Metabolismo 3 (Soluciones)
1.- Indique las características del metabolismo autótrofo fotosintético (fotolitotrofo) y del autótrofo quimiosintético (quimiolitotrofo).
● En el metabolismo autótrofo fotosintético (fotolitotrofo) es preciso tomar materia inorgánica del exterior (dióxido de carbono, sales minerales, agua), a partir de la cual, con la luz como fuente energética primaria, se sintetiza materia orgánica.
Este tipo de metabolismo es propio de las células vegetales fotosintéticas, las cianobacterias y la mayoría de las bacterias fotosintéticas.
● El metabolismo autótrofo quimiosintético (quimiolitotrofo) se caracteriza por la utilización de materia inorgánica tomada del exterior para sintetizar materia orgánica, pero la energía se obtiene, no de la luz, sino de la oxidación de moléculas inorgánicas procedentes del exterior.
Este otro tipo de metabolismo es propio de algunas bacterias fundamentales para los ciclos biogeoquímicos del nitrógeno, del azufre y del hierro.
2.- Indique las características del metabolismo quimioorganotrofo (heterótrofo típico) y del fotoorganotrofo (heterótrofo fotosintético).
● El metabolismo quimioorganotrofo (heterótrofo típico) es propio de los organismos que necesitan tomar materia orgánica del exterior, de la que obtienen energía y que, además, utilizan para formar materia orgánica propia.
Este tipo de metabolismo es característico de los animales, los hongos y la mayoría de las bacterias.
● El metabolismo fotoorganotrofo (heterótrofo fotosintético) es propio de los organismos que realizan la fotosíntesis a partir de agua, dióxido de carbono y sales minerales, pero que, además, necesitan tomar alguna materia orgánica del exterior, la cual actúa como donadora de electrones en las reacciones biosintéticas.
Este tipo de metabolismo se presenta en algunas bacterias fotosintéticas.
3.- ¿A que se llama enzimopatía? Cite dos. ¿Cuál es el fundamento para utilizar marcadores enzimáticos en los análisis clínicos?
● Enzimopatía es una enfermedad metabólica cuya causa se debe a la ausencia total o parcial de una o varias enzimas. Las enzimopatías tienen carácter hereditario.
● Dos ejemplos de enzimopatías: galactosemia y fenilcetonuria.
● Algunas enzimas son propias de las células de ciertos tejidos u órganos, pero carecen de función en la sangre. Cuando una o más de tales enzimas se detectan en un análisis sanguíneo sirven como indicador de una posible lesión, pues cabe deducir que el contenido intracelular se ha vertido al medio por necrosis u otra causa.
Así, por ejemplo, la transaminasa glutámico-oxalacética (GOT), también llamada aspartato transaminasa (AST), que se encuentra, especialmente, en el corazón, hígado y tejido muscular. Su presencia en el plasma sanguíneo es indicativa de una lesión tisular: infarto, hepatopatía, miopatías, etc.
4.- Cite procesos metabólicos que sean propios de las mitocondrias.
● Descarboxilación oxidativa del piruvato.
● Ciclo del ácido cítrico (Krebs).
● Cadena transportadora de electrones.
● Fosforilación oxidativa.
● β-oxidación de ácidos grasos.
● Inicio de la gluconeogénesis.
● Las dos primeras reacciones del ciclo de la urea.
● Degradación y síntesis de cuerpos cetónicos.
● En relación con el ADN mitocondrial: replicación, transcripción y traducción.
5.- ¿En que consiste la descarboxilación oxidativa del piruvato? Haga un esquema.
● Es un proceso catalizado por el complejo enzimático piruvato deshidrogenasa y consiste en que el piruvato originado en la glucolisis pasa al interior de la mitocondria, donde pierde CO2 y es oxidado formando ácido acético, que se une a la coenzima A resultando acetil-CoA. Los electrones liberados son captados por la NAD+, que se reduce formando NADH.
La reacción es irreversible y constituye el eslabón entre la glucolisis y el ciclo de Krebs.
● Esquema:
6.- Identifique el modelo molecular adjunto (C, negro. O, azul. H, blanco). Escriba la fórmula desarrollada. ¿Por qué se considera perjudicial?
● Se trata del ácido malónico (malonato).
● La fórmula desarrollada es:
● El malónico (HOOC―CH2―COOH) es una molécula similar al succínico (HOOC―CH2―CH2―COOH), sustrato con el que compite por alojarse en el centro activo de la enzima succinato deshidrogenasa, que cataliza el paso de succinato a fumarato en el ciclo de Krebs.
El efecto perjudicial se debe a su comportamiento como inhibidor competitivo, de modo que dicho ciclo puede resultar frenado si las moléculas de malonato fueran relativamente abundantes.
7.- ¿Dónde se localiza la enzima succinato deshidrogenasa? ¿Cuál es su función? Represente con fórmulas la reacción que cataliza.
● La enzima succinato deshidrogenasa se localiza en la membrana mitocondrial interna, formando parte del complejo II de la cadena respiratoria (las restantes enzimas del ciclo de Krebs se encuentran libres en la matriz mitocondrial o mitosol).
●La función de la succinato deshidrogenasa, enzima que contiene FAD como grupo prostético, es catalizar la deshidrogenación del succinato en el ciclo de Krebs.
● La reacción es:
8.- Escriba las fórmulas de los ácidos glicérico y 3-fosfoglicérico. Cite tres rutas metabólicas en las que intervenga este último.
● El ácido glicérico se forma cuando un grupo alcohólico primario de la glicerina se oxida dando lugar a un grupo carboxilo.
● El ácido 3-fosfoglicérico resulta cuando una molécula de fosfórico esterifica la posición 3 del ácido glicérico. A pH fisiológico se halla en su forma ionizada (3-fosfoglicerato).
● Fórmulas:
● El 3-fosfoglicerato es un metabolito muy importante que interviene, por ejemplo, en la glucolisis, la gluconeogénesis y el ciclo de Calvin.
9.- identifique el modelo adjunto (C, negro. O, azul. H, blanco. Grupo fosfato, rojo). Escriba la fórmula desarrollada. ¿Cómo puede originarse?
● Se trata del glicerol 3-fosfato.
● Fórmula desarrollada:
● El glicerol 3-fosfato se forma principalmente por reducción de la dihidroxiacetona fosfato y, en menor medida, por la fosforilación del glicerol.
10.- Represente la reacción catalizada por la enzima glicerol 3-fosfato deshidrogenasa.
La enzima glicerol 3-fosfato deshidrogenasa (E) cataliza la reducción de la dihidroxiacetona fosfato, que se transforma en glicerol 3-fosfato. Como coenzima interviene la NADH, que se oxida a NAD+.
La reacción es:
11.- Represente la reacción catalizada por la enzima glicerol quinasa.
La enzima glicerol quinasa cataliza la fosforilación del glicerol (transfiere un grupo fosfato procedente del ATP), resultando glicerol 3-fosfato.
La reacción es:
12.- identifique el modelo adjunto (C, negro. O, azul. H, blanco. Grupo fosfato, rojo). Escriba la fórmula. ¿Cuál es su función metabólica?
● Se trata de la dihidroxiacetona fosfato.
● La fórmula desarrollada es:
● La dihidroxiacetona fosfato es un metabolito intermediario en la glucolisis y la gluconeogénesis. También interviene en una lanzadera de electrones.
13.- Interprete el esquema adjunto.
Se trata de la representación esquemática de una lanzadera de electrones.
1 = citosol. 2 = matriz mitocondrial (o mitosol).
Dado que la membrana mitocondrial interna es impermeable a NAD+ y NADH, una de las maneras de que los electrones de esta coenzima sean transferidos hasta la cadena respiratoria es la lanzadera del glicerol fosfato (esto se deduce por la formación posterior de FADH2).
Así, pues, en condiciones aerobias, las moléculas de NADH del citosol ceden sus electrones a un intermediario, la dihidroxiacetona fosfato, que se reduce a glicerol 3-fosfato. La reacción es:
dihidroxiacetona fosfato + NADH + H+ ―> glicerol 3-fosfato + NAD+
El glicerol 3-fosfato entra en la mitocondria y se reoxida mediante una enzima localizada en le membrana interna (que emplea FAD como coenzima), regenerando la dihidroxiacetona fosfato, que sale al citosol. Es decir:
glicerol 3-fosfato + FAD ―> dihidroxiacetona fosfato + FADH2
La FADH2 originada se reoxidará cediendo los electrones a un transportador de la cadena respiratoria.
14.- ¿Qué etapas se pueden diferenciar en el catabolismo de los aminoácidos?
En el catabolismo de los aminoácidos se pueden diferenciar dos etapas:
● Eliminación del grupo amino, que se puede llevar a cabo mediante dos procesos: transaminación y desaminación oxidativa.
●Degradación del esqueleto carbonado. Tras la separación del grupo amino, la cadena carbonada resultante entra en rutas catabólicas que terminarán en piruvato, acetil-CoA o en algún intermediario del ciclo de Krebs.
15.- Interprete el siguiente proceso:
Se trata de una transaminación, reacción catalizada por transaminasas, teniendo lugar un intercambio de grupos ceto (CO) y amino (NH2) entre un aminoácido y un cetoácido.
Es decir: aminoácido 1 + cetoácido 2 <―> cetoácido 1 + aminoácido 2
16.- Exponga un ejemplo de transaminación, ilustrado con fórmulas, en el que participe el ácido α-cetoglutárico.
La transaminación consiste en un intercambio de grupos ceto (CO) y amino (NH2) entre un aminoácido y un cetoácido, gracias a la acción catalítica de enzimas transaminasas. En general, los aminoácidos transfieren su grupo amino al ácido alfa-cetoglutárico, que se transforma en glutámico.
La reacción es:
17.- Represente la desaminación oxidativa del ácido glutámico.
La desaminación oxidativa del ácido glutámico es una reacción catalizada por la glutamato deshidrogenasa, que utiliza NAD+ (o NADP+) como coenzima. La eliminación del grupo amino (en forma de ion amonio) permite reciclar el ácido alfa-cetoglutárico para continuar las transaminaciones. El ion amonio resultante puede ser utilizado en una pequeña proporción en la biosíntesis de productos nitrogenados, pero el resto debe ser eliminado rápidamente debido a su toxicidad.
La reacción es:
18.- Indique los destinos metabólicos de los ácidos nucleicos una vez hidrolizados.
Una vez hidrolizados quedan libres los nucleótidos y sus componentes, o sea, pentosas, fosfatos y bases nitrogenadas, moléculas que tienen un destino metabólico diverso.
● Las pentosas entran en vías anabólicas glucídicas.
● Los grupos fosfato son excretados o reciclados para la síntesis de nuevos nucleótidos.
● Las bases nitrogenadas se reciclan o se degradan eliminando el nitrógeno en forma de ácido úrico o de ion amonio. Su esqueleto carbonado sigue algunas rutas catabólicas similares a las de los aminoácidos.
19.- ¿Cómo se elimina el ion amonio?
El ion amonio es una sustancia tóxica que se origina en el catabolismo de los aminoácidos y de los ácidos nucleicos.
Se elimina de varias formas:
● Animales amoniotélicos (en general viven en agua dulce). El amonio sale directamente al exterior quedando diluido en el agua del entorno.
● Animales uricotélicos (insectos, reptiles, aves). El amonio es excretado previa formación de ácido úrico.
● Animales ureotélicos (especialmente los mamíferos). El amonio es eliminado en forma de urea, que se sintetiza en el hígado mediante una serie de reacciones que constituyen el ciclo de la urea.
20.- Identifique el modelo molecular adjunto (C, negro. N, azul. O, rojo. H, blanco). Escriba la fórmula. ¿Cuál es su significado metabólico?
● Se trata de la urea.
● La fórmula es:
● La urea es la principal forma de excreción de nitrógeno en los vertebrados terrestres. Su síntesis se produce mediante una vía metabólica denominada ciclo de la urea, que tiene lugar en el hígado.
La urea que se va formando es transportada al riñón para su excreción por la orina.
21.- Indique la función de la ureasa.
La ureasa es una enzima con especificidad absoluta, es decir, ejerce su acción sobre un único sustrato. Su función es catalizar la hidrólisis de la urea formando dióxido de carbono y amoniaco.
La reacción es: H2N―CO―NH2 + H2O ―> CO2 + 2 NH3
La ureasa es producida por bacterias, hongos y varias plantas superiores.
22.- Indique la función de la arginasa (o argininasa).
La arginasa es una enzima exclusivamente hepática que participa en el ciclo de la urea y cuya función es catalizar la rotura de la arginina en ornitina y urea. La ornitina producida en el citosol vuelve a entrar en la mitocondria mediante su transportador y así participa nuevamente en dicho ciclo.
En el ciclo de la urea intervienen cinco sistemas enzimáticos, los dos primeros catalizan reacciones en la matriz mitocondrial, y los tres restantes en el citosol.
23.- Identifique el modelo molecular adjunto (C, negro. N, azul. O, rojo. H, blanco). Escriba la fórmula desarrollada.
● Se trata del aminoácido denominado ácido aspártico (serie L, ya que presenta el grupo amino dirigido a la izquierda del observador). Por llevar otro grupo carboxilo en su cadena, se considera un aminoácido “ácido”.
● La fórmula desarrollada del L-aspártico es:
24.- En relación con la molécula anterior, ¿cómo se hallaría a pH neutro? ¿Cuál es su función metabólica?
● Cualquier aminoácido a pH neutro presenta, al menos, la carga negativa del grupo carboxilo y la positiva del amino. Como el aspartato tiene además un grupo ácido en su cadena, se hallaría con una carga eléctrica negativa neta.
Es decir:
● El aspartato tiene una función metabólica diversa:
• Por transaminación pierde su grupo amino, reacción catalizada por la ASAT (aspartato amino transferasa), transformándose en oxalacetato, el cual puede intervenir en la gluconeogénesis o en el ciclo de Krebs.
• Participar en el ciclo de la urea reaccionando con la citrulina.
• Intervenir en la lanzadera del malato-aspartato.
• También es necesario en la biosíntesis de proteínas.
25.- Cite el nombre de la estructura molecular adjunta. Escriba la fórmula completa. ¿En que proceso metabólico participa?
● Se trata del ácido fumárico (fumarato). En las fórmulas esquemáticas se suelen omitir los átomos de C y los de H (excepto en grupos funcionales).
● La fórmula completa es (C4O4H4):
● El fumarato es un metabolito intermediario en el ciclo de Krebs. También se origina en el ciclo de la urea (en el citosol) y luego puede entrar en la mitocondria.
26.- Represente con fórmulas la reacción catalizada por la fumarasa.
La fumarasa (o fumarato hidratasa) es la enzima que cataliza una reacción de hidratación, en la que se adiciona una molécula de H2O al doble enlace del fumarato, que se transforma en malato (penúltima reacción del ciclo de Krebs).
La reacción es:
27.- ¿En qué lugar de la célula eucariótica se realiza la síntesis de ácidos grasos? Indique las características de este proceso.
La biosíntesis de ácidos grasos es un proceso anabólico que en las células animales tiene lugar en el citosol, pero en las vegetales se produce en el estroma de los cloroplastos, donde se hallan las enzimas necesarias.
El proceso se caracteriza por lo siguiente:
● La molécula de partida es el acetil-CoA que la célula obtiene y acumula en la matriz mitocondrial como resultado del catabolismo de glúcidos, aminoácidos y ácidos grasos, y que debe pasar al citosol.
● Los intermediarios están unidos covalentemente a una proteína ACP (Acyl Carrier Protein).
● En organismos superiores las enzimas que intervienen están organizadas en el denominado complejo multienzimático ácido graso sintasa.
● El dador activado de unidades de 2 carbonos es el malonil-CoA.
● El reductor en la síntesis de ácidos grasos es la coenzima NADPH.
28.- ¿Qué función desempeña la lanzadera del citrato?
La lanzadera del citrato permite extraer el acetil-CoA de la mitocondria.
El acetil-CoA se forma en procesos tales como la descarboxilación oxidativa del piruvato y la β-oxidación, que tienen lugar en la matriz mitocondrial. Pero puede ocurrir que el acetil-CoA sea necesario en el citosol, por ejemplo, en la síntesis de ácidos grasos, para lo cual es preciso extraerlo de la mitocondria mediante la lanzadera del citrato, ya que los ésteres de la coenzima A no pueden atravesar por sí mismos la membrana mitocondrial interna.
29.- ¿Qué función desempeña el complejo ácido graso sintasa?
El complejo multienzimático ácido graso sintasa (posee siete actividades enzimáticas) está localizado en el citosol de las células animales. Su función es catalizar la síntesis de ácidos grasos a partir de acetil-CoA y de malonil-CoA, molécula que aporta carbonos de dos en dos en cada vuelta de alargamiento. El complejo utiliza NADPH como dador de equivalentes reductores.
30.- En relación con la representación adjunta, ¿cuál es el nombre del compuesto? ¿Cómo se origina? ¿Qué función tiene?
● Se trata del malonil coenzima A.
● El malonil-CoA se origina por carboxilación del acetil-CoA, con gasto de ATP, reacción catalizada por la acetil-CoA carboxilasa.
Es decir: acetil-CoA + CO2 + ATP ―> malonil-CoA + ADP + Pi
● En la biosíntesis de ácidos grasos interviene una molécula de acetil-CoA que sirve de cebador para iniciar la síntesis por elongación, siendo el malonil-CoA un compuesto esencial ya que actúa sucesivamente como dador activado de unidades de 2 carbonos.