Ejercicios: Metabolismo, anabolismo y catabolismo

Define metabolismo y explica la diferencia entre anabolismo y catabolismo, poniendo un ejemplo de proceso de cada tipo.

¿Qué es el ATP y por qué se le conoce como la «moneda energética» de la célula? Indica qué ocurre cuando se hidroliza a ADP.

Clasifica los siguientes procesos en anabólicos o catabólicos y justifica brevemente tu elección: la síntesis de proteínas, la respiración celular, la fotosíntesis y la digestión de los alimentos.

¿Qué es una enzima y por qué se dice que las reacciones del metabolismo son reacciones catalizadas? Indica qué le ocurre a la enzima al finalizar la reacción.

Describe la composición química de la molécula de ATP (base nitrogenada, azúcar y grupos fosfato) e indica qué enlace se rompe cuando se hidroliza a ADP y por qué se dice que ese enlace es rico en energía.

Explica por qué se dice que los seres vivos son sistemas abiertos desde el punto de vista del intercambio de materia y energía, y qué diferencia hay en este aspecto con una máquina aislada.

Pon dos ejemplos de procesos de la vida diaria que dependan de la energía liberada al hidrolizar ATP (contracción muscular, transporte activo, síntesis de moléculas, transmisión del impulso nervioso) y explica brevemente uno de ellos.

¿Qué es la energía de activación de una reacción? Explica cómo consiguen las enzimas que las reacciones metabólicas ocurran con rapidez a la temperatura del cuerpo humano.

Observa el esquema del intercambio de materia y energía en el metabolismo. Indica qué proceso (anabolismo o catabolismo) representan A y B, qué molécula se señala con ? y explica, con un ejemplo, cómo la energía liberada por un proceso alimenta al otro.

Las transformaciones metabólicas ocurren en rutas formadas por muchas reacciones encadenadas, cada una catalizada por una enzima. Explica qué es una ruta metabólica y qué ventajas ofrece dividir una transformación en numerosos pasos.

Distingue entre organismos autótrofos y heterótrofos desde el punto de vista metabólico (fuente de carbono y de energía) y pon un ejemplo de cada tipo.

Los organismos fotosintéticos obtienen su ATP de la luz y los heterótrofos de los nutrientes, pero todos lo producen por el mismo mecanismo final: el aprovechamiento de un gradiente de protones. Explica qué es la quimiosmosis y en qué estructuras membranosas tiene lugar en unos y otros organismos.

¿Por qué la fuente inmediata de energía de la célula es el ATP y no la glucosa? Razona la respuesta comparando cómo se libera la energía en cada caso (en pequeñas dosis aprovechables frente a una combustión rápida y descontrolada).

Las reacciones anabólicas necesitan, además de ATP, poder reductor en forma de NADPH. Explica qué aporta el NADPH a las síntesis y en qué se diferencia su función de la del NADH en el metabolismo.

Clasifica las siguientes actividades de una célula muscular según consuman o liberen ATP, justificando cada caso: la contracción, la síntesis de glucógeno, la degradación de la glucosa en la glucólisis y el transporte activo de iones a través de la membrana.

Durante el ejercicio físico, el consumo de oxígeno de una persona puede multiplicarse por diez o más. Explica qué relación tiene este hecho con el metabolismo celular y razona por qué el oxígeno solo es necesario para una parte del metabolismo energético.

El ATP posee enlaces fosfoanhídrido de alta energía. Explica por qué su hidrólisis libera energía utilizable y describe dos tipos de trabajo celular que se realizan gracias a esa energía.

Un músculo en reposo sintetiza glucógeno, pero el mismo músculo en ejercicio lo degrada. Razona por qué las rutas de síntesis y de degradación no pueden funcionar a máxima velocidad a la vez y qué mecanismos generales permiten regularlas.

Relaciona los conceptos de reacción exergónica y endergónica con el catabolismo y el anabolismo, y explica el papel del ATP como intermediario energético entre unos procesos y otros.

El segundo principio de la termodinámica afirma que el desorden del universo aumenta, sin embargo los seres vivos crean y mantienen orden en su interior. Explica por qué los seres vivos no violan este principio y razona de dónde procede, en último término, la energía que sostiene a casi todos los ecosistemas.

Un veneno bloquea la hidrólisis del ATP sin impedir su síntesis. Predice, razonándolo, qué ocurrirá con la concentración celular de ATP, con el anabolismo, con el catabolismo y con los trabajos celulares, y explica por qué la célula acabará muriendo aunque esté «llena» de ATP.

La cantidad de ATP que una célula almacena es muy pequeña y se renueva por completo en pocos minutos. a) Explica por qué el ATP actúa como moneda de cambio y no como depósito de reserva, e indica qué moléculas sí funcionan como reservas energéticas. b) Se estima que una persona hidroliza y resintetiza unos $40\ \text{kg}$ de ATP al día manteniendo en todo momento solo unos $50\ \text{g}$: calcula cuántas veces se renueva, en promedio, su reserva de ATP a lo largo del día.

Compara la obtención de energía de la glucosa por la célula con la combustión de la glucosa en un laboratorio: el balance global es el mismo, pero el aprovechamiento es distinto. Explica qué ventajas ofrece la oxidación biológica escalonada y qué papel juegan en ella las coenzimas $\text{NAD}^+$ y FAD.

Muchas rutas metabólicas presentan inhibición por retroalimentación: el producto final inhibe una enzima del principio de la ruta. Explica en qué consiste este mecanismo, qué ventaja supone para la célula y razona qué ocurriría si una mutación hiciera insensible a esa inhibición la enzima reguladora de una ruta de síntesis.