INTRODUCCIÓN
En este tema se analiza la utilización de los recursos energéticos disponibles por la célula para llevar a cabo sus procesos vitales.
La infinidad de reacciones químicas que tienen lugar en las células y que les permiten crecer, mantenerse, moverse, reproducirse y reaccionar ante los estímulos constituyen el metabolismo, éste puede definirse como el conjunto de transformaciones químicas y energéticas que tienen lugar en el interior de los seres vivos.
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Estas reacciones metabólicas son muy semejantes en todas las células y todos los organismos, a pesar de sus diferencias; en la mayoría de las células, los azúcares sencillos son metabolizados hasta formar dióxido de carbono y agua a través del proceso de respiración celular. |
A lo largo de estas reacciones, una parte de la energía química almacenada en la molécula de glucosa es liberada y utilizada por la célula. En estas reacciones metabólicas participan enzimas, muchas de las cuales se localizan en las mitocondrias, bien en las membranas bien en la matriz mitocondrial.
Los mecanismos enzimáticos utilizados para obtener energía de la glucosa y para conservar una parte de ella en una forma útil, como es el ATP, también son muy semejantes en todas las células.
Los miles de reacciones químicas distintas realizadas simultáneamente en la célula están estrechamente coordinadas. Diversos mecanismos de control regulan las actividades de las enzimas clave, en respuesta a las condiciones cambiantes de la célula. Una forma muy común de regulación consiste en la inhibición por retroalimentación, rápidamente reversible, ejercida por el producto final sobre la primera enzima de la ruta.
Todas las reacciones metabólicas, aunque sean muy diferentes unas a otras, tienen las siguientes características en común:
- Están acopladas energéticamente a través del ATP.
Las reacciones metabólicas se pueden dividir en reacciones catabólicas, que liberan energía (exergónicas) y reacciones anabólicas, que requieren energía (endergónicas).
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Esa energía se transfiere entre unas reacciones y otras empaquetada en los enlaces químicos de una molécula que sirve de intermediario: el adenosín trifosfato o ATP, donde la energía se mantiene transitoriamente contenida en sus enlaces fosfato para volver a liberarse en la hidrólisis de los mismos al pasar el ATP a ADP + Pi. |
- Son reacciones de oxidorreducción.
El concepto químico de oxidorreducción se basa esencialmente en la transferencia de electrones entre dos sustancias. Es decir, una molécula se oxida si pierde electrones al tiempo que otra toma esos electrones para reducirse. La oxidación libera energía que puede aprovecharse para formar ATP.
- Tienen una secuencia encadenada y están catalizadas por enzimas.
Esto significa que las reacciones transcurren de modo que el producto final de una reacción sirve como producto inicial de la siguiente, como eslabones de una cadena. El mantenimiento de estas reacciones encadenadas se asegura por la presencia de enzimas específicas.
- Están separadas en distintos compartimentos de la célula.
Distintos tipos de vías metabólicas están separadas en compartimentos o «territorios» celulares diferentes, como consecuencia de la situación que ocupan las enzimas que las catalizan, lo que evita gran número de interferencias entre ellas y hace posible que se desarrollen al mismo tiempo.
CRITERIOS DE EVALUACIÓN
Al finalizar el estudio de la unidad deberás ser capaz de:
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Diferenciar en la fotosíntesis las fases lumínica y oscura, identificando las estructuras celulares en las que se lleva a cabo, los sustratos necesarios, los productos finales, el balance energético obtenido, y valorando su importancia en el mantenimiento de la vida.
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Describir el anabolismo heterótrofo de glúcidos, lípidos, prótidos y ácidos nucleicos.
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Explicar cómo y de qué forma se produce la quimiosíntesis, y qué microorganismos la realizan.
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Describir las diferencias existentes entre la respiración celular (tanto la vía aerobia como la anaerobia) y la fermentación, respecto a la rentabilidad energética, sustratos iniciales, productos finales, organismos y estructuras en las que tienen lugar, valorando en ambos casos su significado biológico.
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Comparar y diferenciar las vías aerobia y anaerobia por las que las células extraen energía libre de la glucosa.
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Resumir las similitudes básicas entre fermentación alcohólica y láctica.
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Describir el catabolismo de los lípidos, prótidos y ácidos nucleicos
ACTIVIDADES DE AUTOEVALUACIÓN
Si se ilumina una suspensión de algas verdes en presencia de H 2 18 O (es decir, de agua con el isótopo pesado del oxígeno) y de CO 2 normal, ¿aparecerá el 18 O en forma de oxígeno liberado durante la fotosíntesis? ¿Y si se hubiese utilizado H 2 O normal y C 18 O 2 (o sea, dióxido de carbono con oxígeno pesado)?
- La siguiente gráfica representa la respuesta de distintas plantas, C 3 y C 4, al aumento de la concentración de CO 2 .
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a) Indica a qué tipo de plantas corresponde cada curva (A y B).
b) Interpreta la gráfica. |
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- A partir de los siguientes pares de alternativas, elige aquella en la que el crecimiento de las plantas esciófilas será mayor: iluminación con luz verde y amarilla / iluminación con luz azul y roja; alta concentración de O 2 / alta concentración de CO 2 ; iluminación normal /iluminación muy intensa y permanente.
- Si añadimos a un cultivo celular de células hepáticas coenzima A radiactivamente marcada con 14 C, ¿en qué moléculas aparecerá el marcaje radiactivo? Razona la respuesta.
- Una ingesta excesivamente alta de glúcidos y proteínas en la dieta (hiperproteica) produce un acúmulo de acilglicéridos en el tejido adiposo. Explica por qué.
- ¿Qué fases se pueden diferenciar en los procesos quimiosintéticos? ¿Qué se obtiene en la primera fase? ¿Qué fase se utiliza para clasificar los distintos tipos de organismos quimiosintéticos?
- En la respiración total de una molécula de glucosa, ¿cuál es el rendimiento energético de cada etapa: glucólisis, formación del acetil-CoA y ciclo de Krebs? ¿Cuántas moléculas se forman en total por fosforilación a partir del sustrato y por fosforilación oxidativa?
- En el año 1860, Louis Pasteur observó que, cuando se cultivaban bacterias facultativas (es decir, que pueden vivir en medios aerobios y anaerobios) en ausencia de oxígeno, el consumo de glucosa por unidad de tiempo se incrementaba hasta un valor 16 veces superior al existente en presencia de oxígeno. ¿Qué explicación puedes darle a este hecho?
- ¿Qué problema común presenta el catabolismo de las proteínas y de los ácidos nucleicos? ¿Cómo lo resuelven los animales ureotélicos? ¿Tendrá alguna ventaja para los animales ovíparos el ser uricotélicos?
- (Selectividad) En el esquema adjunto se representan algunas vías metabólicas de
la glucosa.
a) ¿Qué procesos están representados en 1, 2, 3, 4 y 5?
b)
¿Qué procesos son anabólicos y cuáles catabólicos?
c) ¿Cuáles son las diferencias principales entre la ruta 3 y 4?
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ACTIVIDADES DE AUTOEVALUACIÓN INTERACTIVAS
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Fotosíntesis |
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Quimiosíntesis y otros procesos anabólicos |
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Procesos Catabólicos |
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¿Sería posible la vida si en la fase luminosa de la fotosíntesis sólo se produjera la fosforilación cíclica? ¿Cuál es la importancia de la fotosíntesis en el desarrollo y evolución de los seres vivos? Razona las respuestas.
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¿Existe en las células animales una ruta metabólica que pueda formar glucógeno a partir de cada uno de estos compuestos: lactato, glicerol, aminoácidos, ácidos grasos? En cada caso, indica de cuál se trata y en qué compartimentos celulares tiene lugar.
- (Selectividad) El siguiente diagrama representa la absorción de CO 2 por cm 2 de hoja, en dos plantas de especies diferentes (A y B).
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a) Interpreta la gráfica.
b) Explica el significado del punto X.
c) ¿Qué factor podría estar actuando como factor limitante a partir de intensidades de luz superiores a 5? |
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El CO 2 es uno de los intermediarios en la biosíntesis de los ácidos grasos. ¿Qué papel desempeña? Si añadimos a un cultivo de células de hígado 14 CO2 y otros componentes necesarios para la síntesis de ácidos grasos, ¿el ácido palmítico formado contendrá 14 C? Razona la respuesta.
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a) ¿Qué relación existe entre la función que desempeña el cloroplasto y la de la mitocondria? b) ¿En qué dirección se establece el flujo de protones y electrones en la fotosíntesis? ¿Y en la respiración?
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Algunas dietas de adelgazamiento son muy drásticas e implican una eliminación casi total de glúcidos y lípidos. ¿Qué procesos se pueden ver afectados? ¿Qué consecuencias puede tener para la célula?
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Los pacientes con lesiones hepáticas graves (cirrosis hepática) como consecuencia del abuso de alcohol, o por acción de virus, o por toxinas, son incapaces de digerir las proteínas. La ingestión de proteínas, incluso en cantidades escasas,
da lugar a concentraciones muy elevadas de NH 4 + y de glutamato en sangre. Explica a qué es debido.
