Cuestionario de capítulo 8 -

Biología Solomon
Biología
8 pag.

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Kun Kin Zheng Liang

Cuestionario
Capítulo 8: ¿Cómo producen ATP las células? Rutas de
liberación de energía
Preguntas de Repaso
8.1. REACCIONES REDOX
 En la reacción global de la respiración aeróbica, ¿qué reactivo se oxida y cuál se
reduce?
En la reacción global de la respiración aeróbica, el reactivo que se oxida es la glucosa,
mientras que el oxígeno es el que se reduce.
Como se muestra en la imagen:

 ¿Cuál es la función específica del oxígeno en la mayoría de las células?

La función específica del oxígeno es oxidar los alimentos y de esta forma obtener energía.
La célula los oxida completamente en un proceso llamado: respiración celular.
8.2. LAS CUATRO ETAPAS DE LA RESPIRACIÓN AERÓBICA
 ¿Cuánto ATP está disponible para la célula a partir de una sola molécula de glucosa
mediante (1) glucólisis, (2) la formación de acetil CoA, (3) el ciclo del ácido cítrico, y
(4) la cadena de transporte de electrones y la quimiosmosis?
1. Glucólisis: A partir de 2 moléculas de ATP, esta se convierte en 2 piruvatos + 2 NADH
+ 4 ATP, produciendo una ganancia neta de 2 ATP.
2. Formación de acetil CoA: Los 2 piruvatos se metabolizan a 2 acetil CoA + 2 CO2 + 2
NADH.
3. Ciclo de ácido cítrico: Las moléculas de 2 acetil CoA se metabolizan a 4 CO2 + 6 NADH
+ 2 FADH2 + 2 ATP.
4. Cadena de transporte de electrones y quimiosmosis: Debido a que la oxidación del
NADH en la cadena de transporte de electrones produce hasta 3 ATP por molécula,
el total de 10 moléculas de NADH puede producir hasta 30 ATP. Sin embargo, las 2
moléculas de NADH de la glucólisis, producen cada una 2 o 3 ATP. Esto debido a que
ciertos tipos de células eucariotas deben gastar energía para el transporte del NADH
producido por la glucólisis a través de la membrana mitocondrial. Las células
procariotas carecen de mitocondrias, por lo que no tienen necesidad de transportar
moléculas de NADH. Por esta razón, las bacterias pueden generar 3 ATP por cada

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NADH, incluso los producidos durante la glucólisis. Así, el número máximo de ATP
formado usando la energía del NADH es de 28 a 30.
La oxidación del FADH2 produce 2 ATP por molécula (esto debido a que los
electrones del FADH2 entran en la cadena de transporte de electrones en un lugar
diferente que los del NADH), por lo que las 2 moléculas de FADH2 producidas en el
ciclo del ácido cítrico producen 4 ATP.
Entonces, sumando todos los ATP (2 de la glucólisis, 2 del ciclo del ácido cítrico y 32 a 34 del
transporte de electrones y de la quimiosmosis), se puede ver que el metabolismo aeróbico
completo de una molécula de glucosa produce un máximo de 36 a 38 moléculas de ATP. La
mayor parte del ATP se genera por la fosforilación oxidativa, que implica la cadena de
transporte de electrones y la quimiosmosis. Sólo se forman 4 ATP por la fosforilación a nivel
del sustrato en la glucólisis y en el ciclo del ácido cítrico.
 ¿Por qué son esenciales cada uno de los siguientes factores para la síntesis
quimiosmótica de ATP?: (1) cadena de transporte de electrones, (2) gradiente de
protones, y (3) complejo de la ATP sintasa?
1. Cadena de transporte de electrones: Permite traspasar electrones en la membrana
mitocondrial interna, que luego los traspasa a otras proteínas en la cadena
transportadora. Con la energía liberada durante el transporte de electrones se usa
para el transporte de protones (H+) de la matriz mitocondrial al espacio
intermembranal, donde se acumula una alta concentración de protones.
2. Gradiente de protones: Este es muy importante, porque nos permite direccionar la
producción de ATP. Es decir, para que no pueden difundirse de nuevo en la matriz,
al menos que sean por canales especiales en la ATP sintasa en la membrana interna.
3. Complejo de ATP sintasa: Nos permite el flujo de protones a través de la ATP sintasa,
proporcionando la energía para la generación de ATP a partir de ADP y del fosfato
inorgánico (Pi).
 ¿Cuáles son los roles del NAD+, el FAD, y el oxígeno en la respiración aeróbica?
El NAD+ es un agente oxidante, acepta electrones de otras moléculas y pasa a ser reducido,
formándose NADH, que puede ser utilizado entonces como agente reductor para donar
electrones. Como la transferencia de electrones en la glucolisis y en el ciclo del ácido cítrico.
El FAD es una coenzima que interviene como donador o aceptador de electrones y protones;
su estado oxidado (FAD) se reduce a FADH2 al aceptar dos átomos de hidrógeno (cada uno
formado por un electrón y un protón).
Por lo que al reducirse capta dos protones y dos electrones, lo que le permite intervenir
como donador de energía en el metabolismo. Por ejemplo: el FAD (al igual que el NAD), se
reducen en el ciclo de Krebs.
El rol del oxígeno es ser el aceptor final de electrones en el extremo de la cadena de
transporte de electrones de la respiración aeróbica. Pues en ausencia de oxígeno, sólo unos

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pocos ATP se producen a partir de la glucosa. Mientras que, en presencia de oxígeno, se

producen mucho más ATP.
 ¿Cuáles son algunas de las rutas en que la respiración aeróbica es controlada?
La respiración aeróbica requiere una entrada continua de moléculas de combustible y
oxígeno. Bajo condiciones normales estos materiales se proporcionan adecuadamente y no
afectan la tasa de respiración. En su lugar, la tasa de respiración aeróbica está regulada por
la cantidad de ADP y fosfato que se encuentran disponibles, con ATP la síntesis continúa
hasta que la mayoría de ADP se ha convertido a ATP. En este punto la fosforilación oxidativa
disminuye en forma considerable, lo que a su vez frena el ciclo del ácido cítrico.
La glucólisis está parcialmente controlada por la regulación de la reacción ejercida sobre la
enzima fosfofructoquinasa, que cataliza una reacción inicial de la glucólisis. En otras
palabras, esta enzima se inactiva cuando los niveles de ATP son altos y se activa cuando son
bajos. La respiración procede cuando la enzima se activa, generando así más ATP.
8.3. PRODUCCIÓN DE ENERGÍA A PARTIR DE NUTRIENTES DIFERENTES A
LA GLUCOSA
 ¿Cómo puede una persona obtener energía a partir de una dieta baja en
carbohidratos?
A partir de una dieta baja en carbohidratos, la cual prácticamente reduce el consumo de
azúcares y almidones, se puede obtener energía al consumir proteína. Es decir, si los
carbohidratos y la grasa en la dieta no suministran una cantidad de energía adecuada,
entonces se utiliza la proteína para suministrar energía. Sin embargo, como resultado hay
menos proteína disponible para el crecimiento, reposición celular y otras necesidades
metabólicas.
 ¿Qué proceso debe ocurrir antes de que los aminoácidos entren a las rutas
respiratorias aeróbicas?
Los aminoácidos se deben de metabolizar a través de reacciones en las que se elimine el
grupo amino (-NH2), un proceso llamado desaminación. En el caso de los mamíferos y
algunos otros animales, el grupo amino se convierte en urea y se excreta, pero la cadena de
carbono se metaboliza y a la larga se utiliza como reactivo en uno de los pasos de la
respiración aeróbica.
Ejemplo: El aminoácido alanina se somete a la desaminación para convertirse en piruvato,
el aminoácido glutamato se convierte en α-cetoglutarato, y el aminoácido aspartato
produce oxaloacetato. El piruvato entra a la respiración aeróbica como el producto final de
la glucólisis, y la α-cetoglutarato y el oxaloacetato entran en la respiración aeróbica como
intermediarios en el ciclo del ácido cítrico.
 ¿Dónde entran los ácidos grasos en la ruta respiratoria aeróbica?

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Los ácidos grasos al ser oxidados y divididos enzimáticamente en grupos acetilo de dos
carbonos que se unen a la coenzima A; es decir, los ácidos grasos son convertidos a acetil
CoA. Este proceso que ocurre en la matriz mitocondrial, se denomina β-oxidación (beta-
oxidación). Las moléculas de acetil CoA formados por β-oxidación entran al ciclo del ácido
cítrico.
8.4. RESPIRACIÓN ANAERÓBICA Y FERMENTACIÓN
 ¿Cuál es el destino de los átomos de hidrógeno eliminados de la glucosa durante la
glucólisis cuando el oxígeno está presente en las células musculares? ¿Cómo se
compara esto con el destino de los átomos de hidrógeno eliminados de la glucosa
cuando la cantidad de oxígeno disponible es insuficiente para apoyar la respiración
aeróbica?
Resultan relativamente reducidas, tienden a ser tóxicas para las células y son esencialmente
los productos de desecho.
 ¿Por qué es la producción de ATP de la fermentación sólo una pequeña fracción del
rendimiento de la respiración aeróbica?
Porque requiere un gran suministro de combustible, por esto es que se le dice que es
ineficaz. Es decir, para realizar la misma cantidad de trabajo, una célula dedicada a la
fermentación debe consumir hasta 20 veces más glucosa u otro carbohidrato por segundo
que una célula que utiliza la respiración aeróbica.
Evalúe su comprensión
1. Un proceso químico durante el cual una sustancia gana electrones y energía se
llama:
d. reducción
2. ¿Cuál de las siguientes es una clasificación correcta de las moléculas con respecto a
su valor de energía de la glucólisis (nota: > significa “mayor que”)?
c. dos gliceraldehído-3-fosfatos (G3P) > una glucosa
3. Las reacciones de ___________ tienen lugar en el citosol de las células eucariotas.
a. la glúcolisis
4. Antes de que el piruvato entre en el ciclo del ácido cítrico, se descarboxila, se oxida
y se combina con la coenzima A, formando acetil CoA, dióxido de carbono, y una
molécula de:
a. NADH
5. En la primera etapa del ciclo del ácido cítrico, la acetil CoA reacciona con el
oxaloacetato para formar:

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b. citrato
6. ¿Cuál de los siguientes es la principal fuente de electrones que fluyen a través de la
cadena de transporte electrónico mitocondrial?
c. NADH
7. La parte “aeróbica” de la respiración celular aeróbica se produce durante la:
d. el transporte de electrones
8. La fosforilación a nivel de sustrato:
d. se produce durante la glucolisis y el ciclo del ácido cítrico.
9. ¿Cuál de las siguientes es una clasificación correcta de las moléculas, de acuerdo con
su valor energético en la fosforilación oxidativa (nota:> significa “mayor que”)?
d. NADH > ATP
10. Una ganancia neta de sólo 2 ATP se pueden producir anaeróbicamente a partir del
_____ de una molécula de glucosa, en comparación con un máximo de 38 ATP
producidos en _____.
e. fermentación; respiración aeróbica
11. Cuando son privadas de oxígeno, las células de levadura obtienen energía por
fermentación, produciendo dióxido de carbono, ATP, y:
b. alcohol etílico
12. Complete la figura:

Membrana mitocondrial externa

Citosol
Membrana mitocondrial interna

Espacio intermembrana con bajo pH

Matriz con pH más alto

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Pensamiento crítico
1. ¿Cómo son las reacciones endergónicas de la primera fase de la glucólisis acopladas
a la hidrólisis del ATP, que es una reacción exergónica? ¿Cómo son las reacciones
exergónicas de la segunda fase de la glucólisis, acopladas a la síntesis endergónica
de ATP y NADH?
Reacciones endergónicas de la primera fase de la glucólisis
A través de dos reacciones de fosforilación independientes, un grupo fosfato se transfiere
del ATP al azúcar. El azúcar que resulta fosforilado o (fructosa-1,6-bifosfato) es menos
estable y se rompe enzimáticamente en dos moléculas de tres carbonos, la dihidroxiacetona
fosfato y el gliceraldehído-3-fosfato (G3P). La dihidroxiacetona fosfato se convierte
enzimáticamente a G3P, por lo que los productos en este punto de la glucólisis son dos
moléculas de G3P por glucosa.
Esta parte se puede resumir de la siguiente manera:

Reacciones exergónicas de la segunda fase de la glucólisis

En el primer paso de este proceso, cada G3P se oxida por la eliminación de 2 electrones
(como parte de dos átomos de hidrógeno). Éstos inmediatamente se combinan con la
molécula portadora de hidrógeno, NAD+:

Debido a que hay dos moléculas de G3P por cada glucosa, se forman dos NADH. En dos de
las reacciones que conducen a la formación del piruvato, el ATP se forma cuando un grupo
fosfato se transfiere al ADP de un intermediario fosforilado. A este proceso se le conoce
como fosforilación a nivel del sustrato. En la fase de inversión de energía de la glucólisis se
consumen dos moléculas de ATP, pero en la fase de captura de energía se producen cuatro
moléculas de ATP. Por lo tanto, la glucólisis produce una ganancia de energía neta de dos
ATP por glucosa.
Esta segunda fase de la glucólisis se puede resumir de la siguiente manera:

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2. ¿De qué manera la membrana mitocondrial interna es esencial para el acoplamiento

del transporte de electrones y la síntesis de ATP? ¿Podría la membrana llevar a cabo
su función si su bicapa lipídica fuera fácilmente permeable a los iones de hidrógeno
(protones)?
La membrana mitocondrial interna es esencial para el acoplamiento del transporte de
electrones y la síntesis de ATP, debido a que esta presenta un 75% de su masa en proteínas
y un 25% de lípidos, los cuales favorecen a la membrana en comparación con las otras
membranas celulares. Aparte de que a través de sus 5 complejos se favorece la ruta de
electrones y la ruta de protones, permitiendo la generación de ATP.
La membrana no podría llevar a cabo su función, pues al no tener un gradiente de protones,
esta se vuelve más permeable, lo cual ocasionaría que los H+ ingresen por otras partes, las
cuales dificultarían la formación de ATP por parte del complejo ATP sintasa.
3. Con base en lo que ha aprendido en este capítulo, explique por qué un niño en edad
escolar puede correr 17 millas por hora en una carrera de 100 yardas, pero un atleta
entrenado sólo puede correr 11.5 millas por hora en un maratón de 26 millas.
Esto es debido a que los niños usan más su metabolismo aeróbico antes que del proceso
anaeróbico, lo cual les permite que los músculos se recuperen más rápido y que estén
menos cansados cuando corren.
4. Cuando una persona reduce su peso, ¿adónde se va tal peso?
La grasa que eliminamos se convierte en dióxido de carbono y en agua. El CO2 se exhala y
el agua pasa al sistema circulatorio hasta que lo eliminamos en forma de orina y sudor.
Cuando hacemos ejercicio, nuestra tasa metabólica se incrementa, lo que significa que
nuestro organismo necesita más oxígeno y, por tanto, produce más dióxido de carbono.
5. Las reacciones de la glucólisis son idénticas en todos los organismos, procariotas,
protistas, hongos, plantas y animales, que obtienen energía a partir del catabolismo
de la glucosa. ¿Qué sugiere esta universalidad acerca de la evolución de la glucólisis?
Sugiere que con la evolución de la glucólisis se fueron adquiriendo mejores cualidades
catalíticas, haciendo posible capturar mayor energía en los enlaces de los compuestos
orgánicos a través de diferentes etapas; se puede decir que es una de las rutas metabólicas
más originales en casi todas las células.
6. El oxígeno molecular es tan reactivo que no existiría en la atmósfera de la Tierra
actualmente si no se generará de manera consistente por los organismos que liberan
oxígeno como producto de desecho de la fotosíntesis. ¿Qué sugiere este hecho
acerca de la evolución de la respiración aeróbica y de los procesos fotosintéticos que
liberan oxígeno?

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Este hecho sugiere que alteró profundamente el curso de la evolución al facilitar el

desarrollo de la respiración aeróbica y la vida multicelular compleja. Es decir, con la
evolución de la respiración aeróbica, este proceso facilitó el desarrollo de organismos
más complejos, pues permite realizar procesos biológicos a partir del oxígeno.

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