Ejercicios: La respiración celular

Escribe la ecuación global de la respiración aeróbica de la glucosa e indica qué sustancia se oxida y cuál se reduce en el proceso.

¿En qué lugar de la célula ocurre la glucólisis y qué productos netos se obtienen a partir de una molécula de glucosa en esta etapa?

Nombra las cuatro etapas de la respiración aeróbica e indica en qué parte de la célula eucariota se localiza cada una de ellas.

En el esquema de la respiración aeróbica, indica qué etapa corresponde a cada una de las cajas numeradas (1, 2 y 3), nombra las moléculas señaladas con A y B, y señala en qué parte de la célula ocurre cada etapa.

Explica qué papel desempeñan el $\text{NAD}^+$ y el FAD en la respiración celular y qué les ocurre a sus formas reducidas (NADH y $\text{FADH}_2$) en la cadena de transporte de electrones.

En la fermentación láctica el piruvato se transforma en lactato. Explica por qué este proceso permite regenerar $\text{NAD}^+$ y en qué situaciones lo utiliza la musculatura humana.

Para comprobar experimentalmente la hipótesis quimiosmótica, se aíslan mitocondrias intactas y se suspenden en un medio a pH 8.0 sin ADP ni sustratos oxidables. Tras permitir que la matriz alcance ese pH, se transfieren bruscamente a un medio a pH 4.0 que contiene ADP y $\text{P}_i$, en ausencia total de oxígeno y de dadores de electrones. a) Predice justificadamente si se sintetizará ATP en estas condiciones artificiales y describe el mecanismo biofísico a través del cual la ATP sintasa aprovecha dicha situación. b) ¿Qué ocurriría con la síntesis de ATP si previamente se hubiera tratado la membrana mitocondrial interna con una sustancia ionófora que permite el libre paso de protones? Justifica tu respuesta. c) Razona por qué, en condiciones fisiológicas normales, el agotamiento del oxígeno detiene la fosforilación oxidativa.

En un biorreactor industrial con levaduras (Saccharomyces cerevisiae) alimentadas con glucosa, se monitoriza el consumo de sustrato y los metabolitos formados. En una primera fase anaeróbica, las levaduras consumen glucosa a gran velocidad produciendo etanol y $\text{CO}_2$. Al inyectar oxígeno de forma continua (segunda fase), se observa que la velocidad de consumo de glucosa se reduce a una cuarta parte (efecto Pasteur) y cesa por completo la producción de etanol. a) Interpreta y justifica a nivel bioenergético por qué las levaduras consumen mucha más glucosa por unidad de tiempo en anaerobiosis que en aerobiosis para mantener la misma tasa de división celular. b) Si en lugar de levaduras se sometiera a esas mismas dos condiciones un cultivo de células musculares esqueléticas, predice qué metabolito orgánico se acumularía en la primera fase y razona si se desprendería $\text{CO}_2$. c) Justifica la necesidad metabólica común que obliga tanto a la levadura como a la célula muscular a reducir el piruvato durante la fermentación.

El cianuro bloquea el último complejo de la cadena respiratoria (la citocromo c oxidasa). Predice qué ocurrirá con el consumo de oxígeno, con la síntesis de ATP y con el destino del piruvato en una célula intoxicada, y razona por qué el cianuro es letal aunque haya glucosa disponible.