Metabolismo 1 (Soluciones)
1.- Defina el concepto de metabolismo.
Metabolismo es el conjunto de reacciones químicas, catalizadas por enzimas, que tienen lugar en las células del organismo.
Tradicionalmente se consideran dos fases: anabolismo o fase constructiva (biosíntesis) y catabolismo o fase degradativa.
2.- Defina anabolismo.
El anabolismo comprende todos los procesos de biosíntesis (a partir de moléculas inorgánicas o moléculas orgánicas sencillas se sintetizan monómeros, y con ellos, los polímeros). Estas reacciones incluyen la formación de enlaces covalentes y la reducción de moléculas. En general son reacciones endergónicas, esto es, que precisan energía.
3.- Defina catabolismo.
El catabolismo integra todas las vías metabólicas en que los compuestos orgánicos se degradan. En general, estas reacciones implican la rotura de enlaces covalentes y la oxidación de compuestos. Son reacciones exergónicas, esto es, que liberan energía.
4.- Resuma las características diferenciadoras entre los procesos anabólicos y los catabólicos.
Anabolismo:
• Reacciones de síntesis.
• Reacciones de reducción.
• Son procesos endergónicos (precisan energía).
• Son vías metabólicas divergentes.
Catabolismo:
• Reacciones de degradación.
• Reacciones de oxidación.
• Son procesos exergónicos (liberan energía).
• Son vías metabólicas convergentes.
5.- Haga un comentario sobre el esquema adjunto.
Se trata de una ilustración sobre las reacciones de oxidación- reducción (redox). Desde el punto de vista químico, un compuesto se oxida cuando pierde electrones y se reduce cuando los acepta.
En el esquema se observa que el Fe3+ se reduce a Fe2+, mientras que el Cu+ se oxida a Cu2+.
6.- Cite las características de las reacciones: a) de oxidación, b) de reducción.
Reacciones de oxidación:
• Eliminación de hidrógeno (o ganancia de oxígeno).
• Eliminación de electrones.
• Liberación de energía.
Reacciones de reducción:
• Adición de hidrógeno (o pérdida de oxígeno).
• Adición de electrones.
• Almacenamiento de energía.
7.- ¿Qué son y qué función realizan “NAD” y “NADP”?
Ambos compuestos son coenzimas de oxidación-reducción, actuando como transportadores de electrones. Adoptan alternativamente las formas oxidada y reducida.
• NAD. Dinucleótido de adenina y de nicotinamida.
Formas: oxidada (NAD+) y reducida (NADH)
Función:
NAD++ e- + H <―> NADH. O bien: NAD++ 2 H <—> NADH + H+
• NADP. Fosfato del dinucleótido de adenina y de nicotinamida.
Formas: oxidada (NADP+) y reducida (NADPH)
Función:
NADP++ e- + H <―> NADPH. O bien: NADP++ 2 H <—> NADPH + H+
8.- ¿Qué es y qué función realiza “FAD”?
● FAD. Dinucleótido de adenina y de flavina (flavín-adenín-dinucleótido).
Adopta alternativamente las formas oxidada, FAD, y reducida, FADH2. Es decir: FAD + 2H <—> FADH2
● Actúa como coenzima de las enzimas deshidrogenasas que catalizan las reacciones de óxido-reducción. Más concretamente, FAD interviene en la transformación del ácido succínico (succinato) en fumárico (fumarato), en el ciclo de Krebs.
9.- Aclare la diferencia entre poder reductor y poder oxidante.
• Una sustancia posee elevado poder reductor cuando pierde con facilidad electrones.
• La sustancia posee alto poder oxidante si presenta elevada tendencia a capturar electrones.
10.- ¿A qué se llama vía o ruta metabólica?
● Una vía o ruta metabólica es un proceso formado por una serie de reacciones enzimáticas sucesivas.
Dichas reacciones pueden seguir una secuencia lineal hasta llegar a los productos finales. Cuando en la última reacción se forma un producto que es también sustrato de la reacción inicial, se trata de una ruta cíclica.
Vía lineal: A ―> B ―> C ―> D ―> E ―> F.
Vía cíclica: A + B ―> C ―> D ―> E ―> A.
11.- Aclare la diferencia entre rutas metabólicas convergentes y divergentes.
● El catabolismo es la fase degradativa del metabolismo. Se dice que las rutas catabólicas son convergentes porque confluyen hacia unos pocos productos finales, es decir, a partir de muchos sustratos diferentes se forman casi siempre los mismos productos: agua, dióxido de carbono, piruvato, lactato, etc.
● El anabolismo es la fase de síntesis del metabolismo. Se dice que las rutas anabólicas son divergentes porque a partir de unas pocas moléculas precursoras sencillas se sintetiza una gran variedad de macromoléculas.
12.- ¿Qué son metabolitos? ¿A qué se llama metabolismo intermediario?
● Metabolitos son los compuestos que intervienen en las vías metabólicas.
Por lo general, los productos finales o los intermediarios de una vía actúan como sustratos de otras vías, es decir, las rutas están entrecruzadas.
● Metabolismo intermediario es el conjunto de vías que enlazan entre sí a las rutas metabólicas principales.
13.- Cite el nombre de cada proceso metabólico numerado. ¿Tiene algún significado el color azul y el rojo?
● El esquema representa las principales vías del metabolismo de los glúcidos. La glucosa es el intermediario central y la que da nombre a los cuatro procesos:
1 = Glucogenolisis. 2 = Glucolisis (o glucólisis).
3 = Glucogenogénesis. 4 = Gluconeogénesis.
● Color azul, procesos catabólicos (degradativos). Color rojo, procesos anabólicos (biosintéticos).
14.- ¿En qué consiste la gluconeogénesis?
La gluconeogénesis es un proceso anabólico mediante el que se sintetiza glucosa a partir de precursores no glucídicos (piruvato, lactato, glicerol, aminoácidos).
En la transformación del piruvato en glucosa se consumen 6 moléculas de fosfato de alta energía (4 de ATP y 2 de GTP) y otras 6 de poder reductor (NADH).
15.- ¿Cuál es el resultado neto de la glucolisis? ¿Dónde tiene lugar?
● A partir de una molécula de glucosa se forman 2 de piruvato, 2 de ATP y 2 de NADH. El resultado global es:
Glucosa + 2 ADP + 2 NAD+--> 2 piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+
● Este proceso catabólico tiene lugar en el citosol.
16.- ¿Por qué en unos libros se lee, por ejemplo, pirúvico o láctico, y en otros, piruvato o lactato?
En condiciones fisiológicas (pH neutro) los compuestos orgánicos que contienen grupos carboxílicos (−COOH) se hallan en forma de aniones carboxilato (−COO-). Por esta razón es preferible utilizar la terminación “ato”: piruvato o lactato, en vez de pirúvico o láctico, respectivamente.
17.- ¿Cómo se lleva a cabo en el organismo la regulación del metabolismo?
La regulación de las rutas metabólicas se realiza de tres maneras:
- A través de enzimas reguladoras, que ejercen su acción en los comienzos de las vías metabólicas (catalizando la reacción limitante).
- El segundo nivel se ejerce a través del control de la concentración enzimática. La síntesis de algunas enzimas se activa solamente en respuesta a la presencia de sustratos específicos.
- En los organismos superiores, el control metabólico se ejerce también a un tercer nivel: las hormonas actúan como mensajeros químicos que estimulan o inhiben determinadas actividades metabólicas.
18.- Aclare el significado de esta frase: “Las enzimas son las reinas del metabolismo”.
Esta frase se refiere a que las reacciones metabólicas están catalizadas por enzimas, sin las cuales la velocidad de tales reacciones sería muy lenta e incompatible con la vida.
Existen factores que regulan la actividad enzimática, con lo cual varía la velocidad de transformación de sustratos en productos. Esta modulación de la velocidad de los procesos metabólicos está en función de las necesidades de la célula o del organismo.
En resumen: las enzimas ejercen el control del metabolismo posibilitando las reacciones y la regulación de todos los procesos metabólicos.
19- ¿Qué ventaja metabólica presenta la “compartimentación celular”?
La mayoría de los sustratos y de las enzimas se encuentran en la célula eucariota en concentraciones muy bajas, lo cual limita la velocidad de las reacciones metabólicas, muchas de las cuales tienen lugar en el interior de orgánulos celulares (o compartimentos), donde existe una mayor concentración de reaccionantes.
En conclusión: la compartimentación celular es una estrategia para aumentar la eficacia de las reacciones metabólicas.
20.- ¿Qué son metabolopatías?
El término metabolopatía suele emplearse para designar las disfunciones metabólicas. Estas enfermedades están causadas por alteraciones en los procesos bioquímicos que constituyen el metabolismo del organismo.
Las metabolopatías congénitas se denominan también errores innatos del metabolismo y se deben a trastornos genéticos que provocan incapacidad en el organismo para realizar de forma correcta una ruta metabólica.
21.- Indique el significado de metabolismo autótrofo y heterótrofo.
Ambos términos se refieren a los tipos de metabolismo según la naturaleza de la materia que los organismos toman del exterior.
• Autótotrofo (o litotrofo). Sólo necesitan tomar materia inorgánica a partir de la cual sintetizan materia orgánica propia, utilizando la energía luminosa (fotosíntesis) o la energía química procedente de la oxidación de algún compuesto (quimiosíntesis).
• Heterótrofo (u organotrofo). Necesitan tomar materia orgánica del exterior, que transforman en materia orgánica propia y energía.
22.- ¿Cuál es el significado de los términos fototrofo y quimiotrofo?
Ambos términos se refieren a los tipos de metabolismo según la clase de energía que los organismos pueden aprovechar.
• Fototrofo. Son capaces de utilizar energía luminosa del exterior como fuente energética primaria.
• Quimiotrofo. Sólo son capaces de aprovechar energía química almacenada en moléculas que toman del exterior.
23.- ¿En qué consiste la respiración celular? ¿A qué se llama fermentación?
● La respiración celular es un proceso catabólico que consiste en una oxidación completa de los compuestos orgánicos, de modo que el aceptor final de electrones es una sustancia inorgánica.
En la llamada respiración aerobia el aceptor final es el oxígeno molecular (O2), que al reducirse forma agua.
En la respiración anaerobia el aceptor final de electrones es una sustancia diferente al O2, como iones nitrato o sulfato.
● La fermentación es un proceso catabólico que consiste en una oxidación incompleta, siendo el aceptor final de electrones un compuesto orgánico sencillo.
24.- Identifique los compuestos A y B. ¿Cuál es su significado metabólico?
● Los nombres correspondientes a las fórmulas son:
A = acetoacetato (ácido acetoacético)
B = hidroxibutirato (ácido hidroxibutírico)
● Ambos compuestos son cuerpos cetónicos, que se originan como consecuencia de la degradación masiva de los ácidos grasos y la consiguiente formación excesiva de acetil-CoA, mediante un proceso llamado cetogénesis.
Esta situación puede darse, por ejemplo, tras un ayuno prolongado. Los cuerpos cetónicos sintetizados por el hígado son vertidos a la sangre, siendo utilizados como fuente de energía por otros órganos o tejidos, como el músculo y el cerebro, compensando así las necesidades de glucosa del organismo.
25.- ¿Qué metabolito representa el modelo molecular adjunto? (Clave de colores: C, negro. H, blanco. O, rojo). Escriba la fórmula. ¿Cómo se origina? ¿En qué puede transformarse?
● Se trata de la acetona o propanona.
● Fórmula:
● La acetona se origina por descarboxilación espontánea del ácido acetoacético (acetoacetato) y también se considera cuerpo cetónico.
● La acetona puede proseguir su metabolismo de dos formas: produciendo acético y fórmico, o bien, piruvato.
26.- Identifique el modelo molecular adjunto (C, negro. O, azul, H, blanco). Escriba la fórmula desarrollada. ¿En qué vía metabólica puede originarse?
● Se trata del acetaldehído o etanal.
● Fórmula desarrollada:
● En la fermentación alcohólica el acetaldehído se origina por descarboxilación del piruvato.
27.- Identifique el modelo molecular adjunto (C, negro. O, azul, H, blanco). Escriba la fórmula desarrollada. ¿En qué vía metabólica puede originarse?
● Se trata del alcohol etílico o etanol.
● Fórmula desarrollada:
● Es el producto final de la fermentación alcohólica y se origina por reducción del acetaldehído o etanal.
28.- Describa la fermentación alcohólica (ilustre con fórmulas).
La fermentación alcohólica es típica de las levaduras del género Saccharomyces cuando se encuentran en ambientes anaerobios.
El proceso comienza con la descarboxilación del piruvato, que cataliza la enzima piruvato descarboxilasa, formando acetaldehído (etanal). Posteriormente, la enzima alcohol deshidrogenasa reduce el etanal formando etanol, que es el producto final, a la vez que las moléculas de NADH se reoxidan a NAD+.
29.- Identifique el modelo molecular adjunto (C, negro. O, azul, H, blanco). Escriba las fórmulas: desarrollada, semidesarrollada y molecular. ¿En qué vía metabólica interviene?
• Se trata del ácido succínico.
• Fórmula desarrollada:
• Fórmula semidesarrollada: HOOC−CH2−CH2−COOH.
• Fórmula molecular: C4H6O4.
• Este metabolito interviene en el ciclo de Krebs y se oxida formando ácido fumárico.
30.- Formule el ácido tricarboxílico que inicia el ciclo de Krebs. ¿Qué enzima cataliza su síntesis?
El cítrico es el ácido tricarboxílico que inicia el ciclo de Krebs:
• Cataliza su formación la enzima citrato sintasa, clasificada en la clase 2 (Transferasas).
La reacción es: oxalacetato + acetilCoA + agua —> citrato + CoA