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? Explica qué le ocurre al piruvato en cada caso.

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

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

La energía de los alimentos se suele expresar en kilocalorías. Explica 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? Relaciona tu respuesta con el rendimiento energético de cada vía.

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

En la respiración aeróbica se obtienen unos $36$-$38\ \text{ATP}$ por glucosa, de los que solo $2$ proceden de la glucólisis. Calcula qué porcentaje del rendimiento total aportan las etapas mitocondriales (tomando $36\ \text{ATP}$ como total) y comenta el resultado.

Calcula cuántas moléculas de glucosa necesita degradar una célula para obtener $180\ \text{ATP}$ por vía aeróbica ($36\ \text{ATP/glucosa}$) y cuántas por fermentación ($2\ \text{ATP/glucosa}$). Comenta 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 $9\ \text{kcal}$. Explica a qué se debe esa diferencia y calcula 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 $25\ \%$, calcula cuánta energía química de los alimentos ha tenido que movilizar y razona por qué su cuerpo se calienta tanto durante la carrera.

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

1. a) Predice cómo variará el consumo de $\text{O}_2$ en cada animal cuando la temperatura ambiente desciende bruscamente de $22\ \text{°C}$ a $6\ \text{°C}$. Justifica 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 muere en cuestión de 24 a 48 horas si se agotan sus reservas. Justifica 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. Explica cómo altera esta proteína la fosforilación oxidativa para disipar energía en forma de calor sin síntesis de ATP.

Reto del tema. Diseña una auditoría bioenergética que conecte el flujo solar ambiental con tu propio gasto metabólico diario.

1. Toma de datos: Revisa la etiqueta nutricional de un alimento cotidiano rico en glúcidos y lípidos. Después, consulta en el portal del SENAMHI la radiación solar global media ($15.4\text{ MJ/m}^2$, por ejemplo) registrada en tu región esta semana.

2. Origen autótrofo: Describe cómo la fotosíntesis oxigénica fijó ese carbono en los ingredientes vegetales y contrástala con el aprovechamiento de energía inorgánica en la quimiosíntesis bacteriana del suelo agrícola.

3. Catabolismo y rendimiento: Modela la degradación celular de una ración: calcula y compara el rendimiento energético neto de la glucosa en la respiración celular (unos $30.5\text{ ATP}$) frente a la $\beta$-oxidación de los ácidos grasos y el catabolismo de los aminoácidos procedentes de las proteínas (desaminación y oxidación de sus esqueletos carbonados), justificando las diferencias moleculares de ATP obtenido.

4. Anabolismo heterótrofo: Elabora una propuesta razonada que explique qué rutas de anabolismo heterótrofo (glucogenogénesis o lipogénesis) activará tu organismo si consumes ese alimento en reposo frente a si realizas ejercicio intenso.

Presenta los resultados en un informe breve con esquemas de balance bioenergético.

Se valorará:

• Precisión en el cálculo comparativo del rendimiento energético en ATP entre sustratos.

• Integración rigurosa de los procesos de fijación autótrofa (fotosíntesis frente a quimiosíntesis).

• Coherencia metabólica al interconectar rutas catabólicas y anabolismo heterótrofo según el contexto celular.