Metabolismo
Concepto de metabolismo
El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que ocurren en el interior de una célula.
Se divide en:
- Catabolismo: reacciones de degradación de moléculas complejas → simples, con liberación de energía (ATP)
- Anabolismo: reacciones de síntesis de moléculas complejas a partir de simples, con consumo de energía (ATP)
La energía química se almacena y transporta mediante el ATP (adenosín trifosfato).
7.2. Catabolismo: la respiración celular
La respiración celular aerobia es el catabolismo de la glucosa en presencia de O₂ para obtener energía (ATP, calor), CO₂ y H₂O.
Ecuación global:
Se realiza en tres etapas: Glucólisis → Ciclo de Krebs → Cadena de transporte de electrones (fosforilación oxidativa).
7.2.1. Glucólisis
Localización: citoplasma (citosol) Proceso: degradación de glucosa (6C) → 2 moléculas de piruvato (3C)
Balance neto:
- Consume: 2 ATP
- Produce: 4 ATP → beneficio neto: 2 ATP
- Produce: 2 NADH
- Produce: 2 piruvato
Fases: 1. Fase de inversión (consume 2 ATP): activación de la glucosa → fructosa-1,6-bifosfato 2. Fase de beneficio (produce 4 ATP + 2 NADH): división en 2 triosas fosfato → 2 piruvatos
La glucólisis ocurre en condiciones aerobias y anaerobias.
EBAU — Aragón, junio 2018, opción B, cuestión 3
Respecto a la glucólisis:
a) ¿En qué compartimento celular se realiza?
b) ¿Qué molécula se degrada? ¿Cuáles son los productos finales?
c) Explique el balance energético neto de la glucólisis.
7.2.2. Ciclo de Krebs
Localización: matrix mitocondrial Entrada: acetil-CoA (2C) — formado a partir del piruvato por la piruvato deshidrogenasa
Proceso (por cada molécula de acetil-CoA):
- El acetil-CoA (2C) se une al oxaloacetato (4C) → citrato (6C)
- El ciclo regenera el oxaloacetato
- Se liberan 2 CO₂ (eliminación total del carbono)
Balance por vuelta (1 acetil-CoA):
- 3 NADH
- 1 FADH₂
- 1 GTP (≈ ATP)
- 2 CO₂
Como se producen 2 piruvatos → 2 acetil-CoA por glucosa → 2 vueltas del ciclo
EBAU — Aragón, septiembre 2019, opción A, cuestión 2
En relación al Ciclo de Krebs:
a) ¿Dónde tiene lugar?
b) ¿Cuál es la molécula de entrada? ¿Cómo se forma a partir del piruvato?
c) ¿Cuáles son los productos obtenidos?
7.2.3. Cadena transportadora de electrones
Localización: membrana interna mitocondrial (crestas) Proceso: los electrones del NADH y FADH₂ circulan por complejos proteicos de la membrana interna, liberando energía progresivamente para bombear H⁺ al espacio intermembrana.
El gradiente electroquímico de H⁺ impulsa la ATP sintasa (complejo V) → fosforilación oxidativa → síntesis de ATP.
Aceptor final de electrones: O₂ → H₂O (esta es la razón por la que la respiración requiere oxígeno)
El rendimiento:
- 1 NADH → 2,5 ATP
- 1 FADH₂ → 1,5 ATP
EBAU — País Vasco, junio 2019, opción A, cuestión 3
a) ¿En qué parte de la mitocondria se localiza la cadena de transporte de electrones?
b) ¿Cuál es la función del oxígeno en la respiración aerobia?
c) ¿Qué es la ATP sintasa?
7.2.4. Balance energético de la respiración celular
| Etapa | Localización | ATP directo | NADH | FADH₂ | ATP total (aprox.) |
|---|---|---|---|---|---|
| Glucólisis | Citoplasma | 2 | 2 | — | ~7 |
| Oxidación del piruvato | Matrix | — | 2 | — | ~5 |
| Ciclo de Krebs | Matrix | 2 | 6 | 2 | ~20 |
| Total | ~4 | 10 | 2 | ~30-32 ATP |
7.2.5. Fermentación
La fermentación ocurre en condiciones anaerobias (sin O₂). Es la regeneración del NAD⁺ a partir del NADH para que la glucólisis pueda continuar.
Tipos:
- Fermentación láctica: piruvato → lactato + NAD⁺. Realizada por bacterias lácticas y células musculares (en ejercicio intenso). Balance: 2 ATP por glucosa.
- Fermentación alcohólica: piruvato → etanol + CO₂ + NAD⁺. Realizada por levaduras. Usada en la fabricación de pan, cerveza y vino. Balance: 2 ATP por glucosa.
EBAU — Extremadura, junio 2021, pregunta 3
a) ¿Qué es la fermentación?
b) Diferencia la fermentación láctica de la alcohólica.
c) ¿Qué importancia tiene la fermentación en la industria alimentaria?
7.3. Anabolismo: la fotosíntesis
La fotosíntesis es el proceso por el que las plantas, algas y cianobacterias sintetizan materia orgánica a partir de CO₂ y H₂O, usando la energía luminosa.
Ecuación global:
Localización: en el cloroplasto.
Se divide en dos fases:
7.3.1. Fase luminosa (reacciones de luz)
Localización: membranas tilacoides (fotosistemas I y II)
Proceso: 1. Los clorofilos absorben luz → excitan electrones 2. Fotosistema II: usa luz para oxidar H₂O → libera O₂, protones (H⁺) y electrones 3. Los electrones circulan por la cadena de transporte → se bombea H⁺ al interior del tilacoide 4. El gradiente de H⁺ impulsa la ATP sintasa → síntesis de ATP 5. Fotosistema I: recibe los electrones y energía luminosa → reduce NADP⁺ → NADPH
Productos: ATP + NADPH + O₂ (liberado al exterior)
7.3.2. Ciclo de Calvin (fase oscura)
Localización: estroma del cloroplasto
Proceso (fijación del CO₂): 1. El CO₂ se une a la ribulosa-1,5-bifosfato (RuBP, 5C) gracias a la enzima RuBisCO → 2 moléculas de 3-fosfoglicerato (3PG, 3C) 2. El 3PG se reduce con ATP y NADPH → gliceraldehído-3-fosfato (G3P) 3. El G3P se usa para sintetizar glucosa y otros compuestos orgánicos 4. El resto de G3P regenera la RuBP (con ATP)
Por cada 3 CO₂ fijados: se necesitan 9 ATP + 6 NADPH; se producen 3 G3P (neto: 1 G3P para biosíntesis)
EBAU — Aragón, julio 2022, opción B, cuestión 2
a) Explique dónde se producen las reacciones de la fase luminosa de la fotosíntesis y cuáles son sus productos.
b) Explique dónde se producen las reacciones de la fase oscura y cuáles son sus productos.
c) ¿Qué compuesto orgánico puede sintetizar la planta con los productos de la fotosíntesis?
EBAU — Murcia, junio 2024, pregunta 2.3
Explique las dos fases de la fotosíntesis, indicando dónde tienen lugar, qué sustratos necesitan y qué productos se obtienen.