Metabolismo 2 (Soluciones)
1.- En relación con la glucolisis (o glucólisis), indique la función y el resultado neto.
● La glucolisis (o glucólisis) tiene lugar en el citosol y desempeña una doble función:
● Degradar glucosa para generar ATP.
● Producir monómeros para procesos de biosíntesis.
● Resultado neto: a partir de una molécula de glucosa se forman 2 de piruvato, 2 de ATP y otras 2 de NADH.
Conviene señalar que en condiciones anaerobias el piruvato es reducido a lactato, es decir: piruvato + NADH + H+ ―> lactato + NAD+. Por consiguiente, en estas condiciones el resultado neto sería: a partir de una molécula de glucosa se forman 2 de lactato, 2 de ATP y otras 2 de NAD+.
2.- ¿De dónde procede la glucosa presente en las células que se utiliza en la ruta glucolítica?
La procedencia varía según se trate de células animales o vegetales:
● En las células animales la glucosa presente en el citosol procede de la digestión y absorción de glúcidos contenidos en los alimentos o de la hidrólisis del glucógeno almacenado en los músculos y el hígado.
● En las células vegetales la glucosa procede de la obtenida por fotosíntesis o de la hidrólisis del almidón.
3.- ¿Con qué otras rutas metabólicas está conectada la glucolisis?
La glucólisis (o glucolisis) está conectada con otras vías, tanto anabólicas como catabólicas.
• Con la gluconeogénesis, ya que varios de los metabolitos intermediarios son comunes en ambos procesos.
• Con fermentaciones que utilizan el piruvato.
• Con la formación de acetil coenzima A mediante la descarboxilación oxidativa del piruvato.
4.- Escriba el nombre correspondiente a la representación adjunta. ¿Cuál es su destino metabólico?
● Se trata del ácido pirúvico y de su forma ionizada: piruvato.
● El destino metabólico del piruvato es variado:
● Formación de acetil coenzima A.
● Conversión en lactato (fermentación láctica)
● Formación de etanol (fermentación alcohólica)
● Participar en la gluconeogénesis.
● Intervenir en la síntesis del aminoácido alanina.
5.- ¿Cuál es el nombre el compuesto adjunto? ¿Cómo puede originarse?
● Se trata del acetil coenzima A.
● El acetil CoA puede producirse por:
● Descarboxilación oxidativa del piruvato.
● Catabolismo de algunos aminoácidos
● Oxidación de ácidos grasos.
6.- En relación con la glucolisis, indique las tres primeras reacciones (sin fórmulas) y las enzimas que intervienen.
● La 1ª reacción es la fosforilación de la glucosa, que se transforma en glucosa 6-fosfato a expensas de ATP, gracias a la acción catalítica de la hexoquinasa:
glucosa + ATP ―> glucosa 6-fosfato + ADP.
La hexoquinasa cataliza también la fosforilación de otras hexosas.
● La 2ª reacción es reversible y consiste en una isomerización, dado que de la glucosa 6-fosfato se transforma en fructosa 6-fosfato, mediante la enzima fosfogluco isomerasa:
glucosa 6-fosfato <―> fructosa 6-fosfato
● La 3ª reacción consiste en otra fosforilación mediada por ATP, de modo que la fructosa 6-fosfato se transforma en fructosa 1,6-bisfosfato, siendo catalizada por la enzima fosfofructo quinasa:
fructosa 6-fosfato + ATP ―> fructosa 1,6-bisfosfato + ADP
7.- Indique la acción catalítica de la aldolasa (sin fórmulas).
La acción catalítica de la enzima aldolasa provoca la escisión de la fructosa 1,6-bisfosfato resultando dos triosas fosfato, concretamente, dihidroxiacetona fosfato y gliceraldehído 3-fosfato.
Aunque la interconversión de las triosas fosfato es una reacción catalizada por la triosa fosfato isomerasa, únicamente el gliceraldehído 3-fosfato continuará metabolizándose en la ruta glucolítica.
8.- Identifique el modelo molecular adjunto (C, negro. O, azul. H, blanco). Escriba la fórmula desarrollada y la de su forma fosfatada. ¿En qué vía metabólica interviene?
● Se trata de la didroxiacetona (cetotriosa).
● Fórmulas:
● La dihidroxiacetona fosfato, que resulta cuando un fosfato esterifica a un grupo alcohólico primario, es un metabolito que interviene en la glucolisis y en la gluconeogénesis.
9.- Identifique el modelo molecular adjunto (C, negro. O, azul. H, blanco). Escriba la fórmula desarrollada de su forma fosfatada en posición 3. ¿En qué vía metabólica interviene?
● Se trata de una aldotriosa, concretamente, L-gliceraldehído.
● La fórmula que se pide es la del gliceraldehído 3-fosfato:
● El gliceraldehído 3-fosfato interviene en diversas rutas metabólicas, por ejemplo, la glucolisis, la gluconeogénesis y el ciclo de Calvin (fotosíntesis).
10.- Complete el esquema adjunto y escriba un breve comentario (P = grupo fosfato).
● Este esquema está relacionado con la fotosíntesis, concretamente, con la fijación del dióxido de carbono en la modalidad o vía del C4 (C4). Se puede completar así:
● La enzima fosfoenolpiruvato carboxilasa cataliza la fijación del CO2 al fosfoenolpiruvato (PEP), transformándolo en oxalacetato (OA) previo desprendimiento del fosfato.
Lo característico de esta modalidad o vía del C4 es que el CO2 atmosférico es fijado por una molécula de 3 carbonos, determinando que el primer compuesto que se origina tras dicha fijación tenga 4 átomos de carbono.
11.- Sabiendo que la “P” simboliza el grupo fosfato, complete la siguiente reacción de la ruta glucolítica y añada un breve comentario.
La reacción completa es:
Se trata de una fosforilación a nivel de sustrato en la última reacción de la glucolisis, catalizada por la enzima piruvato quinasa, teniendo lugar la transferencia prácticamente irreversible de un grupo fosfato desde un sustrato rico en energía, el fosfoenolpiruvato, hasta el ADP formándose ATP y piruvato.
12.- ¿Cuál es la única reacción de la glucolisis en la que se produce potencial reductor (poder reductor)?
Se produce NADH en el paso de gliceraldehído 3-fosfato a 1,3-bisfosfoglicerato, que cataliza la gliceraldehído 3-fosfato deshidrogenasa, enzima que utiliza NAD+ como oxidante, lo cual permite la incorporación directa de un fosfato inorgánico (Pi) a la molécula.
La reacción es: gliceraldehído 3-fosfato + Pi + NAD+ ―> 1,3 bisfosfoglicerato + NADH + H+
13.- ¿Qué función desempeña el potencial reductor que se genera en la glucolisis?
En la glucolisis se produce NADH (potencial o poder reductor), que puede tener una doble función:
● En condiciones anaerobias, como el músculo en ejercicio intenso y prolongado, la coenzima NADH reduce al piruvato, que se convierte en lactato, reacción que permite la recuperación del NAD+ necesario para que no se interrumpa la glucolisis.
Es decir: piruvato + NADH <―> lactato + NAD+
Esto también ocurre en células carentes de mitocondrias (hematíes).
● En condiciones aerobias, los electrones de la NADH son transportados mediante “lanzaderas” al interior de las mitocondrias y aquí se recuperan y son transferidos a la cadena respiratoria.
14.- Nombre las regiones 1 y 2 y escriba un comentario sobre el esquema adjunto.
● Nombres: 1 = citosol. 2 = matriz mitocondrial (o mitosol).
● Se trata del esquema de una lanzadera.
La coenzima NADH del citosol cede sus electrones a una molécula intermediaria pequeña, que se reduce, y al pasar a la matriz, una enzima ligada a la membrana la oxida, con la participación de NAD+, que se reduce ( NADH) y ya puede transferir los electrones al complejo I de la cadena respiratoria.
Dada la impermeabilidad de la membrana mitocondrial interna a la coenzima NADH, este sistema de lanzadera permite aprovechar en la matriz los electrones de la NADH del citosol, mediante un mecanismo alternativo en el que participa un intermediario que puede entrar y salir de la mitocondria.
15.- Interprete la reacción adjunta.
Se trata de la penúltima reacción de la glucolisis.
La enzima enolasa cataliza la deshidratación del 2-fosfoglicerato dando como resultado 2-fosfoenolpiruvato.
16.- En la composición de un dentífrico anticaries se lee que lleva fluoruro sódico. Proponga una explicación.
En presencia de fosfato el fluoruro inhibe a la enolasa, enzima que cataliza el paso de 2-fosfoglicerato a fosfoenolpiruvato durante la glucolisis.
Por dicha razón, el uso de flúor en los dentífricos tiene un efecto anticaries, ya que frena la glucolisis bacteriana y con ello la producción de ácido y la corrosión del esmalte dental.
17.- ¿A qué son debidas las molestias musculares (“agujetas”) que suelen aparecer tras un esfuerzo no habitual e intenso?
El denominado DOMPAT, o sea, dolor muscular postesfuerzo de aparición tardía (“agujetas”) parece ser debido a microlesiones de las fibras musculares. Existen evidencias que desestiman el papel de los cristales de lactato como causantes del DOMPAT, pues en biopsias musculares no se han encontrado cristales en ninguna especie. Esto parece probar que el lactato que se produce por el metabolismo muscular, cuando la oxigenación es deficitaria, es reutilizado rápidamente durante el reposo.
18.- ¿En qué consiste la fermentación láctica?
La fermentación láctica es un proceso metabólico típico de algunos microorganismos, por ejemplo, bacterias del género Lactobacillus. Pero también tiene lugar en células de organismos superiores cuando no hay disponible suficiente oxígeno, tal y como ocurre en las células musculares durante una actividad intensa.
La reacción está catalizada por la enzima lactato deshidrogenasa y consiste en la reducción del piruvato a lactato, mientras que la molécula de NADH se reoxida a NAD+.
19.- Escriba el nombre de los compuestos A, B y C. ¿Qué proceso metabólico los relaciona?
● Nombres: A = etanol. B = acetaldehído. C = ácido acético.
● La fermentación acética es un proceso oxidativo típico de ciertas bacterias aerobias, por ejemplo, las del género Acetobacter.
El etanol es oxidado a acetaldehído y éste es nuevamente oxidado para formar el ácido acético (etanoico).
Este proceso es muy importante en la industria alimentaria para la fabricación del vinagre, que se utiliza como aromatizante o condimento en ensaladas y escabeches, así como en la preparación de encurtidos: aceitunas, pepinillos, etc.
20.- Interprete el esquema adjunto e identifique los procesos A y B.
● Este esquema representa el denominado ciclo de Cori.
A = glucólisis. B = gluconeogénesis.
● En el catabolismo anaerobio, el ácido láctico o lactato se produce por una reducción del piruvato acoplada a una oxidación de NADH (regenerando esta coenzima imprescindible para la glucólisis).
La mayor parte del lactato pasa a la sangre y llega a las células del hígado, donde es transformado en glucosa. Mediante la circulación sanguínea, la glucosa queda nuevamente a disposición de las células musculares para ser metabolizada.
21.- ¿En qué se transforma en nuestro organismo el etanol presente en las bebidas alcohólicas?
El etanol ingerido es convertido por acción de la enzima alcohol deshidrogenasa en acetaldehído, que no puede transformarse en piruvato al carecer los mamíferos de la enzima piruvato descarboxilasa.
El acetaldehído resultante es una molécula muy reactiva, perjudicial (produce peroxidación lipídica y múltiples inhibiciones enzimáticas), que posteriormente se va convirtiendo en acetato gracias a la acción de la enzima acetaldehído deshidrogenasa.
22.- Identifique el modelo molecular adjunto (C, negro. H, blanco. O, azul). Escriba la fórmula desarrollada a pH fisiológico (pH 7). ¿Cómo se origina en la glucolisis?
● Se trata del ácido pirúvico.
● A pH fisiológico el grupo carboxilo estaría ionizado, por lo que la denominación correcta sería piruvato.
● En la glucolisis tiene lugar una transferencia prácticamente irreversible de un grupo fosfato rico en energía desde el fosfoenolpiruvato hasta el ADP formándose ATP y piruvato, reacción catalizada por la enzima piruvato quinasa.
23.- Identifique el modelo molecular adjunto (C, negro. H, blanco. O, azul). Escriba la fórmula desarrollada a pH fisiológico (pH 7). ¿Cómo se origina?
● Se trata del ácido L-láctico.
● La fórmula desarrollada del lactato es:
● En la glucolisis se origina a partir del piruvato, gracias a la acción catalítica de la enzima lactato deshidrogenasa.
La reacción es reversible: piruvato + NADH <―> lactato + NAD+
24.- Cite el nombre de la molécula adjunta y escriba su fórmula a pH fisiológico. En relación con la glucolisis, ¿de qué reacción proviene?
● Se trata del ácido fosfoenolpirúvico (fosfoenolpiruvato).
● A pH fisiológico (pH 7) los grupos carboxilo y fosfato estarían ionizados:
● En la glucolisis, el fosfoenolpiruvato (PEP) se forma a partir del 2-fosfoglicerato, mediante una deshidratación catalizada por la enzima enolasa.
La reacción es: 2-fosfoglicerato ―> H2O + fosfoenolpiruvato.
25.- ¿Qué reacción cataliza la enzima piruvato quinasa?
La piruvato quinasa cataliza la última reacción de la glucolisis, en la que tiene lugar una transferencia de un grupo fosfato desde el fosfoenolpiruvato al ADP, formándose ATP y piruvato.
26.- Exponga la reacción inicial ciclo de Krebs (con fórmulas).
La enzima citrato sintasa (clasificada en el grupo de las transferasas) cataliza la reacción del oxalacético con el acetil coenzima A, formándose ácido cítrico y coenzima A (HS−CoA).
La reacción es:
27.- Represente con fórmulas la última reacción del ciclo de Krebs.
El malato es oxidado a oxalacetato, reacción catalizada por la enzima malato deshidrogenasa, que utiliza NAD+ como coenzima aceptor de electrones y al reducirse forma NADH + H+.
La reacción es:
28.- ¿Por qué se dice en algunos libros que el ciclo de Krebs es “anfibólico”?
El ciclo de Krebs es anfibólico por ser a la vez catabólico y anabólico.
Es catabólico por llevar a cabo la oxidación del acetil coenzima A y con ello la producción de ATP.
Es anabólico porque varios de sus intermediarios pueden ser utilizados para la síntesis de otros compuestos.
29.- ¿Qué son reacciones anapleróticas? Ponga un ejemplo.
Aunque el ciclo de Krebs es una vía degradativa también es importante para la biosíntesis. El ciclo dejaría de funcionar con normalidad si ciertos metabolitos fueran utilizados en demasía para sintetizar otros compuestos.
Las reacciones anapleróticas (“de relleno”) son aquellas que restablecen los niveles de los intermediarios del ciclo para que sea posible su funcionamiento normal.
La reacción anaplerótica más importante es la carboxilación del piruvato para formar oxalacetato, catalizada por la piruvato carboxilasa: CO2 + piruvato + ATP ―> oxalacetato + ADP + Pi
30.- ¿En qué consiste la fosforilación a nivel de sustrato? ¿Conoce algunas reacciones concretas?
● La fosforilación a nivel de sustrato es un tipo de reacción en la que un compuesto fosforilado rico en energía es capaz de transferir su fosfato al ADP para rendir ATP directamente.
Es decir: X-P + ADP ―> ATP + Y
(X-P = sustrato fosforilado. Y = producto de la reacción).
● Existen tres reacciones metabólicas con producción directa de ATP, es decir, al margen de la vía fundamental generadora de energía que es la fosforilación oxidativa.
● Dos en la glucolisis, ya que tanto la fosfoglicerato quinasa como la piruvato quinasa catalizan sendas reacciones generadoras directas de ATP.
● Otra en el ciclo de Krebs, puesto que la succinil CoA sintetasa cataliza la producción directa de GTP (equivalente al ATP).