Ejercicios: El rendimiento energético

¿Cuántas moléculas de ATP netas se obtienen en la glucólisis por cada glucosa y cuántas en total (cifra teórica clásica) al respirarla completamente de forma aeróbica?

¿Por qué la fermentación es mucho menos rentable energéticamente que la respiración aeróbica, aunque ambas comiencen con la glucólisis? Explicá qué le ocurre al piruvato en cada caso.

Ordená de mayor a menor rendimiento energético por molécula de glucosa: la respiración aeróbica, la fermentación láctica y la fermentación alcohólica. Justificá el orden.

¿Qué significa que una vía metabólica tiene un rendimiento energético del $40\ \%$? Explicá qué le ocurre al resto de la energía contenida en el alimento.

La energía de los alimentos se suele expresar en kilocalorías. Explicá qué es una kilocaloría y qué relación tiene con la energía que la célula almacena finalmente en forma de ATP.

¿Por qué los organismos que respiran aeróbicamente pueden mantener cuerpos más grandes y activos que los que solo fermentan? Relacioná tu respuesta con el rendimiento energético de cada vía.

El cuerpo humano gasta energía incluso en reposo absoluto (metabolismo basal). Nombrá dos procesos que consumen ATP aunque estemos acostados y quietos, y explicá por qué son imprescindibles para seguir vivos.

Calculá cuántas moléculas de glucosa necesita degradar una célula para obtener $180\ \text{ATP}$ por vía aeróbica ($36\ \text{ATP/glucosa}$) y cuántas por fermentación ($2\ \text{ATP/glucosa}$). Comentá qué implicación tiene esta diferencia para los organismos anaerobios.

La combustión de $1\ \text{g}$ de glucosa libera unas $4\ \text{kcal}$ y la de $1\ \text{g}$ de grasa unas $9\ \text{kcal}$. Explicá a qué se debe esa diferencia y calculá cuántos gramos de grasa aportan la misma energía que $90\ \text{g}$ de glucosa.

Durante una maratón, un corredor realiza unos $10000\ \text{kJ}$ de trabajo útil. Si su organismo tiene un rendimiento global del $25\ \%$, calculá cuánta energía química de los alimentos tuvo que movilizar y razoná por qué su cuerpo se calienta tanto durante la carrera.

En un quimiostato de laboratorio se cultiva una comunidad microbiana mixta compuesta por dos especies con idéntica afinidad por la glucosa: una levadura con respiración aerobia facultativa y una bacteria fermentadora estricta (anaerobia obligada).

1. a) Si el biorreactor, mantenido inicialmente sin oxígeno, comienza a ser oxigenado continuamente manteniendo constante el aporte de glucosa, predecí la evolución de la biomasa de ambas poblaciones y la variación en el consumo específico de glucosa por célula (efecto Pasteur). Justificá tu predicción relacionando la eficiencia energética de ambas vías catabólicas con la síntesis de macromoléculas.
2. b) Un estudiante argumenta que, al ser la respiración aeróbica termodinámicamente más eficiente, la fermentación es una ruta biológica primitiva destinada a desaparecer por selección natural. Rebatí esta afirmación proponiendo dos situaciones fisiológicas o nichos ecológicos actuales donde la fermentación constituya la estrategia metabólica óptima o insustituible, justificando el porqué en cada caso.

Un laboratorio de ecofisiología compara el gasto metabólico de un mamífero homeotermo (un ratón de $25\ \text{g}$) y de un reptil poiquilotermo (un lagarto de $25\ \text{g}$) midiendo el consumo de $\text{O}_2$ (en $\text{mL}\ \text{O}_2\cdot\text{g}^{-1}\cdot\text{h}^{-1}$) a distintas temperaturas ambientales.

1. a) Predecí cómo variará el consumo de $\text{O}_2$ en cada animal cuando la temperatura ambiente desciende bruscamente de $22\ \text{°C}$ a $6\ \text{°C}$. Justificá la respuesta relacionando la respiración celular con el mantenimiento de la temperatura corporal en homeotermos.
2. b) En una situación de escasez extrema de alimento durante varias semanas, el lagarto sobrevive manteniéndose inactivo, mientras que el ratón perece en cuestión de 24 a 48 horas si se agotan sus reservas. Justificá este hecho a partir de la tasa metabólica basal y el destino del ATP en ambos animales.
3. c) En ambientes fríos, los mamíferos activan la termogénesis en el tejido adiposo pardo mediante la proteína desacopladora termogenina (UCP-1) de la membrana mitocondrial interna. Explicá cómo altera esta proteína la fosforilación oxidativa para disipar energía en forma de calor sin síntesis de ATP.