Ejercicios: El anabolismo heterótrofo

Define anabolismo heterótrofo y pon dos ejemplos concretos de procesos anabólicos de una célula humana (síntesis de proteínas, de ácidos grasos o de glucógeno), indicando qué consumen esos procesos (ATP, NADPH y precursores).

Para fabricar sus proteínas, una célula necesita aminoácidos, energía e información. Explica de dónde obtiene una célula humana cada una de esas tres cosas.

Explica qué es el glucógeno, en qué órganos se sintetiza principalmente y a partir de qué precursor se forma, indicando si el proceso consume o libera energía.

¿Qué es la gluconeogénesis y en qué órgano ocurre principalmente? Pon dos ejemplos de precursores que no sean glúcidos a partir de los cuales el organismo puede fabricar glucosa.

La síntesis de proteínas es uno de los procesos que más energía consumen en la célula. Indica en qué pasos de la síntesis se gasta energía (activación de los aminoácidos, traducción) y explica por qué una célula que fabrica muchas proteínas necesita respirar intensamente.

Durante la digestión, los nutrientes se descomponen en moléculas pequeñas y el anabolismo hace lo contrario. Pon dos ejemplos de polímeros que fabrica el organismo humano a partir de monómeros procedentes de la dieta e indica cuál es el monómero de cada uno.

Las proteínas musculares se degradan y se vuelven a sintetizar constantemente aunque el músculo no crezca. Explica en qué consiste este recambio proteico (turnover) y qué implicación tiene para el gasto energético en reposo.

¿Qué papel desempeña el hígado en el anabolismo? Nombra dos procesos de síntesis que realice (glucógeno, proteínas del plasma, colesterol, urea) y explica brevemente uno de ellos.

La transaminación permite a las células fabricar aminoácidos no esenciales. Explica en qué consiste esta reacción y cómo los intermedios del ciclo de Krebs (como el α-cetoglutarato o el oxalacetato) sirven de punto de partida para sintetizar aminoácidos.

Razona por qué los aminoácidos esenciales deben aportarse obligatoriamente con la dieta mientras que los no esenciales no, y explica qué problema metabólico aparece cuando una dieta es pobre en proteínas completas.

Cuando sobra glucosa, la célula sintetiza ácidos grasos en el citosol a partir de acetil-CoA. Explica de dónde procede ese acetil-CoA, cómo llega al citosol y qué papel desempeña el NADPH en esta síntesis.

La gluconeogénesis utiliza casi todas las enzimas de la glucólisis en sentido inverso, pero rodea tres pasos irreversibles con reacciones distintas. Explica por qué la célula evita que la glucólisis y la gluconeogénesis funcionen a la vez (ciclos fútiles) y cómo se coordinan ambas rutas mediante las hormonas insulina y glucagón.

Tras una comida rica en glúcidos aumenta la secreción de insulina. Explica qué procesos anabólicos activa la insulina en el hígado, en el músculo y en el tejido adiposo, y qué ocurre con esos mismos procesos durante el período entre comidas.

El colesterol se sintetiza en el organismo a partir de acetil-CoA, aunque también se obtiene de la dieta. Explica por qué el organismo regula su propia síntesis de colesterol según el aporte dietético y pon dos ejemplos de moléculas esenciales que se fabrican a partir de él.

Una persona pierde $5\ \text{kg}$ de grasa corporal tras meses de dieta y ejercicio. Razona qué ha ocurrido metabólicamente con ese tejido adiposo (lipólisis y oxidación de los ácidos grasos) y explica por qué la mayor parte del carbono perdido abandona el cuerpo en forma de $\text{CO}_2$ espirado.

El músculo almacena glucógeno pero no puede liberar glucosa a la sangre, porque carece de la enzima glucosa-6-fosfatasa. Explica para qué utiliza entonces su glucógeno, por qué el hígado sí puede verter glucosa a la sangre y qué ventaja tiene esta división del trabajo para el conjunto del organismo.

El esquema representa el ciclo de Krebs como una ruta anfibólica, con entradas y salidas de intermedios. Identifica qué moléculas abandonan el ciclo en las flechas ?1, ?2 y ?3 y qué se sintetiza a partir de cada una (ácidos grasos, aminoácidos y glucosa), y explica con ello qué significa que el ciclo de Krebs es una vía anfibólica.

Cuando el ciclo de Krebs cede intermedios para la biosíntesis, sus moléculas deben reponerse. Explica qué son las reacciones anapleróticas, pon un ejemplo concreto y razona qué ocurriría con la respiración celular si el ciclo se quedara sin intermedios.

Fabricar biomasa cuesta energía. Razona por qué un adolescente en crecimiento necesita un aporte energético mayor que un adulto de su mismo peso y actividad física, relacionándolo con el coste del anabolismo (síntesis de proteínas, membranas y ADN) y con el origen de los precursores y del ATP que esas síntesis requieren.

El ciclo de Cori conecta el músculo en esfuerzo con el hígado: el músculo produce lactato por fermentación, este viaja por la sangre al hígado, donde se convierte de nuevo en glucosa por gluconeogénesis, y la glucosa regresa al músculo. a) Explica qué ventaja aporta este ciclo al organismo. b) Teniendo en cuenta que el músculo gana $2\ \text{ATP}$ por glucosa fermentada y que el hígado gasta $6\ \text{ATP}$ por cada glucosa resintetizada, razona qué tejido «paga» el coste energético del ciclo. c) Explica por qué el ciclo no puede funcionar indefinidamente.

Durante el ayuno, el hígado mantiene constante la glucosa en sangre fabricándola por gluconeogénesis. a) Indica de dónde salen los precursores durante las primeras horas de ayuno y tras varios días. b) Razona por qué las proteínas musculares se degradan en el ayuno prolongado y qué hormona favorece ese proceso. c) Explica cómo la adaptación del cerebro al uso de cuerpos cetónicos reduce la necesidad de degradar proteínas.

La leche materna contiene lactosa, grasas y proteínas que la madre sintetiza a partir de sus propios nutrientes. Explica por qué las mujeres lactantes tienen un requerimiento energético extra de unas $500\ \text{kcal}$ al día, relacionándolo con el coste anabólico de fabricar los componentes de la leche y con el rendimiento de esas síntesis.

Algunas bacterias del suelo fijan el nitrógeno atmosférico ($\text{N}_2$) y lo convierten en amonio, un proceso con un elevado coste en ATP. a) Explica por qué la fijación del nitrógeno es tan cara energéticamente (ten en cuenta el tipo de enlace de la molécula de $\text{N}_2$). b) Razona qué ventaja obtienen las leguminosas al asociarse simbióticamente con estas bacterias. c) Indica para qué procesos anabólicos de la planta es imprescindible el nitrógeno fijado.

El metabolismo del hígado cambia por completo entre el estado posprandial (tras comer) y el de ayuno. Elabora una tabla comparativa con las rutas activas en cada estado (glucólisis frente a gluconeogénesis, síntesis frente a degradación de glucógeno, lipogénesis frente a β-oxidación y cetogénesis), indica las hormonas dominantes en cada caso y razona por qué se dice que el hígado es el órgano «distribuidor» de nutrientes del organismo.