Metabolismo, anabolismo y catabolismo

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

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.

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 da un ejemplo 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.

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.

Da 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.

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 tu respuesta comparando cómo se libera la energía en cada caso (en pequeñas dosis aprovechables frente a la combustión rápida y descontrolada que supondría liberar de golpe toda la energía de la glucosa).

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.

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.

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.

Un ser humano adulto de 70 kg posee en cualquier instante una masa total constante de apenas unos 50 g de ATP. Sin embargo, su actividad basal y cotidiana exige hidrolizar y resintetizar aproximadamente 50 kg de ATP cada 24 horas.

1. a) Calcula cuántas veces al día se recicla en promedio cada molécula de ATP en este individuo y deduce el tiempo medio (en segundos o minutos) que transcurre entre la síntesis de una molécula de ATP y su posterior hidrólisis.
2. b) Si nuestro organismo no pudiera reciclar el ADP y tuviera que almacenar de antemano como ATP libre los 50 kg requeridos para la jornada, justifica las consecuencias insalvables que esto provocaría sobre el volumen celular y la presión osmótica de las células. Razona por qué las grasas neutras (triacilgliceroles) y los polisacáridos son macromoléculas fisiológicamente idóneas como depósitos energéticos a largo plazo frente al ATP.

¿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.

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

En una bacteria, la ruta de síntesis del aminoácido esencial L a partir del precursor P consta de tres etapas consecutivas catalizadas por las enzimas $E_1, E_2$ y $E_3$. La enzima $E_1$ es alostérica y sufre inhibición por retroalimentación por el propio producto L. a) Predice razonadamente qué ocurriría con la concentración de los intermediarios de la ruta y con el balance energético celular si una mutación altera el centro alostérico de $E_1$, impidiendo la unión de L pero manteniendo intacta su actividad catalítica, cuando la bacteria crece en un medio con abundante L exógeno. b) Si otra mutación inactiva por completo la enzima $E_2$, razona qué compuesto se acumulará y si la actividad de $E_1$ se mantendrá o se frenará en ausencia de L en el medio. c) Justifica la ventaja selectiva de situar el control alostérico en la primera enzima propia de la ruta y no en la última ($E_3$).

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.

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.

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.

Un alumno plantea una aparente paradoja: «El segundo principio de la termodinámica dicta que los procesos espontáneos cursan con un $\Delta G < 0$. Puesto que el anabolismo construye moléculas complejas a través de reacciones fuertemente endergónicas ($\Delta G > 0$), ¿no vulnera la biosíntesis de macromoléculas las leyes de la física?»

1. a) Rebate la objeción del alumno justificando, mediante el principio del acoplamiento energético y la función intermediaria del sistema ATP/ADP, cómo la célula logra que una vía anabólica global sea termodinámicamente favorable.
2. b) Si se añade a una suspensión de hepatocitos un compuesto desacoplador de la fosforilación oxidativa (como el DNP) que disipa el gradiente electroquímico mitocondrial de protones, predice razonadamente qué ocurrirá con la tasa de catabolismo de la glucosa, con la síntesis de biomoléculas (anabolismo) y con la temperatura del medio.