pasa a acetaldehído que se reduce mediante el NADH formando etanol.En la industria tiene interés lo que para los microorganismos son sus productos de desechos es decir el alcohol y el CO2

En la fermentación alcohólica para la fabricación de bebidas alcohólicas se utilizan

b)El Piruvato pasa por transporte facilitado a la matriz mitocondrial donde se convierte en Acetil-CoAEsta reacción es irreversible y dirige al piruvato a su oxidación final a CO 2 y H2O en dos etapas sucesivas: “El ciclo de Krebs” y la “Cadena respiratoria”.

c) Consiste en la rotura de la glucosa en 2 moléculas de Piruvato. - Es un proceso que NO requiere O2 y ocurre en el citosol.- Su rendimiento energético es de 2ATP.- Se diferencian 2fases:Fase Preparatoria- Consta de 5 etapas en las que se gastan 2 ATP- Se forma 1 molécula de Gliceraldehido y otra de dihidroxiacetona fostato, pero

como esta última no puede seguir la ruta glucolítica se isomeriza y pasa a gliceraldehido fostato

- Resumen: En esta fase de 1 glucosa se forman 2 moléculas de gliceraldehido-3-fostato con gasto de 2 ATP

Fase de Beneficio- Consta de 5 fases en las que se forman 4ATP- A partir de 2 moléculas de gliceraldehido se forman 2 de Piruvato, y se forman

2 NADH+H+ (poder reductor)

- Resumen: En esta fase de 2 gliceraldehido-3-fostato se obtienen 2 de Piruvato, 2 de NADH+H+ , y 4 ATP.

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El balance global de la glucólisis sería:Glucosa + 2ADP+Pi + 2NAD+ 2 Piruvato + 2ATP + 2 NADH+ H+

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OPCIÓN B4.- La obtención de determinados productos alimentarios se basa en algunos procesos metabólicos celulares.a) Explique la transformación que sigue la glucosa durante el proceso de elaboración del pan ¿Cómo se denomina el proceso? ¿En qué etapa se produce la síntesis de ATP? (1 punto).b) ¿Qué organismos están relacionados con la elaboración del pan? ¿A qué tipo de organización celular pertenecen estos organismos? Indique sus componentes estructurales (1 punto).

a) El proceso que sigue la glucosa es La fermentación alcohólica que es como sigue:

Fermentación alcohólica- Mediante la fermentación alcohólica la glucosa forma 2 moléculas

de etanol y 2 de CO2 produciendo 2ATP.- Se produce la glucólisis que forma 2 piruvatos. Es en este proceso

donde se produce el ATP- El piruvato pasa a acetaldehído que se reduce mediante el NADH

formando etanol.b)

- La fermentación alcohólica es realizada por las levaduras del género Saccaromyces, ciertas bacterias y otros microorganismos.

- Saccaromyces, es una levadura. Las levaduras son hongos unicelulares, por tanto pertenecen al reino fungi.

- Los hongos son eucariotas y heterótrofos. Su componentes estructurales son:

o Pared celular de quitinao Citoplasma con orgánulos celulareso Núcleo

MADRID / JUNIO 11. LOGSE / BIOLOGIA / CELULA Y SUS COMPONENTES. METABOLISMO CELULAR / OPCIÓN A/ ACTIVIDAD 2OPCIÓN A2.- Referente al Ciclo de Krebs:a) Indique, razonando la respuesta, si está relacionado con el anabolismo, con el catabolismo o con ambos (0,5puntos).b) Cite los productos finales (0,5 puntos).c) ¿Cuál es la vía metabólica que sigue al citado ciclo? Explique la finalidad de esa vía e indique su localización a nivel de orgánulo (1 punto).

a) Es un proceso catabólico.

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A través de los procesos catabólicos las moléculas orgánicas complejas se van degradando en otras más sencillas.A lo largo de esta degradación se libera energía que forma ATP Las reacciones catabólicas son similares en los organismos autótrofos y en los heterótrofos.Las reacciones catabólicas son procesos de oxidación reducción en los que intervienen generalmente enzimas deshidrogenasas.Las moléculas se van oxidando, es decir, perdiendo electrones.Dependiendo de la naturaleza orgánica o inorgánica de la molécula final aceptora de e-, se diferencian dos modalidades de catabolismo: “La Fermentación” y “La respiración celular”.

b) El balance final del ciclo de Krebs es:

2 Acetil-CoA + 6NAD+ + 2GDP+ Pi + 2FAD 2 CoA-SH

6NADH+H+ + 2GTP + 2FADH2 + 2CO2

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OPCIÓN A5.- Sobre la respiración celular:a) Indique, razonando la respuesta, si es un proceso anabólico o catabólico (0,5 puntos).b) Enumere sus etapas, describa brevemente cada una de ellas e indique su localización en la célula y a nivel de orgánulo (0,75 puntos).c) Explique las diferencias entre fosforilación a nivel de sustrato y fosforilación oxidativa. ¿En qué etapa o etapas de la respiración celular se produce la fosforilación a nivel de sustrato? (0,75 puntos).a) Es un proceso catabólico, porque a través de los procesos catabólicos las moléculas orgánicas complejas se van degradando en otras más sencillas.A lo largo de esta degradación se libera energía que forma ATP Las reacciones catabólicas son procesos de oxidación reducción en los que intervienen generalmente enzimas deshidrogenasas. Las moléculas se van oxidando, es decir, perdiendo electrones.

b)Consta del ciclo de krebs y la cadena respiratoria y la fosforilación oxidativa asociada a esta última, Se producen tanto en célula vegetal como animal en la mitocondrias. El ciclo de krebs se realiza en la matriz mitocondrial; la cadena respiratoria se produce en las crestas mitocondriales.Ciclo de Krebs:

- Se inicia con la incorporación al ciclo del Acetil-CoA procedente de la glucosa, al ácido oxalacético, formándose ácido cítrico (3 grupos carboxilo).

- Cada vuelta del ciclo consume un grupo acetilo y regenera ácido oxalacético que puede iniciar otra vez el ciclo. Se genera 1GTP, 3NADH, 1FAD.

- Para oxidar 1 molécula de glucosa se necesitan 2 vueltas del ciclo, ya que de cada glucosa se obtienen 2 Acetil-CoA.

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- El balance final del ciclo de Krebs es:

2 Acetil-CoA + 6NAD+ + 2GDP+ Pi + 2FAD 2 CoA-SH

6NADH+H+ + 2GTP + 2FADH2 + 2CO2

Cadena respiratoria- La mayor parte de la energía liberada se encuentra en los e- altamente

energéticos del NADH y el FADH2 .- Estos e- pasan a través de la cadena respiratoria ( con tres complejos

enzimáticos), liberando energía suficiente para la síntesis de ATP. El conjunto de estos procesos recibe el nombre de “Fosforilación oxidativa”.

- Los átomos de hidrógeno no son transportados como tales sino escindidos en protones y e-. Los e- van pasando por una cadena de transportadores. Empiezan en un nivel energético muy alto y terminan con un nivel energético bajo, en el cual ya pueden ser cedidos al O2 , que se combina entonces con los protones formando agua.

- En la membrana mitocondrial interna se localizan 3 complejos enzimáticos de la cadena respiratoria. Son:

o El complejo NADH deshidrogenasa : toma e- procedentes del NADH y se los cede a la ubiquinona. En el proceso se libera energía suficiente para bombear protones desde la matriz mitocondrial al espacio intermembrana.

o El complejo citocromo b-c 1 : acepta e- de la ubiquinona y los cede al citocromo c. También se bombean protones al espacio intermembrana.

o El complejo citocromo oxidasa : toma e- del citocromo c y los cede al O2 que es el último aceptor de e-. También la energía liberada permite bombear protones al espacio intermembrana. El O2 acepta 4e- y se combina con 4 protones (H+).

4e- + H+ + O2 H2O- Los protones pasan del espacio intermembrana a la matriz por el

proceso siguiente:- Como resultado del bombeo de protones al espacio intermembrana se

ha creado un “gradiente electroquímico de protones” (eléctrico: distinta carga en el espacio intermembrana + y en la matriz -; químico por diferencia de pH, ácido en el espacio intermembrana, básico en la matriz) entre la matriz y el espacio intermembrana.

- Este gradiente electroquímico impulsa a los protones de regreso a la matriz a traves de la ATPsintetasa, de modo que la energía liberada por el flujo de protones a favor de gradiente permite la unión de ADP+Pi para formar ATP.

- La función ATP sintetasa la realizan “Las particulas F”. Estas forman canales ( en la membrana de las crestas mitocondriales) a través de las cuales pueden fluir los protones hacia la matriz mitocondrial. Cada partícula F0 es un complejo enzimático constituido por una porción F0

anclada en la membrana de la cresta , y otra F1 que sobresale hacia la matriz. Tanto F0 como F1 están integradas por varias subunidades diferentes.

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- Las partículas F son también las responsables de la actividad ATPasa en la fotofosforilación que se produce durante la fotosíntesis (ver tema 16)

- En general se admite que cada par de e- del NADH que recorre la cadena respitatoria suministra energía para formar 3 ATP. Y cada par de e- del FADH2 (que se incorporan en el 2º complejo de la cadena) se generan 2 ATP.

- El balance energético de la respiración para una molécula de glucosa es:

o Glucólisis: 2ATP2NADH x 3 6ATP

o 2Piruvato2Acetil CoA: 2NADH x 3 6ATPo Ciclo de Krebs: 6NADH x 3 18ATP

2FADH2 x 2 4ATP 2ATP

TOTAL 38 ATP

- Por tanto la oxidación completa de la glucosa a CO2 y H2O rinde un máximo de 38 ATP.

c) La fosforilación oxidativa está explicada en el apartado anterior. La fosforilación a nivel de sustrato es la síntesis de ATP acoplada a una reacción exorgónica, sin que intervenga la enzima ATP sintetasa.Se produce durante el ciclo de krebs que se forma 1GTP que es equivalente al ATP. También antes de iniciarse la respiración celular y en el citoplasma la glucosa se oxida hasta piruvato, en un proceso denominado glucolisis, obteniéndose 2ATP

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OPCIÓN A5.- El esquema que se indica presenta un proceso catabólico de la célula

a) ¿A qué proceso se refiere el enunciado? Cite sus etapas e indique su localización a nivel de la célula y de orgánulo. ¿Qué ocurre en cada una de esas etapas? (1 punto).b) Explique cómo se produce la síntesis de ATP en cada uno de los casos del esquema del enunciado: (A), (B) y (C), y relaciónelos con las etapas aludidas en el apartado anterior (1 punto).a) Al catabolismo de glúcidos. Las etapas son: - Glucolisis:

- Consiste en la rotura de la glucosa en 2 moléculas de Piruvato. - Es un proceso que NO requiere O2 y ocurre en el citosol.- Su rendimiento energético es de 2ATP.

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- Se produce en el citoplasma celular

- Paso de los piruvato a 2 moléculas de Acetil CoA para pasa al interior de las mitocondrias. Se desprenden 2 CO2 y se obtienen 2 NADH+H+

- Ciclo de Krebs: - El piruvato se oxida a CO2 - Se obtiene por cada Acetil CoA 3 NADH+H+, 1 FADH2 y 1 GTP- Se produce en la matriz mitocondrial

-Cadena respiratoria y fosforilación oxidativa- El NADH+H+, y el FADH2 formados en las etapas anteriores pasan a

una cadena de transporte electrónico donde los electrones van liberando energía suficiente para la síntesis de ATP. El conjunto de estos procesos recibe el nombre de “Fosforilación oxidativa”.

- En la actualidad se acepta que la fosforilación oxidativa tienen lugar según la teoría quimiosmótica de Mitchell (1961).

- Los átomos de hidrógeno no son transportados como tales sino escindidos en protones y e-. Los e- van pasando por una cadena de transportadores. Empiezan en un nivel energético muy alto y terminan con un nivel energético bajo, en el cual ya pueden ser cedidos al O2 , que se combina entonces con los protones formando agua.

- El proceso se produce en la membrana mitocondrial interna en concreto en las crestas mitocondriales.

b) (A) La glucolisis se produce en dos etapas: la fase preparatoria donde se consumen 2ATP; y la fase de beneficio donde se sintetizan 4ATP. El resultado final es 2 ATP de beneficio. Se produce en el citoplasma celular(B)Durante el ciclo de Krebs se forma 1GTP que pasa posteriormente a ATP. Se produce en el interior de las mitocondrias en la matriz mitocondrial(C) El ATP se poduce en la ATP sintetasa que se localiza inserta en la membrana de las crestas mitocondriales. Corresponde con las partículas F de la teoria quimiosmótica de Mitchel.En la membrana mitocondrial interna se localizan 3 complejos enzimáticos de la cadena respiratoria. Son:

o El complejo NADH deshidrogenasa : toma e- procedentes del NADH y se los cede a la ubiquinona. En el proceso se libera energía suficiente para bombear protones desde la matriz mitocondrial al espacio intermembrana.

o El complejo citocromo b-c 1 : acepta e- de la ubiquinona y los cede al citocromo c. También se bombean protones al espacio intermembrana.

o El complejo citocromo oxidasa : toma e- del citocromo c y los cede al O2 que es el último aceptor de e-. También la energía liberada permite bombear protones al espacio intermembrana.

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Como resultado del bombeo de protones al espacio intermembrana se ha creado un “gradiente electroquímico de protones” (eléctrico: distinta carga en el espacio intermembrana + y en la matriz -; químico por diferencia de pH, ácido en el espacio intermembrana, básico en la matriz) entre la matriz y el espacio intermembrana.Este gradiente electroquímico impulsa a los protones de regreso a la matriz a traves de la ATPsintetasa, de modo que la energía liberada por el flujo de protones a favor de gradiente permite la unión de ADP+Pi para formar ATP. La función ATP sintetasa la realizan “Las particulas F”. Estas forman canales ( en la membrana de las crestas mitocondriales) a través de las cuales pueden fluir los protones hacia la matriz mitocondrial. Cada partícula F0 es un complejo enzimático constituido por una porción F0 anclada en la membrana de la cresta , y otra F1 que sobresale hacia la matriz. Tanto F0 como F1 están integradas por varias subunidades diferentes.

MADRID / JUNIO 10. LOGSE / BIOLOGIA / CELULA Y SUS COMPONENTES. METABOLISMO CELULAR / OPCIÓN A/ ACTIVIDAD 5

OPCIÓN A5.- Referente al metabolismo celular:a) Concepto de fermentación. Indique sus tipos y cite su localización celular (0,75 puntos).b) Explique la síntesis de ATP durante la fermentación (0,5 puntos).c) ¿Cuál es la relación entre las fermentaciones y la elaboración del queso? Indique el sustrato y el producto final.¿Qué microorganismos intervienen? (0,75 puntos).a)

- Las fermentaciones son procesos catabólicos en los que el aceptor de e- es un compuesto orgánico, generalmente formado en la propia ruta metabólica.

- Las fermentaciones son procesos anaeróbicos realizados en ausencia de oxígeno por microorganismos anaerobios estrictos o anaerobios facultativos, y se realiza en algunas células animales o vegetales cuando no llega suficiente oxígeno.

- El rendimiento energético es muy bajo. Así en la fermentación de la glucosa se obtienen únicamente 2ATP.

- Los combustibles más comunes para la fermentación son azúcares (glucosa), también otros como ácidos orgánicos, aa .Dependiendo del producto final de la fermentación se distinguen varios tipos: Láctica; alcoholica o pútrida.

b) La síntesis de ATP se `produce durante elrpoceso de glucolisis en que la glucosa se oxida a piruvato formándose por cada glucosa energía en forma de 2 ATP y poder reductor en forma de NADH+Hc) En la elaboración de queso se produce una fermentación láctica donde el sustrato es la lactosa de la leche (disacárido formado por galactosa y glucosa) y el producto final es el ácido láctico. El micororganismo responsable de esta fermentación es una bacteria denominada Lactobacillus casei

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MADRID / JUNIO 10. LOGSE / BIOLOGIA / CELULA Y SUS COMPONENTES. METABOLISMO CELULAR / OPCIÓN B/ ACTIVIDAD 4

OPCIÓN B4.- Relacionado con los procesos metabólicos:a) Defina fermentación e indique sus tipos. ¿Cuál es su localización celular? (0,75 puntos).b) Explique la formación de ATP durante la fermentación (0,5 puntos).c) ¿Cuál es la relación entre el metabolismo fermentativo y la fabricación del vino? Cite los productos: inicial y final. Indique los microorganismos que intervienen (0,75 puntos).

a) Las fermentaciones son procesos catabólicos en los que el aceptor de e- es un compuesto orgánico, generalmente formado en la propia ruta metabólica.Las fermentaciones son procesos anaeróbicos realizados en ausencia de oxígeno por microorganismos anaerobios estrictos o anaerobios facultativos, y se realiza en algunas células animales o vegetales cuando no llega suficiente oxígeno.El rendimiento energético es muy bajo. Así en la fermentación de la glucosa se obtienen únicamente 2ATP.Los combustibles más comunes para la fermentación son azúcares (glucosa), también otros como ácidos orgánicos, aa .Dependiendo del producto final de la fermentación se distinguen varios tipos: Fermentación láctica y fermentación alcoholicab)En el proceso de fermentación láctica y l en la alcoholica, se parte de la glucosa y por el proceso denominado glucolisis la glucosa se oxida hasta piruvato obteniéndose 2 ATP por glucosa.c) La formación de vino es un proceso de fermentación alcohólica. Mediante la fermentación alcohólica la glucosa forma 2 moléculas de etanol y 2 de CO2

produciendo 2ATP.La glucosa es el producto inicial y los productos finales son el etanol y el dioxido de carbono.Se produce la glucólisis que forma 2 piruvatosEl piruvato pasa a acetaldehído que se reduce mediante el NADH formando La fermentación alcohólica es realizada por las levaduras del género Saccaromyces, ciertas bacterias y otros microorganismos.En la industria tiene interés lo que para los microorganismos son sus productos de desechos es decir el alcohol y el CO2

En la fermentación alcohólica para la fabricación de bebidas alcohólicas se utilizan especies anaerobias facultativas del género Saccaromyces.

MADRID / JUNIO 10. LOGSE / BIOLOGIA / CELULA Y SUS COMPONENTES. METABOLISMO CELULAR / OPCIÓN A / ACTIVIDAD 5

OPCIÓN B5.- Relacionado con el metabolismo celular:a) Defina fotofosforilación, indique sus tipos y los productos que se originan. Cite el proceso metabólico relacionado con la fotofosforilación y la etapa del mismo donde tiene lugar (1 punto).

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b) ¿Cuáles son las semejanzas y las diferencias más relevantes entre la fotofosforilación y la fosforilación oxidativa? Razone la respuesta (1 punto).a) La fotoforilación es una fosforilación asociada a un gradiente electroquímico, ya que la energía liberada por el transporte de electrones realizado a favor de gradiente de potencial redox , es acoplada a la fosforilación del ADP.Se puede producir por flujo acíclico o por flujo cíclico. En el primer caso se forma ATP y NADPH. Interviene el agua, la luz y los fotosistemas I y II. Se desprende oxígeno si la fotosíntesis es oxigénica, o se desprende azufre si es anoxigénica.En el flujo cíclico se forma sólo ATP. No interviene el agua, ni el fotosistema II y No se desprende ni oxígeno (si es oxigénica) , ni azufre (si es anoxigénica).El proceso metabólico relacionado con la fotofosforilación es la Fotosíntesis (ya sea oxigénica o anoxigénica); tiene lugar en la fase luminosa de la fotosíntesis

b) La semejanza entre ambos procesos son:- En ambos casos se produce ATP según la teoría quimiosmótica de

Mitchell. se ha creado un “gradiente electroquímico de protones” (eléctrico: distinta carga en el espacio intermembrana o en el interior de los tilacoides,que será positivo, y en la matriz nitocondrial o el estroma de los cloroplastos que será negativo; químico por diferencia de pH, ácido en el espacio intermembrana o interior de los tilacoides, básico en la matriz o en el estroma) entre la matriz y el espacio intermembrana, o entre el estroma y el interior de los tilacoides.Este gradiente electroquímico impulsa a los protones de regreso a la matriz o al estroma a traves de la ATPsintetasa, de modo que la energía liberada por el flujo de protones a favor de gradiente permite la unión de ADP+Pi para formar ATP.

- En ambos casos La función ATP sintetasa la realizan “Las particulas F”. Estas forman canales ( en la membrana de las crestas mitocondriales o de los tilacoides) a través de las cuales pueden fluir los protones hacia la matriz mitocondrial o el estroma de los cloroplastos. Cada partícula F0 es un complejo enzimático constituido por una porción F0 anclada en la membrana de la cresta , y otra F1 que sobresale hacia la matriz. Tanto F0 como F1 están integradas por varias subunidades diferentes.

Diferencias:- En la fotofosforilación la energía que va a formar el ATP es la

energía solar. En la fosforilación oxidativa es la energía de los enlaces de moléculas orgánicas

- La fotofosforilación se realiza en la fotosíntesis que es un proceso anabólico . La fosforilación oxidativa es un proceso catabólico

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- En la fotofosforilación se desprende oxígeno en la fosforilación oxidativa se necesita oxígeno como último aceptor de electrones.

MADRID / SEPTIEMBRE 09. LOGSE / BIOLOGIA / CELULA Y SUS COMPONENTES.METABOLISMO CELULAR / OPCIÓN B/ ACTIVIDAD 2

OPCIÓN B4.- El esquema siguiente está relacionado con un proceso metabólico celular básico:

a) ¿A qué proceso metabólico se refiere el enunciado?, indique el lugar de síntesis a nivel subcelular y de orgánulo de cada uno de los compuestos indicados en el esquema (1 punto).b) Explique el mecanismo de formación de ATP en el esquema (0,5 puntos).c) Cite otras dos rutas metabólicas que pueda seguir el piruvato, e indique para cada una de ellas: su denominación, el producto originado y el lugar dónde se produce (0,5 puntos).

a)Se refiere a la Respiración celular. Es la vía aerobia de degradación del Pirúvico. Es un conjunto de reacciones catabólicas en que la glucosa u otros compuestos azucarados se oxidan totalmente hasta CO2 obteniendo así toda la energía contenida en sus enlaces.Si fuera el primer compuesto la glucosa tendríamos las siguientes fases: Glucolisis: paso de glucosa a Piruvato. Se realiza en el citoplasma celularCarboxilación del piruvato a Acetil CoA para pasar al interior de las mitocondriasCiclo de Krebs degradación del acetil CoA a CO2. En la matriz mitocondrialCadena respiratoria transferencia electrónica desde el NADPH+H y el FADH hasta el O para liberar la energía que formará el ATP. En las crstas mitocondriales de la membrana interna.

b) El ATP se forma según la teoría quimiosmótica de Mitchel- Como resultado del bombeo de protones al espacio intermembrana

se ha creado un “gradiente electroquímico de protones” (eléctrico: distinta carga en el espacio intermembrana + y en la matriz -; químico por diferencia de pH, ácido en el espacio intermembrana, básico en la matriz) entre la matriz y el espacio intermembrana.

- Este gradiente electroquímico impulsa a los protones de regreso a la matriz a traves de la ATPsintetasa, de modo que la energía liberada

Page 11: t18 Catabolismo

por el flujo de protones a favor de gradiente permite la unión de ADP+Pi para formar ATP.

- La función ATP sintetasa la realizan “Las particulas F”. Estas forman canales ( en la membrana de las crestas mitocondriales) a través de las cuales pueden fluir los protones hacia la matriz mitocondrial. Cada partícula F0 es un complejo enzimático constituido por una porción F0 anclada en la membrana de la cresta , y otra F1 que sobresale hacia la matriz. Tanto F0 como F1 están integradas por varias subunidades diferentes.

- Las partículas F son también las responsables de la actividad ATPasa en la fotofosforilación que se produce durante la fotosíntesis (ver tema 16)

- En general se admite que cada par de e- del NADH que recorre la cadena respitatoria suministra energía para formar 3 ATP. Y cada par de e- del FADH2 (que se incorporan en el 2º complejo de la cadena) se generan 2 ATP.

- El balance energético de la respiración para una molécula de glucosa es:

c) La fermentación. El piruvato se degrada parcialmente hasta una molécula orgánica que aún contiene energía. Es un proceso anaerobioLa gluconeogénesis. Es un proceso de formación de glucosa a paritr de piruvato. Es el proceso inverso de la glucolisis aunque hay reacciones exclusivas e irreversibles en cada caso

MADRID / SEPTIEMBRE 08. LOGSE / BIOLOGIA / CELULA Y SUS COMPONENTES. METABOLISMO CELULAR / OPCIÓN B/ ACTIVIDAD 2

OPCIÓN B2.- Los esquemas siguientes, (A) y (B), están relacionados con dos procesos catabólicos que tienenlugar en los seres vivos:(A) GLUCOSA→ → → → PIRUVATO→ → → → LACTATO(B) GLUCOSA→ →→ → PIRUVATO→ → → → ACETIL- CoAa) ¿A qué proceso corresponde cada esquema? (0,5 puntos).b) Cite las etapas del proceso representado en el esquema (A) (0,5 puntos).c) En el esquema (B) indique, a nivel subcelular, dónde se forma el Acetil-CoA, las etapas que sigue hasta finalizar el proceso metabólico y la localización de cada una de ellas también a nivel subcelular (1 punto).

a) El A corresponde con la fermentación láctica. El B corresponde con la respiración celular

b)La primera etapa es el paso de glucosa a piruvato, se denomina glucolisis y consiste en:

- Consiste en la rotura de la glucosa en 2 moléculas de Piruvato.

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- Es un proceso que NO requiere O2 y ocurre en el citosol.- Su rendimiento energético es de 2ATP.- Se diferencian 2fases:a) Fase Preparatoria - Consta de 5 etapas en las que se gastan 2 ATP- Se forma 1 molécula de Gliceraldehido y otra de dihidroxiacetona

fostato, pero como esta última no puede seguir la ruta glucolítica se isomeriza y pasa a gliceraldehido fostato

- Resumen: En esta fase de 1 glucosa se forman 2 moléculas de gliceraldehido-3-fostato con gasto de 2 ATP

b) Fase de Beneficio - Consta de 5 fases en las que se forman 4ATP- A partir de 2 moléculas de gliceraldehido se forman 2 de Piruvato, y se

forman 2 NADH+H+ (poder reductor)

- Resumen: En esta fase de 2 gliceraldehido-3-fostato se obtienen 2 de Piruvato, 2 de NADH+H+ , y 4 ATP.

El balance global de la glucólisis sería:Glucosa + 2ADP+Pi + 2NAD+ 2 Piruvato + 2ATP + 2 NADH+ H+

La segunda fase es el paso de piruvato a lactato:- Los piruvatos se reducen a lactato consumiendo el NADH producido en

la glucólisis4Piruvatos 4Lactatos

Por cada glucosa se forman 2ATP, por tanto en este proceso se producen 4ATP

c) El Piruvato pasa por transporte facilitado a la matriz mitocondrial donde se convierte en Acetil-CoA

2Piruvato + 2 NAD+ 2 Acetil-CoA + 2CO2 + NADH + H+

- Esta reacción es irreversible y dirige al piruvato a su oxidación final a CO2 y H2O en dos etapas sucesivas: “El ciclo de Krebs” y la “Cadena respiratoria”.

El AcetilCoA pasa al ciclo de Krebs para su degradación total a CO 2 este proceso se realiza en la matirz mitocondrial.El poder reductor obtenido (NADH y el FADH2 ) a lo largo de todos estos procesos pasan a la cadena respiratoria produciendose la fosforilación oxidativa y obteniendose ATP

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OPCIÓN A2.- Con relación al metabolismo de los lípidos:

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a) Indique a qué tipo de ruta pertenece la β-oxidación de los ácidos grasos, el compartimento celular en el que se realiza y el producto final que se obtiene (0,75 puntos).b) Mencione la vía que sigue el producto final al que se alude en el apartado anterior hasta oxidarse por completo. Indique el compartimento subcelular donde ocurre esta vía y cuáles son los productos finales de la misma (1,25 puntos).

a)o En la matriz mitocondrial los ácidos grasos son degradados

mediante un proceso denominado “-oxidación de los ácidos grasos”.

o La “-oxidación de los ácidos grasos” se denomina así porque es el carbono del ácido graso el que se oxida cada vez que se liberan 2 carbonos en forma de Acetil -CoA.

o En cada vuelta de ciclo se liberan un Acetil-CoA de 2C más 1FADH2 más 1NADH+H+

o El ciclo se repite hasta la total degradación del ácido graso.

b)o Los Acetil-CoA siguen la ruta del ciclo de Krebs y el NADH y

FADH2 formados pasan directamente a la cadena respiratoria.o En cada vuelta del ciclo de Krebs se genera 1GTP, 3NADH,

1FAD.o El ciclo de Krebs se realiza en la matriz mitocondrial y la cadena

respiratoria en la membrana interna de las mitocondriaso En general se admite que cada par de e- del NADH que recorre

la cadena respitatoria suministra energía para formar 3 ATP. Y cada par de e- del FADH2 (que se incorporan en el 2º complejo de la cadena) se generan 2 ATP.

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OPCIÓN A2.- El esquema siguiente esta relacionado con procesos catabolicos fundamentales en los seres vivos:

GLUCOSA→ → → → PIRUVATO + NADH + ATPa) ¿De qué proceso biológico se trata?, ¿de qué tipo de célula es característico, de la célula animal o de la célula vegetal?, indique su localización a nivel celular (0,75 puntos).b) Explique el mecanismo de síntesis de ATP en el proceso mencionado en el apartado anterior (0,5 puntos).c) Indique los productos que se pueden originar a partir del piruvato (0,75 puntos).

a)Se trata de la Glucolisis. Se da tanto en célula vegetal como animal. Se realiza en el citoplasma celular

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b)La glucolisis consta de 2 fases en la primera se consumen 2ATP y se forman 2 moléculas de gliceraldehido 3 P; en la segunda fase se forman 4ATP, 2 Piruvato y poder reductor en forma de NADH+H . El balance global es la formación de ATP.

c)Puede ir por 2 vías:- La vía aerobia, la respiración celular: El Piruvato pasa por transporte facilitado a la matriz mitocondrial donde se convierte en Acetil-CoA- La vía anaerobia, la fermentación: puede ser láctica, si el piruvato pasa a lactato; o alcoholica si el piruvato pasa a etanol

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OPCIÓN A2.- Referente a la formación de ATP en los procesos biológicos:a) Explique sus mecanismos de síntesis (1 punto).b) Para cada mecanismo de síntesis de ATP, cite un proceso biológico e indique su localización celular y a nivel de orgánulo (1 punto).

a)El ATP se sintetiza en los siguietes procesos:- Respiración celular en las mitocondrias de las células eucariotas o en los mesososmas de las bacterias aerobias. Consiste en oxidar materia orgánica, obteniéndose energía que se almacena en moléculas de ATP. La síntesis de ATP por la ATP sintetasa se explica mediante la quimioósmosis. Los electrones cargados de energía procedentes de la nutrición son obligados a pasar por la cadena de proteínas de la membrana interna (cadena de transporte de electrones), en la que el electrón pierde energía que es utilizada para bombear protones H+ hacia la matriz, lo que origina un gradiente químico cuya energía es utilizada para formar ATP en las ATP-sistetasas. Es un proceso de fosforilación oxidativa- En la fermentación Las fermentaciones son procesos anaeróbicos realizados en ausencia de oxígeno por microorganismos anaerobios estrictos o

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anaerobios facultativos, y se realiza en algunas células animales o vegetales cuando no llega suficiente oxígeno.El rendimiento energético es muy bajo. Así en la fermentación de la glucosa se obtienen únicamente 2ATP. Los combustibles más comunes para la fermentación son azúcares (glucosa), también otros como ácidos orgánicos, aa .La realizan algunas bacterias anaerobias como Lactobacillus tambien en células musculares de animales en la fermentación láctica; y levaduras como Saccaromyces. Es una fosforilación a nivel de sustrato- En la fase luminosa de la fotosíntesis en la que se transforma la energía solar en ATP. Se realiza en los cloroplastos de las células vegetales o en los mesososmas de las bacterias fotosintéticas. Es un proceso de fotofosforilaciónEste ATP se utiliza posteriormente en la fase oscura para transformar materia inorgánica en orgánica.

b) Respiración celular, fase luminosa de la fotosíntesis son fotofosforilacione y fermentación es una fosforilación a nivel de sustrato. El resto explicado en el apartado a

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OPCIÓN B2.- En una célula muscular:a) Indique: (I) qué principio inmediato le proporciona energía para realizar la contracción: (II) a través de qué rutas metabólicas se obtiene y (III) cómo se denomina el proceso (1 punto)b) Cuando el aporte de oxígeno al músculo es insuficiente y éste debe continuar la contracciónm indique qué ruta metabólica utlilizaría; (II) el producto final de dicha ruta y (III) la relación que éste tiene con la aparición de las agujetas (1 punto)

a) (I) La glucosa; (II) se obtiene energía a partir de la glucosa por la glucolisis y la respiración celular (ciclo de Krebs y cadena respiratoria) o bien glucolisis y fermentación; (III) son ambos procesos catabólicos en los que la oxidación de la glucosa aporta energía en forma de ATP

b) (I) Se utiliza la fermentación para que no se acumule piruvato en el músculo y esto detenga el proceso respiratorio.(II) es el lactato. El piruvato pasa a lactato obteniéndose 2 ATP. (III) El ácido láctito cristaliza, baja el pH del músculo y esto produce las agujetas

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OPCIÓN B2.- Respecto del catabolismo de un triacilglicérido en células animales:a) Indique las cuatro moléculas que se obtienen de su hidrólisis y la localización celular del proceso (0,75 puntos).

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b) Nombre la ruta metabólica que permite la degradación de las tres moléculas similares obtenidas por hidrólisis y su localización celular a nivel de orgánulo (0,5 puntos).c) En la ruta metabólica indicada en el apartado "b", cite qué producto se incorpora al ciclo de Krebs para continuar Su degradación y qué dos coenzimas reducidas se obtienen (0,75 puntos).Solución:a)Glicerina y 3 ácidos grasos saturados (ya que son células animales)

b)o Los ácidos grasos atraviesan las membranas de las mitocondrias

para degradarse en su interior.o Para ello se activan en la membrana mitocondrial externa

uniéndose a un Acetil-CoA en una reacción catalizada por la enzima Acil-CoA sintetasa, consumiendo 1 ATP.

o El ácido graso activado forma un “Acil-CoA que atraviesa la membrana mitocondrial interna

o En la matriz mitocondrial los ácidos grasos son degradados mediante un proceso denominado “-oxidación de los ácidos grasos”.

o La “-oxidación de los ácidos grasos” se denomina así porque es el carbono del ácido graso el que se oxida cada vez que se liberan 2 carbonos en forma de Acetil -CoA.

o En cada vuelta de ciclo se liberan un Acetil-CoA de 2C más 1FADH2 más 1NADH+H+

o El ciclo se repite hasta la total degradación del ácido graso.o Los Acetil-CoA siguen la ruta del ciclo de Krebs y el NADH y

FADH2 formados pasan directamente a la cadena respiratoria.

c) Los Acetil-CoA siguen la ruta del ciclo de Krebs y el NADH y FADH2 formados pasan directamente a la cadena respiratoria.

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OPCIÓN A2. Referente a la síntesis de ATP:a) Indique sus mecanismos de síntesis en la célula (0,5 puntos).b) Cite la localización de los mecanismos de síntesis de ATP en elcloroplasto y explique el mecanismo de producción en el citadoorgánulo (0,75 puntos).c) Indique la denominación de los procesos de síntesis de ATP en losmitcondrias y cite una diferencia entre ambos procesos (0,75puntos).RESPUESTA:a) Las reacciones metabólicas están acopladas energéticamente a través del ATP.

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En el metabolismo celular tienen lugar reacciones que liberan energía y otras que la consumen (en el catabolismo se libera energía y en el anabolismo se consume).Estos procesos energéticos no tienen por qué ocurrir al mismo tiempo ni en el mismo lugar en la célula. Por lo tanto, debe existir un mecanismo que almacene y transporte esa energía desde los lugares donde se libera a los lugares donde se consume. Este mecanismo se base en la formación y posterior ruptura de enlaces químicos que almacenan y liberan gran cantidad de energía. Estos enlaces se denominan enlaces de alta energía. El ATP (adenosín trifosofato) es una molécula de gran importancia biológica, no sólo como coenzima, sino también por la energía bioquímica que es capaz de almacenar en sus dos enlaces esterfosfóricos.El ATP es sintetizado en el metabolismo mediante tres mecanismos principales:- Fosforilación a nivel de sustrato.- Fosforilación oxidativa.- Fotofosforilación.

b) La fotofosforilación es la formación de ATP debida a la luz, tiene lugar en la membrana tilacoidal de los cloroplastos. Según la “hipótesis quimiosmótica” de Mitchell, la energía liberada en el transporte de electrones desde el agua hasta el NADP+ se utiliza para bombear protones en contra de un gradiente, desde el estroma la espacio intratilacoidal. Estos protones regresan al estroma a favor de gradiente a través del complejo enzimático denominado ATP-asa, que utilizará la energía liberada en el transporte para fosforilar el ADP y transformarlo en ATP.

c) La fosforilación oxidativa es la producción de ATP en la mitocondria gracias a la energía liberada durante el proceso de transporte electrónico desde lascoenzimas reducidas hasta el oxígeno molecular. La reoxidación de las coenzimas obtenidas en la respiración celular tiene lugar durante el transporte electrónico.La cadena de transporte electrónico consta de una serie de enzimasoxidorreductasas, localizadas en la membrana mitocondrial interna, que recogen los electrones de las coenzimas reducidos (NADH y FADH2) de las fases anteriores y los van pasando de una a otra hasta un aceptor final de electrones, el oxígeno molecular, que al reducirse, origina agua.El ATP es sintetizado gracias a la acción del enzima ATP-sintetasa, que está ligado a la membrana interna de la mitocondria. Según la “hipótesis quimiosmótica”, la única que ha sido comprobada experimentalmente y la que se acepta en la actualidad, durante el transporte electrónico desde el NADH hasta el oxígeno molecular se produce un bombeo de protones desde la matriz mitocondrial al espacio intermembrana. La disipación posterior de este gradiente qimiosmótico creado a través de la ATP-sintetasa proporcionará la energía suficiente para la producción de ATP.

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OPCIÓN A2. En el metabolismo de los seres vivos:a) Indique qué es un coenzima y qué papel desempeña (1 punto).b) Ponga un ejemplo de un coenzima oxidado e indique una ruta metabólica en la que actúe (0,5 puntos).c) Explique qué ocurren con los coenzimas reducidos en la cadena respiratoria (0,5 puntos).Solución:a) Una coenzima es la fracción no proteica de un enzima. Generalmente, se trata de una molécula orgánica compleja que determinados enzimas requieren para su actividad catalítica.

b) El NAD y el NADP son coenzimas que intervienen en el metabolismo celular. Una coenzima es la fracción no proteica de un enzima. Generalmente, se trata de una molécula orgánica compleja que determinados enzimas requieren para su actividad catalítica.En muchas reacciones bioquímicas del metabolismo sucede que los electrones liberados van ligados a protones en forma de hidrógeno. Cuando en una reacción metabólica se produce una deshidrogenación, el hidrógeno que se transfiere debe considerarse como protones más electrones ( 2H = 2 H+ + 2 e-). Estos electrones son transportados enzimáticamente desde las reacciones catabólicas de oxidación hasta las anabólicas de reducción. Una molécula, pierde hidrógeno (se oxida) en presencia de enzimas deshidrogenasas, cuyas coenzimas de oxidorreducción tienen gran afinidad para captarlo (se reducen), para después volver a cederlo (se oxidan) a otros compuestos que se reducen. El NADH y el NADPH actúan como coenzimas de oxidorreducción, quetransportan los electrones desde un punto a otro de la célula de un modo similar a como el ATP lleva los grupos fosfato y la energía.

c) Las coenzimas reducidas (NADH y FADH2) ceden los electrones obtenidos en fases anteriores de oxidación a la cadena de transporte electrónico respiratoria. Ésta consta de una serie de enzimas oxidorreductasas o transportadores, localizadas en la membrana mitocondrial interna que conforma las crestas mitocondriales, que recogen los electrones y los van pasando de una a otra hasta el aceptor final de electrones, el oxígeno molecular, que al reducirse, origina agua.

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OPCIÓN A2. Con referencia al catabolismo:a) Explique la diferencia entre respiración y fermentación. (1 punto).b) Explique a qué se debe el diferente rendimiento energético en estos procesos(1 punto).

a) El catabolismo comprende el metabolismo de degradación oxidativa de moléculas orgánicas para la obtención de la energía necesaria para que la célula realice sus funciones vitales. La energía útil, necesaria para las múltiples

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actividades de los distintos organismos, procede de la almacenada en los enlaces químicos de biomoléculas exclusivas de los seres vivos.La célula debe disponer de una última molécula aceptora de los electrones o los hidrógenos desprendidos en las reacciones de oxidación. Según sea la naturaleza de la molécula aceptora final de esos electrones, los seres vivos se pueden clasificar como aerobios, si el aceptor es el oxígeno molecular, o anaeróbicos, si es otra molécula.El conjunto de las rutas de degradación de la glucosa y otras biomoléculas encondiciones aerobias se denomina respiración celular. Las rutas de degradación de la glucosa en condiciones anaerobias se denominan fermentaciones.El catabolismo aerobio está formado por varias rutas metabólicas que conducen finalmente a la obtención de moléculas de ATP. La glucosa y los ácidos grasos que entran en la célula son degradados mediante glucólisis y la beta oxidación respectivamente a acetil-CoA. Las proteínas se descomponen en sus aminoácidos constituyentes, formando diferentes metabolitos intermediarios. Finalmente, todos ellos entran en el ciclo de Krebs y la cadena respiratoria, produciendo CO2, H2O y ATP.Mediante la respiración celular, que abarca el ciclo de Krebs, la cadena de transporte electrónico y la fosforilación oxidativa, la materia orgánica es oxidada completamente a materia inorgánica, CO2 y H2O, siendo el rendimiento energético muy elevado.La fermentación es ruta catabólica anaeróbica en la que el aceptor final de loselectrones no es el oxígeno molecular sino una molécula orgánica sencilla que, al reducirse, se transforma en otra molécula orgánica. Son procesos catabólicos parciales, ya que los productos finales aún contienen enlaces de alta energía en sus moléculas y, por lo tanto, el rendimiento energético es bajo.

b) Para obtener el balance energético de la oxidación de una molécula de glucosa mediante un proceso respiratorio aerobio debemos tener en cuenta todas las fases:- Glucosa → 2 ácido pirúvico (glúcolisis) + 2 ATP + 2 NADH = 8ATP- 2 ácido pirúvico → 2 acetil-CoA + 2 NADH = 6 ATP- 2 acetil-CoA → 4 CO2 (Ciclo de Krebs) + 2 GTP + 6 NADH +2 FADH2 = 24 ATPCon lo que tenemos un total de 38 ATP/mol de glucosa.En la respiración celular la materia orgánica es degradada completamente a materia inorgánica y, por tanto, el balance energético del proceso es elevado.En las fermentaciones las coenzimas reducidas no ceden sus electrones a una cadena cuyo aceptor final es el oxígeno, sino que los ceden directamente a un compuesto orgánico que se reduce y es el producto característico de cada fermentación (láctica, alcohólica...). La degradación de la glucosa no es completa y el producto final sigue siento materia orgánica.El balance energético al degradar una molécula de glucosa por fermentación es mucho más bajo que mediante respiración. Es de 2 ATP/mol de glucosa, correspondiendo estas moléculas de ATP a las obtenidas en la glucólisis.

MADRID / JUNIO 03. LOGSE / BIOLOGIA / CÉLULA Y SUS COMPONENTES. METABOLISMO CELULAR / OPCIÓN A / Nº 2

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OPCIÓN A2. En relación con el metabolismo celular:a) Explique la finalidad (significado fisiológico) del ciclo de Krebs eindique su localización a nivel de orgánulo. (0,75 puntos)b) Explique la finalidad (significado fisiológico) del ciclo de Calvin eindique su localización a nivel de orgánulo. (0,75 puntos)c) Indique en qué tipo de célula, vegetal y/o animal, se producen los citados ciclos. (0,5 puntos)Solución:a) El ciclo de Krebs está constituido por una serie de reacciones que se desarrollan a expensas de una serie de ácidos orgánicos que forman el denominado ciclo. A través de la serie de reacciones que constituyen el ciclo los átomos de carbono del acetil-CoA se oxidan totalmente para formar CO2 generándose también poder reductor.El ciclo de Krebs se desarrolla en la matriz mitocondrial donde se encuentran todas las enzimas necesarias para su funcionamiento.

b) El ciclo de Calvin es la ruta metabólica mayoritaria por la que los organismos fotosintéticos fijan el CO2, obteniendo así el carbono necesario para la construcción de sus biomoléculas orgánicas. En esta fase se aprovecha la energía y el poder reductor obtenidos en la fase luminosa para reducir y asimilar el CO2 y obtener así moléculas orgánicas sencillas. El ciclo de Calvin tiene lugar en el estroma del cloroplasto.

c) El ciclo de Krebs forma parte de la respiración celular y se produce en las células animales y vegetales que presentan mitocondrias en su hialoplasma de forma permanente. El ciclo de Calvin se realiza exclusivamente en células vegetales ya que poseen los cloroplastos implicados en su consecución.

MADRID / SEPTIEMBRE 02. LOGSE / CELULA Y SUS COMPONENTES.METABOLISMO CELULAR / OPCION A / EJERCICIO 2

2. Con referencia al catabolismo:a) ¿Qué son las reacciones catabólicas? Cite un ejemplo. (0.5 puntos)b) ¿Qué son las fermentaciones? Cite un ejemplo. (0.5 puntos)a) Cite el nombre de las etapas que seguirá el ácido pirúvico en una célula eucariótica hasta quedar degradado a CO2 y H2O, y nombre el compartimento celular donde tienen lugar. (1 punto)Solución:a) El catabolismo comprende el metabolismo de degradación oxidativa de moléculas orgánicas para la obtención de la energía necesaria para que la célula realice sus funciones vitales. La energía útil, necesaria para las múltiples actividades de los distintos organismos, procede de la almacenada en los enlaces químicos de biomoléculas exclusivas de los seres vivos.Las reacciones catabólicas son reacciones de oxidación. Las reacciones de este tipo son aquellas en las que se transfieren electrones de una átomo o molécula a otro. Toda oxidación requiere una reducción, por lo que estos procesos se denominan redox.

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La glucólisis es un conjunto de reacciones catabólicas que degradan una molécula de glucosa a dos de ácido pirúvico con la liberación de dos moléculas de ATP y la formación de dos coenzimas reducidas (NADH)

b) Las fermentaciones son rutas de degradación de la glucosa en condiciones anaerobias. En estos procesos catabólicos el último aceptor de los electrones (o hidrógenos) procedentes de la oxidación de la glucosa son moléculas orgánicas sencillas.La elaboración del pan y del alcohol se realiza mediante una fermentación alcohólica realizada por levaduras y ciertas bacterias gracias a la presencia del enzima alcohol deshidrogenasa. Se produce a partir de moléculas de glucosa (presentes en la masa o en la fruta), que sufren una glucólisis cuyo producto final es el ácido pirúvico. Este ácido pirúvico en condiciones anaeróbicas se descarboxila para transformarse en acetaldehído, el cual se reduce a alcohol etílico por acción del NADH2 conviertiéndose sí en el aceptor final de los electrones del NADH obtenido en la glucólisis.

ácido pirúvico acetaldehído + CO2acetaldehído + NADH2 etanol + NAD+

c) En condiciones aerobias, el último aceptor de los electrones el es oxígeno molecular. A través de un conjunto de reacciones catabólicas que comprenden la respiración celular, el ácido pirúvico obtenido mediante glucólisis es oxidado completamente a CO2 y H2O.La respiración celular tiene lugar en las mitocondrias de las células eucariotas y en el citoplasma y mesosomas de las células procariotas. Consta de tres etapas sucesivas: oxidación del ácido pirúvico (matriz mitocondrial), ciclo de Krebs (matriz mitocondrial) y la cadena respiratoria (membrana mitocondrial interna). Esta última etapa está asociada a la producción de ATP mediante fosforilación oxidativa (membrana mitocondrial interna).

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2. Con respecto al catabolismo de los glúcidos en una célula eucariota:a) Nombre las etapas que experimentará una molécula de glucosa hasta que se convierte por completo en CO2 y H2O (1 punto)b) Cite los compartimentos celulares por los que transcurren dichas etapas. (0,5 puntos)c) Indique dos mecanismos mediante los cuales se sintetiza ATP a lo largo de esas etapas. (0,5 puntos)Solución:a y b) El catabolismo comprende el metabolismo de degradación oxidativa de moléculas orgánicas para la obtención de la energía necesaria para que la célula realice sus funciones vitales. La energía útil, necesaria para las múltiples actividades de los distintos organismos, procede de la almacenada en los enlaces químicos de biomoléculas exclusivas de los seres vivos.La célula debe disponer de una última molécula aceptora de los electrones o los hidrógenos desprendidos en las reacciones de oxidación. Según sea la naturaleza de la molécula aceptora final de esos electrones, los seres vivos se

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pueden clasificar como aerobios, si el aceptor es el oxígeno molecular, o anaeróbicos, si es otra molécula.Cuando el catabolismo de la glucosa ocurre en condiciones aeróbicas, es decir, en presencia de oxígeno molecular, la ruta de degradación se denomina respiración celular.Las etapas que experimenta una molécula de glucosa para ser oxidada completamente a CO2 y H2O son:- Glucólisis o ruta de Embden-Meyerhof-Parnas es una ruta catabólica y oxidativa que convierte una molécula de glucosa (6 átomos de carbono) en dos de ácido pirúvico (3 átomos de carbono). Tiene lugar en el hialoplasma celular.- Descarboxilación oxidativa del ácido pirúvico: Se obtiene una molécula de Acetil-CoA y tiene lugar en la matriz mitocondrial.- El ciclo de Krebs está constituido por una serie de reacciones que tienen como objetivo la oxidación del acetil- CoA y la obtención de coenzimas reducidos (FADH2 y NADH + H+) para la cadena respiratoria. Tiene lugar en la matriz mitocondrial.- La cadena respiratoria: La reoxidación de las coenzimas reducidos obtenidos en las etapas anteriores tiene lugar en la cadena respiratoria obteniéndose ATP mediante fosforilación oxidativa.

c) Los dos mecanismos de síntesis de ATP que tienen lugar en el catabolismo aerobio de la glucosa son dos:- Fosforilación a nivel de sustrato: Se realiza en dos etapas. En la primera se forma una compuesto intermediario "rico en energía" y en la segunda se utiliza la energía liberada por la hidrólisis de este compuesto para la fosforilación del ADP en ATP. Veremos ejemplos de la fosforilación a nivel de sustrato al estudiar la glucólisis y el ciclo de Krebs.- Fosforilación oxidativa: es la producción de ATP en la mitocondria gracias a la energía liberada durante el proceso de transporte electrónico. La reoxidación de las coenzimas obtenidos en la respiración celular tiene lugar durante el transporte electrónico. La cadena de transporte electrónico consta de una serie de enzimas oxidorreductasas, localizadas en la membrana mitocondrial interna, que recogen los electrones de los coenzimas reducidos (NADH y FADH2) de los fases anteriores y los van pasando de una a otra hasta un aceptor final de electrones, el oxígeno molecular, que al reducirse, origina agua.El ATP es sintetizado gracias a la acción del enzima ATP-sintetasa, que está ligado a la membrana interna de la mitocondria. Según la “hipótesis quimiosmótica”, la única que ha sido comprobada experimentalmente y la que se acepta en la actualidad, durante el transporte electrónico desde el NADH hasta el oxígeno molecular se produce un bombeo de protones desde la matriz mitocondrial al espacio intermembrana. La disipación posterior de este gradiente qimiosmótico creado a través de la ATP-sintetasa proporcionará la energía suficiente para la producción de ATP.

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2.- Con relación a la glucólisis:a) Indique a qué tipo de reacciones del metabolismo pertenece. Razone la

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respuesta (0,5 puntos).b) Indique en qué compartimento celular se lleva a cabo el proceso (0,5puntos).c) Mencione los productos iniciales y finales de la ruta (0,5 puntos).d) Indique qué moléculas colaboran en esta ruta para captar los electrones (poder reductor) y la energía (0,5 puntos).Solución:a) La glucólisis o ruta de Embden-Meyerhof-Parnas es una ruta catabólica y oxidativa que convierte una molécula de glucosa (6 átomos de carbono) en dos de ácido pirúvico (3 átomos de carbono). Es la ruta central del catabolismo de la glucosa en animales, plantas y microorganismos, y se considera la ruta más antigua utilizada por los seres vivos para obtener energía.

b) La glucólisis tiene lugar en el hialoplasma celular de las células eucariotas y en el citoplasma de las células procariotas.

c) La glucólisis consta de dos fases:1) Fase preparativa: Glucosa + 2 ATP 2 gliceraldehído-3-fosfato2) Fase oxidativa: 2 gliceraldehído-3-fosfato2 ácido pirúvico + 4ATP + 2 NADHEl producto inicial de la glucólisis es la glucosa. Los productos finales son el ácido pirúvico, el ATP y dos moléculas de NADH.La degradación de la glucosa a ácido pirúvico es una oxidación incompleta, siendo el balance energético bajo. No obstante, la degradación del ácido pirúvico continúa. Ésta es distinta según las condiciones en las que se realice dándose dos rutas metabólicas distintas. Si las condiciones son aeróbicas tiene lugar la respiración celular; mientras que si son anaeróbicas, se produce la fermentación.

d) La mayoría de la energía procedente de la oxidación de la glucosa se encuentra en los electrones que fueron aceptados por las coenzimas NAD+ y FAD. En el caso de la glucosa, los electrones procedentes de la glucólisis, se encuentran en un nivel energético alto. La cadena de transporte electrónico consta de una serie de enzimas oxidorreductasas, localizadas en la membrana mitocondrial interna que conforma las crestas mitocondriales, que recogen los electrones de los coenzimas reducidos (NADH y FADH2) de los fases anteriores y los van pasando de una a otra hasta un aceptor final de electrones, el oxígeno molecular, que al reducirse, origina agua.La fosforilación oxidativa está asociada a la cadena de transporte y consiste en la producción de ATP en la mitocondria gracias a la energía liberada durante el proceso de transporte electrónico. Las medidas cuantitativas demuestran que por cada dos electrones que pasan desde el NADH al oxígeno se forman tres moléculas de ATP, mientras que, en el caso del FADH2 sólo se forman dos.

MADRID / SEPTIEMBRE 00. LOGSE / BIOLOGIA / MICROBIOLOGIA / OPCION A / EJERCICIO 5

OPCION A

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5. En la industria alimentaria existen procesos en los que se utilizan levaduras.a) Ponga un ejemplo de proceso industrial relacionado con la industria alimentaria en el que se utilicen levaduras e indique cómo se denomina el proceso metabólico que tiene lugar (0,5 puntos).b) ¿Cuál es el balance global del proceso metabólico citado anteriormente? (0,5 puntos).c) Realice un esquema de la organización celular de las levaduras. (1 punto).Solución:Las bacterias, que son organismos procariotas que están incluidos dentro del reino Monera, y las levaduras, dentro de los Hongos, juegan un papel importante en la industria alimentaria interviniendo en la fabricación de productos alimenticios, como por ejemplo, derivados lácteos (queso y yogur), artículos de panadería y muchas de las bebidas alcohólicas.

a) En la producción de pan las levaduras utilizadas son Saccharomyces cerevisiae. En general, estos microorganismos utilizados en la industria alimentaria llevan a cabo un catabolismo anaeróbico denominado fermentación alcohólica, como ruta metabólica para la obtención de energía. Son los productos resultantes de este proceso los que utiliza la industria alimentaria en su provecho.

b) La fermentación es un tipo de catabolismo parcial, que se caracteriza por ser un proceso de oxidación incompleta, típico de los organismos anaeróbicos. Se realiza, pues, sin la intervención del oxígeno. Durante la fermentación, la energía obtenida procede, igual que en la respiración aerobia, de las reacciones de oxido-reducción habidas durante el catabolismo de la glucosa (glucólisis), pero en la fermentación las coenzimas reducidas no ceden sus electrones a una cadena cuyo aceptor final es el oxígeno, sino que los ceden directamente a un compuesto orgánico que se reduce y es el producto característico de cada fermentación (láctica, alcohólica...).La fermentación alcohólica producida por Saccharomyces cerevisiae es un paso esencial en la producción de pan. Se produce a partir de moléculas de glucosa (presentes en la masa), que sufren una glucólisis cuyo producto final es el ácido pirúvico. Este ácido pirúvico en condiciones anaeróbicas se descarboxila para transformarse en acetaldehído, el cual se reduce a alcohol etílico por acción del NADH2 conviertiéndose sí en el aceptor final de los electrones del NADH obtenido en la glucólisis.ácido pirúvico acetaldehído + CO2acetaldehído + NADH2 etanol + NAD+

c) Las levaduras son hongos filamentosos unicelulares eucarióticos de forma ovoide. Se trata de organismos heterótrofos que carecen de cloroplastos. Saccharomyces cerevisiae presenta una pared celular rígida, estructuralmente semejante a las paredes celulares vegetales, pero muy diferente desde el punto de vista químico.Al tratarse de un organismo eucariota presenta las estructuras características:

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OPCION A2. Las mitocondrias son unos orgánulos que están presentes en las células eucariotas.a) Haga un esquema o dibujo de una mitocondria y señale sus componentes (1 punto).b) Indique la localización en las mitocondrias de los siguientes procesos metabólicos: cadena de transporte de electrones y ciclo de Krebs (0,5 puntos).c) ¿Cómo se llaman los productos del ciclo de Krebs que al oxidarse ceden sus electrones a la cadena de transporte electrónico?, ¿cuál es el aceptor final de los electrones? (0,5 puntos).Solución:a) La mitocondria es un orgánulo citoplasmático presente de forma permanente en las células eucariotas, cuya función es fundamentalmente energética al intervenir en la respiración celular aerobia.Las mitocondrias presentan formas variables, observándose al microscopio electrónico como formaciones filamentosas o granulares. Sin embargo, suelen tener forma cilíndrica, a modo de bastón. El diámetro suele ser constante y oscila entre las 0,5 y 1 m. Su estructura se observa en corte longitudinal. Son orgánulos limitados por una doble membrana: la membrana mitocondrial externa es lisa, mientras que la membrana mitocondrial interna forma unas invaginaciones o repliegues denominadas crestas mitocondriales. Entre ambas membranas existe un espacio intermembranoso. El espacio delimitado por la membrana interna es la matriz mitocondrial y contiene, entre otros componentes, ADN y ribosomas.Espacio intermembranaMatriz mitocondrialADNRibosomasCresta mitocondrialMembrana mitocondrial externaMembrana mitocondrial interna

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b) El ciclo de Krebs se desarrolla en la matriz mitocondrial donde se encuentran todas las enzimas necesarias para su funcionamiento.La cadena de transporte electrónico consta de una serie de enzimas oxidorreductasas que recogen los electrones de los coenzimas reducidos obtenidos en fases catabólicas anteriores y los van pasando de una a otra hasta un aceptor final de electrones, el oxígeno molecular, que al reducirse, origina agua. Esta cadena de transporte electrónico se encuentra ubicada en la membrana de las crestas mitocondriales.

c) El ciclo de Krebs está constituido por una serie de reacciones que se desarrollan a expensas de una serie de ácidos orgánicos que forman el denominado ciclo. También se le llama ciclo del ácido cítrico o de los ácidos tricarboxílicos porque dicho ácido, que posee tres grupos carboxilo (-COOH) es uno de los compuestos que aparecen en él.Durante el ciclo de Krebs, el grupo acetilo del acetil-CoA procedente del piruvato obtenido en la glucólisis o de la degradación metabólica de ácidos grasos, es degradado a CO2 y a átomos de hidrógeno. Los protones obtenidos de la deshidrogenación son transferidos a las coenzimas NADH y FADH2. La reoxidación de las coenzimas tiene lugar en la cadena respiratoria obteniéndose ATP mediante fosforilación oxidativa. Los electrones cedidos por las coenzimas a la cadena de transporte van pasando de una molécula transportadora a otra hasta el aceptor final de los electrones, que es el oxígeno molecular.

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2.- Los ácidos grasos se degradan por la vía metabólica conocida como betaoxidación o hélice de Lynen:a) ¿En qué compartimento celular tiene lugar esta vía en las células eucariotas?. (0,5 puntos).b) ¿Cuál es el producto final de la degradación de los ácidos grasos?. (0,5 puntos).c) ¿A qué proceso metabólico, orientado a la producción de energía, se incorpora este producto final?. (0,5 puntos).d) ¿En qué compartimento celular tiene lugar este último proceso metabólico?. (0,5 puntos).Solución:a) En primer lugar, los ácidos grasos antes de ser oxidados son activados en la membrana mitocondrial externa uniéndose a acetil- CoA para formar el ácido graso áctivado acil-CoA.El catabolismo de los ácidos grasos tiene lugar en la matriz mitocondrial y en los peroxisomas.

b) El acil-CoA es degradado mediante la ruta metabólica conocida coomo la - oxidación de los ácidos grasos y consiste en la oxidación de los carbonos beta, eliminándose de forma secuencial moléculas de acetil-CoA, es decir, unidades de dos átomos de carbono. Por tanto, el producto final de la degradación de los ácidos grasos es acetil-COA. El número de moléculas de

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acetil-CoA liberadas será el permitido por el número par de átomos de carbono del ácido graso a oxidar.

c) El acetil-CoA penetra en la mitocondria donde es oxidado completamente a materiainorgánica a través del ciclo de Krebs. Éste consiste en una cadena cíclica de reacciones en cada una de las cuales interviene una enzima específica.

d) El ciclo de Krebs se desarrolla en la matriz mitocondrial.

MADRID / SEPTIEMBRE 98. LOGSE / BIOLOGÍA / CÉLULA Y SUSCOMPONENTES. / OPCIÓN A / Nº2

2.- Algunos organismos obtienen energía por oxidación total de la glucosa. El proceso celular se realiza en dos fases (o etapas) claramente diferenciadas.a) ¿Que nombre recibe cada una de estas fases?. (0,5 puntos).b) ¿En qué lugar de la célula tiene lugar cada una de ella?. (0,5 puntos).c) ¿Cuál es la característica más notable que diferencia a una fase de la otra?. (0,5 puntos).d) ¿Cómo influy esta característica en la producción de energía?. (0,5 puntos).Orientaciones:Esta cuestión hace referencia al bloque de contenidos nº 4: Fisiología celular. Es ncesario recordar el los siguientes conceptos: el catabolismo, la glucólisis, la respiración aerobia, el ciclo de Krebs y la cadena de transporte de electrones, la fosforilación oxidativa.Solución:Con los fenómenos de incorporación, preparación y transporte de los nutrientes y penetración de éstos en las células terminan los procesos preparatorios que ponen a las sustancias procedentes del exterior en condiciones de poder incorporarse al conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en las células, para poder ser transformados en componentes propios o en energía. Todas estas reacciones químicas constituyen el metabolismo celular. Consta de dos vertientes: el catabolismo y el anabolismo.El catabolismo es el conjunto de reacciones químicas que tiene como finalidad la obtención de energía mediante la transformación de sustancias complejas en otras más sencillas. La energía obtenida es utilizada para realizar trabajo mecánico y producción de calor. Es un proceso oxidativo. En esta pregunta nos vamos a referir al catabolismo de glúcidos.a) La degradación de los azúcares en las células se realiza vía glucosa. El catabolismo total de la glucose se realiza en dos fases:- La primera fase es la glucólisis o ruta de Embden-Meyerhof-Parnas. Es una ruta catabólica y oxidativa que convierte una molécula de glucosa (6 átomos de carbono) en dos de ácido pirúvico (3 átomos de carbono). Es la ruta central del catabolismo de la glucosa en animales, plantas y microorganismos, y se considera la ruta más antigua utilizada por los seres vivos para obtener energía.

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- La segunda fase es la respiración celular aerobia. Es un proceso catabólico (oxidativo) total. El ácido pirúvico obtenido en la glucólisis se oxida hasta dar CO2, liberando energía e hidrógenos.Estos últimos son transportados en la cadena electrónica hasta el oxígeno, que al aceptarlos se reduce a agua. Durante este proceso se sintetiza ATP en el proceso denominado fosforilación oxidativa.

b) La glucólisis tiene lugar en el hialoplasma de las células eucariotas y en el citoplasma de las procariotas.La respiración celular tiene lugar en las mitocondrias de las células eucariotas y en el citoplasma y mesosomas de las células procariotas.

c) La principal diferencia entre las dos fases radica en que la glucólisis es una ruta metabólica anaeróbica (se realiza en ausencia de oxígeno molecular), mientras que la respiración celular es una ruta aeróbica (se realiza únicamente en presencia de oxígeno).

d) Las células eucariotas si careciesen de mitocondrias, dependerían de las glucólisis anaeróbica para obtener todo su ATP. Pero la glucólisis, que degrada la glucosa hasta ácido pirúvico, libera únicamente una pequeña fracción total de la energía disponible de la oxidación de esta molécula. En las mitocondrias, el metabolismo de la glucosa se completa a través de su oxidación, con oxígeno molecular, a CO2 y H2O, La energía disponible se aprovecha así mucho más eficazmente, ya que se produce aproximadamente 36 moléculas de ATP por cada molécula de glucosa, mientras que en la glucólisis, por sí sola, produce únicamente 2 moléculas de ATP.

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OPCIÓN A / N.º 22.- Citar los productos finales de la degradación de la glucosa:a) Por vía aerobia y por vía anaerobia.b) Razonar cuál de las dos vías es más rentable energéticamente.Orientaciones:Esta pregunta hace referencia al bloque de contenidos nº 4: Fisiología celular. Es necesario recordar el los siguientes conceptos la glucólisis, la respiración celular aerobia (formación del acetil-CoA, el ciclo de Krebs, la cadena de transporte de electrones y la fosforilación oxidativa) y la fermentación.Solución:La degradación de los azúcares en las células se realiza vía glucosa.La glucólisis o ruta de Embden-Meyerhof-Parnas es una ruta catabólica y oxidativa que convierte una molécula de glucosa (6 átomos de carbono) en dos de ácido pirúvico (3 átomos de carbono). Es la ruta central del catabolismo de la glucosa en animales, plantas y microorganismos, y se considera la ruta más antigua utilizada por los seres vivos para obtener energía.El balance energético de la glucólisis es idéntico para cualquier monosacárido y es el siguiente:

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1 Glucosa + 2 NAD++2 ATP + 4 ADP + 4 Pi 2 ácido pirúvico + 2 ADP + 2 NADH +H++ 4 ATPLuego: 2 ATP + 2 NADH + H+ / mol de glucosaLa degradación u oxidación del ácido pirúvico continúa. Ésta es distinta según las condiciones en las que se realice dándose dos rutas metabólicas distintas. Si las condiciones son aeróbicas tiene lugar la respiración celular; mientras que si son anaeróbicas, se produce la fermentación.

a) En condiciones aeróbicas tiene lugar la respiración celular aerobia que es un proceso catabólico completo que tiene como finalidad la obtención de energía y se da en la mayoría de las células. La glucosa es oxidada a materia inorgánica siendo los productos finales: CO2, H2O y ATP.La respiración celular aerobia consta de varias fases:1) Transformación del ácido pirúvico en acetil-CoAÁcido pirúvico + CoA-SH + NAD+acetil-CoA + CO2 + NADH + H+2) Ciclo de Krebs, se caracteriza por una serie de reacciones que se desarrollan a expensas de una serie de ácidos orgánicos que forman el denominado ciclo. Por cada molécula de acetil-CoA que entra en el ciclo se obtiene: 2 CO2, 3 NADH + 3H+, 1 FADH2 y 1 GTP, que se transformará en ATP.La reoxidación de las coenzimas tiene lugar en la siguiente fase, obteniéndose ATP.3) Cadena de transporte electrónico, ésta consta de una serie de enzimas oxidorreductasas que recogen los electrones de los coenzimas reducidos (NADH y FADH2) de los fases anteriores y los van pasando de una a otra hasta un aceptor final de electrones. En la mayoría de las células este aceptor final es el oxígeno, que al reducirse, origina agua.4) Fosforilación oxidativa, es la producción de ATP en la mitocondria gracias a la energía liberada durante el proceso de transporte electrónico. Por cada coenzima NADH se pueden obtener 3 moléculas de ATP, pero en el caso del FADH2 sólo dos.- En condiciones anaeróbicas, el piruvato sigue la via metabólica de las fermentaciones. Éstas son procesos catabólicos en los que el aceptor final de electrones no es el oxígeno sino una molécula orgánica que, al reducirse, se transforma en otra molécula orgánica. Son procesos catabólicos parciales, ya que los productos finales aún contienen enlaces de energía en sus moléculas.Las dos fermentaciones más comunes son la alcohólica y la láctica que se distinguen por la naturaleza de sus productos finales, alcohol etílico y ácido láctico, respectivamente.

b) Para obtener el balance energético de la oxidación de una molécula de glucosa mediante un proceso respiratorio aerobio debemos tener en cuenta todas las fases:- Glucosa 2 ácido pirúvico (glúcolisis) + 2 ATP + 2 NADH = 8ATP- 2 ácido pirúvico 2 acetil-CoA + 2 NADH = 6 ATP-2 acetil-CoA 4 CO2 (Ciclo de Krebs) + 2 GTP + 6 NADH + 2 FADH2 = 24 ATPCon lo que tenemos un total de 38 ATP/mol de glucosa.

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En la respiración celular la materia orgánica es degradada completamente a materia inorgánica y, por tanto, el balance energético del proceso es elevado.- Para obtener el balance energético de la oxidación de la glucosa por fermentación hay que tener en cuenta que las coenzimas reducidas obtenidas en la glucólisis no ceden sus electrones a una cadena cuyo aceptor final es el oxígeno, sino que los ceden directamente a un compuesto orgánico que se reduce y es el producto característico de cada fermentación (láctica, alcohólica...). La degradación de la glucosa no es completa y el producto final sigue siendo materia orgánica, siendo el balance energético mucho más bajo que mediante respiración. Es de 2 ATP/mol de glucosa, correspondiendo estas moléculas de ATP a las obtenidas en la glucólisis.