Respiracion Celular

2. Describa el proceso de la fermentación. ¿Qué condiciones son esenciales para que ocurra? Con algunas cepas de levadura, la fermentación se detiene antes de que se agote el azúcar, habitualmente a una concentración de alcohol superior al 12%. Proponga una explicación para este fenómeno.

En la fermentación, los microorganismos como las levaduras forman etanol y CO2 a partir del ácido pirúvico producido en la glucólisis. Para que la fermentación ocurra, debe haber microorganismos vivos, un adecuado suplemento de azúcar y, según el caso, no debe haber oxígeno. La fermentación algunas veces se detiene antes que el azúcar se acabe porque la concentración de alcohol comienza a ser lo suficientemente alta como para desnaturalizar las enzimas clave de los microorganismos.

3. Si los organismos aeróbicos (que utilizan oxígeno) son tanto o más eficientes que los anaerobios para convertir energía, ¿por qué hay anaerobios en este planeta?, ¿por qué no se han extinguido hace largo tiempo?

La condición anaeróbica permanece en la Tierra tanto en recipientes cerrados como en aguas carentes de oxígeno. Los organismos aeróbicos no pueden vivir en estas condiciones. De modo que, en esos ambientes, los organismos anaerobios no tienen competencia por parte de organismos más eficientes.

4.Dibuje la estructura de una mitocondria. Describa dónde tienen lugar las distintas etapas de la degradación de la glucosa con relación a la estructura mitocondrial. ¿Qué moléculas e iones cruzan las membranas mitocondriales durante estos procesos?

La glucólisis tiene lugar en el citoplasma de la célula, fuera de la mitocondria. El ciclo de Krebs tiene lugar dentro de la mitocondria. Algunas de sus enzimas están en solución en la matriz y otras están ensambladas en la membrana interna de la mitocondria. Las enzimas y los electrones transportados por la cadena de transporte de electrones están ensamblados en la membrana interna así como las enzimas y tranportadores involucrados en el acoplamiento quimiosmótico.

En el curso de estos procesos, el ácido pirúvico, el ADP, el oxígeno, los iones fosfato inorgánicos y los átomos de hidrógeno (protones y electrones) transportados por las moléculas de NADH formadas en la glucólisis atraviesan ambas membranas hacia adentro de la mitocondria. El CO2, el ATP, y las moléculas de agua atraviesan las membranas hacia afuera de la mitocondria. En la síntesis quimiosmótica del ATP, que ocurre en conjunción con el transporte de electrones,

se bombean protones desde la matriz mitocondrial, a través de la membrana interna, al espacio intermembranal, o sea, al espacio entre las membranas externa e interna de la mitocondria. Desde el espacio intermembranal, parte de los protones pasa a través de la membrana externa al citoplasma. La membrana externa es libremente permeable a la mayoría de los iones y moléculas pequeñas.

Dado que la membrana interna es virtualmente impermeable a todas las partículas cargadas, otros iones positivos no pueden moverse al interior de la matriz para neutralizar la carga negativa creada cuando los protones son bombeados hacia afuera. El movimiento de iones negativos hacia afuera de la matriz, que también neutralizaría la diferencia de carga, se bloquea de manera similar. El resultado es energía disponible para impulsar cualquier proceso acoplado al flujo de protones a favor del gradiente electroquímico hacia la matriz.

En este punto entra en juego un gran complejo enzimático conocido como ATP sintetasa. A medida que los protones fluyen a favor del gradiente electroquímico desde el exterior a la matriz, la energía libre desprendida impulsa la síntesis de ATP a partir de ADP y fosfato.

5.Cada molécula de FADH2 producida en el ciclo de Krebs da como resultado la formación de solamente dos moléculas de ATP, cuando sus electrones descienden por la cadena de transporte de electrones. Durante mucho tiempo se pensó que, a causa de que estos electrones entran en la cadena a nivel de la coenzima Q y no del FMN, "omitían" uno de los sitios de la fosforilación. ¿Qué explicación más exacta hay?

Los electrones contenidos en la molécula de FADH2 están a un nivel de energía más bajo que los contenidos en la molécula de NADH. Como resultado, entran en la cadena de transporte de electrones en un punto más bajo que los electrones de NADH y liberan menos energía en el pasaje a través de la cadena de transporte de electrones. La energía que ellos liberan es suficiente para la formación de solo dos moléculas de ATP.

6. El cianuro puede combinarse con el citocromo a y a3 y desactivarlos. Sin embargo, en nuestro cuerpo el cianuro tiende a reaccionar primero con la hemoglobina y a imposibilitar la unión del oxígeno con la hemoglobina. De cualquier manera, el envenenamiento por cianuro tiene el mismo efecto: inhibe la síntesis de ATP. Explique cómo ocurre esto.

Cuando el cianuro se combina con la hemoglobina, impide el transporte de oxígeno al cuerpo de la célula y, por lo tanto, a la mitocondria. El oxígeno no está disponible para aceptar los electrones que pasan cuesta abajo por la cadena de transporte de electrones desde el NADH y FADH2, no se produce el gradiente de protones ni el acoplamiento quimiosmótico, por lo que la síntesis de ATP no ocurre.

7.Cuando la porción F1 del complejo ATP sintetasa se elimina de la membrana mitocondrial y se estudia en solución, funciona como una ATPasa. ¿Por qué no funciona como una ATP sintetasa?

Cuando la porción F1 del complejo ATP sintetasa es removido de la mitocondria y estudiado en solución, es separado del gradiente de electrones que impulsa la síntesis de ATP. No hay energía disponible para impulsar el proceso endergónico y la única reacción que la enzima puede catalizar es la hidrólisis exergónica del ATP.

8. Ciertas sustancias químicas funcionan como agentes "desacoplantes" cuando se las añade a mitocondrias que están realizando el proceso de respiración, aunque continúa el pasaje descendente de electrones a lo largo

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