ORGANELOS by leandro cisneros

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TEMA 9. ENDOMEMBRANAS organulos membranosos 1. Retículo endoplasmático. 1.1. Retículo endoplasmático rugoso. 1.2. Retículo endoplasmático liso. 2. Aparato de golgi. ► Funciones. 3. Lisosomas. 3.1. Lisosomas primarios 3.2. Lisosomas secundarios, ► Funciones. a.- Digestión celular ■Vacuolas heterofágicas ■Vacuolas autofagicas b.- Digestón extracelular. 4. Vacuolas almacenamiento de sustancias de reserva. ► Funciones. 5. Peroxisomas. 6. Glioxisomas. 7. Mitocondrias. ► Ultraestructura. ●Membrana mitocondrial externa: ! Espacio Intermembrana: ! Membrana mitocondrial interna: ! Matriz: ► Funciones. 8. Plastos. ●Leucoplastos: ●Cromoplastos: ●Cloroplastos 8.1. Cloroplastos ► Ultraestructura ► Funciones de los cloroplastos. 9. Teorías sobre el origen de mitocondrias y cloroplastos.

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1. RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO. Está formado por un conjunto de membranas que limitan cavidades cerradas o cisternas de distintas formas: sáculos aplanados, vesículas globulares o tubos de aspecto sinuoso que delimitan un espacio interno, lumen o espacio cisternal contenido en el interior del retículo endoplásmatico y el espacio citosólico en el exterior del retículo. Estas cavidades se comunican a menudo entre ellas y forman una red ( retículo = pequeña red) característica de las células eucariotas. Sacos del retículo, por lo tanto, dobles membranas, separan el material nuclear del resto del citoplasma. Esta doble membrana está atravesada por una serie de poros que permiten el paso de grandes moléculas (ARN, subunidades ribosómicas, etc.).

Podemos distinguir dos tipos de retículo:

1.1. Retículo endoplasmático rugoso, que posee ribosomas adheridos a la

cara de la membrana que da al hialoplasma (espacio citosólico). Se encuentra muy desarrollado en aquellas células que participan activamente en la síntesis de proteínas. Dentro de sus funciones destacan: la síntesis de proteínas por parte de los ribosomas que pueden ser almacenadas en el del retículo donde maduran con frecuencia sufren una glucosilación de las proteínas (se unen a un glucido, glucoproteínas) y son transportadas hacia otros orgánulos (aparato de Golgi, lisosomas), a la membrana celular o las propias membranas del retículo.

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1.2. Retículo endoplasmático liso, constituido por finos túmulos o canalículos interconectados y cuyas membranas se continuan con las del REr, pero sin llevar adheridos ribosomas. Sus funciones son: la síntesis lípidos de membrana (fosfolípidos, colesterol, etc.). Asimismo, en el retículo tiene lugar la detoxificación de aquellas sustancias perjudiciales para la célula producidas por su actividad vital o procedente del exterior (insecticidas, herbicidas, medicamentos, etc.). Las toxinas que proceden del medio externo llegan a nuestras células, son transformadas por este orgánulo en moléculas cuya toxicidad se ha visto reducida y que son de esta manera más fácilmente eliminadas. Gracia a la acción conjunta de ambos retículos queda completa la síntesis de los componentes básicos de toda membrana celular: proteínas y lípidos.

2. APARATO DE GOLGI. El aparato de Golgi es un orgánulo membranoso que forma un sistema de cavidades aplanadas dispuestas ordenadamente. Cada una de estas cavidades recibe el nombre de sáculo. El conjunto de sáculos apilados recibe el nombre de dictiosoma. Además, pueden observarse toda una serie de vesículas más o menos esféricas a ambos lados y entre los sáculos relacionadas con el transporte de proteínas y lípidos desde y hacia el A. de Golgi. El conjunto de todos los dictiosomas y vesículas celulares constituye el aparato o complejo de Golgi. Se encuentra más desarrollado cuanto mayor es la actividad celular y en las células secretoras. El aparato de Golgi tiene dos caras distintas, la cara “cis”, “externa” o de formación y la cara “trans”, “interna” o de maduración. Los dictiosomas no son estructuras celulares fijas, sino que se están renovando constantemente. Se forman a partir del retículo endoplásmatico. Este emite unas prolongaciones que se separan de él formando vesículas de transición (estas encierran en su interior el contenido de las cavidades del retículo, fundamentalmente proteínas, que se han fabricado en los ribosomas del retículo endoplasmático rugoso y cuyo destino es la secreción). Al unirse posteriormente dichas vesículas entre sí dan lugar a un sáculo (cara 3 Prueba de Acceso Grado Superior

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cis o de formación). Por otra parte, las cavidades golgianas opuestas (cara trans o de maduración) se fragmentan para formar vesículas cargadas de productos de secreción. ► Funciones. El aparato de Golgi funciona como una planta “empaquetadora” y “distribuidora” de los productos fabricados por el R. E. ● Embalaje y secreción. Las sustancias fabricadas en el R. E. para ser secretadas se incorporan a la cara “cis” o de formación del aparato de Golgi y se desplazan progresivamente hacia la cara “trans” o de maduración, desde donde se incorporan a las vesículas de secreción. Las vesículas se adosan a la membrana y por un proceso de exocitosis vierten su contenido al medio extracelular. ● Este proceso genera un reciclaje permanente de la membrana compensado por los mecanismos de endocitosis. Entre los productos secretados tienen especial interés los que forman la matriz extracelular que, en los vegetales, origina la pared celular. ● No todos los productos empaquetados por el aparato de Golgi tienen como destino el exterior de la célula. Por ejemplo, algunas vesículas, que contienen abundantes enzimas hidrolíticos, se transforman en lisosomas y permanecen en el citoplasma celular. ●En los retículos endoplasmáticos se sintetizan los componentes moleculares de las membranas (lípidos en el liso y proteínas en el rugoso) y el contenido de sus cavidades. Del retículo se desprenden vesículas que se incorporan a los sacos del aparato de Golgi, donde sus componentes moleculares experimentan modificaciones, glucosilaciones, por la adición de oligosacáridos, que se unen a proteínas (glucolisación de proteínas: glucoproteínas de membrana, anticuerpos) y a lípidos (gluosilación de lípidos: glucolípidos de membrana).

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3. LISOSOMAS. Los lisosomas son orgánulos celulares, globulares que presentan formas muy diversas. Se originan a partir del retículo endoplásmico o del aparato de Golgi, de la misma manera que se originan las vesículas de secreción. Constituyen el aparato digestivo de la célula. Contienen enzimas hidrolíticas (fosfatasa ácida, proteasa,...) que catalizan la hidrólisis o digestión de las macromoléculas; la membrana que limita a cada lisosoma impide que la célula sea digerida por estos enzimas líticos. Se encuentran en las células eucariotas tanto animales como vegetales, la estructura de estos orgánulos es muy distinta de un tipo celular a otro e incluso en una misma célula. Este polimorfismo hace que no sea posible caracterizar a los lisosomas bajo criterios estrictamente estructurales y tan sólo la demostración de actividades líticas permite poner de manifiesto la naturaleza lisosomica de una inclusión celular. A pesar de esta diversidad anatómica, los lisosomas se clasifican en dos categorías:

3.1. Lisosomas primarios, recién formados a partir del Ap. de Golgi o del R.E., de forma ovalada o redondeada, que no han intervenido en ningún proceso de digestión y sólo contienen enzimas hidrolíticos.

3.2. Lisosomas secundarios , de forma variable (depende de la naturaleza de los

sustratos y del estado de digestión en el que se encuentren), están implicados en algún proceso de digestión. Se forman a partir de la unión de los lisosomas primarios con endosomas que contienen sustratos procedentes del medio externo (vacuolas heterofágicas o digestivas) o interno (vacuolas autofágicas).

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► Funciones. A.- Digestión celular ■Vacuolas heterofágicas o digestivas (heterofagia) con sustratos procedentes del medio externo, cuya finalidad es alimenticia y defensiva. Las partículas procedentes del medio externo penetran en la célula, mediante un proceso de invaginación de la membrana celular, que se separa de ésta, formándose una vacuola alimenticia o vacuola de endocitosis. Los lisosomas primarios se unen a esta vacuola, dando lugar a un orgánulo único, la vacuola digestiva o lisosoma secundario, que contiene no sólo enzimas hidrolíticos, sino también moléculas que va a digerir, por lo que se considera a esta vacuola el estómago celular.

Estas moléculas, una vez que son digeridas, pasan al citoplasma celular. Sin embargo, no todas las sustancias son digeridas y por tanto no pueden ser aprovechadas por la célula. A estas partículas no digeridas se las llama productos residuales, siendo expulsados al exterior dela célula después de que la vacuola digestiva se ha transformado en vacuola fecal. ■Vacuolas autofagicas (autofagia) si el sustrato lo constituyen componentes de la propia célula. Este mecanismo interviene en los procesos de desarrolla y asegura la nutrición en condiciones desfavorables. Los lisosomas producen la hidrólisis de moléculas u orgánulos de la propia célula, tal es el envejecimiento celular, estados de ayuno en los que la digestión de sus constituyentes celulares propician los alimentos que la células necesitan. Cuando esto ocurre, el proceso recibe el nombre de autofagia, que significa comerse a sí mismo.

B.- Digestón extracelular. En algunas ocasiones, los lisosomas vierten su contenido al exterior de la célula, donde tiene lugar la digestión (digestión extracelular). 6 Prueba de Acceso Grado Superior

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4. VACUOLAS Almacenamiento de sustancias de reserva. Vesículas de forma globular y de tamaño variable, destinadas a almacenar todo tipo de sustancias. Se forman a partir de muchos tipos de orgánulos membranosos: ▪R.E. (vesículas de transición, de autofagia...) ▪Aparato de Golgi (Vesículas de secreción) ▪Membrana plasmática (por endocitosis, vacuolas heterofágicas) La estructura de las vacuolas es muy sencilla: consiste solamente en un territorio celular rodeado de una membrana. Al conjunto de vacuolas de una célula se denomina Vacuoma . Las células vegetales presentan vacuolas de gran tamaño, que a veces desplazan a la periferia todo el citoplasma celular y el nucleo, y son escasas en número. Esta vacuola recibe el nombre de vacuola central. En cambio, las células animales poseen numerosas vacuolas de pequeño tamaño, habitualmente denominadas vesículas.

► Funciones. • Almacenar sustancias de reserva: - Lípidos - Ácidos grasos - Sales minerales - Proteínas solubles - Proteínas precipitadas (granos de aleurona) • Almacenar sustancias especiales: Taninos, pigmentos, enzimas hidróliticos (cuya actividad, dada su función de reserva, se encuentra inhibida en tanto no sean necesarias),... • Servir de vehículo de transporte de sustancias entre orgánulos citoplasmáticos (vesículas de transición, de secreción, etc.) y entre el exterior e interior de la célula (vacuolas o vesículas de endocitosis). • Regulan la presión osmótica de la célula. Las vacuolas pueden llenarse o vaciarse de agua para mantener constante la concentración del citoplasma. • Vacuolas pulsátiles, es un caso especial son las que eliminan el exceso de agua citoplasmática en células de organismos dulceacuícolas (que son hipertónicos respecto al medio). 7 Prueba de Acceso Grado Superior

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5. PEROXISOMAS. Son orgánulos presentes en casi todas las células eucariotas. Al igual que los lisosomas, son compartimentos vesiculares que contienen enzimas, pero éstas, a diferencia de las de los lisisomas, intervienen en reacciones oxidativas en las que se consume gran cantidad de oxígeno. RH2 + O2 ▬▬► R + H2 O2 En esta reacción, RH 2 representa una molécula orgánica que se oxida. Como resultado de este tipo de oxidaciones se forma como producto H2 O2, peróxido de hidrógeno (agua oxigenada) , auténtico veneno para la célula; sin embargo, éste no afecta a la célula, ya que los peroxisomas contienen una elevada cantidad de la enzima catalasa que cataliza la reacción: catalasa 2 H2 O 2 ▬▬▬▬►2 H2 O + O 2 De esta manera desaparece el peróxido de hidrógeno en el mismo orgánulo en el que se ha producido, no afectando al citosol que le rodea. Estos orgánulos se forman por gemación de la membrana del retículo endoplasmatico y suelen localizarse junto a él.

6. GLIOXISOMAS. Orgánulos exclusivos de las células vegetales. Son parecidos a los peroxisomas, y se encargan, durante la germinación, de transformar los lípidos almacenados en la semilla en glúcidos necesarios para el crecimiento del embrión hasta que la plántula pueda realizar la fotosíntesis. Vías de canalización de las proteínas secretadas por la célula del páncreas. Los aminoácidos que penetran principalmente por la región basal de la célula son incorporados en las proteínas. Las proteínas del jugo pancreático son sintetizadas por los ribosomas del retículo endoplasmático rugoso y transferidas a las cavidades de este retículo. Estas proteínas transitan en seguida por los sáculos del aparato de Golgi que darán nacimiento a los vesículas de secreción. Por exocitosis, el contenido es vertido al exterior.

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7. MITOCONDRIAS. Son orgánulos presentes en el citoplasma de todas las células eucarióticas (aeróbicas). Su forma se asemeja a un cilindro alargado, difíciles de observar al microscopio óptico, al que aparecen como palitos o bastoncitos alargados. Lo más frecuente es que las mitocondrias estén dispersas en el hialoplasma, y su número depende del tamaño de la célula: unas pocas en las levaduras y de 1000 a 2000 en una célula hepática. Son las encargadas de la obtención de la energía mediante la respiración celular, proceso de oxidación en el que intervienen las ATP sintetasas. La energía obtenida se guarda en forma de ATP.

► Ultraestructura. La observación al microscopio electrónico pone de manifiesto que cada mitocondria está separada del hialoplasma por una membrana continua de 60 Å de espesor, que es la membrana mitocondrial externa. Esta membrana externa está rodeada interiormente por una segunda membrana, igualmente continua y de 60 Å de espesor, que es la membrana mitocondrial interna. La membrana interna forma repliegues orientados hacia el interior de la mitocondria y son las llamadas crestas mitocondriales (por lo que su superficie es 5 veces mayor que la de la membrana externa). Las dos membranas mitocondriales delimitan dos compartimentos diferentes: un primer compartimento situado entre la membrana mitocondrial externa y la interna que es el espacio intermembrana; un segundo compartimento limitado por la membrana mitocondrial interna que es la matriz mitocondrial. En la matriz encontramos ADN y ribosomas mitocondriales.

● Membrana

mitocondrial

externa: Delimita completamente a la

mitocondria. Su estructura es la misma que la del resto de las membranas celulares (una doble capa lipídica y proteínas asociadas), es muy permeable debido a que posee un gran número de proteínas que forma “canales” a través de los que pasan gran cantidad de moléculas. 9 Prueba de Acceso Grado Superior

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! Espacio Intermembrana: De composición similar al hialoplasma por la permeabilidad de la membrana externa. Las enzimas que posee le permiten transferir la energía del ATP fabricado en la mitocondria a otros nucleótidos, por ejemplo el AMP. AMP + ATP ▬► 2 ADP Las moléculas de ADP así formadas pueden atravesar la membrana interna y ser fosforiladas en moléculas de ATP.

! Membrana mitocondrial interna: Posee gran superficie (unas 5 veces más

que la externa) debido a los repliegues que forman las crestas. Es impermeable a gran cantidad de sustancias (iones,...). Contiene un 20% de lípidos y un 80% de proteínas, las cuales se pueden clasificar en tres grupos:

a) Proteínas transportadoras que regulan el paso de metabolitos a través de la membrana interna (cadena transportadora de electrones). b) Enzimas de oxidorreducción.

cadena

respiratoria, que catalizan las reacciones de

c) Complejo enzimático. La ATP-sintetasa, cataliza la producción de ATP en la matriz, poseen tres subunidades: - Esfera F1 o partícula elemental (90 Å de Ø) pegadas a la cara matricial de la membrana interna. Es la parte catalítica del complejo. - Pedúnculo F0, que une las esferas a la membrana. - Base hidrófoba integrada en la membrana mitocondrial interna.

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! Matriz: Espacio interno que contiene numerosos iones y moléculas solubles, en particular una gran variedad de enzimas para llevar a cabo las rutas metabólicas que tienen lugar en su interior. Además, contiene ADN mitocondrial, ribosomas (mitorribosomas), ARNt. • ADN mitocondrial (ADNmt), es doble y circular, lleva información genética que codifica para la síntesis de algunas proteínas. • Ribosomas 70 S (mitorribosomas), libres o asociados a la membrana mitocondrial interna. • Iones calcio y fosfato (Ca++, H2PO4- ,...), ADP, ATP, Coenzima A,... • Enzimas que intervienen en: a) Duplicación, transcripción y traducción del ADN mitocondrial. b) Respiración celular.

► Funciones. 1º. Oxidaciones respiratorias: Cuya finalidad es obtener energía para la célula a partir de materia orgánica. Consisten en la degradación completa de moléculas orgánicas a CO2 para liberar energía y formar ATP. Tienen lugar en dos series de procesos, el ciclo de Krebs y la cadena de transporte de electrones, que suceden, respectivamente, en la matriz y en la membrana mitocondrial interna. 2º. Producción de metabolitos precursoras macromoléculas, se sintetizan en el hialoplasma.

para

biosíntesis

3º. Síntesis de proteínas mitocondriales, ya que, como hemos visto, poseen la maquinaria y la información necesaria para ello.

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8. PLASTOS. Los Cloroplastos están englobados en los Plastos o Plastidios, conjunto de orgánulos exclusivos de células vegetales que tienen un origen común. Poseen, al igual que las mitocondrias, información genética propia, ribosomas y una doble membrana. Hay tres tipos de plastos, aunque su estructura es muy semejante: ● Leucoplastos: (leuco = blanco). En partes no verdes del vegetal - las subterráneas, por ejemplo- entre ellos destacan los amiloplastos que acumulan almidón en los tejidos de reservas. ●Cromoplastos: (cromo = color). Dan color rojo, anaranjado o amarillo a muchos frutos, flores y otros órganos. Acumulan pigmentos fotosintéticos secundarios (xantofilas y carotenos) y reservas nutritivas. ● Cloroplastos: (cloro = verde). Son de color verde debido a la Clorofila que contienen. Se encargan de realizar la Fotosíntesis, captando energía luminosa.

8.1. CLOROPLASTOS Los cloroplastos se localizan en células vegetales fotosintéticas y, en los vegetales superiores, tienen forma lenticular (de lenteja). Su número suele ser de unos 40 por célula. Son de color verde debido a su elevado contenido en clorofila.

► Ultraestructura La observación al microscopio electrónico de un cloroplasto de una célula de vegetal superior nos revela que cada cloroplasto está rodeado de una doble membrana (externa e interna), la membrana externa separa el cloroplasto del hialoplasma, y la membrana interna, que delimita un estroma. Entre ambas existe un espacio, el espacio intermembrana. La Membrana Interna Cloroplástica (M.I.C.), a diferencia de lo que ocurre en las mitocondrias, carece de crestas y encierra un gran espacio central, el estroma (que contiene ribosomas, enzimas, ADN y ARNt , gránulos de almidón y gotas de lípidos), en el que se bañan un tercer tipo de membrana, la membrana tilacoidal, que constituyen las paredes de unas pequeñas vesículas discoidales aplanadas (a modo de largos sacos cerrados), los tilacoides. En las membranas de los tilacoides se encuentran los pigmentos fotosintéticos, fundamentalmente clorofila y carotenoides. Los tilacoides están comunicados entre sí y encierran un tercer compartimento el espacio tilacoidal (o intratilacoidal). Existen unos tilacoides más alargados que a veces comunican con la M.I.C. y que son llamados lamelas o "tilacoides del estroma".

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Los tilacoides no se distribuyen de manera uniforme por el estroma y en ocasiones forman pequeños grupos apilados (a modo de pilas de monedas) llamados grana (plural de grano en latín) debido al aspecto que presentan al observarlos con el microscopio. Normalmente los tilacoides se disponen paralelamente al eje mayor del cloroplasto. En el estroma se encuentran también ribosomas (plastorribosomas) y moléculas de ADN, dobles y circulares, que poseen información para sintetizar algunas proteínas del cloroplasto.

► Funciones de los cloroplastos. Una de ellas es la síntesis de proteínas cloroplásticas, ya que, como hemos visto, poseen la maquinaria y la información necesaria para ello. Pero la su principal función es llevar a cabo la Fotosíntesis, que consiste en la formación de materia orgánica a partir de compuestos inorgánicos (H2O, CO2, NO3=, SO4=, PO43-...), que reducen gracias a la energía captada por los pigmentos fotosintéticos. En los tilacoides se encuentran los pigmentos captadores de luz, y la cadena transportadora de electrones (o cadena fotosintética), donde el ADP sé fosforila y pasa a ATP. Al ser la luz, digamos, el motor de este proceso, se le da el nombre de fotofosforilación. En los tilacoides se produce también la reducción del NADP+, que pasa a NADPH + H+. Ambos procesos constituyen lo que se conoce como fase lumínica de la fotosíntesis . 13 Prueba de Acceso Grado Superior

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La energía acumulada, tanto en el ATP como en el NADPH + H +, será utilizada en la fase oscura para la fijación del CO2 a moléculas orgánicas. Esta fase oscura de la fotosíntesis tiene lugar en el estroma del cloroplasto. Como ocurre en la mitocondria, en los cloroplastos se encuentran también esferas de ATP-sintetasa (o ATPasa), situadas en la membrana interna del cloroplasto que mira hacia el estroma y en la membrana de los tilacoides. La ATPasa cataliza la reacción de formación de ATP. SEMEJANZAS Y DIFERENCIAS ENTRE MITOCONDRIAS Y CLOROPLASTOS Semejanzas Diferencias mitocondria/cloroplasto Mitocondria Cloroplasto Estructura Poseen una doble membrana, La

membrana mitocondrial espacio interior (matriz/estoma), interna presenta unos ribosomas 70 S, ADN circular y repliegues hacia la matriz doble denominadas crestas.

El cloroplasto posee un tercer tipo de membrana en su interior (las membranas tilacoidales) que delimitan un espacio llamado intratilacoidal.

Función

En ambos orgánulos tiene lugar La principal función de la un transporte de electrones en mitocondria es la respiración la membrana interna y, celular. Es un proceso asimismo, formación de ATP catabólico. En él se obtiene por flujo de protones a través de energía química útil para la los complejos enzimáticos ATP- célula (ATP) mediante la sintetasa, de la membrana oxidación completa de la interna materia orgánica. Los electrones procedentes de estas oxidaciones son, en último término, transportados hasta el oxígeno molecular que se reduce a agua.

La principal función del cloroplasto es la fotosíntesis: Es un proceso anabólico (nutrición autótrofa). Su objetivo es pues sintetizar materia orgánica a partir de materia inorgánica. La energía para el proceso la obtienen de la luz solar y los electrones del agua, cuya rotura (fotolisis) libera O2

9. TEORÍAS CLOROPLASTOS.

SOBRE

ORIGEN

MITOCONDRIAS

Recordemos que los organismos vivos más antiguos sobre la Tierra eran células procarióticas (3.500 millones de años), habiendo aparecido mucho más tarde las células eucarióticas (700 m.a. tienen los restos más antiguos encontrados de estos organismos). Por tanto, lo único que se puede afirmar es que probablemente, las células eucariotas evolucionaron a partir de procariotas entre los 3.500 y los 700 m.a. Actualmente existen dos teorías que tratan de explicar el posible origen de la célula eucariota. 14 Prueba de Acceso Grado Superior

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La Teoría endógena propone que la célula eucariótica es el resultado del aumento de tamaño de la procariótica, junto a una progresiva diferenciación interna, cuyo resultado ha sido el alto grado de complejidad que posee. La Teoría endosimbiótica, propuesta por la bióloga Lynn Margulis, considera que el alto grado de complejidad se debe a asociaciones entre células que en principio eran independientes entre sí. Este tipo de asociación debió consistir en una simbiosis, relación en la que ambas especies asociadas resultan beneficiadas. En esta asociación las premitocondrias, que serían bacterias aerobias, conseguirían la oxidación de los alimentos, y las células hospedadoras obtendrían una ganancia en energía. A su vez, los precloroplastos, antiguas cianobacterias, suministrarían alimentos a las células hospedadoras mediante fotosíntesis, y obtendrían de ellas moléculas simples necesarias para realizar dicha función. La asociación de procariotas del tipo de espiroquetas daría lugar, por otro lado, a centríolos, cilios y flagelos. Después de millones de años de dependencia mutua con las células hospedadoras, estos procariotas simbiontes perderían su independencia, conservando únicamente algunos vestigios de su forma de vida anterior. De acuerdo con esta hipótesis, las antiguas bacterias habrían entrado al interior de la célula hospedadora por endocitosis, encerradas en unas vesículas endocíticas; esta circunstancia explicaría la doble membrana que poseen tanto mitocondrias como cloroplastos. Esta teoría endosimbiótica se ve avalada por los siguientes hechos: 1. Tanto mitocondrias como cloroplastos contienen ADN del tipo de células procariotas, no asociado a proteínas histónicas. 2. Los dos orgánulos poseen ribosomas con los que sintetizan sus propias proteínas, también de tipo procariótico (70 S). 3. Ambos orgánulos se reproducen en el interior celular por simple división, como las bacterias 4. Poseen doble membrana, siendo la externa aquella con la que la célula hospedadora rodeó a la célula simbionte que entró. 5. La membrana interna de las mitocondrias posee un tipo de fosfolípido exclusivo de las membranas de los organismos procariotas.

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Sep 04 4.- En el interior celular se puede encontrar los orgánulos que se relacionan Núcleo en la tabla. Mitocondria a.- Indica la principal función de los Aparato Golgi orgánulos celulares. Cloroplasto b.- ¿Los cloroplastos contienen ADN? Lisosomas c.- ¿Las mitocondrias están presentes en Vacuola células vegetales? d.- ¿Las células procariotas contienen mitocondrias y cloroplastos?

Función

1 2 3

Sep 04 4.- El dibujo corresponde a la estructura de un orgánulo presente en todas las células aerobias. a.- ¿Cómo se llama el orgánulo celular?. b.- Nombra sus componentes indicados por números. c.- ¿Qué proceso metabólico se realiza en

los puntos marcados como 3 y 4?.

CO2

ATP + 3 5 4

+ NADP+

H 2O

Sep 04 6.- El dibujo corresponde a un orgánulo celular donde se realiza un proceso metabólico muy importante para la vida en la tierra. a.- ¿Cómo se llama el orgánulo?. b.- ¿Qué proceso metabólico se realiza en su interior?. c.- Indica las dos fases en las que se divide el

proceso. d.- Completa el esquema sustituyendo los números por el nombre que corresponda.

Junio 04 3.- El dibujo corresponde a dos modalidades conectadas físicamente del sistema membranoso intracelular. a.- Identifica las dos modalidades indicadas. b.- En su observación al microscopio electrónico, ¿qué característica morfológica permite distinguir una modalidad de otra? c.- ¿Se caracterizan por presentar doble o simple membrana? d.- Asigna a cada modalidad lo que corresponda con sus funciones básicas de: 1.- Síntesis y almacenamiento de proteínas; 2.- Síntesis de lípidos; 3.- Control de la concentración de calcio en el citoplasma; 4.- Glucosilación de proteínas. 1

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Junio 04 4.- La figura corresponde a un orgánulo celular. a.- ¿De qué orgánulo se trata? b.- Identifica cada una de sus partes enumeradas c.- ¿Dónde se encuentran situadas las ATP-sintetasas (ATPasa)?

Orgánulo Orgánulo A B Fotosíntesis / Respiración Tilacoides / Crestas Matriz / Estroma Degradación de azúcar / Síntesis de azúcar Producción de CO2 / Producción de O 2 Ciclo de Calvin / Ciclo del ácido cítrico: Krebs β-oxidación de ac. grasos / Presencia Fotosistemas

Sept 03. En una célula vegetal podemos encontrar los dos orgánulos de la izquierda. a) Identifica quién es cada uno. b) Haz una tabla donde debes seleccionar correctamente de la información adjunta lo correspondiente a cada orgánulo. B

Sept 03. Los lisosomas están especializados en la digestión intracelular. a) Describe la estructura y composición de los lisosomas primarios. b) ¿Cuál es la diferencia entre lisosoma primario y secundario? 1. Mediante el seguimiento de la síntesis proteica en ciertas células eucariotas se puede comprobar que las proteínas van pasando por un complejo sistema de membranas y vesículas para, finalmente, formar parte de la membrana plasmática o ser liberadas en el espacio extracelular. a. ¿Qué componentes celulares están implicados en este sistema? (Describe brevemente su estructura y función). b. Ayudándote de un esquema, explica la relación existente entre la membrana plasmática, retículo endoplásmico, membranas del aparato de Golgi y las vesículas en el proceso de secreción celular.

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2. En la célula representada en el esquema se muestra cómo después de tomar aminoácidos desde el medio extracelular, las proteínas recién sintetizadas seguían las rutas señaladas por las flechas, hasta ser secretadas al exterior celular. a. ¿Qué componentes celulares puedes identificar en el esquema que estén relacionados con el proceso que se representa? Indica, al menos, cuatro. b. Describe las funciones de dos de los orgánulos que has identificado en el esquema. c. Basado en el esquema y siguiendo las flechas, describe la relación funcional que mantienen los distintos orgánulos implicados. (Explícalo brevemente).

3. En 1985 J. Goldstein y M. Brown obtuvieron el premio Nobel por sus trabajos sobre los receptores de las lipoproteínas de baja densidad (LDL) y la endocitosis mediada por receptor de los complejos LDL-colesterol. a. ¿Qué es la endocitosis? ¿Qué tipos de endocitosis conoces? b. ¿Qué es la digestión celular? ¿Qué tipos de digestión intracelular conoces? c. Utilizando un dibujo, explica el proceso de la digestión heterofágica de una bacteria. Indica los orgánulos y estructuras que participan en dicha digestión y cuáles son sus funciones específicas. 4. Los lisosomas son orgánulos citoplasmáticos que forman parte del sistema de endomembranas de la célula eucariótica. Los lisosomas son el origen de muchas enfermedades como la gota o la enfermedad de Gaucher. a. ¿Qué función principal tienen los lisosomas? Sabiendo la función que desempeñan, ¿qué podrías decir de su composición química? b. Ayudándote de un dibujo, indica algún proceso celular en el que estén implicados los lisosomas. 5. En la imagen se muestra una fotografía al microscopio electrónico (A) y un esquema (B) 18 Prueba de Acceso Grado Superior

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del mismo orgánulo citoplasmático. a) ¿De qué orgánulo se trata? b) ¿Cuáles son sus componentes principales? c) ¿Cuál es la función de los numerosos gránulos que se observan?

6. En la figura adjunta se representa el proceso de síntesis y excreción (o secreción) de una proteína extracelular. a) Indica lo que ocurre en cada uno de los pasos señalados con números, haciendo constar los orgánulos que intervienen en cada caso. b) Un proceso relacionado con este esquema, aunque diferente, es la endocitosis. Explica en qué consiste. 7. En las células podemos encontrar orgánulos de membrana simple y orgánulos de doble membrana. a) Explica la estructura de la membrana, según el modelo de mosaico fluido. b) Se dice de las membranas que presentan “fluidez” y “asimetría”. ¿Cuál es el significado de estas dos características? c) Las mitocondrias son orgánulos de doble membrana. Haz un esquema señalando sus partes principales. d) Otro orgánulo de doble membrana son los cloroplastos. Explica cuál es la función principal de este orgánulo y qué relación tiene con la autotrofía. 8. El esquema micrográfico adjunto corresponde al interior de un fibroblasto activo. Estas células sintetizan un tipo de proteínas fibrosas (el procolágeno) que luego formarán fibras de colágeno en el espacio (matriz) intercelular. 19 Prueba de Acceso Grado Superior

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a. Identifica las estructuras subcelulares señaladas por los números. (Observa que ninguna de las flechas apunta a ribosomas aislados). b. A partir de las estructuras subcelulares que observas en la microfotografía, y teniendo en cuenta la función que se describe en el enunciado para este tipo de células, interpreta lo que está ocurriendo en la figura.

9. Las células de todos los organismos vivos contienen diferentes orgánulos y estructuras que permiten el desarrollo de los procesos metabólicos vitales. Observa la microfotografía adjunta y responde a las siguientes cuestiones: a) Identifica los componentes celulares indicando el nombre de los orgánulos y estructuras señaladas con las flechas. b) ¿Se trata de una célula procariota o eucariota? ¿Podría ser un virus? Razona tu respuesta. c) Describe los procesos metabólicos en que está implicado el orgánulo señalado con el número 3. d) ¿Esta microfotografía está hecha con el microscopio óptico o electrónico? 10. La fagocitosis es un proceso que permite a las células tomar materiales del exterior que por su tamaño es imposible que atraviesen la membrana plasmática. a. El esquema muestra un proceso celular en el que interviene la fagocitosis. Describe lo que ocurre en cada uno de los pasos indicados con números, nombrando los orgánulos que intervienen. 20 Prueba de Acceso Grado Superior

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b. En la membrana podemos encontrar azúcares. Separa en monómeros el disacárido que se adjunta y explica mediante qué tipo de enlaces estaban unidos.

11. Los ribosomas están presentes tanto en células procariotas como eucariotas. a) ¿Cuál es la función de los ribosomas? b) ¿Y cuál es su composición? c) Nombra un orgánulo que contenga en su interior ribosomas. 12. Nombra y cita la principal función de: a) dos orgánulos celulares de doble membrana, b) dos de membrana simple. 13. En ciertas células eucariotas se ha comprobado que algunas proteínas pasan por un complejo de sistemas de endomembranas y vesículas para finalmente formar parte de la membrana plasmática o ser liberadas al espacio extracelular. a) ¿Qué componentes celulares están implicados en este sistema? b) Describe brevemente la vía de secreción que siguen estas proteínas. 14. Debajo se muestra una microfotografía y un esquema de la misma zona de una célula. a) ¿Qué dos orgánulos puedes distinguir? b) Identifica las partes enumeradas. c) ¿Se establece alguna relación entre ambos orgánulos? d) ¿Tienen envoltura doble o simple?

15. Los lisosomas están especializados en la digestión intracelular. a) Describe la estructura y composición de los lisosomas primarios. b) ¿Cuál es la diferencia entre lisosoma primario y secundario? 21 Prueba de Acceso Grado Superior

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16. La figura siguiente muestra un orgánulo celular importante. a) ¿De qué orgánulo se trata? b) Indica a qué corresponden los números. c) Nombra dos funciones que se realicen en él. d) Nombra dos características que tenga en común con el núcleo.

17. La figura del margen derecho representa la síntesis y secreción de cierto componente de la membrana celular. Describe lo que ocurre en cada paso de los señalados con números.

25.-

¿Qué función desempeña esta célula? ¿En qué te has basado para dar la contestación? Identifica los órganos celulares representados en el dibujo. ¿Cuál de ellos te parece especialmente abundante? 26.- La célula representada en el siguiente esquema presenta una zona animal y otra vegetal ¿Cuál es cada una? ¿Por qué? Identifica los componentes celulares que reconozcas.

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27.- Pon nombre a los números que aparecen en el dibujo. En algunos casos son orgánulos y en otros se refieren a funciones de la célula.

28.- ¿Qué orgánulo es especialmente abundante en la célula que aparece en la microfotografía? ¿Qué indica acerca de la función que tendrá dicha célula?

Sín tesis De proteínas

Intercambio Celular Citoesqueleto

Sín tesis De lípidos Fotosíntesis

Con enzimas di Contiene ADN

Formación de vesículas

celular

Respiración

Sin membrana

Membrana simple

membrana

Doble

29.- Haz corresponder los orgánulos con las características que poseen, poniendo una cruz en el lugar correspondiente.

Núcleo Dictiosoma R. E. Mitocondria Memb. Plasmática Ribososma Lisosoma Microfilamentos

30.- En el esquema anexo se muestra una sección de una célula secretora de rata según se observa al microscopio electrónico. a) Identifica las estructuras que se han reseñado con números. b) Como se puede observar, existe un abundante sistema de endomembranas. ¿Qué funciones desempeñan estos orgánulos? ¿Crees que existe alguna relación 23 Prueba de Acceso Grado Superior

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entre estos sistemas?. Puedes observar el tráfico de vesículas entre orgánulos. Explica lo que observas.

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TEMA 10. HIALOPLASMAS. CITOESQUELETO Y ESTRUCTURAS NO MEMBRANOSAS DE LA CÉLULA 0. Introducción. 1. Hialoplasma o citosol 1.1. Composición química del hialoplasma soluble. 1.2. Funciones del hialoplasma. 2. Citoesqueleto. ► Los principales tipos de filamentos: I. Filamentos de Actina o Microfilamentos. II. Filamentos intermedios. a) Neurofilamentos: b) Tonofilamentos: III. Microtúbulos. 3. Centrosomas ► Estructura y composición ► Funciones 4. Cilios y flagelos. ► Semejanzas y diferencias entre cilios y flagelos. ► En su estructura se distinguen 4 zonas: ► Funciones. 5. Ribosomas ► Concepto. ► Estructura. ► Función.

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0. INTRODUCCIÓN. El citoplasma es la región comprendida entre la membrana plasmática y la envoltura nuclear, y está constituida por el hialoplasma o "jugo celular" y los orgánulos citoplasmáticos, mantenidos e interconectados por una red de filamentos y túbulos que forman el citoesqueleto o esqueleto celular.

1. HIALOPLASMA O CITOSOL También llamado "jugo celular" o "citosol", es el medio interno de la célula en el que se encuentran los orgánulos celulares y el núcleo. Está limitado por distintas membranas, la membrana plasmática, la membrana nuclear y las membranas que envuelven los diferentes orgánulos.

1.1. COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL HIALOPLASMA SOLUBLE. El citosol representa entre el 50 y el 80 % del volumen celular, es un medio acuoso (contiene de un 70 a un 80% de agua) en el cual están disueltas gran cantidad de moléculas formando una disolución coloidal (las moléculas forman micelas). Estas moléculas son prótidos, lípidos, glúcidos, ácidos nucleicos, sales minerales e iones (ver tabla 1). COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL HIALOPLASMA Agua (75 - 85%) Glúcidos

Monosacáridos: Glucosa... Polisacáridos...

Lípidos HIALOPLASMA (Disolución coloidal)

Solutos

Prótidos

Aminoácidos Enzimas Proteínas estructurales

Ácidos Nucleicos

Nucleósidos, Nucleótidos, ATP... ARNm, ARNt...

Sales minerales

Aniones: Cl-, CO 3=, HCO3-, HPO4=... Cationes: Ca++, Mg++, K+, Na+, Fe++...

Presentan dos estados físicos: estado sol, fluido y el estado gel viscoso. 2 Prueba de Acceso Grado Superior

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1.2. FUNCIONES DEL HIALOPLASMA. • Es el medio en el cual se mueven los orgánulos celulares y el núcleo. • El hialoplasma es el medio en el que se realizan muchos procesos metabólicos, como, la glucólisis, la gluconeogénesis, la fermentación láctea, biosíntesis de ácidos grasos, etc. • Trasladarse y fijarse. Algunas células pueden emitir prolongaciones del citoplasma (pseudopodos) debido a los movimientos internos o ciclosis.

2. CITOESQUELETO. Aparece en todas las células eucarióticas (aunque más desarrollado en las células animales que en las de los vegetales y hongos, debido a que estas últimas poseen pared que cumplen funciones de exoesqueleto celular), y está formado por una red de filamentos proteicos . Estos filamentos son los responsables de las formas de las células, de su movimiento y de su organización interna.

► Los principales tipos de filamentos: I. Filamentos de Actina o Microfilamentos. Como su nombre indica, los

microfilamentos son estructuras filamentosas, que están constituidos por dos cadenas de proteínas globulares, la actina, enrolladas en hélice, y con un diámetro de 5 nm (nanometros). Sus funciones son: • Mantienen la forma celular, pero con elasticidad. • Da rigidez y estabilidad a muchas prolongaciones celulares como microvellosidades, etc. • Intervienen en el movimiento ameboide, dando soporte a la emisión de pseudópodos. • Intervienen (junto con la miosina) en el movimiento contráctil de las células musculares. • Intervienen en la formación de vesículas de endo y exocitosis. • Cariocinesis, división celular separando las dos células hijas.

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II. Filamentos intermedios. Son fibras proteicas, gruesas y resistentes.

Tienen un diámetro de unos 10 nm (intermedio entre el de los microfilamentos y el de los microtúbulos). Aparecen en células o en regiones celulares sometidas a esfuerzos mecánicos. Hay dos tipos principalmente: a) Neurofilamentos: dan forma a los axones de las neuronas. b) Tonofilamentos: filamentos de queratina. Aparecen en las uniones intercelulares adherentes (desmosomas).

III. Microtúbulos: Filamentos tubulares, huecos, constituidos por monómeros de Tubulina, proteína con forma esférica, existen dos tipos la α-tubulina y la β-tubulina, que se asocian para formar dímeros, los cuales a su vez se unen para formar el microtúbulo con 13 hileras de monómeros. Se forman a partir de centrosoma (o del centro organizador de microtúbulos en las células vegetales). Tienen un diámetro de 25 nm

Fig.2.- Esquema de un microtúbulo.

DÍMERO: monómero Tubulina  + monómero Tubulina 

Las funciones de los microtúbulos son: • Forman estructuras estables, como los centriolos, cilios y flagelos. • Forman estructuras lábiles, como los microtúbulos del áster y del huso acromático. • Desplazamiento de orgánulos y sustancias citoplasmáticas por la célula. 4 Prueba de Acceso Grado Superior

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3. CENTROSOMAS El centrosoma o centro celular es una estructura, sin membrana, presente en todas las células animales, excepto en las que no se dividen.

► Estructura y composición El centrosoma consta de un cuerpo central, formado por dos centríolos, rodeado por el material pericentríolar, actualmente al conjunto de los dos centríolos se le llama centro organizador de microtúbulos. Cada uno de los centríolos están formados por microtúbulos estables, dispuestos en forma de cilindro, y constan de nueve grupos de tres túbulos cada uno (triplete), que se mantienen unidos entre sí (Fig. 3). Los tres microtúbulos de cada triplete se encuentran íntimamente asociados, y a su vez, los distintos tripletes están enlazados entre sí por determinadas proteínas que sirven de puente.

Fig.3.- Estructura del centríolos. A) Esquema de un centríolo (formado por nueve tripletes de microtúbulos). B) microfotografía de un corte transversal de un centríolo.

Los centrosomas se encuentran próximos al núcleo en las células animales (no aparecen en las vegetales), en una célula en interfase constan de tres partes: ▪Diplosoma, es la parte central y consta de dos centríolos situados cerca del núcleo y dispuestos perpendicularmente entre sí, y rodeados de una porción de hialoplasma íntimamente asociada a ellos. ▪Centrosfera porción de hialoplasma que rodea al diplosoma, se caracteriza por la carencia de estructuras membranosas. ▪Áster, que consiste en una serie de microtúbulos dispuestos en forma radial

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► Funciones -

El centrosoma es el centro organizador de los microtúlubos, forman el cuerpo basal de los cilios y flagelos. Forman el huso acromático o huso mitótico (Fig. 4) que, como veremos al estudiar la mitosis, es un sistema de microtúbulos que van de un polo de la célula al otro y que se encargan de repartir los cromosomas durante la división celular.

Fig.4.- Huso acromático y cromosomas durante la mitosis.

4. CILIOS Y FLAGELOS. Son prolongaciones citoplasmáticas dotadas de movimiento (que permiten el desplazamiento de la célula en un medio acuoso). Están recubiertos por la membrana plasmática y tienen un grosor de unas 0,2 . Desde el punto de vista estructural (Fig. 5), no existen diferencias entre ellos. Cuando estas prolongaciones son cortas y numerosas reciben el nombre de cilios; si son más largas y menos abundantes, se les denomina flagelos.

► Semejanzas y diferencias entre cilios y flagelos: -

Ambos están constituidos por pares de microtúbulos ( no por tripletes). Los cilios se encuentran en gran número, mientras que los flagelos son mucho menos numerosos (normalmente uno o dos). Los cilios son de menos tamaño, 5-10 μ(Micras) y los flagelos de 100-200 μ El movimiento de los cilios es de batimiento, es decir, se mueven a un lado y a otro, mientras que los flagelos tienen movimiento ondulatorio.

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► En su estructura se distinguen 4 zonas: a) Tallo o Axonema: prolongación citoplasmática recubierta por la membrana. Está compuesto por 9 pares o dobletes de microtúbulos (prolongaciones de los microtúbulos A y B de un centríolo situado en la base) externos unidos entre sí y radialmente a un par de microtúbulos centrales. b) Zona de transición: situada a la altura de la membrana plasmática. Consta de 9 dobletes de microtúbulos. c) Corpúsculo basal o cinetosoma: centríolo en el existe un eje tubular central de donde parten 9 láminas radiales que llegan hasta 9 tripletes de microtúbulos (en el corte esta estructura tiene el aspecto de una rueda de carro). d) Raíces: microtúbulos que conectan al cilio o flagelo con el citoesqueleto. Fig.5.- Corte longitudinal y transversal del ordenamiento de los microtúbulos en un cilio. El cilio es una digitación de la superficie celular en cuya base está un centríolo típico (el cinetosoma o corpúsculo basal). Los microtúbulos A y B de cada triplete se prolongan hacia el interior del cilio formando un cilindro de 9 dobletes externos. En la zona de transición situada debajo del cinetosoma se encuentra un disco de material amorfo o placa basal en cuyas proximidades nacen los dos microtúbulos de la parte central . El axonema posee 9 dobletes periféricos y 2 microtúbulos centrales.

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► Funciones. Ambas estructuras (cilios y flagelos) están directamente relacionadas con el movimiento. - En el caso de los flagelos su movimiento ondulatorio puede producir un desplazamiento de la célula libre (no fijadas a tejidos). - En los cilios, normalmente el movimiento de batimiento tiene como objetivo renovar el líquido extracelular en contacto con la célula, lo cual a su vez suele estar relacionado con procesos de nutrición celular.

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CUESTIONES. 1.- ¿Cuál es la composición del hialoplasma? 2.- ¿Qué es el citoesqueleto? ¿De qué está constituido? 3.- Señala las diferencias, en composición y estructura, que existen entre los tres componentes del citoesqueleto. 4.- El Citoesqueleto es responsable, entre otras cosas, de los movimientos de las células que viven aisladas en un medio líquido. Señala los modos en que pueden moverse las células y explica en cada caso cómo y por qué se produce el desplazamiento. 5.- ¿Qué diferencias existen entre cilios y flagelos? 6.- Funciones del citoesqueleto celular. 7.- ¿Qué diferencias observas entre el tallo o axonema de un flagelo y su corpúsculo basal? 8.- Explica las funciones que desempeñan los filamentos de actina como componentes del citoesqueleto. 9.- Estructura de cilios y flagelos. 10.- El Citocentro o Centrosoma es un orgánulo celular: a) De aspecto muy variable, incluso en una misma célula. b) Carente de estructuras membranosas. c) Generador de microtúbulos del citoesqueleto. d) Permanente en las células animales, pero ausente en muchas células vegetales. e) Todas las respuestas anteriores son correctas. 11.- ¿Qué orgánulos distingues en el centro de la microfotografía? ¿A qué parte en concreto del orgánulo pertenece? Haz un esquema completo de dicho orgánulo.

12.- Relacione los términos: cilios, flagelos y centriolos. ¿En qué función biológica están implicados? 13.- Describa la función del citoesqueleto en las células eucarióticas y explique qué estructuras lo forman. 14.- ¿Qué orgánulos aparecen en este dibujo de una parte de la célula? Pon flechas y nombre en la fotocopia. ¿Qué función tienen los que ocupan la región central?

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5. RIBOSOMAS. ► Concepto. Los ribosomas son orgánulos celulares globulares sin membrana, sólo visibles con el microscopio electrónico. Químicamente están compuesto por ARNr (ribosomico), proteínas y gran cantidad de agua. Aparecen en todos los tipos de celulas, procariótas y eucariótas que pueden estar libres en el hialoplasma o agrupados, polirribosomas o polisomas mediante un ARNm, ligados al retículo endoplasmático, así como en el interior de las mitocondrias y los cloroplastos.

► Estructura. En las procarióticas los ribosomas son de menor tamaño (70 S) que en las eucarióticas (alrededor de 80 S). {La “S” (unidades Svedberg) representa una unidad de medida que equivale a 10-3 sg. y mide el tiempo que un ribosoma tarda en sedimentarse en una centrífuga, lo que depende fundamentalmente de su forma y tamaño}.

Estructuralmente los ribosomas de las células eucariotas están formados por dos subunidades (Fig. 1), una mayor (60 S) y otra menor (40 S). Las dos subunidades se forman en el nucléolo donde se unen sus dos componentes el ARNr y las proteínas ribosomales. El ARNr se sintetiza en el núcleo, mientras que las proteínas lo hacen en el citoplasma y posteriormente migran hacia el núcleo. Las dos subnidades ribosomales salen al citoplasma por los poros nucleares y es allí donde se unen para formar el ribosoma.

Fig. 2 Polirribosoma sintetizando proteínas

Fig.3.- Retículo endoplásmico rugoso

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► Función. Cuando los ribosomas se encuentran en funcionamiento, es decir,

cuando están sintetizando proteínas, aparecen las dos subunidades juntas y además, es frecuente que se encuentren asociadas, en grupos de 5 a 20, formando los denominados “polisomas”. Estos ribosomas se mantienen unidos por una molécula de ARNm (mensajero). Si no hay síntesis, las subunidades aparecen separadas. La síntesis de proteínas recibe también el nombre de “traducción” porque en ella se traduce el mensaje genético aportado por el ARNm (su secuencia de tripletes de bases nitrogenadas), en las cadenas de aminoácidos que forman los polipéptidos. La función concreta de los ribosomas es acoplar los tripletes de bases (anticodones) de los ARNt (transportadores de aminoácidos) a los tripletes de bases (codones) del ARNm.

Jun 04 1.- Los ribosomas desempeñan un papel crucial con una gran repercusión en toda la maquinaria celular. Copia la tabla adjunta en la hoja de examen. Seleccionar sólo lo que corresponda de cada casilla. RIBOSOMAS Localización Organización Función Membrana plasmática Componentes celular Libres en: Adheridos al: Síntesis Carece ARN Proteínas Nucleoplasma Retículo endoplasmático Procariota Proteica / / / / / / / Presenta ATP Lípidos Citoplasma Aparato Golgi Acelular Lipídica Sept 03 2. La figura de la derecha representa cierta estructura celular. a) ¿Cómo se llama? b) ¿Cómo se llaman los filamentos que se originan a partir de ella? c) Explica una de las funciones de estos filamentos.)

1 Sep 04 3.- El esquema adjunto representa un proceso de gran importancia biológica. a.- Identifica las moléculas y orgánulos numerados. b.- Especifica si los orgánulos tienen o carecen de membrana. c.- ¿En qué tipo de organización celular tiene lugar el proceso? d.- ¿Cuál es la composición del numerado con el 2?

1.- Jun 03. Los ribosomas están presentes tanto en células procariotas como eucariotas. a)¿Cuál es la función de los ribosomas? b)¿Y cuál es su composición? c) Nombra un orgánulo que contenga en su interior ribosomas.

2.- Jun 03. Nombra y cita la principal función de: a) dos orgánulos celulares de doble membrana, b) dos de membrana simple. 1.- Jun 03 En ciertas células eucariotas se ha comprobado que algunas proteínas pasan por un complejo de sistemas de endomembranas y vesículas para finalmente formar parte de la membrana plasmática o ser liberadas al espacio extracelular. a) ¿Qué componentes celulares están implicados en este sistema? b) Describe brevemente la vía de secreción que siguen estas proteínas.

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2 4 1

5 2

TIPO A

4 5

3.- Jun 03. La organización celular se presenta en la figura adjunta. a.- Identifica los componentes celulares enumerados. b.- Indica a qué tipo de célula corresponden A y B. 2.- Jun 03 A la izquierda se muestra una microfotografía y un esquema de la misma zona de una célula. a) ¿Qué dos orgánulos puedes distinguir? b) Identifica las partes enumeradas. c) ¿Se establece alguna relación entre ambos orgánulos? d) ¿Tienen envoltura doble o simple?

3 TIPO B

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TEMA 11. METABOLISMO CELULAR. ENZIMAS Y VITAMINAS 1. Metabolismo. ► Funciones del metabolismo. ► Tipos de metabolismos. ► Ruta metabólica, ► Moléculas que intervienen en el metabolismo. ●Metabolitos. ●Nucleótidos. ●Moléculas energéticas. ●Moléculas ambientales. 2. Tipos de nutrición ▪Fotolitotrofos: ▪Fotoorganotrofos: ▪Quimiolitotrofos: ▪Quimioorganótrofos: 3. Enzimas. 3.1. Concepto de enzima. 3.2. Mecanismo de acción enzimática. 3.3 Cinética de la reacción enzimática 3.4. Cofactores enzimaticos 3.5. Factores que influyen en la actividad enzimática. 3.5.1. Temperatura 3.5.2. pH. 3.5.3. Concentración del sustrato. 3.6. Clasificación de las enzimas. ▪Hidrolasas: ▪Liasas ▪Transferasas ▪Isomerasas ▪Oxidorreductasa ▪Sintetasas 4. Vitaminas ▪Avitaminosis ▪Hipovitaminosis ▪Hipervitaminosis 4.1. Clasificación de las vitaminas ▪Hidrosolubles. ▪Liposolubles.

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1. METABOLISMO. Se denomina metabolismo al conjunto de reacciones químicas que se producen en el interior de la célula. Estas reacciones en su mayoría tienen lugar en el hialoplasma celular o parte del citoplasma que no contiene orgánulos, aunque suelen empezar o terminar en algún orgánulo especializado. Ya conoces muchas de las reacciones metabólicas de la célula, entre ellas están la duplicación del ADN, la biosíntesis de proteínas; sabes que por hidrólisis las grasas dan ácidos grasos y glicerina, los polisacáridos dan monosacáridos. Pues bien, esto y mucho más es el metabolismo de la célula. También has estudiado que cada reacción se produce gracias a la presencia de una enzima que cataliza esa reacción determinada.

► Funciones del metabolismo. 1. Obtener energía química del entorno (bien de los elementos orgánicos nutritivos o de la luz solar), que es almacenada en los enlaces fosfato del ATP. 2. Transformación de sustancias químicas externas en moléculas utilizables por la célula. 3. Construcción de los componentes celulares (materia orgánica propia: proteínas, ácidos nucleicos, lípidos, polisacáridos,...). 4. Destrucción de estas moléculas para obtener la energía que contienen.

► Tipos de metabolismos. ●Anabolismo. Son aquellos procesos químicos que se producen en la célula y que tienen como finalidad la obtención de sustancias orgánicas complejas a partir de sustancias más simples con un consumo energía (endergónicas o endotérmicas). Son anabólicos, por ejemplo, la fotosíntesis, la síntesis de proteínas o la replicación del ADN.

●Catabolismo. Reacciones de degradación de moléculas complejas que pasan a convertirse en moléculas sencillas. Se trata de procesos destructivos generadores de energía (exergónicas o exotérmicas) que posteriormente se usa en el anabolismo; como por ejemplo: la glucólisis, la beta-oxidación de los ácidos grasos, el ciclo de Krebs, la fermentación láctica, la fermentación acética. La liberación de energía química de estas moléculas, en general no se pierde, sino que se conserva en forma de enlaces fosfato del ATP. Así pues, la energía química liberada por estas moléculas se transfiere mediante el ATP a las reacciones anabólicas, consumidoras de energía. Prueba de Acceso Grado Superior

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La división del metabolismo en anabolismo y catabolismo tiene una finalidad didáctica y no debe inducir a pensar que estos procesos se dan por separado en el espacio o en el tiempo. Las células se encuentran siempre en un proceso constante de autodestrucción y autorregeneración. El metabolismo hay que considerarlo como una unidad, aunque su complejidad nos obligue a estudiarlo fragmentándolo en las denominadas rutas metabólicas.

► Ruta metabólica, es una secuencia de reacciones químicas que relacionan

entre sí compuestos o metabolitos importantes (intermediarios metabólicos). Las rutas metabólicas no son independientes entre sí, sino que poseen encrucijadas comunes. Un mismo metabolito, común a dos vías, podrá seguir por una u otra, en función de las condiciones celulares. Se pueden realizar muchas reacciones en el interior de la célula gracias a que está compartimentada en orgánulos (o áreas de trabajo), realizándose en ellas las distintas rutas de reacciones, sin interferencias. El metabolismo tiene lugar en gran medida en el hialoplasma aunque muchas rutas se inician o acaban en algún orgánulo. La reacciones metabólicas que ocurren en el hialoplasma son anaerobias (no necesitan presencia de O 2) y no degradan por completo los compuestos orgánicos sobre los que actúa. Las moléculas resultantes deben incorporarse después a las mitocondrias, donde se degradan completamente, transformándose en materia inorgánica, y liberando gran cantidad de energía.

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► Moléculas que intervienen en el metabolismo. En las rutas metabólicas se necesitan numerosas enzimas específicas que van conformando los pasos y productos intermedios de las rutas. Pero, además, son necesarios varios tipos de moléculas indispensables para su desarrollo final:

● Metabolitos. Son las moléculas que ingresan en la ruta para su degradación o para participar en la síntesis de otras sustancias más complejas.

● Nucleótidos. Son las moléculas que permiten la oxidación y reducción de los metabolitos.

● Moléculas energéticas. Como ATP y GTP o la Coenzima A que, al almacenar o desprender fosfato de sus moléculas, liberan o almacenan energía.

● Moléculas ambientales. Se encuentran al comienzo o final de algún proceso metabólico (oxígeno, agua, dióxido de carbono).

2. TIPOS DE NUTRICIÓN Los organismos no se diferencian en la manera de procurarse compuestos inorgánicos del medio, todos los obtienen de una manera directa. En cambio, si se van a diferenciar en cómo van a obtener las sustancias orgánicas. Ciertos organismos las obtienen a partir de sustancias inorgánicas, como el CO2, H 2O, NO3-, PO4-3, etc. A estos organismos se les llama autótrofos. Otros son incapaces de elaborar los compuestos orgánicos a partir de compuestos inorgánicos y deben obtenerlos del medio, son los organismos heterótrofos. Los organismos además de materiales necesitan también energía. Esta puede ser obtenida de la luz o de sustancias químicas, tanto orgánicas como inorgánicas. Combinando la forma de obtener materiales y la de obtener energía, tendremos cuatro tipos básicos de metabolismo:

▪Fotolitotrofos: Obtienen la energía de la luz y los materiales a partir de sustancias inorgánicas. Se les llama también fotoautotrofos y fotosintéticos. Ejemplo: las plantas verdes.

▪Fotoorganotrofos: Obtienen la energía de la luz y los materiales de sustancias orgánicas. Este raro tipo de nutrición sólo es propio de ciertas bacterias como las bacterias purpúreas. Prueba de Acceso Grado Superior

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▪Quimiolitotrofos: Obtienen la energía de procesos químicos y los materiales a partir de sustancias inorgánicas. Se les denomina también quimiosintéticos. Ejemplo: las bacterias férricas, las sulfurosas y las nitrificantes y nitrosificantes.

▪Quimioorganótrofos: Obtienen la energía y los materiales a partir de sustancias orgánicas. Se les llama también quimioheterotrofos. Ejemplo: los animales y los hongos. TIPOS DE ORGANISMOS SEGÚN SU METABOLISMO Fuente de Carbono

Fuente de Energía

Inorgánico (Litótrofo) AUTÓTROFAS

Sustrato oxidable (Quimiosíntesis)

Luz (Fotótrofos) (fotosíntesis)

Orgánico (Organótrofo) HETERÓTROFAS

QUIMIOLITÓTROFOS bacterias incoloras del azufre, bacterias nitrificantes, bacterias QUIMIOORGANÓTROFOS del hidrógeno, Animales, hongos bacterias del hierro FOTOLITÓTROFOS Vegetales, cianobacterias, bacterias purpúreas del S, bacterias verdes del S

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FOTOORGANÓTROFOS Bacterias purpuras no sulfúreas

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3. ENZIMAS. 3.1. CONCEPTO DE ENZIMA. Las enzimas son proteínas con una función catalítica, es decir, proteínas que regulan las reacciones químicas en los seres vivos. Permiten que reacciones que nunca podrían producirse o que lo harían a velocidades muy bajas en condiciones celulares, puedan tener lugar y a una velocidad suficiente, a las temperaturas habituales de los organismos. Esto es, actúan facilitando las transformaciones químicas; acelerando considerablemente las reacciones y disminuyendo la energía de activación que muchas reacciones requieren. Intervienen en estas reacciones en muy pequeñas concentraciones, ya que no se consumen ni se alteran durante la reacción y pueden, por lo tanto, actuar sucesivas veces.

3.2. MECANISMO DE ACCIÓN ENZIMÁTICA. Las reacciones químicas (incluso las termodinámicamente posibles) no suceden espontáneamente si las moléculas reaccionantes carecen de la energía de activación suficiente. Las enzimas, como catalizadores que son, actúan disminuyendo la energía de activación. El mecanismo de actuación es el siguiente. Las enzimas (E) se unen de manera específica al sustrato (S) (molécula sobre la que actúa) como una llave se encaja en la cerradura que le corresponde. Formándose así un complejo transitorio llamado “enzima-sustrato” (ES). La unión con el sustrato se realiza en una zona específica de la enzima, que recibe el nombre de centro activo. (E) + (S) ▬► (ES) ▬► (P) + (E) En un primer paso se forma un complejo enzima-sustrato (ES). Aquí la enzima induce cambios en la molécula de sustrato (ruptura o redistribución de enlaces, cambios en los grupos funcionales, etc.), que hacen disminuir su energía de activación y conducen a la formación del producto final (P) y la liberación de la enzima (E), inalterada, que puede actuar de nuevo.

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Si nos detenemos a considerar un momento la forma en que actúan este tipo de catalizadores, podemos deducir las características principales de los mismos, o sea, las características de las enzimas: 1. Especificidad. Cada enzima cataliza un solo tipo de reacción, y casi siempre actúa sobre un único sustrato o sobre un grupo muy reducido de ellos Una enzima que no tenga la configuración adecuada al sustrato no ofrecerá la posibilidad de que éste se una a su centro activo, y por tanto no llegará a formarse el complejo enzima-sustrato, que facilitará la reacción. Aunque como veremos más adelante, en determinados casos, la enzima puede ser “engañada”. 2. No forman nunca parte del producto o productos. 3. Debido a las circunstancias anteriores, no se consumen. 4. Son necesarios, por tanto, sólo en una pequeña cantidad. El centro activo de una enzima es una zona de la proteína constituido por una serie de aminoácidos. Éstos pueden estar muy alejados entre sí en la estructura primaria, pero cercanos, en cambio, en la terciaria. De todo lo que acabamos de exponer se desprende que la desnaturalización de la enzima produce su inactivación. Pierde su forma, no existe centro activo, o mejor dicho, está desperdigado, y no existe así la posibilidad de formación del complejo enzimasustrato.

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3.3. ALOSTERISMO Existen diversas moléculas, denominadas ligandos o efectores, capaces de unirse específicamente a la enzima provocando en ella un cambio conformacional. Este cambio origina la transformación entre la forma inactiva de la enzima y la forma funcionalmente activa de la misma, o viceversa. Ambas conformaciones de la enzima son diferentes y estables. Estos ligandos se unen a la enzima en los denominados centros reguladores, que son diferentes al centro activo. Existen ligandos activadores e inhibidores: en general, los sustratos de las enzimas suelen comportarse como ligandos activadores, de forma que la unión de una molécula de sustrato a la enzima favorece la unión de más moléculas de sustratos; los productos de la reacción, sin embargo, suelen comportarse como ligandos inhibidores, inhibiendo la unión de moléculas de sustrato a la enzima y, por tanto, impidiendo la reacción enzimatica. Estas enzimas que son reguladas por el sustrato y el producto de la reacción de denominan enzimas alostéricas. El alosterismo supone un importante mecanismo de regulación de la reacción enzimática.

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3.4 CINÉTICA DE LA REACCIÓN ENZIMÁTICA En las reacciones enzimáticas existe un límite en cuanto a la cantidad de sustrato que la enzima es capaz de transformar en el tiempo. La velocidad de la reacción aumenta de forma líneal hasta alcanzar un máximo en el que se produce la saturación de la enzima. En ese momento la velocidad solo dependerá de la rapidez con la que esta sea capaz de procesar el sustrato.

3.5. COFACTORES ENZIMATICOS Algunas enzimas no son proteínas exclusivamente, sino que están asociadas con otro tipo de moléculas que tienen naturaleza no proteica y de las cuales depende su actividad. Estas asociaciones o enzimas conjugadas se denominan holoenzimas; las moléculas con las que se asocian, cofactores, y la proteína de la enzima, apoenzima.

holoenzima = cofactor + apoenzima Los cofactores tienen diversa naturaleza, y pueden ser: ▪Cationes metálicos, como Zn2+, Ca2+, Fe 2+ o Mg2+, que se unen al apoenzima o regulan su activación. ▪Moléculas orgánicas. Cuando se unen fuertemente a la apoenzima se denomina grupo prostético. Se denominan coenzimas cuando se unen débilmente a la apoenzima (NAD+, FAD+, NADP+, etc). Aquí se puede señalar, que muchas vitaminas funcionan como coenzimas.

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3.6. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA. 3.5.1. Temperatura. El aumento de la

temperatura provoca en las moléculas un incremento de su energía cinética, los movimientos de las mismas son más rápidos, y la frecuencia de las colisiones entre moléculas aumenta, lo que propicia una mayor velocidad de reacción. Se comprobado que un amento de 10 ºC puede llegar a duplicar y en ciertos casos a cuadriplicar la velocidad de una reacción. La temperatura a la cual la actividad catalítica es máxima se llama temperatura óptima. Sin embargo, al ser proteínas, a partir de cierta temperatura, se empiezan a desnaturalizar por el calor, y la actividad enzimática decrece rápidamente hasta anularse. En general, la temperatura crítica de las enzimas oscila entre los 55 y los 60 ºC, aunque las enzimas de algunas bacterias, que viven en aguas termales, llegan a tener temperaturas críticas de 80 a 90 ºC.

3.6.2. pH. Cada enzima necesita unos

valores límites (máximos y mínimos) para poder desarrollar su actividad. Traspasados estos valores, la enzima se desnaturaliza y pierde su actividad. Dentro de estos límites existe, como en el caso de la temperatura, un valor determinado del pH, en el que la enzima desarrolla su actividad máxima, valor al que se le da el nombre de pH óptimo, y que varía de unas enzimas a otras. Así, la pepsina del jugo gástrico posee un pH óptimo de 2, muy ácido, mientras que el pH óptimo de la tripsina presente en el jugo pancreático es de 7´8, ligeramente básico. La mayoría de las enzimas intracelulares poseen, sin embargo, un pH óptimo cercano a la neutralidad.

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3.6.3. Concentración del sustrato. En

toda reacción enzimática, si se incrementa la concentración del sustrato se produce un aumento de la velocidad de formación del producto, tendente a restablecer el equilibrio químico entre la concentración del sustrato y la del producto.

3.7. CLASIFICACIÓN DE LAS ENZIMAS. Se nombran con el nombre del sustrato sobre el que actúan o bien la acción que realizan, acabado en “asa”.

▪Hidrolasas: Realizan hidrólisis en presencia de agua

▪Liasas Catalizan la liberación de grupos funcionales diversos ▪ Transferasas Transferencia de grupos funcionales o radicales de una molécula a otra

▪Isomerasas Transforma suna molécula en sus isomero.

▪Oxidorreductasa Catalizan reacciones de oxido-reducción: por medio del hidrógeno, oxígeno o con el transporte de electrones

▪Sintetasas cataliza la síntesis de moléculas con hidrólisis de ATP

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4. VITAMINAS Las vitaminas son biomoléculas de muy variada complejidad, que pertenecen a varias clases de principios inmediatos. Las vitaminas son indispensables en la dieta, dado que no pueden ser sintetizadas por los organismos animales, salvo algunas excepciones, como la vitamina B5. Generalmente, los organismos vegetales son los que las sintetizan, de ahí la importancia de incluirlas en la dieta en las proporciones adecuadas. No obstante, las cantidades diarias requeridas son mínimas, por lo que en los países desarrollados las necesidades vitaminicas están cubiertas siempre que se tenga una dieta diaria variada y completa. A pesar de ello, la ausencia de vitaminas en el organismo provoca las enfermedades carenciales, que producen diversos trastornos metabólicos; se clasifican en:

▪Avitaminosis o ausencia total de una o varias vitaminas. ▪Hipovitaminosis o presencia insuficiente de una determinada vitamina en la dieta.

▪Hipervitaminosis o exceso de vitaminas. Se debe a la acumulación de una o varias vitaminas y a la imposibilidad del organismo de eliminarlas por métodos habituales, como la orina.

4.1. CLASIFICACIÓN DE LAS VITAMINAS Las vitaminas se suelen clasificar atendiendo a su solubilidad en el agua. De acuerdo con esto se distinguen dos grupos de vitaminas:

▪Hidrosolubles. Son solubles en agua y generalmente actúan como coenzimas o precursores de coenzimas. A este grupo pertenecen las vitaminas del complejo B y la vitamina C.

▪Liposolubles. Son insolubles en agua y solubles en disolventes no polares. Son lípidos insaponificables y generalmente no son cofactores o precursores. En este grupo se encuentras las vitaminas A, D, E y K.

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Nombre Vit. C Vit. B1

Vit. B2

Vit. B3

Vit. B8

Vit. B12

Nombre Vit. A o Retinol Vit. D, Vit. E Vit. K

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VITAMINAS HIDROSOLUBLES Fuente Funcion Interviene en la síntesis de Leche, frutas (cítricos) colágeno y el y hortalizas mantenimiento de las mucosas. Envolturas de cereales interviene en metabolismo y legumbres. También de glúcidos y lípidos en bacterias y levaduras. músculos y neuronas. Cediendo los electrones del Hígado, queso, leche, hidrógeno a la cadena de huevos, vegetales de transporte electrónico, cuya hojas verdes finalidad es producir al final ATP en las células. Hongos, levaduras y todas las fermentaciónes realizadas por hongos. Abundante en leche y carnes

El NADH interviene cediendo los electrones del hidrógeno a la cadena de transporte electrónico, cuya finalidad es producir al final ATP en las células

Bacteria intestinales, Desarrollo de glándulas chocolate, yema de sexuales, sebáceas y huevo sudoriparas. Coenzima de enzimas Sintetizada por transferasas de grupos bacterias simbióticas metilo en la síntesis de del tracto digestivo de proteínas y a. Nucleicos. animales También en la formación de g. Rojos.

VITAMINAS LIPOSOLUBLES Fuente Funcion

Carencia Escorbuto, (encías sangrantes, caída dientes, trastornos digestivos, infecciones cutáneas). Beri-beri: degeneración nerviosa, parálisis, etc Detención del crecimiento, cansancio. Dermatitis e irritabilidad de mucosas, labios (resquebrajados) Pelagra (vómitos, diarrreas, piel áspera y oscura en zonas expuestas al Sol, incluso trastornos nerviosos (perdida de memoria, depresión, confusión, alucinaciones, etc) Dermatitis, caída del pelo anemia Anemia (disminución de g.rojos). Trastornos neurológicos.

Carencia

Ciclo visual, crecimiento, Ceguera nocturna, Hortalizas verdes, protección y desecación epitelial, hígado, huevos mantenimiento del tejido detención del crecimiento epitelial Verduras, aceites animales, mantequilla, hígado, huevos Aceites vegetales, indirectamente también en huevos y mantequillas. En verduras

Formación de huesos, dientes Raquitismo en niños y y en el funcionamiento de los deformaciones óseas en músculos adultos. Evita la esterilidad, refuerza Esterilidad, abortos, las paredes de los capilares. envejecimiento celular. Interviene en la coagulación Hemorragias subcutáneas e sanguínea. intramusculares

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5. ENERGÉTICA CELULAR Si no se suministra energía a un proceso natural, este tiende siempre hacia situaciones de mayor desorden: los organismos se descomponen, los objetos se rompen, etc.

5.1. Energía libre La magnitud termodinámica para estudiar los procesos biológicos y predecir si son energéticamente favorables o no es la energía libre (G) y, concretamente, la variación de energía libre (ΔG). Según sea el signo de ΔG se puede predecir el comportamiento de cualquier proceso químico: ●ΔG < 0 → La reacción espontánea. Los productos de la reacción contienen menos energía libre que los reactivos. Cuando se desprende energía libre, las reacciones se denominan exergónicas y entonces en sistema puede realizar trabajo y se produce aumento del desorden. ● ΔG > 0 → La reacción no es espontánea. Es, por tanto, energéticamente desfavorable, y requiere la absorción de energía libre (reacción endergónica). Los productos de la reacción poseen más energía que los reactivos. ●ΔG = 0 → El sistema está en equilibrio y no hay tendencia a que se produzca reacción

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Sep 04 6.- La ingeniería genética ha sido posible, entre otros avances, gracias al descubrimiento y utilización de enzimas de restricción. a.- ¿Cuál es la naturaleza del enzima? b.- ¿Qué es una holoenzima? c.- ¿Qué se entiende por centro activo? d.- ¿Y por especificidad enzimática? 2 Ene rgía Libre

Junio 04 6.- El gráfico muestra la energía de activación en una reacción catalizada o no por una enzima. a.- ¿A qué tipo de reacción corresponderá cada una de las curvas? b.- Explica a qué se refiere la diferencia de energía marcada como 1, 2 y 3

3 Reactivos

1 Productos Sentido de la reacción

5.- Jun 03 En la gráfica se representa la variación de la actividad de tres enzimas salivares en relación con el pH. a.- ¿Se comportan las tres enzimas de la misma manera? b.- ¿Cuál es el pH óptimo para cada una? c.- ¿Cuál es la naturaleza de las enzimas?

Actividad Enzimática .

Sept 03 Explica en qué se diferencian: a) Las reacciones endergónicas y las exergónicas. b) Las reacciones catabólicas y las anabólicas

100 75

50 25

0 0

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7 pH

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TEMA 12. CATABOLISMO Y ANABOLISMO 1. Catabolismo ► Fases del catabolismo: • Fase I, fase inicial o preparatoria • Fase II o fase intermedia, • Fase III o fase final, ► Tipos de catabolismos según el aceptor final de electrones: ► Tipos de catabolismo según la molécula que se oxida: 2. Catabolismo de los glúcidos. 2.1. Glucólisis a. Etapas de la glucólisis. a.1. Etapa de activación a.2. Etapa de degradación. b. La formulación de la reacción global (balance) de la glucólisis. 2.2. Fermentación. a. Tipos de fermentación: a.1. Fermentación anaerobia, a.1.1. Fermentación láctica. a.1.2. Fermentación alcohólica. a.2. Fermentación oxidativa. 2.3. Respiración celular a. Etapas de la respiración celular. a.1. Obtención del acetil CoA a.2. Ciclo de Krebs. • Balance del Ciclo de Krebs: a.3. Cadena respiratoria o cadena transportadora de electrones. a.4. Fosforilación oxidativa. b. Balance energético de la respiración celular. 3. Catabolismo de los lípidos. 3.1. Β-oxidación de los ác. Grasos o hélice de Lynen. a. Etapas de la β-oxidación. a.1. Oxidación a.2. Hidratación, a.3. Oxidación del grupo alcohol del carbono β a.4. Rotura del enlace entre los carbonos β y gamma del cetoacil-CoA 3.2. Balance energético del catabolismo de un ácido graso. 4. Catabolismo de los protidos. (aminoácidos). 5. Panorámica general del catabolismo Prueba de Acceso Grado Superior

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6. Anabolismo. 7. Fotosíntesis. 7.1. Etapas y localización. 7.1.1. Fase luminosa o Fotofosforilación. a. El proceso se desarrolla del siguiente modo: a.1. Captura de energía luminosa. a.2. Transporte de electrones. a.3. Fotolisis del agua. a.4. Fosforilación fotosintética. • Fotofosforilación acíclica • Fotofosforilación cíclica, b. Ecuación global de la fase luminosa. 7.1.2. Fase oscura o ciclo de Calvin-Benson. • Fase de carboxilación o fijación del CO2. • Fase de reducción. • Destino del gliceraldehido-3-fosafato. • Balance energético: 7.1.3. Factores que influyen en la fotosíntesis ▪Intensidad luminosa. ▪Temperatura. ▪Concentración de CO2. ▪Concentración de O2. ▪Fotoperíodo. ▪Humedad ambiental

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1. CATABOLISMO Es el conjunto de reacciones metabólicas que tienen por objeto obtener energía a partir de compuestos orgánicos complejos que se transforman en otros más sencillos. La respiración celular aerobia y las fermentaciones son las vías catabólicas más corrientes para la obtención de la energía contenida en las sustancias orgánicas. Ambas vías, no obstante, tienen una primera fase común: la glucolisis. Otras vías catabolicas son, la beta-oxidación de los ácidos grasos, el ciclo de Krebs, la fermentación láctica, la fermentación acética etc.

En el catabolismo suelen distinguirse tres fases: • Fase I, fase inicial o preparatoria en ella las grandes moléculas de los elementos nutritivos se degradan hasta liberar sus principales componentes (los polisacáridos se degradan en monosacáridos; los lípidos a ác. grasos y glicerina, y las proteínas liberan sus aminoácidos). • Fase II o fase intermedia, en ella los diversos productos formados en la fase I, son convertidos en una misma moléculas, más sencillas el Acetil-coenzima A (acetil CoA). • Fase III o fase final, en la que el acetil-CoA (se incorpora al ciclo de Krebs) da lugar a moléculas elementales CO 2 y H 2O. De estas tres fases, la intermedia y la final son comunes para todos los principios inmediatos orgánicos, glúcidos, lípidos y proteínas. .

El catabolismo de cada uno de ellos difiere en la fase inicial, los glúcidos ( glucólisis) y las proteínas (desaminación y transaminación), ocurre en el hialoplasma, mientras que para los lípidos (β-oxidación), ocurre en la matriz mitocondrial .

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Existen dos tipos de catabolismos según sea el aceptor final de electrones:

• Fermentación. En ella tanto el dador como el aceptor final de electrones

son dos compuestos orgánicos.

• Respiración celular. El aceptor final de electrones es una sustancia

inorgánica, como por ejemplo el O2, NO3- , SO42-, etc., y el dador suele ser un compuesto orgánico. La respiración puede ser respiración aerobia, cuando es el oxígeno molecular (O2) el que acepta los hidrógenos, y respiración anaerobia, cuando la sustancia que se reduce es diferente del oxígeno. En este último caso se puede tratar de iones nitrato (NO 3-), iones sulfato (SO 42-), etc.

Ambos procesos tienen como objetivo la liberación de la energía química de las moléculas orgánicas mediante reacciones de oxidación-reducción, pero mientras en la respiración la oxidación del sustrato es completa, en la fermentación los productos resultantes están sólo parcialmente oxidados, son moléculas que aún contienen una cantidad apreciable de energía química.

Tipos de catabolismo según la naturaleza de la molécula que se oxida: • • • •

Catabolismo Catabolismo Catabolismo Catabolismo

de de de de

los glúcidos. los lípidos. los prótidos. las bases nitrogenadas

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2. CATABOLISMO DE LOS GLÚCIDOS. 2.1. GLUCÓLISIS La glucólisis o vía de Embdem-Meyerhof es un conjunto de reacciones anaerobias que tienen lugar en el hialoplasma celular, en la cual se degrada la glucosa (6 C: 6 átomos de carbono), transformándola en dos moléculas de ácido pirúvico (3 C). La glucólisis es utilizada por casi todas las células como medio para obtener energía (a través de los azucares). Cualquiera que sea la fuente de glucosa utilizada, el resultado final será la obtención de ácido pirúvico, ATP y NADH + H+.

a. Etapas de la glucólisis. a.1. Etapa de activación. La glucosa, tras su activación y transformación en otras hexosas, se descompone en dos moléculas de gliceraldehído-3-fosfato , es decir, en dos moléculas de tres átomos de carbono. Para ello se necesita la energía aportada por dos moléculas de ATP. Glucosa + 2 ATP ▬► 2 gliceraldehído 3 P + 2 ADP a.2. Etapa de degradación. Las dos moléculas de gliceraldehído-3-fosfato se oxidan después, a través de una serie de reacciones, hasta rendir dos moléculas de ácido pirúvico. En esta oxidación se necesita como enzima NAD+, que se reduce a NADH. La energía liberada en el proceso es utilizada para fabricar cuatro moléculas de ATP. 2 Gliceraldehído 3 P + 2 NAD + + 4 ADP + 2 Pi ▬► 2 Ácido pirúvico + 2 NADH + 2 H+ + 4 ATP

b. La formulación de la reacción global (balance) de la glucólisis. Glucosa + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi ▬► 2 Ácido pirúvico + 2 NADH + 2 H+ + 2 ATP

Por cada molécula de glucosa que ingresa en esta vía se obtiene: ▪2 moléculas de ácido pirúvico. ▪2 moléculas de NADH.+ 2H+ ▪2 moléculas de ATP.

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Fig.-Reacciones de la glucólisis. Las reacciones anaerobias de la glicolisis se realizan en dos etapas. Primeramente la glucosa es degradada en dos moléculas de gliceraldehído-3 -fosfato y se hidrolizan dos moléculas de ATP. Estas dos moléculas de gliceraldehído-3-fosfato son transformadas enseguida en dos moléculas de ácido pirúvico durante una segunda etapa en la que se regeneran cuatro moléculas de ATP.

Como hemos visto, en la glucólisis se forman coenzimas reducidas (NADH) que es preciso oxidar a NAD+ para que dicha ruta metabólica no se detenga. ▪En condiciones anaerobias (ausencia de oxigeno) lo hace por fermentación, como puede ocurrir en los músculos, el NADH se oxída a NAD+ mediante la reducción del Ác. pirúvico, ocurre en el hialoplasma. ▪En condiciones aerobias, lo hace mediante la respiración celular que tiene lugar en las mitocondrias.

En un mismo organismo pluricelular pueden darse rutas aeróbicas o anaeróbicas, según las condiciones ambientales de la célula. Por ejemplo, la célula muscular puede funcionar con oxígeno hasta que éste llega con dificultad al tejido. Trabaja entonces en condiciones anaerobias produciendo ácido láctico

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2.2. FERMENTACIÓN. Se llama fermentación a un conjunto de rutas metabólicas, que se realizan en el hialoplasma, por las cuales ciertos organismos obtienen energía por la oxidación incompleta de compuestos orgánicos . Los electrones liberados en esta oxidación no son llevados al oxígeno molecular (tal como ocurre en la respiración celular), sino que son aceptados por un compuesto orgánico sencillo que es el producto final de la fermentación . Así, la oxidación de la materia orgánica no es completa (no se transforma totalmente en materia inorgánica) y el rendimiento energético es bajo. El combustible que con más frecuencia se utiliza es algún tipo de azúcar, pero pueden ser utilizados otros compuestos orgánicos en estos procesos. La fermentación la llevan a cabo diferentes tipos de bacterias capaces de vivir sin oxígeno, pero también se da en células aerobias como las musculares, que la utilizan como mecanismo complementario de la respiración celular al faltar el oxígeno. La mayoría de las fermentaciones son anaerobias, y su finalidad es que no se bloquee completamente el catabolismo en ausencia de oxígeno, permitiendo al organismo obtener energía, aunque sea poca, en esas condiciones. Se pueden distinguir:

a. Tipos de fermentación: a.1. Fermentación anaerobia, son las más típicas; no requieren oxígeno. a.1.1. Fermentación láctica. En la que el producto final que se obtiene es ácido láctico (fermentación homoláctica) unido, en ocasiones, a otros compuestos (heteroláctica). La realizan ciertas bacterias como las del género Lactobacillus (utilizadas para la obtención de yogur y queso) y las células musculares cuando el aporte de oxígeno es insuficiente.

CH 3-CO-COOH

NADH+H+ NAD+ ú ü Ácido pirúvico ▬▬▬▬▬▬▬▬►Ácido láctico Lactato deshidrogenasa

CH 3-CHOH-COOH

a.1.2. Fermentación alcohólica. En la que se obtiene alcohol etílico. La

realizan ciertas levaduras (género Saccharomyces) utilizadas para fabricar gran variedad de bebidas alcohólicas (vino, cerveza, etc.) a partir de diversos azúcares (de uva, de cereales, etc). CO2 NADH + H + NAD+ ü ú ü Ácido pirúvico ▬▬▬▬▬▬▬▬► Acetaldehído ▬▬▬▬▬▬▬▬► Etanol Piruvato descarboxilasa

Alcohol deshidrogenasa

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a.2. Fermentación oxidativa. Requieren oxígeno (son aerobias) pero éste no actúa como último aceptor de electrones sino como oxidante del sustrato. La más conocida es la fermentación acética (se produce vinagre a partir del vino) y en la cual, el alcohol etílico es oxidado a ácido acético mediante el oxígeno. O2 ú Etanol ▬▬▬▬▬▬▬▬►Ácido acético

2.3. RESPIRACIÓN CELULAR Las células aerobias obtienen la mayor parte de su energía de la respiración celular, que supone la oxidación del ácido pirúvico hasta formar CO2 y H2O . Para que la oxidación llegue hasta este extremo, se requiere oxígeno , moléculas fundamentales, que actúa como último aceptor de electrones de una serie de reacciones de oxidaciónreducción, en las que intervienen las moléculas orgánicas que constituyen la llamada cadena respiratoria. La respiración celular, que, como ya se ha dicho, se realiza en matriz de las mitocondrias de las células y es un proceso complejo que comprende cuatro etapas distintas: 1. Transformación del ácido pirúvico en acetil CoA. 2. El acetil CoA ingresa en el ciclo de Krebs (o de los ácidos tricarboxílicos), donde se oxida a CO 2 y H2O. Como resultado de un ciclo complejo se reduce cuatro moléculas de coenzimas, tres de NAD y una de FAD. 3. Transporte de electrones a través de una serie de moléculas, que constituyen la cadena respiratoria. En estas reacciones de oxidación-reducción se libera energía que la célula utiliza para bombear protones al interior del espacio intermembrana. 4. Fosforilación oxidativa, la salida de H+ hacia la matriz mitocondrial se hace a través de las ATPasas, produciéndose la fosforilación de ADP + Pi ATP.

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Fig. Etapas en que se desarrollan las oxidaciones mitocondriales. Se inicia la procedencia de los compuestos que se incorporan a estas rutas.

a. Etapas de la respiración celular. a.1. Primera etapa: obtención del acetil CoA. La primera etapa de la

respiración oxidativa (o celular) tiene como finalidad la transformación de los diferentes compuestos orgánicos en acetil-CoA, compuesto utilizado como sustrato de las oxidaciones respiratorias. Este acetil CoA se obtiene fundamentalmente por dos caminos diferentes:

▪A partir del ácido pirúvico (formado en la glucólisis en el hialoplasma pasa a la matriz mitocondrial atravesando las membranas) sufre una descarboxilación oxidativa, en presencia del Coenzima A (CoA), se oxida hasta Acetil-CoA (CH 3CO-SCoA), liberándose CO2 y reduciéndose una molécula de NAD+ a NADH + H+. HS CoA CO2 ú ü CH 3-CO-COOH Ác. pirúvico ▬▬▬▬▬▬▬▬► Acetil-CoA CH3-CO-S-CoA ü ú NAD+ NADH + H+

▪A partir de ácidos grasos procedentes de las grasas: los ácidos grasos

penetran en la matriz mitocondrial después de ser activados con CoA. Los ácidos grasos activados son transformados en acetil-CoA en una ruta metabólica llamada oxidación que puede representarse en forma de hélice (hélice de Lynen). En cada espira de la hélice se libera una molécula de acetil CoA, se consume una molécula de CoA y se producen dos oxidaciones que utilizan para reducir un FAD y un NAD+ .

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a.2. Segunda etapa: ciclo de Krebs. El ciclo de Krebs, también llamado del ácido cítrico o del ácido tricarboxílico, se desarrolla en la matriz mitocondrial, y tiene como objetivo la oxidación del grupo acético del acetil-CoA y la obtención de coenzimas reducidos (FADH 2 y NADH) para la cadena respiratoria.

Fig.Ciclo de Krebs o del ácido tricarboxílico

El ciclo empieza con la unión del acetil-CoA con una molécula de 4 C (el ácido oxalacético), para formar una de 6 C (ácido cítrico), que da nombre al ciclo (que es el que realmente inicia el ciclo de Krebs). Después, a través de una secuencia de 7 reacciones, se eliminan 2 C en forma de CO 2 y se regenera el ácido oxalacético (que puede reanudar el ciclo). En el transcurso de las reacciones que tienen lugar en cada vuelta del ciclo, es decir, por cada molécula de acetil CoA que entra, se producen:

▪Dos reacciones de descarboxilación oxidativa en las que se desprenden dos CO2. ▪Una reacción de fosforilación que produce un GTP transformable en ATP. ▪Dos moléculas de CoA-SH, de las que una vuelve a utilizarse en el ciclo. ▪Tres moléculas de NADH/H+ y una de FADH2, que pasarán a la cadena de transporte electrónico, donde serán oxidados. Balance del Ciclo de Krebs: Acetil-CoA+3H2O+3NAD+ +FAD+ADP+Pi º 2CO 2+3NADH+3H++FADH2+ATP+1CoA-SH

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a.3. Tercera etapa: cadena respiratoria o cadena transportadora de electrones. Las moléculas que forman esta cadena están situadas en la membrana interna de la mitocondria . La cadena se inicia cuando el NADH (y el FADH2) libera H+ y e- para oxidarse y regenerar el NAD+. Los protones quedan en la matriz y los electrones son transferidos al primero de los transportadores que forman la cadena respiratoria. En esta fase los e- tienen una alta energía que va disminuyendo conforme van pasando a través de los más de 15 transportadores. Finalmente los ellegan al O2 (último aceptor de los e-), que se reduce a H2O.

Fig. Transporte de electrones a lo largo de la cadena respiratoria. El potencial redox (E) es una medida de la afinidad del transportador por los electrones. Cuanto más positivo sea, mayor es la afinidad. Cuanto mayor es la diferencia depotencial redox entre dos transportadores, mayor es la energía liberada en el transporte de electrones

a.4. Cuarta etapa: fosforilación oxidativa. Según la hipótesis

quimiosmótica, hay pasos en el transporte de electrones en los que se libera suficiente energía para bombear los protones (H+) desde la matriz mitocondrial al espacio intermembranas, donde se acumulan (Fig. 6). De este modo se produce un gradiente electroquímico que hace que los protones tiendan a volver de nuevo a la matriz a favor de gradiente. Sin embargo, dada la impermeabilidad de la membrana interna, los H + sólo pueden atravesarla a través de los complejos enzimáticos (las ATP sintetasas) insertos en ella. Estos complejos utilizan la energía liberada en el paso de H + para, a partir de ADP + Pi obtener ATP .

Fig. Transporte de electrones, translocación de protones y fosforilación del ADP a partir de NADH

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b. BALANCE ENERGÉTICO DE LA RESPIRACIÓN CELULAR. El balance energético supone simplemente un recuento de las moléculas de ATP que se forman en el proceso de degradación de la glucosa a CO 2 y H2O. Deberemos tener en cuenta, no sólo las moléculas de ATP que se forman directamente en las reacciones de este proceso, sino también las moléculas de NADH y FADH2, que al ser oxidadas en la cadena respiratoria dan lugar a tres y a dos moléculas de ATP, respectivamente.

Rendimiento de 1 molécula de glucosa en el catabolismo aerobio:

1. Glucólisis (De 1 C6 º 2 C3)

1 Glucosa + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi ▬▬▬▬► 2 Ác. pirúvico + 2 NADH + 2 H+ + 2 ATP

2. Del ácido pirúvico al acetil CoA (De 2 C3 º 2 C2 )

2 Ác. pirúvico + 2 HS-CoA+ 2 NAD + ▬▬▬► 2 CO2 + 2 NADH + 2 H+ + 2 Acetil-CoA

3. Ciclo de Krebs. 2(Acetil-CoA+3H2 O+3NAD++FAD+ADP+Pi)▬►4CO2+6NADH+6H++2FADH 2+2ATP+2SHCoA ______________________________________________________________________________ Glucosa+6H2O+10NAD ++FAD+4ADP+4Pi▬► 6 CO2 + 10 NADH +10H ++ 2 FADH2 + 4 ATP (x 3 ATP) (x 2 ATP) ↓ ↓ 4. Cadena respiratoria: 30 ATP + 4 ATP = 34 ATP 12 H 2O ◄▬ 10 H2O 2 H2O

TOTAL = 38 ATP

Las moléculas de ATP una vez formadas se exportan a través de las membranas de las mitocondrias para que sean utilizadas en toda la célula.

C 6H 12O6 + 6 O2 + 6 H 2O ▬▬▬► 6 CO 2 + 12 H 2O + 38 ATP

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3. CATABOLISMO DE LOS LÍPIDOS. Los lípidos se emplean como sustancias de reserva, pues de su degradación se obtiene más energía que de la degradación de los glúcidos. Más concretamente son los acilgliceridos los que tienen mayor capacidad para producir energía durante el catabolismo. Como recordaras, los acilgliceridos constan de una molécula de glicerina esterificada por uno, dos o tres ácidos grasos. Su catabolismo comienza con la separación de ambos componentes, esta hidrólisis son llevadas acabo por lipasas (enzimas) que rompen la unión tipo éster y se obtiene glicerina y ácidos grasos. Lipasa

Triglicerido ▬▬▬▬▬▬▬▬► glicerina + 3 ácidos grasos La glicerina se incorpora a la glucólisis para su degradación y los ácidos grasos penetran en la matriz mitocondrial, tras ser activados con Coenzima A (HS-Co A) en la membrana externa de la mitocondria, con consumo de 1 ATP. La principal vía catabólica de los lípidos es la -oxidación de los ácidos grasos

3.1. β-OXIDACIÓN de los ÁC. GRASOS o HÉLICE DE LYNEN. Los ácidos grasos saturados (sin dobles enlaces) entran en la mitocondria al mismo tiempo que se unen a una molécula de coenzima A (HS-Co A), el ácido graso quedará activado, formando un Acil-Co A, para ello se requiere la energía de un ATP que pasa, no a ADP, sino a AMP (el desprendimiento de energía es mayor). Por eso, a efectos del rendimiento energético se considera que en este paso se gastan 2 ATP uno el que ya vimos, y otro necesario para transformar el AMP en ADP.

TOTAL

ATP ▬▬▬▬▬►AMP ATP +AMP ▬▬►2 ADP 2 ATP ▬▬▬▬► 2 ADP

Los Acil-CoA obtenidos se transforman en la matriz mitocondrial en Acetil-CoA, mediante un proceso repetitivo consistente en la oxidación del carbono del acil-CoA. El proceso es parecido a un ciclo, con la diferencia que en vez de llegar al producto de partida, se llega a uno equivalente pero de 2 átomos de C menos (Fig. 7). Cada -oxidación es un proceso con cuatro reacciones sucesivas, de las cuales dos son oxidaciones y utilizan como coenzimas el NAD + y el FAD, respectivamente.

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a. Etapas de la β-oxidación. a.1. Oxidación por deshidrogenación entre los carbonos α y β, proceso catalizado por una deshidrogenasa con FAD.

a.2. Hidratación, con rotura del doble enlace del enol formado. a.3. Oxidación del grupo alcohol del carbono β, catalizada por una

deshidrogenasa con NAD +.

a.4. Rotura del enlace entre los carbonos β y gamma del cetoacil-CoA por una nueva molécula de CoA. De ese modo se libera un acetilCoA y queda un resto de ácido graso activado con dos átomos de carbono menos, que reinicia el “ciclo”.

En cada vuelta se libera Acetil-CoA, que se incorpora al Ciclo de Krebs, NADH + H y FADH2 que pasan a la cadena de transporte de electrones. Este falso ciclo, por ello llamado Hélice de Lynen se repite hasta que se trocea completamente el ácido graso en fragmentos de 2 C (Acetil-CoA). +

Si comparamos los balances energéticos del catabolismo de un glúcido y un lípido podremos comprobar la mayor cantidad de energía liberada por los lípidos por unidad de peso.

Fig.7.- $-oxidación de los ácidos grasos saturados.

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La hélice de Lynen cuando sólo quedan cuatro átomos de carbono, da la última vuelta, puesto que se producen 2 Acetil-Co A. Por tanto, un ácido graso sufrirá tantas vueltas como la mitad menos uno del número de átomos de carbono tenga. Por ejemplo: el ácido palmitito tiene 16 átomos de carbono, por lo tanto dará 7 vueltas º [(16/2)1] = 8 – 1 = 7 vueltas º producirá 8 acetil-Co A + 7 NADH + 7 H+ + 7 FADH 2

3.2. Balance energético del catabolismo de un ácido graso (Por ejemplo el ác. Palmítico): Ác. Palmítico, 16 C (H. de Lynen)+ 8 HS-Co A▬► 8 Acetil-CoA + 7 NADH + 7 H+ + 7 FADH2 8 AcetilCoA (Ciclo de Krebs) ▬▬▬► 8 HS-Co A +16 CO2 + 24 NADH + 24 H+ + 8 FADH2 + 8 ATP

_________________________________________________________________________________ Ác. palmítico, (16 C) ▬▬▬► 16 HS-Co A +16 CO2 + 31 NADH + 31 H+ + 15 FADH2 + 8 ATP (x 3ATP) (x 2ATP) ↓ ↓ Cadena respiratoria: 93 ATP + 30 ATP º 123 ATP (Activación del ácido graso): - 2 ATP

TOTAL:

129 ATP

Al calcular el balance global de la -oxidación de un ácido graso en concreto, deberás tener en cuenta el número de espiras que tenga la hélice de Lynen (en la última, el “ácido graso activado” resultante debe ser ya un acetil-CoA).

4. CATABOLISMO DE LOS PROTIDOS. (AMINOÁCIDOS). Las proteínas no se usan como fuente de energía, pero los aminoácidos que sobran tras la síntesis de proteínas pasan a ser usados como combustible celular. Estos se separan en grupos amino (excretados con la orina) y cadenas carbonadas que se incorporan en diversos momentos del catabolismo y son degradadas hasta CO2 en la respiración mitocondrial. Las reacciones por las cuales se separan los grupos amino de los aminoácidos (AAc) son la Transaminación y la Desaminación, originando cetoácidos como el pirúvico e intermediarios del ciclo de Krebs. ▪Transaminación: AAc 1 + "-cetoácido2 ▬▬▬► "-cetoácido1+ AAc2 ▪Desaminación:

AAc ▬▬▬▬▬▬▬▬► "-cetoácido + NH3

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5. PANORÁMICA GENERAL DEL CATABOLISMO La mayor parte de las cadenas catabólicas se desarrollan en las mitocondrias, por lo que son consideradas los orgánulos respiratorios de la célula. Las distintas moléculas orgánicos, en un principio siguen sus propias rutas catabólicas, pero todas acaban confluyendo en el ciclo de Krebs, de donde se obtienen los productos finales propios de todos los carburantes metabólicos: CO 2, protones y electrones, que producirán energía en la cadena transportadora de electrones.  Los glúcidos ingresan en la célula en estado de monosacáridos y en el citosol son sometidos a la glucólisis, transformándose en ácido pirúvico, el cual ingresa en la mitocondria para transformarse en acetil-CoA  Las grasas, su catabolismo se inicia con su escisión en ácidos grasos y glicerina, lo cual ocurre fuera de las células. Los ácidos grasos son activados en el citosol y penetran en la mitocondria, donde sufren al -oxidación transformándose en acetil-CoA. La glicerina también se transforma en acetil-CoA.  Los prótidos entran en la célula descompuestos hasta el estado de aminoácidos, son transformados en cetoácidos por desaminación y penetran en la mitocondria para dar igualmente acetil-CoA . Todos los acetil-CoA así obtenidos se incorporan al ciclo de Krebs que ocurre en la matriz de las mitocondrias. Por último, los electrones que se obtienen de todos los procesos anteriores y que se encuentran reduciendo a los coenzimas deshidrogenasas (NAD y FAD) van a parar a la cadena de transporte electrónico, situada en las crestas mitocondriales, donde son aceptados finalmente por el oxígeno. La energía liberada en esta cadena sirve para sintetizar ATP por fosforilación oxidativa.

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6. ANABOLISMO. El anabolismo representa la parte constructiva del metabolismo, consiste en la síntesis de moléculas complejas a partir de otras más sencillas, con el consiguiente gasto de energía, tomada de los ATP producidos durante las fases catabólicas. Estas moléculas sintetizadas pueden: ▪Formar parte de la propia estructura de la célula. ▪Ser almacenadas para su posterior utilización como fuente de energía. ▪Ser exportadas al exterior de la célula.

GLÚCIDOS LÍPIDOS PROTEÍNAS ÁC. NUCLEICOS

Procesos del Anabolismo Glucosa (gluconeogénesis y es casi la inversa Ác. Pirúvico de la glucólisis) Glucosa Glucógeno Acetil-Co A Ácidos grasos Aminoácidos Proteínas ADN (Replicación) Nucleótidos ARN (Transcripción)

7. FOTOSÍNTESIS. Puede definirse como un proceso fisiológico de tipo anabólico mediante el cual muchos seres vivos son capaces de utilizar la energía luminosa para sintetizar materia orgánica La fotosíntesis del carbono es la principal y la mejor conocida, pero no es la única ruta fotosintética. Fue la primera que se descubrió y su importancia radica en que es el proceso que suministra glúcidos a las partes no fotosintéticas de la planta y a otros organismos. Es, por tanto, el origen de todo lo vivo que hay en la Tierra ya que la energía solar es utilizada para sintetizar los compuestos orgánicos que después serán ingeridos y degradados por los seres vivos no fotosintéticos. Cuando se ilumina con luz de longitud de onda adecuada, los cloroplastos realizan la fotosíntesis. La fotosíntesis es un proceso de nutrición autótrofa en el que, utilizando energía luminosa, se sintetiza materia orgánica (principalmente glúcidos) a partir de compuestos inorgánicos como el dióxido de carbono, agua y sales minerales (fosfatos, nitratos, sulfatos, etc). El O 2 resultante de la ruptura de las moléculas de H 2O que intervienen en el proceso, se desprende como producto de desecho en un volumen igual al CO 2 reducido. Luz

CO2 + H2O + sales minerales + energía luminosa ▬▬▬▬▬▬▬▬► Materia orgánica + O2 Prueba de Acceso Grado Superior

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Luz

6 CO2 + 6 H2O ▬▬▬▬▬▬▬▬► C6H12O 6 + 6 O2 Como podemos ver, la fotosíntesis y la respiración celular son procesos químicamente opuestos, siendo sus ecuaciones generales casi idénticas pero invertidas:

FOTOSÍNTESIS

RESPIRACIÓN

Proceso constructivo de materia orgánica (Anabolismo)

Proceso destructivo de materia orgánica (Catabolismo)

Proceso reductor

Proceso oxidativo

Consume energía

Libera energía

Libera O2

Consume O2

6CO2+6H 2O+energía luminosa→ C6H12O6+6O2

C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+energía química

La fotosíntesis la realizan las algas unicelulares y todos los vegetales, pero también algunos organismos procariotas como las cianobacterias y algunas bacterias. En las células eucariotas tiene lugar en los cloroplastos.

7.1. Etapas y localización. El proceso fotosintético puede dividirse en dos fases, fase luminosa (que depende de la luz para su realización) y fase oscura (que no depende directamente de la luz).

7.1.1. FASE LUMINOSA O FOTOFOSFORILACIÓN. La fase luminosa o fotoquímica, que depende de la luz para su realización. Tiene por objeto captar la energía luminosa y transformarla en energía química utilizable (ATP) y poder reductor (NADPH) que se utilizan posteriormente en la fase oscura. Las células fotosintéticas poseen una serie de pigmentos localizados en los tilacoides. Los más importantes son las clorofilas, aunque existe también una cierta cantidad de pigmentos accesorios (carotenos y xantofilas). Estos pigmentos se encuentran en la membrana tilacoidal asociados en grupos que constituyen unidades fotosintéticas llamadas fotosistemas. Cada uno está compuesto por cientos de moléculas de clorofila y carotenoides que actúan como Prueba de Acceso Grado Superior

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moléculas antena o colectoras que absorben la luz y la transmiten como en un embudo hacia una molécula de clorofila especializada (clorofila a) que forma el llamado centro de reacción que al recibir la excitación por la energía transmitida es capaz de perder un electrón que es enviado hacia la cadena de transporte electrónico de la membrana tilacoidal. Los electrones perdidos por la clorofila se restituyen posteriormente. Existen dos fotosistemas, el fotosistema I (PS I) la clorofila “a” del centro de reacción capta la luz de longitud de onda de 700 nm (nanometros) y el fotosistema II (PS II), cuya clorofila “a” capta la luz de 680 nm. .

a. El proceso se desarrolla del siguiente modo:

a.1. Captura de energía luminosa. Cuando una molécula de clorofila

recibe luz a una determinada longitud de onda, uno de sus electrones alcanza un estado energético excitado, pero vuelve inmediatamente al estado fundamental emitiendo la energía recibida con una longitud de onda un poco mayor a una clorofila cercana. El paso de la energía luminosa de clorofila en clorofila hace que esta vaya teniendo cada vez mayor longitud de onda hasta que es absorbida por la clorofila “a” del centro de reacción, que pierde un electrón.

a.2. Transporte de electrones. La energía de la luz causa la eliminación de un electrón de una molécula de P680 que es parte del Fotosistema II, el electrón es transferido al aceptor primario de electrones en un nivel energético superior, y pasa luego a través de una cadena transportadora de electrones (situada en la membrana tilacoidal) cuesta abajo al Fotosistema I La luz actúa sobre la molécula de P700, produciendo que un electrón sea elevado a un potencial más alto. Este electrón es aceptado por un aceptor primario (diferente del asociado al Fotosistema II). El electrón pasa nuevamente a una cadena de transportadores electrónicos y finalmente se combina con NADP +, que toma H del medio, es decir, del estroma y se reduce a NADPH + H+.

a.3. Fotolisis del agua. De esta forma la clorofila recupera los electrones

perdidos de las moléculas de agua que, al romperse por acción de la luz, liberan protones (H +), electrones (e-) y oxígeno molecular (O2). Este oxígeno es un subproducto del proceso fotosintético y como tal es expulsado al exterior. H 2O

luz

6 2H+ + 2e-+ ½ O2

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Fig.8.- Ordenación en serie de los fotosistemas I y II. Los sistemas están conectados por una cadena de transporte electrónico. El flujo electrónico acíclico emplea ambos sistemas, los electrones arrancados al agua son empujados a niveles energéticos más altas por la acción de los fotosistemas, lo que permite no sólo la reducción del NADP, sino el + bombeo de protones (H ), que permitirá la síntesis de ATP por parte de la ATPsintetasa (ATPasa).

a.4. Fosforilación fotosintética. Durante el transporte de los electrones

se libera energía que se utiliza para bombear protones (H+) del estroma del cloroplasto al interior del tilacoide, creando un potencial electroquímico entre el interior del tilacoide cargado positivamente y el estroma cargado negativamente, los protones tienden a regresar hacia el estroma y lo hacen a nivel de las ATPasas, enzimas que catalizan la síntesis de ATP partir de ADP + Pi. Según sea el destino final de los electrones se distinguen dos tipos de fosforilaciones: cíclica y acíclica.

Fig.9.- Disposición de los fotosistemas y complejos transportadores de electrones en la membrana tilacoidal. El transporte de electrones libera energía para bombear H+ al interior del tilacoide. El gradiente creado permite a la ATPasa formar ATP.

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En la fotofosforilación acíclica se emplean los fotosistemas I y II. Cuando se exita el fotosistema I, pierde electrones que circulan a lo largo de la cadena de transportadores electrónicos hasta el NADP +, y provoca su reducción ( NADPH + H+). El hueco electrónico que queda en el fotosistema I, debe rellenarse con electrones los cuales provienen, en último termino del agua, gracia a otra cadena de transportadores electrónicos que se extiende desde el fotosistema II al fotosistema I generando algo más de una moléculas de ATP por cada par de electrones (Fig. 9). En la fotofosforilación cíclica, sólo interviene el PS I, los electrones cedidos por el fotosistema I retornan a través de las proteínas transportadoras. En este retorno se libera energía suficiente para sintetizar ATP. No se realiza la fotolisis del agua ni la fotorreducción del NADP, por tanto no se desprende NADPH ni O2, sólo ATP. La finalidad de esta variante es ajustar la producción de ATP y NADPH a las necesidades de la fase oscura. En ella se requieren 3 ATP por cada 2 NADPH. Por tanto, cada vez que ocurran dos fotofosforilaciones acíclicas, tendrá lugar una cíclica. Al final de la fase lumínica tanto el ATP como el NADPH + H+ se encuentran en el estroma del cloroplasto. Ambas moléculas serán utilizadas para la reducción del CO2 en la fase oscura de la fotosíntesis. Fig.10.- Fotofosforilación cíclica. Los electrones son transportados sólo en el PS I, al pasar por el complejo b-f, el bombeo de protones crea el gradiente electroquímico necesario para generar ATP.

La ecuación global seria: 2 H 2O + 2 NADP+ + 3 ADP + 3 Pi

luz

6 O 2 + 2 NADPH + 2 H+ + 3 ATP

7.1.2. FASE OSCURA O CICLO DE CALVIN-BENSON. La fase oscura o biosintética agrupa todos los procesos y reacciones de la fotosíntesis que pueden ser llevados a cabo por los cloroplastos sin necesidad de la luz. Tiene lugar en el estroma de los cloroplastos mediante una ruta metabólica llamada Ciclo de Calvin-Benson. En esta fase se produce la incorporación de la materia inorgánica (CO 2) a materia orgánica (hexosas y otros hidratos de carbono), a partir de estas primeras sustancias es posible la síntesis de todo tipo de compuestos: aminoácidos, ácidos grasos y glúcidos. Como en todo proceso anabólico se requiere energía (ATP) y un potente reductor (NADPH) que en este caso proceden de la fase luminosa de la fotosíntesis.

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Podemos considerar tres fases en el proceso oscuro de la fotosíntesis: • Fase de carboxilación o fijación del CO2. El CO 2 se incorpora a una molécula de 5 átomos de carbono (Ribulosa-1,5-difosfato), formándose un compuesto de 6C, que se rompe inmediatamente en 2 moléculas de 3C (Ác. 3-fosfoglicerico). C1 (CO2) + C5 (Ribulosa-1,5-difosfato) ▬▬▬▬▬▬► C6 C6 ▬▬▬▬▬▬►2 C3 (Ác. 3-Fosfoglicérido)

• Fase de reducción. El Ác. 3-fosfoglicerico es reducido ahora por el

NADPH + H+ con gasto de ATP a Gliceraldehido-3-fosfato. 2 ATP

2 ADP + 2 Pi úü 2 C3 (Ác. 3-Fosfoglicérido) ▬▬▬▬▬▬▬▬► 2 C3 (Gliceraldehido-3-fosfato) üú 2 NADPH + 2 H+ 2 NADP +

• Destino del gliceraldehido-3-fosafato. Tras la fijación de 3 moléculas de CO2 a moléculas de ribulosa se habrán formado, finalmente, 6 moléculas de 3 C. El destino es doble. - Regenerar el compuesto aceptor, de cada 6 moléculas de gliceraldehido 3-P, cinco se transforman en tres moléculas de ribulosa 1,5 difosfato (con consumo de ATP) cerrándose el ciclo. - La sexta molécula de 3 C es extraída del ciclo y exportada al citoplasma donde se utiliza para la síntesis de ácidos grasos, aminoácidos y almidón.

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• Balance energético: En cada vuelta del ciclo, por cada molécula de CO2 que se incorpora, se consumen 3 ATP y 2 NADPH, o sea, que para incorporar 6 CO2 y lograr extraer del ciclo una molécula de glucosa (6C) harán falta 18 ATP y 12 NADPH. 6 CO2 + 12 (NADPH + H+)+18 ATP▬▬▬►C6H12O 6 + 6 H2O + 12 NAD++18 (ADP +Pi ) Rendimiento neto del proceso de fotosíntesis para obtener una molécula de glucosa

Ecuación general de la fotosíntesis. FASE LUMINOSA DE LA FOTOSÍNTESIS

oxidación el agua 2 H2O ▬▬▬► 4 H+ + 4 e- + O2 MEMBRANA reducción del NADP + 2 NADP+ + 4 e- ▬▬▬► 2 NADPH + 2 H+ DEL fotofosforilación 3 ADP + 3 Pi ▬▬▬► 3 ATP . TILACOIDE + Balance 2H2O +2 NADP + 3ADP + 3Pi ▬▬▬► 3ATP + O 2 + 2NADPH + 2H+ Para obtener una glucosa se 12H 2O+12 NADP+ +18 (ADP +Pi)+ Luz ▬▬▬► 6 O2 + 12 (NADPH + H+) + 18 ATP multiplica por 6

FASE OSCURA DE LA FOTOSÍNTESIS

oxidación del NADPH : 2 NADPH + 2 H+ + CO2 ▬▬▬► (CH2O) + 2 NADP + + 2 H 2O ESTROMA consumo de ATP: 3 ATP + H2O ▬▬▬► 3 ADP + 3 Pi + Balance: CO2 + 2 (NADPH + H )+3 ATP ▬▬▬►C6 H12O6 + H2O +2 NADP++3(ADP +Pi) X

6 CO2 + 12 (NADPH + H+)+18 ATP ▬▬▬►C6H 12O6 + 6H 2O +12 NADP++18(ADP +Pi)

12 H 2O + 12 NADP+ + 18 (ADP +P i)+ LUZ ▬▬▬► 6 O2 + 12 (NADPH + H+) + 18 ATP 6 CO2 + 12 (NADPH + H+)+18 ATP ▬▬▬►C6H12 O6 + 6H2O +12 NADP++18(ADP +Pi) 6 CO2 + 6 H2O ▬▬▬▬▬► C6 H12O 6 + 6 O2

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7.1.3 Factores que influyen en la fotosíntesis ▪Intensidad luminosa. La actividad fotosintética aumenta con la intensidad

luminosa hasta alcanzar un límite máximo característico de cada especie.

▪Temperatura. Como norma general, a mayor temperatura, mayor actividad fotosintética, hasta que se llega a un máximo (variable según las especies de climas cálidos, templados o fríos),, superado el cual se pueden desnaturalizar algunas enzimas. La temperatura óptima variará de unas especies a otras.

▪Concentración de CO2 . A mayor concentración de CO2 mayor actividad

fotosintética, hasta que se llega a un punto en el que se estabiliza.

▪ Concentración de O2 . Al aumentar la concentración de O2 baja el

rendimiento de la fotosíntesis debido a la fotorrespiración.

▪ Fotoperíodo. El rendimiento está en relación directa a las horas de exposición a la luz que tenga la planta.

▪Humedad ambiental. Cuando hay escasez de agua, los estomas (aberturas

de la epidermis de las zonas verdes de las plantas superiores) se cierran para evitar pérdidas de agua por transpiración, lo cual dificulta el paso de CO2 y la actividad fotosintética disminuye.

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CUESTIONES: 6) En 1985 J. Goldstein y M. Brown obtuvieron el premio Nobel por sus trabajos sobre los receptores de las lipoproteínas de baja densidad (LDL) y la endocitosis mediada por receptor de los complejos LDL-colesterol. a) ¿Qué es la endocitosis? ¿Qué tipos de endocitosis conoces? 0.5 puntos b) ¿Qué es la digestión celular? ¿Qué tipos de digestión intracelular conoces? 0.5 puntos c) Utilizando un dibujo, explica el proceso de la digestión heterofágica de una bacteria. Indica los orgánulos y estructuras que participan en dicha digestión y cuáles son sus funciones específicas. 1.0 puntos.

1) En el esquema adjunto se muestran varios procesos que ocurren en un orgánulo típico de las células eucariotas. O2

a) ¿Qué nombres reciben cada uno de los procesos metabólicos indicados con los números?. 0.8 puntos. + b) Describe el papel que juega el NADH+H en el metabolismo mitocondrial?. 0.7 puntos. c) Si el ácido graso fuese una molécula del ácido esteárico (ácido graso con 18 átomos de carbono) ¿Cuantas moléculas de Acetil-CoA se producirían al oxidarse completamente?. ¿y de CO 2?. 0.5 puntos.

Acidos grasos

H2 O

Acetil-CoA Acidos grasos

CO2 H

+ NADH + H e

ATP

ADP + Pi

4 H

+ + + 2) Las células vegetales transforman el carbono H H H inorgánico en carbono orgánico mediante la fotosíntesis. a) Haz un esquema de la estructura del orgánulo donde ocurre la fotosíntesis e identifica sus partes. 0.5 puntos. b) ¿De dónde procede y en qué reacción se forma el oxígeno que se libera en la fotosíntesis?. 0.75 puntos c) ¿Qué relaciona la captación de la luz con la fijación del carbono inorgánico? . 0.75 puntos.

3) El siguiente cuadro contiene los datos obtenidos en un experimento en el que utilizaron distintas moléculas de origen biológico. Copia en tu hoja de examen el cuadro y señala lo que crees que indican los números en los recuadros. (0.2 puntos por recuadro) Moléculas de importancia biológica (Grupo general)

Productos más importantes de la ruptura de sus enlaces:

(1)

glicerina y ácidos grasos

Función biológica (citar al menos una función si existen varias) (2)

(3)

glucosa

(4)

(5)

(6)

(7)

valina, prolina, cisteína, etc.

Molécula que acumula la energía en el metabolismo celular (8)

(9)

(10)

Contiene la informanción genética

4) La siguiente reacción está catalizada por la enzima fosfogliceratoquinasa. Se trata de una reacción específica y reversible que ocurre en el citoplasma de las células. Acido 3 fosfoglicérico

ADP

ATP

Acido 1, 3 difosfoglicérico

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a) ¿Qué es una enzima? Describe la estructura básica de una enzima e indica qué partes de la misma están directamente implicadas en la catálisis enzimática. 1.0 puntos b) ¿Qué significa que la actividad enzimática sea específica?. ¿y reversible? 0.5 puntos c) ¿Describe brevemente de qué manera afectan la temperatura y el pH a la actividad enzimática?. 0.5 puntos

5) Dados los siguientes procesos metabólicos característicos de las células eucariotas animales, a) Copia la siguiente tabla en tu hoja de examen y completa las casillas en blanco. (0.1 punto por casilla) b) Elabora un esquema simple del metabolismo mostrando las interrelaciones entre los distintos procesos indicados en la tabla. 1.0 puntos

Proceso

Lugar de la célula u orgánulo

Productos

en la que tiene lugar

(sin indicar cuantas moléculas)

Glucolisis Ciclo de Krebs Cadena de transporte electrónico Fosforilación oxidativa ß-oxidación

7) El siguiente esquema generaliza el transcurso de una de las reacciones que ocurren en el metabolismo celular: Lipasa Triglicéridos Acidos grasos + glicerina a) ¿Qué tipo de lípidos son los triglicéridos? ¿Qué funciones biológicas tienen este tipo de lípidos? 1.0 puntos b) ¿Qué "transformación" sufren los triglicéridos para convertirse en ácidos grasos + glicerina? ¿Se captaría agua en el transcurso de la reacción representada en el esquema?. Explícalo brevemente. 0.5 puntos. c) ¿Quiénes son los sustratos y los productos de la reacción indicada? ¿Se trataría de una reacción anabólica o catabólica?. Razona la respuesta. 0.5 puntos. 8) Copia la siguiente tabla en tu hoja de examen y completa las casillas vacías. Utilizando tus conocimiento de la biología celular deberás indicar la función o funciones de cada orgánulo o estructura indicada. (0.2 puntos por casilla) Estructura/Orgánulo Aparato de Golgi Centriolos Citoesqueleto Cloroplastos

Función principal

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Cromosomas Lisosomas Mitocondrias Núcleo Retículo endoplasmático Ribosomas 9) En un proceso metabólico que permite captar la energía de la luz, las células vegetales pueden transformar el carbono inorgánico en carbono orgánico con liberación de oxígeno. a) ¿De qué proceso se trata y dónde se produce?. Realiza un dibujo mostrando la estructura de dicho orgánulo. 1.0 puntos. b)¿Cómo se denominan y dónde se localizan físicamente dentro del orgánulo las distintas fases del proceso que se mencionan en el enunciado? 1.0 puntos 10) El monóxido de carbono (uno de los gases expulsados en el humo de los coches) es un poderoso inhibidor de la citocromo-oxidasa que, como sabes, es uno de los complejos enzimáticos de la cadena respiratoria mitocondrial. a) ¿Qué función tiene la cadena de transporte electrónico en la mitocondria?. ¿En qué lugar de la mitocondria se localiza físicamente?. 1.0 puntos. b) ¿Qué efectos puede tener la intoxicación con monóxido de carbono sobre el consumo de O 2 en la mitocondria? ¿Y sobre la producción de ATP?. Razona tu respuesta. 1.0 puntos. 11) Copia en tu hoja de examen la siguiente tabla y completa los términos correspondientes a las biomoléculas que se mencionan. (0.1 punto por casilla) BIOMOLÉCULA

UNIDADES QUE LA FORMAN

EJEMPLOS

Disacáridos Glicerina + ácidos grasos + ácido fosfórico Almidón Inmunoglobulinas Ácidos nucleicos 12) El siguiente cuadro muestra algunas reacciones generales de varios procesos metabólicos. a) Indica a qué rutas metabólicas corresponde cada reacción. 1.0 puntos. b) Indica cuales corresponden al anabolismo autótrofo, anabolismo heterótrofo o al catabolismo. Razona tu respuesta. 1.0 puntos

A) Glucosa + O2

CO2 + H 2O + ATP

Energía

B) aminoácido + aminoácido + ....+ aminoácido D) Glucosa

Álcohol etílico + CO 2 + ATP

C) ácido graso + O 2 E) CO2 + H 2O

proteína

Energía

CO2 + H2 O + ATP Glucosa + O2

13) Los lisosomas son orgánulos citoplásmicos que forman parte del sistema de endomembranas de la célula eucariótica. Los lisosomas son el origen de muchas enfermedades como la gota o la enfermedad de Gaucher. a) ¿Qué función principal tienen los lisosomas?. Sabiendo la función que desempeñan, ¿Qué podrías decir de su composición química?. 1.0 puntos. b) Ayudándote de un dibujo, indica algún proceso celular en el que estén implicados los lisosomas. 1.0 puntos.

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14) En el esquema del metabolismo que se adjunta se representan, de Acidos forma simplificada, cuatro de las grasos Glucosa principales vías metabólicas. a) Di a qué vías metabólicas corresponden los recuadros Piruvato Acetil-CoA numerados. ¿En qué parte de la Cadena transportadora de electrones célula tiene lugar cada una de Y Acetil-CoA ellas? 1 punto. fosforilación oxidativa b) Los electrones que entran en la cadena transportadora de Electrones electrones, ¿dónde acaban?. Es (NADH y FADH2) decir, ¿cuál es el aceptor final para estos electrones? 0,4 CO 2 puntos. c) ¿Cuáles de las cuatro vías que se representan estarían activas en una célula que obtiene energía (es decir, ATP) a partir de sus reservas de grasas en presencia de oxígeno? ¿Y en una célula que obtiene energía a partir de sus reservas de hidratos de carbono, también en presencia de oxígeno? 0,6 puntos.

15) La fotosíntesis es el principal proceso por el que obtienen energía los vegetales. a) Di en qué orgánulo de las células vegetales tiene lugar este proceso, dibújalo y da nombre a sus componentes principales. 0,7 puntos. b) En la fase luminosa de la fotosíntesis vegetal (o fotosíntesis acíclica) se produce un bombeo de electrones que son finalmente cedidos al NADP+, que se transforma en NADPH. ¿De qué sustancia provienen estos electrones? ¿En qué se transforma esta sustancia cuando cede los electrones? 0,7 puntos. c) Además de NADPH, el otro producto principal de la fase luminosa es ATP. Ambos se usan luego en la fase H+ oscura, es decir, en el Ciclo de 2 3 Calvin. ¿Cuál es la finalidad de NAD+ H+ Acetil-coenzima A este ciclo? 0,6 puntos. ADP FAD

H+

16) En el esquema adjunto se H+ H+ ATP representa parte del metabolismo O2 celular. H2 O FADH2 a) Pon nombre a los procesos representados con los números del FAD 1 al 3. ¿En qué parte de la célula ocurren? 1 punto. b) Explica con tus palabras qué es lo que ocurre en cada una de las fases señaladas con números. 1 punto.

NAD+ NADH

17) La mayor parte de las proteínas funcionan como enzimas, es decir, catalizan reacciones químicas. c) ¿Qué diferencia fundamental presenta la reacción catalizada por la enzima en comparación con la reacción que se lleva a cabo en ausencia de la misma? 0,8 puntos. d) En una reacción anabólica en la que los sustratos son monosacáridos, ¿qué tipo de compuesto puede ser el producto? 0,6 puntos. e) Una de las características de las enzimas es su especificidad para los sustratos. Explica brevemente qué significa que una enzima es muy específica para un sustrato. ¿Cuál es la causa de esta especificidad? 0,6 puntos.

18) El metabolismo es el conjunto de las reacciones químicas que ocurren en las células. a.- Explica en qué se diferencian el anabolismo y el catabolismo. 0,6 puntos. b.- Los pares de moléculas NADH/NAD+ y ATP/ADP

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tienen un papel central en el metabolismo. ¿Cuál es su función? 0,7 puntos. c.- Algunas vías metabólicas se llevan a cabo en el interior de ciertos orgánulos. Nombra tres y di en qué orgánulo se realizan. 0,7 puntos..

19) En el esquema adjunto se muestran varias de las principales vías del metabolismo, pero se omiten los nombres de algunas de las vías, así como de algunos compuestos. a.- Copia el esquema en tu hoja de examen y completa las ÁCIDOSGRASOS casillas colocando en el sitio correcto los siguientes nombres: CADENA FADH 2, ácido láctico, CO2, ß-oxidación o Hélice de Lynen, GLUCOLISIS TRANSPORTADORA Ciclo de Krebs o del ácido cítrico, Acetil-CoA, glucosa, DEELECTRONES NADH. 0,7 puntos. N CIÓ b.- ¿Cuáles de estas vías estarían activas en una célula NTA E M creciendo en aerobiosis a expensas de sus reservas de FER grasas? ¿Y cuales estarían activas en una célula creciendo en anaerobiosis a partir de sus reservas de polisacáridos? 0,7 puntos. c.-¿En qué parte de la célula se localizan las cinco vías que se muestra en el esquema? 0,6 puntos. 20) Las enzimas son los biocatalizadores orgánicos empleados por las células en todas sus actividades metabólicas. a) ¿Qué significa que la actividad enzimática es específica?. 0.5 puntos. b) ¿Crees que es importante la estructura terciaria de la enzima para su función?. Razona la respuesta. 0.5 puntos. c) Comenta brevemente qué factores pueden modificar la actividad enzimática. 1.0 puntos. 21) En el esquema adjunto C6 y C3 son moléculas orgánicas de seis y tres atómos de carbono, respectivamente. El rectángulo externo representa la membrana y pared celular y los dos internos representan sendos orgánulos celulares. a) A partir de las necesidades de luz y de la producción o el consumo de oxígeno del esquema, ¿podrías deducir que orgánulos se están respresentando?. Razona tu respuesta. 0.75 puntos. b) ¿Indica este esquema que la célula representada puede producir y consumir oxígeno? Razona tu respuesta. 0.5 puntos. c) ¿Podrías identificar procesos anabólicos y catabólicos en el esquema? ¿Cuales serían?. 0.75 puntos.

C3 C3

CO2 Luz

22) Copia en tu hoja de examen la siguiente tabla y completa los términos correspondientes a las biomoléculas que se mencionan. (0.2 puntos por casilla) BIOMOLÉCULA Disacáridos

UNIDADES QUE LA FORMAN

FUNCIÓN

Aminoácidos

EJEMPLOS Lactosa, Sacarosa Celulosa Deshidrogenasa

Información genética 23) En el citoplasma tienen lugar un gran número de reacciones metabólicas fundamentales para las células eucariotas. a) ¿Qué es el citoplasma? ¿Cuál es su composición química? 0.5 puntos. b) ¿Qué principales rutas metabólicas tienen lugar en el citosol?. Nombra al menos una de ellas e indica su papel en el metabolismo celular. 0.7 puntos.

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c) Se sabe que el citoplasma de las células animales contiene un entramado complejo denominado citoesqueleto. ¿Qué es y qué funciones desempeña el citoesqueleto? Describe los principales elementos del citoesqueleto y defínelos. 0.8 puntos. 24) La fotosíntesis tiene lugar en los cloroplastos gracias a la presencia de una serie de pigmentos fotorreceptores que capturan la energía solar para transformala en energía química. a) Realiza un dibujo mostrando la estructura de un cloroplasto. 0.5 puntos. b) ¿Qué son los pigmentos fotosintéticos? ¿Cuál es el papel de los mismos? 0.6 puntos. c) ¿Qué gas se produce en presencia de la luz en la fotosíntesis? ¿De donde procede? ¿Qué relación existe entre la reacción en la que se libera este gas y la cadena de transporte de electrones? 0.9 puntos. 25) En el esquema adjunto se indica una serie de reacciones cíclicas que tienen lugar en el interior de un Acetil-CoA típico orgánulo celular. (C6, C5 y C4 son compuestos C6 de 6, 5 y 4 átomos de carbono, respectivamente) + NADH +H a) ¿En qué orgánulo celular se producen estas + reacciones?. Describe brevemente su estructura. 0.5 NADH +H CO2 puntos. C5 b) ¿Qué proceso metabólico se representa? ¿De donde procede el Acetil-CoA que entra en el ciclo? 0.7 puntos. FADH 2 c) Usando tus conocimientos de metabolismo celular, indica cual es el destino de las diferentes moléculas + producidas en el ciclo de la figura. 0.8 puntos. NADH +H C4 GTP

CO2

26) La energía es un requerimiento básico para las células ya que es imprescindible para que puedan ocurrir los procesos metabólicos. a) ¿Cuál es la relación entre la energía de activación y la velocidad de una reacción química? ¿La catálisis enzimática produce un aumento o una disminución en la energía de activación?. 0.6 puntos. b) Si la temperatura disminuyera, ¿cambiaría la velocidad de las reacciones enzimáticas? Razónalo.0.6 puntos. c) ¿Qué parte o partes del enzima son responsables de que su actividad sea específica tanto en sustrato como en el tipo de reacción que cataliza?. Descríbelo brevemente. 0.8 puntos. 27) Todos los organismos vivos llevan a cabo numerosas reacciones químicas en el interior de sus células, en una serie de procesos conocido conjuntamente como metabolismo. a) Dentro del metabolismo celular, algunas reacciones consumen energía mientras que otras la liberan. Según este criterio, ¿Cómo clasificarías las reacciones metabólicas?. 0.4 puntos. b) Copia la siguiente tabla en tu hoja de examen y completa las casillas en blanco. (0.2 punto por casilla) Proceso

Compuestos iniciales

Glucólisis

Glucosa

Productos finales +

Ácido Pirúvico y NADH+H

Acetil-CoA, NADH+H y FADH2 + Ácido láctico y NAD

Fosforilación oxidativa +

CO2 , NADH+H , FADH2 y GTP 28) La vida tal como la conocemos en la Tierra depende de la fotosíntesis, en la cual la energía solar se convierte en energía química. a) ¿Qué son los fotosistemas?, ¿Por qué tipo de moléculas están formados?, ¿En qué parte del cloroplasto se encuentran situadas?. 1.0 puntos. b) ¿Qué compuesto es el primer donante de los electrones para la fotofosforilación no cíclica? ¿En qué molécula se transforma al ceder sus electrones?. 0.5 puntos. c) ¿Qué compuestos ricos en energía se producen durante la fotofosforilación no cíclica?. 0.5 puntos. 29) En las células eucariotas, tanto las mitocondrias como los cloroplastos tienen un importante papel en la producción de energía. a) Haz un esquema de cada uno de ellos señalando los elementos principales. 1 punto.

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b) En ambos orgánulos existen cadenas transportadoras de electrones. Di cuál es la finalidad de cada una de ellas y cuáles son los donadores y los aceptores finales de electrones para ambas. 1 punto. 30) En la siguiente tabla se presentan cuatro de las principales vías metabólicas. a) De todos los productos que se incluyen para cada vía metabólica, uno es incorrecto. Copia la tabla en tu hoja de examen y tacha el que es incorrecto. 0,25 puntos cada uno. VÍA METABÓLICA MÓLÉCULAS PRODUCIDAS Glucólisis ATP, NADH, ácido succínico, ácido pirúvico -oxidación de los ácidos Acetil CoA, NADH, ATP grasos Ciclo de Krebs (o del ácido ATP, GTP, NADH, CO2, O2 cítrico) Fase luminosa de la NADPH, CO2, O2 fotosíntesis b) ¿De qué manera se conecta la cadena transportadora de electrones con la producción de ATP en las mitocondrias? 1 punto.

31) El metabolismo es un proceso celular complejo en el que muchos sistemas enzimáticos cooperan entre sí. a) Copia la siguiente tabla en tu hoja de examen y completa las casillas en blanco. 1, 3 puntos. Vía metabólica Sustrato o Producto o productos Lugar de la célula en que se sustratos realiza glucólisis Fermentación alcohólica NADH, FADH2, O2 mitocondrias Acetil-CoA + NADH + FADH2 mitocondrias

Ac. graso Fosforilación oxidativa ATP

ADP + Pi

b) En el cloroplasto tiene lugar una vía anabólica que no aparece en la tabla. ¿De cuál se trata? ¿Cuál es su finalidad? ¿Hay alguna relación entre esta vía y la autotrofía? 0,7 puntos 32) Copia en tu hoja de examen la tabla siguiente y completa las casillas vacías. 2 puntos. TIPO DE BIOMOLÉCULA

UNIDADES QUE LA FORMAN

FUNCIÓN BIOLÓGICA

Acido Nucleico

Nucleótidos

ADN/ARN

Proteínas

Aminoácidos

Cualquier enzima

Fosfolípidos

EJEMPLO

Ácido fosfatídico Almidón

Glúcidos

Glucosa

Reserva ATP

Acido Nucleico 33) En el esquema adjunto se representa un cloroplasto y una mitocondria, orgánulos celulares que presentan varias características comunes. a) Identifica cuál de los dos esquemas corresponde a una mitocondria y cuál a un cloroplasto. 0,6 puntos.

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B 31

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Completa la tabla adjunta colocando SI o NO en cada casilla. 1,4 puntos.

Mitocondrias

Características

Cloroplastos

Poseen doble membrana Poseen tilacoides Poseen granas Poseen matriz Poseen crestas Poseen estroma Poseen ADN Poseen ribosomas Presentes en células animales Presentes en células vegetales Su metabolismo necesita luz Realizan el ciclo de Krebs Realizan la ß-oxidación de los ácidos grasos (hélice de Lynen) Poseen cadena transportadora de electrones en alguna de sus membranas

34) En la imagen adjunta se muestra un esquema de la fermentación láctica, en la que se ha representado la generación de energía y el reciclado del poder reductor que ocurre en esta vía metabólica.

1 2 3

a) Haz corresponder los números con los siguientes elementos: ATP, ac. láctico, NAD+, glucosa, ADP, ac. pirúvico, NADH. 0,7 puntos. b) ¿Funciona siempre esta vía en las células? ¿De qué condiciones depende para que lo haga? ¿Cuál sería la vía alternativa? ¿Qué ocurre cuando no lo hace? 1,3 puntos.

4 5 6

7 3

35) Gracias a las enzimas, las reacciones químicas ocurren en las células de una manera compatible con la vida. a) Explica cuál es el papel de las enzimas en las reacciones químicas. 0,5 puntos. b) El gráfico adjunto muestra la energía de activación en una reacción química catalizada o no por una enzima ¿A qué corresponden cada una de las dos curvas? Explica a qué se refieren los niveles de energía E1, E2, E3, E4 y los incrementos de energía A y B. ¿Por qué ocurren de diferente manera las reacciones en las que intervienen enzimas y las que no? 1,5 puntos. Glucosa

LOGSE

36.- En el esquema adjunto se muestran diversos procesos celulares que tienen lugar entre el citolplasma y un tipo de orgánulo celular. a) ¿Qué orgánulo celular se representa. Describe brevemente su estructura. 0.5 puntos. b) Identifica los procesos señalados con los números. 1.0 puntos. c) Usando tus conocimientos de metabolismo celular haz una interpretación de lo que crees que está ocurriendo en cada uno de estos procesos e indica su finalidad dentro del metabolismo. 1.5 puntos.

Piruvato O2 Acidos grasos

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Piruvato

H 2O

Acetil-CoA Acidos grasos

CO2 + H

+ NADH + H e + + + H H H

ADP + Pi

ATP

5 + H

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37) El esquema anexo representa el efecto del pH sobre la actividad de dos enzimas A y B. 120.0

100.0

Actividad En zimática

a) Describe el comportamiento de las dos enzimas. ¿Se comportan la misma manera?. Razona la respuesta. 1.0 puntos. b) El enzima A cataliza la transformación de X en Y, y la enzima B la transformación de X en Z. ¿Cuál de los dos productos se formará en mayor cantidad a un pH de 5? ¿Y a un pH de 7,5? Razona la respuesta. 1.0 puntos. c) ¿Qué relación tienen con la energía de activación?. 1.0 puntos. d) Además del pH, ¿qué otros factores pueden modificar la actividad enzimática?. Utiliza ejemplos y razona sobre sus efectos. 1.0 puntos .

80.0

60.0

40.0

Enzima A Enzima B

20.0

0.0 3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0

38) La degradación de la glucosa es un proceso universal de obtención de energía por parte de las células. a) ¿Qué productos finales pueden obtenerse en la degradación de la glucosa por medio de las vías anaerobias? ¿Cómo se llama el proceso?. 0.8 puntos. b) ¿Cuál es el destino del ATP obtenido en la degradación de la glucosa?. Razónalo. 0.6 puntos. c) ¿Qué procesos metabólicos están implicados en la degradación aerobia de la glucosa? ¿Por qué se requiere oxígeno? Explícalo brevemente. 1.0 puntos. ¿Por qué en general los organismos anaerobios no obtienen tanta energía en este proceso como los organismos aerobios?. Razona la respuesta. 0.8 puntos 39) Los seres vivos se pueden clasificar atendiendo a las fuentes de energía y de carbono que utilizan. a) Utilizando una tabla de doble entrada (fuente de carbono / fuente de energía), describe los 4 grupos principales de células según estos criterios. 1.0 puntos. b) ¿Sería correcto clasificar a los virus como procariotas?. Razona tu respuesta. 1.0 puntos. c) ¿Qué fuentes de energía y de carbono utilizan los virus?. 1.0 puntos 40) En el esquema adjunto está representado de metabólico característico de organismos autótrofos. a) ¿Qué proceso es el que se representa en la figura? ¿En qué orgánulo tiene lugar? Nombra algún organismo capaz de llevarlo a cabo. 1,2 puntos.

forma esquemática un proceso

CO2

Luz

NADPH

b) Explica qué es lo ocurre en las ATP fases numeradas como 1 y 2 en la Gliceraldehidofigura. Las bacterias realizan un 3-fosfato proceso similar al señalado con el número 1, pero con varias diferencias. ¿Cuáles son estas diferencias? 1,2 puntos. c) ¿Cuál es el papel del agua en este proceso? ¿En qué se transforma? 0,6 puntos

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...

41) Conocemos como metabolismo al conjunto de las reacciones químicas que ocurren en las células. En la imagen adjunta se muestra sólo una pequeña parte de estas reacciones. a) ¿Que vía metabólica comprende el conjunto de reacciones que GLUCO SA transforman glucosa en ácido pirúvico? ¿Y las que transforman glucosa en ácido láctico? ¿Y las que transforman glucosa en etanol? 0,6 puntos. b) Como ves en la gráfica, el ácido pirúvico puede tener tres destinos: ÁCIDO LÁCTI CO ÁCI DO PIRUVI CO convertirse en ácido láctico, en etanol, o entrar en el ciclo de Krebs (ciclo ETAN O L del ácido cítrico). ¿Cuál de ellos sería más rentable para la célula desde el ÁCETIL CO EN ZI M A A punto de vista de la obtención de energía? Razona la respuesta. 1 punto. c) ¿Hay alguna relación entre la presencia de oxígeno en la células y el hecho de que el ácido pirúvico tome uno u otro camino? 0,6 puntos. FADH 2 N ADH d) Define los términos Anabolismo y Catabolismo. ¿Las vías del esquema CO 2 forman parte del anabolismo o del catabolismo? 0,8 puntos. 42) Los azúcares son compuestos orgánicos constituidos principalmente por Carbono, Hidrógeno y oxígeno. a. Copia la tabla adjunta en tu hoja de examen y O H CH2OH coloca en ella, en la casilla correspondiente, cada Compuesto Afirmaciones C C O una de las siguientes afirmaciones: Sólo se Sacarosa H C OH HO C H encuentra en los animales. Es una cetosa. Es el Celulosa azúcar de mesa. Es una aldosa. Tiene función glucógeno H C OH H C OH estructural. Tiene función de almacenamiento de fructosa H C OH H C OH azúcares. Es una hexosa. Es un disacárido. Es ribosa CH2 OH CH2OH D-ribosa D-fructosa una pentosa. Sólo se encuentra en los vegetales. CH2 OH b. partir de la fórmula de la -D-glucosa que se muestra, escribe la del disacárido maltosa, O H H que está formado por dos moléculas de -D-glucosa (o lo que es lo mismo, -DH glucopiranosa) unidas mediante un enlace O-glucosídico (14). 1 punto. OH H HO

OH H -D-glucosa

c. Explica a grandes rasgos (sin fórmulas) la estructura de los fosfolípidos de membrana. ¿Qué hay en esta estructura que los hace idóneos para formar membranas? 1 Punto.

43) El par ATP / ADP y el par NADH / NAD+ tienen un papel central en el metabolismo, actuando como aceptores o donadores en diversas reacciones y vías metabólicas. a.- ¿Qué es lo que aceptan o donan cada uno de estos pares? ¿Cuál de los dos miembros del par es el donador y cuál es el aceptor? 0,7 puntos. b.- El ATP es un nucleótido. ¿De qué se compone un nucleótido? ¿Y un nucleósido? ¿En qué macromoléculas podemos encontrar los nucleótidos? 1 punto. c.- En condiciones aerobias la mayor parte del ATP se produce en la fosforilación oxidativa . ¿En qué lugar de la célula ocurre? Describe de qué manera se produce ATP a partir de NADH mediante este proceso. ¿Cuál es el aceptor final de los electrones en la cadena respiratoria? 1,3 puntos. d.- Una mutación que cambie solamente una base por otra en el ADN, ¿podría bloquear la fosforilación oxidativa en las células que contienen esa mutación? Razona la respuesta. 1 punto. moléculas



Activ idad Enzimátic a .



bicapa lipídica



Gradiente

a gí eer EEn

a) ¿Cómo se denomina cada uno de los tres tipos indicados como 1, 2 y 3? b) ¿Mediante qué mecanismo pueden atravesar la membrana celular en contra de gradiente las sustancias cargadas eléctricamente tales como el sodio o potasio?



     

44) El transporte de ciertas moléculas a través de la membrana celular se esquematiza en el recuadro.

  naturaleza proteica

  

100 75

50 25

0 0

7 pH

Prueba 14 de Acceso Grado Superior

Biologia (bloque 3)

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5.- En la gráfica se representa la variación de la actividad de tres enzimas salivares en relación con el pH. a.- ¿Se comportan las tres enzimas de la misma manera? b.- ¿Cuál es el pH óptimo para cada una? c.- ¿Cuál es la naturaleza de las enzimas? Citosol

Glucosa

Ac. grasos

NADH

Fosfogliceraldehido

Piruvato

Acetil-Co A

ATP

NADPH

ADP

10 12

H2O

1 1

6.- En el esquema se representan una serie de reacciones químicas (metabolismo) que tienen lugar en una célula eucariota. a.- Identifica los orgánulos I y II. b.- Haz corresponder los números con los siguientes elementos y vías metabólicas: Ciclo de Calvin, Glucólisis, H2O, O2, CO2, NAD+, ADP, ATP, Fotones, Ciclo de Krebs, síntesis de azúcares, -oxidación, NADP+.

47) Se tiene un cultivo de algas unicelulares en un medio isotónico con una concentración de cloruro sódico de 15g/l (concentración salina del 1,5%). a.- ¿Qué ocurrirá si se sumergen las células en un medio con una concentración salina del 0,5%? b.- ¿Y si se introduce en medio con 3,5%? c.- ¿Cómo se denomina el fenómeno?. d.- ¿Qué estructura celular participa?.

A c. g r a s o s

A c . p ir ú v ic o

48) Jun04. El esquema representa una serie de procesos metabólicos que tiene lugar en el interior de la célula. a.- ¿Cómo se denominan las vías indicadas en los círculos como A, B, C y D?. b.- Haz corresponder los números con: NADH, ATP, ADP+Pi , O2, H2O, NAD. c.- ¿En el interior de qué orgánulo tiene lugar? d.- ¿Funciona el proceso D en ausencia de oxígeno?

A A c e til – C o A

B ? CO

4 2

3 5

1 e-

C H+

presencia de enzimas en las reacciones.

2 Energía Libre

49) El gráfico muestra la energía de activación en una reacción catalizada o no por una enzima. a.- ¿A qué tipo de reacción corresponderá cada una de las curvas? b.- Explica a qué se refiere la diferencia de energía marcada como 1, 2 y 3 Interpretar gráfico. Conocer la importancia de la

3 Reactivos

1 Productos Sentido de la reacción

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Biologia (bloque 3)

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50) El esquema anexo representa el efecto de la temperatura sobre la actividad de dos enzimas A y B.

100

Actividad Enzimática

a) ¿Se comportan las dos enzimas de la misma manera?. Razona la respuesta. 1.0 puntos. b) El enzima A cataliza la reacción X Y, y la enzima B la transformación de X Z. ¿Cuál de los dos productos se formará en mayor cantidad a 40ºC? ¿Y a 70ºC?. Razona la respuesta. 1.0 puntos. c) ¿Qué es una enzima y cuales son sus funciones biológicas?, ¿Por qué tipos de unidades básicas están formadas?, ¿Qué relación tienen con la energía de activación?. 1.0 puntos d) Además de la temperatura, ¿qué otros factores pueden modificar la actividad enzimática?. Utiliza ejemplos y razona sobre sus efectos. 1.0 puntos.

Enzima A Enzima B

120

0 0

T (ºC)

51) En un proceso metabólico que permite captar la energía de la luz, las células vegetales pueden transformar el carbono inorgánico en carbono orgánico con liberación de oxígeno. a) ¿De qué proceso se trata?. Realiza un dibujo mostrando la estructura del orgánulo en el que tiene lugar este proceso. 0.6 puntos. b) ¿De donde procede y en qué reacción se forma el oxígeno que se libera en la fotosíntesis? 0.6 puntos. c) ¿Cómo se denominan y dónde se localizan dentro del orgánulo las distintas fases de los procesos que se mencionan en el enunciado? 1.0 puntos d) Indica en un esquema cuales son los productos de la fase de la captación de la luz y cual es su destino. ¿Cómo acumulan las células vegetales el carbono orgánico formado en este proceso? 1.0 puntos.

52) Observa la microfotografía del interior de una célula hepática. Ocupando la mayor parte de la microfotografía se observa un típico orgánulo subcelular. a) ¿Cuál es su nombre? ¿Existe esta estructura en las células vegetales? ¿Y en las procariotas?. Razona la respuesta. 0.9 puntos. b) ¿Qué función tiene este orgánulo y qué relación mantiene con el oxígeno? ¿Qué ocurriría si se bloqueara la cadena de transporte de electrones? 1.5 puntos. c) Construye una tabla donde relaciones las distintas partes de este orgánulo y su función con las principales rutas metabólicas. 1.6 puntos .

53) En la tabla siguiente se indican algunos de los procesos metabólicos más característicos de las células animales, c) Copia la siguiente tabla en tu hoja de examen y completa las casillas en blanco. (0.2 punto por casilla) Proceso Lugar de la célula, orgánulo o parte del Productos mismo en la que tiene lugar Prueba de Acceso Grado Superior

Biologia (bloque 3)

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Ácido pirúvico + ATP Fosforilación oxidativa CO2, NADH+H+, FADH 2 y GTP Acido láctico + NAD+ ß-oxidación d) Elabora un esquema simple del metabolismo celular en el que muestres las interrelaciones entre los distintos procesos indicados en la tabla. 2.0 puntos

Producción de O

a) ¿Por qué se utiliza la producción de O 2 como medida de la actividad fotosintética? ¿De donde procede el O2 producido? 1.0 puntos. b) ¿Qué relación tiene la fotosíntesis con el CO2 ?. Explícalo. 1.0 puntos. c) Describe lo que observas en la gráfica. ¿Cuál es el efecto del aumento de la intensidad de la luz sobre la producción de oxígeno?. ¿Qué tipo de moléculas son responsables de captar la energía luminosa?. 1.0 puntos. d) ¿En qué orgánulo de las células eucariotas tiene lugar?. Haz un dibujo mostrando la estructura detallada del orgánulo en indica sus partes. 0.5 puntos.

54) La figura adjunta muestra la relación entre el concentración de CO2 y la producción de O 2 sobre la actividad fotosintética a dos intensidades lumínicas distintas (120 Lux y 10 Lux). 250 200 150

120 Lux

100

10 Lux

50 0 0

Concentración de CO 2

55) Las enzimas son compuestos orgánicos esenciales en las células vivas. Se ha dicho de ellas que son las artífices de que pueda existir vida sobre la Tierra, ya que hacen posible que en las células vivas ocurran reacciones químicas de una manera compatible con la vida. a) ¿Cuál es la naturaleza química de las enzimas? 0,6 puntos. b) Explica brevemente cuál es la función de las enzimas. 1,2 puntos. c) Describe con ayuda de un gráfico cuál es la relación entre la energía de activación y la acción de las enzimas. 1,2 puntos. 56) Las vitaminas son compuestos orgánicos relativamente sencillos y que son imprescindibles para la vida. d) ¿Por qué es esencial incluirlas en la dieta de los seres humanos, mientras que otros organismos pueden vivir sin ellas? 0,5 puntos. e) ¿Conoces algún ejemplo de vitamina? ¿Es liposoluble o hidrosoluble? ¿Qué efectos tiene su carencia? 1 punto. f) Algunas vitaminas son de naturaleza proteica. Explica en qué lugar de la célula se realiza su síntesis, qué orgánulos participan y cuáles son los sustratos (precursores) que se Cadena usan en dicha síntesis. 1,5 puntos. transportadora 57) Entendemos como metabolismo al conjunto de reacciones químicas que ocurren en la célula. a) En la imagen se muestra parte del metabolismo celular. Completa los cuadros en blanco. 1 punto. b) ¿En qué orgánulo tiene lugar el proceso de la figura? 0,5 puntos. c) Explica el proceso que se muestra en el esquema, de manera que se

de electrones NAD +

eATP

ATP sintasa O2

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Acetil CoA

FAD

Ciclo de Krebs

Biologia (bloque 3)

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entienda de dónde proviene la energía que se usa en la síntesis de ATP. 1,5 puntos.

ENZIMA

PROCESO

Fosfofructoquinasa

Glucólisis

Malato deshidrogenasa RuBisCo RNA polimerasa Transportador de glucosa

Ciclo de Krebs o del ac. Cítrico Fase oscura de la fotosíntesis o Ciclo de Calvin Transcripción Transporte de glucosa desde el medio exterior hacia el citoplasma

Actividad de la enzima

58) En la gráfica que se ve al margen se representa la variación de la actividad de dos enzimas, A y B, respecto a la temperatura. a) Explica qué diferencias hay entre las dos enzimas respecto a su comportamiento frente a la temperatura. ¿Cuáles son sus temperaturas óptimas? 0,8 puntos. b) En términos generales, ¿cuál es el efecto de una enzima sobre una reacción química? ¿A qué se debe? 1,2 puntos. c) Algunas enzimas se encuentran sólo en el interior de ciertos orgánulos, en los que se lleva a cabo la vía metabólica en la que esta enzima participa. En la siguiente tabla se muestran algunas enzimas y los procesos en que participan. ¿Sabrías decir en qué parte de la célula se encuentran estas enzimas? 1 punto.

Temperatura (ºC)

LOCALIZACIÓN

d) Los lisosomas son ricos en cierto tipo de enzimas. ¿De qué enzimas se trata? ¿Cuál es la función de estas vesículas? 1 punto. 59) Las células llevan a cabo varias funciones: reacciones químicas (metabolismo), su propia división (mitosis), y muchas otras acciones. Glucosa a) En la figura adjunta se muestra un esquema de parte del metabolismo. Pon Ácidos grasos 5 nombre a las diferentes partes e indica en qué región de la célula ocurren. Ac. Pirúvico 1 punto. 4 b) Explica en qué condiciones el ac. pirúvico iría por uno u otro de los tres 3 caminos que puede seguir. ¿Qué implicaciones energéticas tendría el 2 Etanol Acetil CoA hecho de que tomase uno u otro camino? 1 punto. Ac. láctico c) La mitosis tiene cuatro fases. Nómbralas por orden y relaciona con ellas cada una de la siguientes afirmaciones: 1.- Reaparece la membrana nuclear. 2.- Los filamentos del huso empiezan a acortarse. 3.- Los 1 cromosomas se hacen visibles. 4.- Las cromátidas migran hacia los polos de la célula 5.- Los núcleos se desorganizan. 6.- Los cromosomas se desorganizan. 7.- Los nucléolos desaparecen. 8.- Los cromosomas se sitúan en el plano ecuatorial . 9.- Comienza a formarse el huso acromático. 10.- Las dos cromátidas se separan. 1 punto

60) En la gráfica adjunta se representa la variación del volumen de una célula frente al tiempo. La célula fue colocada en un medio con alta concentración de sales a tiempo cero y a los 10 min fue transferida a un medio con agua pura. 4

Volumen

Describe con tus propias palabras cómo varía el volumen frente al tiempo, en función del medio donde se encuentra la célula. ¿Cuál es la razón del fenómeno observado en la gráfica?. Explícalo brevemente 1 punto.

Tipo de transporte

1 0

10 15 Tiempo (minutos)

Copia la tabla adjunta en la hoja del examen y rellénala. Explica la razón por la qué algunas proteínas transportadoras tienen actividad ATPasa. 1 punto

Difusión simple

Difusión facilitada

Transporte activo

Naturaleza de la sustancia a transportar Necesita una proteína transportadora (SI/NO) Requiere energía (SI/NO) ¿A favor o contra gradiente?

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1 LUZ

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H+

2 LUZ

c) 3

H5 2O

O 62+ H+

H+

En la gráfica adjunta se muestra un proceso celular. Di cuál es, en qué orgánulo se realiza y cuál es su finalidad. Di a qué corresponden los números. 1 punto. La cadena de transporte de electrones de la mitocondria permite la producción de ATP. Explica cuáles son los sustratos y productos de esta cadena y de qué manera se conecta con la producción de ATP. 1 punto.

H+

Tilacoide

H+

61 Sept 03) En un recipiente cerrado herméticamente se tiene un cultivo de levaduras que están consumiendo glucosa. Se observa que cuando se agota el oxígeno en el frasco aumenta el consumo de glucosa y comienza a producirse etanol. Explica estos resultados indicando qué vía metabólica estaba funcionando antes y después del consumo total de oxígeno. 62 Sept 03) La imange adjunta muestra la fase luminosa o fotodependiente de la fotosíntesis. Haz corresponder los números con los siguientes elementos: ATP, NADP+ , H2O, ADP, NADPH, H + y O2

LUZ

½ 2 + H+

LUZ

63) Explica en qué se diferencian: a) Las reacciones endergónicas y las exergónicas. b) Las reacciones catabólicas y las anabólicas

64) El esquema adjunto representa un proceso de gran importancia biológica. a.- Identifica las moléculas y orgánulos numerados. b.- Especifica si los orgánulos tienen o carecen de membrana. c.- ¿En qué tipo de organización celular tiene lugar el proceso? d.- ¿Cuál es la composición del numerado con el 2?

CO NCENTRACiÓ N (%)

100

Glucosa

75 50

Etanol

65) .- La gráfica adjunta corresponde a las concentraciones de glucosa, etanol y O2 registradas en el interior de una célula a lo largo del tiempo. a.- Indica qué proceso metabólico se está produciendo en los tiempos t1 y t2 b.- ¿Qué orgánulo celular interviene en el proceso

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t TIEMPO

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del tiempo t1? c.- ¿En qué lugar celular se produce el proceso del tiempo t2? Deducir los procesos metabólicos bajo diferentes condiciones. a.- t1: respiración y t2: Fermentación.(0’4). b.- Mitocondria (0’3). c.- Citoplasma (0’3). 66.- La ingeniería genética ha sido posible, entre otros avances, gracias al descubrimiento y utilización de enzimas de restricción. a.- ¿Cuál es la naturaleza del enzima? b.- ¿Qué es una holoenzima? c.- ¿Qué se entiende por centro activo? d.- ¿Y por especificidad enzimática? 67) El dibujo corresponde a un orgánulo celular donde se realiza un proceso metabólico muy importante para la vida en la tierra. a.- ¿Cómo se llama el orgánulo?. 2 CO2 1 b.- ¿Qué proceso metabólico se realiza en su interior?. c.- Indica las dos fases en las que se divide el proceso. ATP + 3 d.- Completa el esquema sustituyendo los números por el nombre que corresponda. 5

+ NADP +

H2 O

CONCENTRACiÓN (% )

100

Glucosa

Etanol

O2 25

Sep 04 5.- La gráfica adjunta corresponde a las concentraciones de glucosa, etanol y O 2 registradas en el interior de una célula a lo largo del tiempo. a.- Indica qué proceso metabólico se está produciendo en los tiempos t1 y t2 b.- ¿Qué orgánulo celular interviene en el proceso del tiempo t1? c.- ¿En qué lugar celular se produce el proceso del tiempo t2?

TIEMPO

1.- Mitocondrias: importancia en la célula. Señalar en un esquema los procesos bioquímicos que tienen lugar en este orgánulo. 2.- ¿Por qué se llama ß-oxidación y Hélice de Lynen a la oxidación de ácidos grasos en la matriz mitocondrial? 3.- ¿Podría realizar la respiración celular un organismo cuyas células no pudieran llevar a cabo la glucólisis? Razona la respuesta. 4.- ¿Durante el ciclo de Krebs se produce energía química utilizable directamente por la célula? 5.- ¿En qué consiste la fosforilación oxidativa? ¿En qué lugar concreto de la célula se desarrolla? ¿Cuál e su finalidad? 6.- Comenta esta reacción, indicando qué proceso se trata y en que condiciones se da. Ác. pirúvico ▬▬▬▬▬▬▬▬► Acetaldehído ▬▬▬▬▬▬▬▬► Etanol

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7.- Explique el concepto general de catabolismo e indique en qué molécula o ruta central converge. 8.- A partir del proceso respiratorio aeróbico se obtiene: a) CO2 y H2O. b) Materia orgánica, CO2 y H2O. c) ATP, CO2 y H2O. d) ATP, materia orgánica y CO2. e) Compuestos orgánicos degradados. 9.- ¿Qué nombre recibe este conjunto de reacciones? ¿En qué parte de la célula se llevan a cabo estas reacciones? ¿Qué finalidad tiene? ¿Qué podrá suceder, en condiciones aerobias, con el NADH formado? 10.- ¿Qué es y cómo esta formada la cadena respiratoria? 11.- ¿De dónde procede el Acetil-CoA que ingresa en el ciclo de Krebs? 12.- ¿Cómo se genera el gradiente electroquímico de protones en la membrana mitocondrial interna? 13.- Papel del acetil-CoA en el catabolismo. Posible origen del acetil-CoA celular y principales rutas catabólicas que conecta. 14.- Di si son verdaderas o falsas las siguientes frases y explica por qué: a) «Para que en el proceso respiratorio se sintetice ATP, la membrana mitocondrial interna debe estar intacta». b) «La denominada fase oscura se localiza en los tilacoides de los cloroplastos». 15.- Explique brevemente la finalidad que tienen los siguientes procesos: a) Metabolismo b) Respiración celular c) Anabolismo d) Fermentación e) Catabolismo f) Fotosíntesis 16.- Una célula absorbe n moléculas de glucosa y la metaboliza generando 6n moléculas de CO 2 y consumiendo O2. ¿Está la célula respirando? ¿Para qué? ¿Participa la matriz mitocondrial? ¿Y las crestas mitocondriales? 17.- Di si son ciertas o erróneas las siguiente afirmaciones: ___a) El ciclo de Calvin tiene lugar en los organismos heterótrofos. ___b) La pérdida de una molécula de CO2 es una descarboxilación. ___c) La fotofosforilación cíclica y la fosforilación oxidativa se producen sólo en los animales. 18.- ¿Qué es un fotosistema? ¿Que función desempeña el agua en la fotosíntesis? ¿Y el CO2? 19.- ¿Cuál es la diferencia principal entre el transporte de e - en la mitocondria y en el cloroplasto? 20.- Durante el proceso fotosintético coexisten un flujo no cíclico y un flujo cíclico de electrones. Exponga brevemente el sentido fisiológico de cada uno de ellos y cuáles son sus componentes principales. 21. Un proceso celular en eucariotas 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)? Prueba de Acceso Grado Superior

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22.- Concepto de fotosíntesis vegetal. Señale las diferencias básicas entre la fotosíntesis vegetal (oxigénica) y la fotosíntesis bacteriana (anoxigénica). 23.- Indica qué orgánulo se representa en el esquema de la derecha y cuáles son los procesos señalados. ¿Cuál es el origen de piruvato?. 24.- En el esquema adjunto se muestran varios procesos que ocuirren en un orgánismo típico de lads células eucariotas. a. ¿Qué nombre reciben cadas uno de los procesos metabólicos indicados con los números? b. Describe el papel que juega el NADH + H+ en el metabolismo mitocondrial? c. Si el ácido graso fuese una molécula del ácido esteárico (ácido graso con 18 átomos de carbono). ¿Cuántas moléculas de Acetil-Co A se producirían al oxidarse completamnte?, ¿y de CO2 ?.

CUADRO COMPARATIVO DE LOS DIFERENTES TIPOS DE CATABOLISMO FERMENTACIÓN El aceptor final de RESPIRACIÓN El aceptor final de electrones es una molécula electrones es una molécula inorgánica orgánica El aceptor de hidrógenos es una molécula orgánica ANAEROBIA AEROBIA El aceptor es una que usualmente procede del El aceptor de hidrógenos molécula distinta del propio sustrato. En CONCEPTOS es el O2 el aire disuelto oxígeno. ocasiones es una molécula CONSIDERADOS en el agua orgánica externa. ¿Necesita O2 (aire)? Sí

Cualquier principio Sustrato que inmediato y diversas Cualquier pueden oxidar moléculas inorgánicas inmediato

No principio Preferentemente glúcidos y prótidos

Primer aceptor de los H+ y de los electrones NAD

NAD

Aceptor final de los hidrógenos (H+ y e-) O2

Es una molécula orgánica que generalmente procede del propio sustrato. Se trata de moléculas Este presenta unos átomos inorgánicas, como el que aceptan hidrógenos y SO 42-, NO3-, CO2, otros que los ceden (se CO32oxidan).

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NAD

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¿Puede darse sin otra molécula distinta de la del sustrato que acepte sus H+ y e -? No

Sí, por ejemplo: C6 H12O6 º CH2OH) + 2CO2

Productos en los que se transforman los aceptores finales de H+ y e-? H2 O

SH 2, NO2-, N2 , CH4

Algún compuesto orgánico, como por ejemplo el etanol, el ácido láctico, etc.

Generalmente da CO2. En ocasiones, la oxidación puede ser incompleta. Productos en los Por ejemplo, que se transforma el Etanol + O2 º carbono del sustrato º Ác. Acético + H 2O

Algún compuesto Generalmente da CO 2. orgánico, como por En ocasiones, la ejemplo el etanol, el ácido oxidación del carbono láctico, etc. puede aparecer puede ser incompleta. además CO 2

2(CH3-

¿Son capaces de obtener ATP al oxidar el NADH2? Sí

Sí

No. Carecen de cadena respiratoria. Sólo hay fosforilación a nivel de sustrato. El NADH 2 da sus hidrógenos al aceptor final sin síntesis de ATP

Energía se obtiene de una glucosa Hasta 38 ATP

Hasta 38 ATP

Variable. Suele ser de unos 2 ATP

La Glucólisis es: • Una vía metabólica que sirve para comenzar la degradación de los glúcidos (glucosa) y otros compuestos (glicerina,...). • Una vía que ocurre en el hialoplasma. • Una vía anaerobia, es decir, que no necesita oxígeno (O2) para que tenga lugar. • Una vía que proporciona energía, en forma de ATP (2 ATP/glucosa) y en forma de poder reductor (coenzimas reducidos: 2 NADH + 2 H + ). Las fermentaciones:

• Ocurren en el hialoplasma. • Son anaerobias en su mayoría. • Son energéticamente poco rentables. • Son una vía alternativa al catabolismo respiratorio en ausencia de O2. Consisten fundamentalmente en que algún compuesto (normalmente el propio ác. pirúvico) acepte los e - y H+ de los coenzimas reducidos producidos en la glucólisis, para que ésta no se bloquee.

El Ciclo de Krebs: • Ocurre en la matriz mitocondrial. • A él se incorpora Acetil-CoA, procedente no sólo del Ác. pirúvico de la Glucólisis, sino de la degradación inicial de otras biomoléculas como lípidos (Ác. grasos) y prótidos (Aminoácidos). Prueba de Acceso Grado Superior

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• En él se completa la oxidación a CO 2 de los carbonos incorporados. • Se obtiene un GTP (equivalente a un ATP) como energía química rápidamente disponible. • El resto de energía obtenida se presenta en forma de poder reductor (coenzimas reducidas): 3NADH+3H+ y 1FADH2, que más tarde será transformado en energía química.

La Cadena transportadora de electrones: • Es el proceso donde tiene lugar la intervención física del O2 respiratorio: acepta e - y H + convirtiéndose en agua. Si faltara el O 2, tanto la fase final, como la intermedia del catabolismo quedarían bloqueadas, ya que nadie podría aceptar más e-. • Durante el transporte se extrae la energía contenida en los electrones, que luego se acoplará a la síntesis de ATP. • Está localizada en la membrana de las crestas mitocondriales, y consiste en una serie de proteínas que pueden captar y ceder e - (citocromos, etc.).

La Fosforilación oxidativa: • Se localiza en las crestas mitocondriales, concretamente en las "partículas elementales" o esferas F1 (ATP-sintetasa mitocondrial). • La energía para esta fosforilación proviene del potencial electroquímico creado al bombear H + desde la matriz hacia el espacio intermembrana, con la energía extraída en la cadena de transporte de e -.

Rendimiento de 1 molécula de glucosa en el catabolismo aerobio: 1. Glucólisis (De 1 C 6 º 2 C3) 1 Glucosa + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi º 2 Ácido pirúvico + 2 NADH + 2 H+ + 2 ATP 2. Del ácido pirúvico al acetil CoA (De 2 C3 º 2 C 2) 2 Ác. pirúvico + 2 HS CoA+ 2 NAD + º 2 CO2 + 2 Acetil-CoA + 2 NADH 3. Ciclo de Krebs. 2(Acetil-CoA+H2O+3NAD+ +FAD+ADP+Pi)º4CO2+6NADH+6H+ +2FADH2+2ATP+4CoA-SH ______________________________________________________________________________ Glucosa+10 NAD+ +4 ADP+4Pi+2 HS CoA+2H2O+FAD+º 6CO2 + 2FADH2 + 10NADH + 4ATP (x 2ATP) (x 3ATP) 9 9 4. Cadena respiratoria: 4 ATP + 30 ATP º 34 ATP TOTAL: 38 ATP La $-oxidación de los Ác. grasos: • Ocurre en la matriz mitocondrial. • En ella, los Ác. grasos se van troceando en fragmentos de 2C (Acetil-CoA) mediante la oxidación del carbono $ del acil-CoA. • El proceso es un ciclo imperfecto, llamado por ello "Hélice de Lynen". En cada vuelta desprende 1 Acetil-CoA, 1 FADH2 y 1 NADH. • El acetil-CoA se incorpora al ciclo de Krebs y los coenzimas reducidos a la cadena respiratoria.

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Balance energético del catabolismo de un ácido graso (Por ejemplo el ác. Palmítico): Ác. palmítico, 16 C (Hélice de Lynen) º 8 Acetil-CoA + 7 NADH + 7 FADH 2 8 AcetilCoA (Ciclo de Krebs) ▬▬▬▬▬▬▬▬► 16 CO2 + 24 NADH + 8 FADH2 + 8 ATP ______________________________________________________________________________ 31 NADH + 15 FADH2 + 8 ATP (x 2ATP) (x 3ATP) 9 9 Cadena respiratoria: 93 ATP + 30 ATP + 8 ATP º 131 ATP (Activación del ácido graso): -2 ATP TOTAL:

129 ATP

FASE LUMINOSA DE LA FOTOSÍNTESIS 2 H2 O ºººº 4 H+ + 4 e- + O 2 2 NADP+ + 2 H+ + 4 e- luz 6 2 NADPH 2 Pi + 2 ADP luz 6 2 ATP + 2 H2O

MEMBRANA oxidación el agua DEL reducción del NADP + TILACOIDE fotofosforilación

BALANCE 2 H2O + NADP+ + 2 Pi + 2 ADP NADPH + 2 H+ ESTROMA

luz

6 2 ATP + 2 H2O + O2 + 2

FASE OSCURA DE LA FOTOSÍNTESIS oxidación del NADPH NADPH + 2 H+ + CO2 ºººº (CH2O) + 2 NADP+ + 2 H 2O consumo de ATP ATP + H2O ºººº Pi + ADP

La fase luminosa acíclica: • Requiere la presencia de luz. • Ocurre en la membrana de los tilacoides, en los cloroplastos. • Consta de una cadena de transporte electrónico acoplada a la fosforilación de ATP (energía) y a la reducción de NADPH (poder reductor), generando una molécula de cada tipo cada vez que es transitada por un par de e -. • El origen de los electrones transportados es la fotólisis del agua, que al descomponerse además libera O 2 como producto residual. • La energía solar es captada por dos fotosistemas, el PSII y el PSI. La fase luminosa cíclica: • Ocurre en las membranas de los tilacoides. • Solo genera ATP, uno por cada vuelta de los e-. • No produce O2 ni NADPH, ya que no hay ni fotólisis del agua ni fotorreducción. • Sólo interviene el PSI, en la captación de energía, y al ser cíclica los mismos e- que salen de su clorofila diana vuelven a ella. • Se produce porque en la fase oscura se necesitan más ATP que NADPH.

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La fase oscura o ciclo de Calvin: • Ocurre en el estroma de los cloroplastos. • No requiere la presencia de luz, puede ocurrir tanto de día como de noche. • Se incorpora CO2 (M.I.) que se fija sobre un compuesto de 5C (etapa de fijación). • A continuación se emplean el ATP y NADPH obtenidos en la etapa luminosa, para reducir el carbono fijado (etapa de reducción). • Finalmente se produce una serie de reacciones destinadas a regenerar el compuesto de 5C con el que comienza el ciclo (etapa de regeneración). • En cada vuelta del ciclo se produce un carbono orgánico que es utilizado para la síntesis de biomoléculas en el estroma.

********************** *********** 48.- De los siguientes grupos de organismos, ¿cuáles llevan a cabo la respiración celular? ¿Cuáles realizan la fotosíntesis oxigénica?: algas eucariotas, angiospermas, cianobacterias, helechos y hongos. 49.- 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. ¿Cuales son los sustratos necesarios y los productos finales resultantes? 50.- Compara los productos obtenidos en la fotofosforilación cíclica y en la no cíclica y razona cuando se realizará una u otra. 51.- Describe la fase oscura de la fotosíntesis. 52.- Señala las diferencias que existen entre anabolismo autótrofo y anabolismo heterótrofo. 53.- ¿En qué orgánulos celulares tiene lugar la cadena de transporte de e -, uno de cuyos componentes son los citocromos? ¿Cuál es el papel del oxígeno en dicha cadena? ¿Qué seres vivos y para qué la realizan? 54.- En la fotosíntesis oxigénica o vegetal el agua actúa como dador de electrones, mientras que el aceptor final de electrones es el: a) CO 2. b) ATP. c) NADP. d) O2. e) Ninguno de los anteriores. 55.- Señala la afirmación incorrecta en relación al proceso fermentativo: a) El rendimiento energético es inferior al de la respiración. b) Es exclusivo de los microorganismos. c) Se degradan productos similares a los utilizados en la respiración. d) Siempre se acumulan compuestos orgánicos como productos finales. e) Suele ocurrir en ausencia de oxígeno. 56.- Durante la "fase luminosa", la energía solar se utiliza para obtener... ¿qué compuesto/s? ¿Puede resumir en una ecuación la fase luminosa de la fotosíntesis vegetal? ¿Cómo se utilizarán dichos compuestos en la "fase oscura"? 57.- Uno de los primeros investigadores de la fotosíntesis fue Theodore de Saussure. En 1804 observó que la cantidad de oxígeno y de materia orgánica seca (después de eliminar el agua) producidos por la planta es mayor que la cantidad de CO 2 consumido. ¿Cómo explicaría Ud. los datos experimentales obtenidos por De Saussure? 58.- ¿A qué proceso corresponde este esquema? Haga una interpretación del mismo indicando balance energético y orgánulo en el que tiene lugar el proceso. 59.- Señala la importancia de los siguientes procesos, indicando la localización de cada uno en la estructura celular: glucólisis, ciclo de Krebs, fosforilación oxidativa, ciclo de Calvin y ß-oxidación. 60.- ¿A qué proceso corresponde este esquema? Haga una interpretación del mismo indicando balance energético y orgánulo en el que tiene lugar el proceso.

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++++++++++++++ 2.- ¿Por qué es necesaria la presencia de proteínas transportadoras en la membrana mitocondrial interna? 4.- ¿En forma de qué compuestos se incorporarán los aminoácidos al ciclo de Krebs para ser degradados? 7.- El cianuro es un veneno que actúa rápidamente sobre la cadena respiratoria, inhibiendo el transporte de e - entre los citocromos a, a3 y el O2. ¿Podrías explicar la causa del envenenamiento? 8.- Define: ciclo de Krebs, cadena respiratoria y glucólisis. 9.- ¿Cuántas moléculas de ATP se generan durante la oxidación completa, hasta CO2 y H2O, de una molécula de acetil-CoA? ¿Y de una de ácido pirúvico? 13.- En la vía glucolítica, ¿cuántas moléculas de ATP y de coenzimas reducidos se obtienen? 16.- ¿Qué relación existe entre el ciclo de Krebs y la glucólisis? 17.- Explica de manera sencilla el planteamiento de la hipótesis quimioosmótica. 18.- Cuantas moléculas de FADH 2 y de NADH se obtienen en cada espira de la hélice de Lynen? 21.- Calcula la cantidad de ATP que se obtiene en el organismo a partir de la oxidación completa de una molécula de ácido palmítico. 23.- Razona cuántas moléculas de ATP se obtienen a partir de una molécula de NADH en la fosforilación oxidativa. ¿Se obtendría la misma cantidad de ATP partiendo de un FADH 2? ¿Por qué? 27.- Anabolismo y catabolismo: citar dos ejemplos de cada uno de estos procesos y en qué orgánulos celulares se producen. 29.- ¿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? 31.- El agotamiento es debido a la acumulación de cristales de ácido láctico en las células musculares. Explique por qué ocurre esto. 32.- ¿Qué productos se obtienen en la fase luminosa de la fotosíntesis? ¿Para qué se utilizan ? 34.- ¿Qué ventajas tiene el que en un fotosistema existan diferentes tipos de pigmentos? 36.- Explica qué diferencias y qué semejanzas existen entre los seres autótrofos (quimiosintéticos y fotosintéticos), y entre estos y los heterótrofos. ¿Podrías explicar qué tenemos todos en común en lo que respecta al metabolismo? 37.- ¿Que función desempeña el agua en el proceso fotosintético? ¿Y el CO2? 38.- ¿Podría vivir una planta con luz, CO2 y agua, pero sin aporte de nitrógeno y fósforo? Razona la respuesta. 39.- ¿Las células de las raíces de una planta son autótrofas o heterótrofas? Razona la respuesta. 40.- ¿Qué le ocurriría a un cloroplasto que careciera de ATP-sintetasas? 41.- Explica que relación existe entre la estructura interna de los cloroplastos y las dos fases de la fotosíntesis. 42.- ¿Qué función tiene el oxígeno en la fotosíntesis? 43.- Las bacterias fotosintéticas no tienen al agua como dador de electrones. ¿Qué repercusión tiene este hecho? 44.- ¿Cómo, cuándo y dónde tiene lugar la descomposición del agua en la fotosíntesis? ¿Cuáles son sus consecuencias?

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