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¿Por qué la fosforilación oxidativa requiere los complejos 2 y 3?

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Ahora estoy aprendiendo sobre la fosforilación oxidativa en la respiración celular y no entiendo las funciones de los complejos 2 y 3 en el proceso. Específicamente, mi libro de texto dice que 2 y 3 bombean H + hacia el espacio entre membranas, al igual que lo hace el complejo 1.

El complejo 1 bombea el H + de NADH, y supongo que se necesitarían 2 para bombear el H + de FADH2, pero entonces ¿por qué necesitamos el complejo 3? Ya se ha extraído todo el H +, ¡no queda nada!

Además, si esta comprensión fuera correcta, no habría ningún propósito para que la cadena que comenzó con NADH pasara por el complejo 2 (porque ya pasó por 1, a diferencia de la cadena que comienza con FADH2).

Gracias de antemano por cualquier aclaración que puedas dar.


La numeración de los complejos en la cadena respiratoria es confusa, ya que crea la impresión de que la cadena está estructurada como

Complejo I $ rightarrow $ Complejo II $ rightarrow $ Complejo III $ rightarrow $ Complejo IV

... pero esto está mal. De hecho, existen varias formas de introducir electrones en la cadena respiratoria. Todos comienzan con una enzima. mi que oxida un portador de electrones en la matriz mitocondrial, como NADH, FADH2 o ETF (flavoproteína de transferencia de electrones) y transfiere electrones a la coenzima Q, que luego es procesada por el Complejo III, después de lo cual los electrones pasan al Complejo IV. Protones de la bomba tanto del complejo III como del IV. Pero hay varias opciones para la primera enzima. mi:

  • Complejo I (NADH deshidrogenasa). Este maneja todos los electrones del NADH (de muchas fuentes en el metabolismo oxidativo) y es típicamente la principal fuente de electrones en la cadena. Es la unica enzima mi que también bombea protones por sí mismo.
  • El complejo II (succinato deshidrogenasa) acepta electrones del succinato (un paso en el ciclo del TCA).
  • La ETF deshidrogenasa acepta electrones de ETF reducido, especialmente de la oxidación de ácidos grasos.
  • La glicerol-3-fosfato deshidrogenasa acepta electrones del NADH citosólico (de la glucólisis) a través de la lanzadera glicorol-3-fosfato.

Hay más alternativas, pero creo que estas son las más importantes. Así que tiene toda la razón en que cuando NADH es el sustrato, el Complejo II no está involucrado. De hecho, no hay una cadena respiratoria, sino varias posibles cadenas con diferentes puntos de partida mi,

mi $ rightarrow $ Complejo III $ rightarrow $ Complejo IV

Puede pensar en esto como una estructura en "abanico" donde las diversas enzimas mi todos convergen en el Complejo III. (No tengo la energía para dibujar esto :)

En cuanto al bombeo de protones en el Complejo III, no es cierto que los H $ ^ + $ bombeados sean exactamente los derivados de NADH; el sistema es más complicado que eso. Las cadenas respiratorias convierten la energía química de las reacciones redox en energía potencial (un gradiente de protones), pero la mayor parte del H $ ^ + $ bombeado se obtiene de la matriz mitocondrial. El número exacto de protones varía según el sustrato: por ejemplo, los 2 electrones donados por NADH en el Complejo I son suficientes para bombear hasta 10 protones. En realidad, la estequiometría no se comprende completamente, y en realidad no hay un número entero exacto de H + bombeado, porque este bombeo es un proceso físico imperfecto: hay fugas, protinas que se deslizan de regreso a la matriz, etc.


El complejo 1 bombea protones, pero el complejo 2 no. Ambos, sin embargo, toman electrones de los portadores de electrones (NADH y FADH2) y los transportan dentro de la membrana al Complejo 3. En el Complejo 3, los electrones se transfieren a través del ciclo Q al Citocromo C que reside en el exterior de la membrana. . En el proceso de transferencia de electrones al citocromo C, el Complejo 3 también bombea protones. El citocromo C se mueve del Complejo 3 al Complejo 4, donde el oxígeno funciona como el aceptor final de electrones, mientras se bombean más protones.

También una pequeña aclaración, el Complejo 1 y el Complejo 2 donan los electrones a la coenzima Q 10 / ubiquinona que se solubiliza en la membrana. El Complejo 1 no dona sus electrones al Complejo 2. La coenzima Q / ubiquinona es lo que ingresa al Complejo 3.

Editar:

El complejo 2 solo acepta electrones de la oxidación del succinato a fumarato. El ETF y la glicerol-3-fosfato deshidrogenasa funcionan de manera muy similar al complejo 2 en el sentido de que donan electrones a la coenzima Q sin bombear protones. Sin embargo, a diferencia del Complejo 2, estas dos enzimas no son proteínas transmembrana. El ETF está asociado en el lado de la matriz de la membrana mitocondrial interna, y el glicerol-3-fosfato está asociado en el lado citosólico de la membrana mitocondrial interna.


Fosforilación oxidativa

Acaba de leer sobre dos vías del catabolismo de la glucosa, la glucólisis y el ciclo del ácido cítrico, que generan ATP. Sin embargo, la mayor parte del ATP generado durante el catabolismo aeróbico de la glucosa no se genera directamente a partir de estas vías. Más bien, se deriva de un proceso que comienza con el movimiento de electrones a través de una serie de transportadores de electrones que experimentan reacciones redox. Esto hace que los iones de hidrógeno se acumulen dentro del espacio de la matriz. Por lo tanto, se forma un gradiente de concentración en el que los iones de hidrógeno se difunden fuera del espacio de la matriz al pasar a través de la ATP sintasa. La corriente de iones de hidrógeno impulsa la acción catalítica de la ATP sintasa, que fosforila el ADP y produce ATP.

Cadena de transporte de electrones

La cadena de transporte de electrones ([enlace]) es el último componente de la respiración aeróbica y es la única parte del metabolismo de la glucosa que utiliza oxígeno atmosférico. El oxígeno se difunde continuamente en las plantas de los animales, ingresa al cuerpo a través del sistema respiratorio. El transporte de electrones es una serie de reacciones redox que se asemejan a una carrera de relevos o una brigada de cubos en la que los electrones pasan rápidamente de un componente al siguiente, hasta el punto final de la cadena donde los electrones reducen el oxígeno molecular, produciendo agua. Hay cuatro complejos compuestos de proteínas, etiquetadas de I a IV en [link], y la agregación de estos cuatro complejos, junto con los portadores de electrones accesorios móviles asociados, se denomina cadena de transporte de electrones. La cadena de transporte de electrones está presente en múltiples copias en la membrana mitocondrial interna de eucariotas y la membrana plasmática de procariotas.

Complejo I

Para empezar, se transportan dos electrones al primer complejo a bordo del NADH. Este complejo, denominado I, está compuesto por mononucleótido de flavina (FMN) y una proteína que contiene hierro-azufre (Fe-S). FMN, que se deriva de la vitamina B2, también llamada riboflavina, es uno de varios grupos protésicos o cofactores en la cadena de transporte de electrones. A grupo prostético es una molécula no proteica necesaria para la actividad de una proteína. Los grupos protésicos son moléculas orgánicas o inorgánicas, no peptídicas unidas a una proteína que facilitan su función. Los grupos protésicos incluyen coenzimas, que son los grupos prostéticos de enzimas. La enzima del complejo I es NADH deshidrogenasa y es una proteína muy grande que contiene 45 cadenas de aminoácidos. El complejo I puede bombear cuatro iones de hidrógeno a través de la membrana desde la matriz al espacio intermembrana, y de esta manera se establece y mantiene el gradiente de iones de hidrógeno entre los dos compartimentos separados por la membrana mitocondrial interna.

Q y Complejo II

El complejo II recibe directamente FADH2, que no pasa a través del complejo I. El compuesto que conecta el primer y segundo complejos al tercero es ubiquinona (Q). La molécula Q es soluble en lípidos y se mueve libremente a través del núcleo hidrófobo de la membrana. Una vez que se reduce, (QH2), la ubiquinona entrega sus electrones al siguiente complejo en la cadena de transporte de electrones. Q recibe los electrones derivados de NADH del complejo I y los electrones derivados de FADH2 del complejo II, incluida la succinato deshidrogenasa. Esta enzima y FADH2 forman un pequeño complejo que entrega electrones directamente a la cadena de transporte de electrones, sin pasar por el primer complejo. Dado que estos electrones se desvían y, por lo tanto, no activan la bomba de protones en el primer complejo, se producen menos moléculas de ATP a partir de la FADH.2 electrones. El número de moléculas de ATP que se obtienen finalmente es directamente proporcional al número de protones bombeados a través de la membrana mitocondrial interna.

Complejo III

El tercer complejo está compuesto por el citocromo b, otra proteína Fe-S, el centro de Rieske (centro 2Fe-2S) y las proteínas del citocromo c, este complejo también se denomina citocromo oxidorreductasa. Las proteínas del citocromo tienen un grupo protésico de hemo. La molécula de hemo es similar al hemo de la hemoglobina, pero transporta electrones, no oxígeno. Como resultado, el ion hierro en su núcleo se reduce y oxida a medida que pasa los electrones, fluctuando entre diferentes estados de oxidación: Fe ++ (reducido) y Fe +++ (oxidado). Las moléculas de hemo en los citocromos tienen características ligeramente diferentes debido a los efectos de las diferentes proteínas que las unen, dando características ligeramente diferentes a cada complejo. El complejo III bombea protones a través de la membrana y pasa sus electrones al citocromo c para su transporte al cuarto complejo de proteínas y enzimas (el citocromo c es el aceptor de electrones de Q, sin embargo, mientras que Q transporta pares de electrones, el citocromo c puede aceptar solo uno en un momento).

Complejo IV

El cuarto complejo está compuesto por las proteínas c, a y a del citocromo.3. Este complejo contiene dos grupos hemo (uno en cada uno de los dos citocromos, ay un3) y tres iones de cobre (un par de CuA y una CuB en el citocromo a3). Los citocromos mantienen una molécula de oxígeno muy apretada entre los iones de hierro y cobre hasta que el oxígeno se reduce por completo. El oxígeno reducido luego recoge dos iones de hidrógeno del medio circundante para producir agua (H2O). La eliminación de los iones de hidrógeno del sistema contribuye al gradiente de iones utilizado en el proceso de quimiosmosis.

Quimiosmosis

En la quimiosmosis, la energía libre de la serie de reacciones redox que se acaban de describir se utiliza para bombear iones de hidrógeno (protones) a través de la membrana. La distribución desigual de iones H + a través de la membrana establece gradientes de concentración y eléctricos (por lo tanto, un gradiente electroquímico), debido a la carga positiva de los iones de hidrógeno y su agregación en un lado de la membrana.

Si la membrana estuviera abierta a la difusión por los iones de hidrógeno, los iones tenderían a difundirse de nuevo a través de la matriz, impulsados ​​por su gradiente electroquímico. Recuerde que muchos iones no pueden difundirse a través de las regiones apolares de las membranas de fosfolípidos sin la ayuda de los canales iónicos. De manera similar, los iones de hidrógeno en el espacio de la matriz solo pueden atravesar la membrana mitocondrial interna a través de una proteína de membrana integral llamada ATP sintasa ([enlace]). Esta proteína compleja actúa como un generador minúsculo, impulsado por la fuerza de los iones de hidrógeno que se difunden a través de ella, en su gradiente electroquímico. El torneado de piezas de esta máquina molecular facilita la adición de un fosfato al ADP, formando ATP, utilizando la energía potencial del gradiente de iones de hidrógeno.

El dinitrofenol (DNP) es un desacoplador que hace que la membrana mitocondrial interna pierda protones. Se usó hasta 1938 como medicamento para bajar de peso. ¿Qué efecto esperaría que tuviera el DNP sobre el cambio de pH a través de la membrana mitocondrial interna? ¿Por qué cree que este podría ser un fármaco eficaz para bajar de peso?

La quimiosmosis ([enlace]) se utiliza para generar el 90 por ciento del ATP producido durante el catabolismo aeróbico de la glucosa. También es el método utilizado en las reacciones luminosas de la fotosíntesis para aprovechar la energía de la luz solar en el proceso de fotofosforilación. Recuerde que la producción de ATP mediante el proceso de quimiosmosis en las mitocondrias se llama fosforilación oxidativa. El resultado general de estas reacciones es la producción de ATP a partir de la energía de los electrones extraídos de los átomos de hidrógeno. Estos átomos eran originalmente parte de una molécula de glucosa. Al final de la ruta, los electrones se utilizan para reducir una molécula de oxígeno a iones de oxígeno. Los electrones adicionales en el oxígeno atraen iones de hidrógeno (protones) del medio circundante y se forma agua.

El cianuro inhibe la citocromo c oxidasa, un componente de la cadena de transporte de electrones. Si ocurre una intoxicación por cianuro, ¿esperaría que el pH del espacio intermembrana aumentara o disminuyera? ¿Qué efecto tendría el cianuro sobre la síntesis de ATP?

Rendimiento de ATP

El número de moléculas de ATP generadas por el catabolismo de la glucosa varía. Por ejemplo, el número de iones de hidrógeno que los complejos de la cadena de transporte de electrones pueden bombear a través de la membrana varía entre especies. Otra fuente de variación proviene de la lanzadera de electrones a través de las membranas de las mitocondrias. (El NADH generado a partir de la glucólisis no puede ingresar fácilmente a las mitocondrias). Por lo tanto, los electrones son recogidos en el interior de las mitocondrias por NAD + o FAD +. Como aprendió anteriormente, estas moléculas de FAD + pueden transportar menos iones, en consecuencia, se generan menos moléculas de ATP cuando FAD + actúa como portador. NAD + se utiliza como transportador de electrones en el hígado y FAD + actúa en el cerebro.

Otro factor que afecta el rendimiento de las moléculas de ATP generadas a partir de la glucosa es el hecho de que los compuestos intermedios de estas vías se utilizan para otros fines. El catabolismo de la glucosa se conecta con las vías que construyen o descomponen todos los demás compuestos bioquímicos en las células, y el resultado es algo más complicado que las situaciones ideales descritas hasta ahora. Por ejemplo, los azúcares distintos de la glucosa se introducen en la vía glucolítica para la extracción de energía. Además, los azúcares de cinco carbonos que forman los ácidos nucleicos se obtienen a partir de intermedios en la glucólisis. Ciertos aminoácidos no esenciales pueden obtenerse a partir de intermedios tanto de la glucólisis como del ciclo del ácido cítrico. Los lípidos, como el colesterol y los triglicéridos, también se elaboran a partir de intermediarios en estas vías, y tanto los aminoácidos como los triglicéridos se descomponen para obtener energía a través de estas vías. En general, en los sistemas vivos, estas vías de catabolismo de la glucosa extraen alrededor del 34 por ciento de la energía contenida en la glucosa.

Resumen de la sección

La cadena de transporte de electrones es la parte de la respiración aeróbica que utiliza oxígeno libre como aceptor final de electrones extraídos de los compuestos intermedios en el catabolismo de la glucosa. La cadena de transporte de electrones está compuesta por cuatro grandes complejos multiproteicos incrustados en la membrana mitocondrial interna y dos pequeños portadores de electrones difusibles que transportan electrones entre ellos. Los electrones pasan a través de una serie de reacciones redox, con una pequeña cantidad de energía libre utilizada en tres puntos para transportar iones de hidrógeno a través de una membrana. Este proceso contribuye al gradiente utilizado en la quimiosmosis. Los electrones que pasan a través de la cadena de transporte de electrones pierden energía gradualmente.Los electrones de alta energía donados a la cadena por NADH o FADH2 completan la cadena, ya que los electrones de baja energía reducen las moléculas de oxígeno y forman agua. El nivel de energía libre de los electrones desciende de aproximadamente 60 kcal / mol en NADH o 45 kcal / mol en FADH2 a aproximadamente 0 kcal / mol en agua. Los productos finales de la cadena de transporte de electrones son el agua y el ATP. Varios compuestos intermedios del ciclo del ácido cítrico se pueden desviar hacia el anabolismo de otras moléculas bioquímicas, como aminoácidos no esenciales, azúcares y lípidos. Estas mismas moléculas pueden servir como fuentes de energía para las vías de la glucosa.

Conexiones de arte

[enlace] El dinitrofenol (DNP) es un desacoplador que hace que la membrana mitocondrial interna pierda protones. Se usó hasta 1938 como medicamento para bajar de peso. ¿Qué efecto esperaría que tuviera el DNP sobre el cambio de pH a través de la membrana mitocondrial interna? ¿Por qué cree que este podría ser un fármaco eficaz para bajar de peso?

[enlace] Después del envenenamiento por DNP, la cadena de transporte de electrones ya no puede formar un gradiente de protones y la ATP sintasa ya no puede producir ATP. El DNP es un fármaco dietético eficaz porque desacopla la síntesis de ATP; en otras palabras, después de tomarlo, una persona obtiene menos energía de los alimentos que ingiere. Curiosamente, uno de los peores efectos secundarios de este medicamento es la hipertermia o sobrecalentamiento del cuerpo. Dado que no se puede formar ATP, la energía del transporte de electrones se pierde en forma de calor.

[enlace] El cianuro inhibe la citocromo c oxidasa, un componente de la cadena de transporte de electrones. Si ocurre una intoxicación por cianuro, ¿esperaría que el pH del espacio intermembrana aumentara o disminuyera? ¿Qué efecto tendría el cianuro sobre la síntesis de ATP?

[enlace] Después del envenenamiento por cianuro, la cadena de transporte de electrones ya no puede bombear electrones al espacio intermembrana. El pH del espacio intermembrana aumentaría, el gradiente de pH disminuiría y la síntesis de ATP se detendría.

Preguntas de revisión

¿Qué compuesto recibe electrones del NADH?

La quimiosmosis implica ________.

  1. el movimiento de electrones a través de la membrana celular
  2. el movimiento de átomos de hidrógeno a través de una membrana mitocondrial
  3. el movimiento de iones de hidrógeno a través de una membrana mitocondrial
  4. el movimiento de la glucosa a través de la membrana celular

Respuesta libre

¿En qué se diferencian las funciones de la ubiquinona y el citocromo c de los otros componentes de la cadena de transporte de electrones?

Q y el citocromo c son moléculas de transporte. Su función no resulta directamente en la síntesis de ATP ya que no son bombas. Además, Q es el único componente de la cadena de transporte de electrones que no es una proteína. La ubiquinona y el citocromo c son portadores de electrones pequeños y móviles, mientras que los otros componentes de la cadena de transporte de electrones son grandes complejos anclados en la membrana mitocondrial interna.

¿Qué explica el número diferente de moléculas de ATP que se forman a través de la respiración celular?

Pocos tejidos, excepto el músculo, producen la máxima cantidad posible de ATP a partir de nutrientes. Los intermedios se utilizan para producir los aminoácidos, ácidos grasos, colesterol y azúcares necesarios para los ácidos nucleicos. Cuando el NADH se transporta desde el citoplasma a las mitocondrias, se utiliza un mecanismo de transporte activo, que disminuye la cantidad de ATP que se puede producir. La cadena de transporte de electrones difiere en composición entre especies, por lo que diferentes organismos producirán diferentes cantidades de ATP utilizando sus cadenas de transporte de electrones.

Glosario


¿Por qué la fosforilación oxidativa requiere los complejos 2 y 3? - biología

Al final de esta sección, podrá hacer lo siguiente:

  • Describir cómo se mueven los electrones a través de la cadena de transporte de electrones y explicar qué sucede con sus niveles de energía durante este proceso.
  • Explicar cómo la cadena de transporte de electrones establece y mantiene un gradiente de protones (H +).

Acaba de leer sobre dos vías del catabolismo de la glucosa, la glucólisis y el ciclo del ácido cítrico, que generan ATP. Sin embargo, la mayor parte del ATP generado durante el catabolismo aeróbico de la glucosa no se genera directamente a partir de estas vías. En cambio, se deriva de un proceso que comienza moviendo electrones a través de una serie de portadores de electrones que experimentan reacciones redox. Este proceso hace que los iones de hidrógeno se acumulen dentro del espacio de la matriz. Por lo tanto, se forma un gradiente de concentración en el que los iones de hidrógeno se difunden fuera del espacio de la matriz al pasar a través de la ATP sintasa. La corriente de iones de hidrógeno impulsa la acción catalítica de la ATP sintasa, que fosforila el ADP y produce ATP.

Cadena de transporte de electrones

La cadena de transporte de electrones ((Figura)) es el último componente de la respiración aeróbica y es la única parte del metabolismo de la glucosa que utiliza oxígeno atmosférico. El oxígeno se difunde continuamente en los tejidos de las plantas (generalmente a través de los estomas), así como en los hongos y las bacterias; sin embargo, en los animales, el oxígeno ingresa al cuerpo a través de una variedad de sistemas respiratorios. El transporte de electrones es una serie de reacciones redox que se asemeja a una carrera de relevos o una brigada de cubos en el que los electrones pasan rápidamente de un componente al siguiente, hasta el punto final de la cadena donde los electrones reducen el oxígeno molecular y, junto con los protones asociados, producen agua. . Hay cuatro complejos compuestos de proteínas, etiquetadas de I a IV en la (Figura), y la agregación de estos cuatro complejos, junto con los portadores de electrones accesorios móviles asociados, se denomina cadena de transporte de electrones. La cadena de transporte de electrones está presente con múltiples copias en la membrana mitocondrial interna de eucariotas y dentro de la membrana plasmática de procariotas.

Figura 1. La cadena de transporte de electrones es una serie de transportadores de electrones incrustados en la membrana mitocondrial interna que transporta electrones desde NADH y FADH2 al oxígeno molecular. En el proceso, los protones se bombean desde la matriz mitocondrial al espacio intermembrana y el oxígeno se reduce para formar agua.

Complejo I

Primero, se transportan dos electrones al primer complejo a través de NADH. Este complejo, etiquetado I, está compuesto de mononucleótido de flavina (FMN) y una proteína que contiene hierro-azufre (Fe-S). FMN, que se deriva de la vitamina B2 (también llamada riboflavina), es uno de varios grupos protésicos o cofactores en la cadena de transporte de electrones. Un grupo protésico es una molécula no proteica necesaria para la actividad de una proteína. Los grupos protésicos son moléculas orgánicas o inorgánicas, no peptídicas, unidas a una proteína que facilitan su función. Los grupos protésicos incluyen coenzimas, que son los grupos protésicos de enzimas. La enzima del complejo I es NADH deshidrogenasa y es una proteína muy grande que contiene 45 cadenas de aminoácidos. El complejo I puede bombear cuatro iones de hidrógeno a través de la membrana desde la matriz al espacio intermembrana, y de esta manera se establece y mantiene el gradiente de iones de hidrógeno entre los dos compartimentos separados por la membrana mitocondrial interna.

Q y Complejo II

El complejo II recibe directamente FADH2—Que no atraviesa el complejo I. El compuesto que conecta el primer y segundo complejos al tercero es la ubiquinona B. La molécula Q es soluble en lípidos y se mueve libremente a través del núcleo hidrófobo de la membrana. Una vez que se reduce (QH2), la ubiquinona entrega sus electrones al siguiente complejo en la cadena de transporte de electrones. Q recibe los electrones derivados de NADH del complejo I, y los electrones derivados de FADH2 del complejo II. Esta enzima y FADH2 forman un pequeño complejo que entrega electrones directamente a la cadena de transporte de electrones, sin pasar por el primer complejo. Dado que estos electrones se desvían y, por lo tanto, no activan la bomba de protones en el primer complejo, se producen menos moléculas de ATP a partir de la FADH.2 electrones. El número de moléculas de ATP que se obtienen finalmente es directamente proporcional al número de protones bombeados a través de la membrana mitocondrial interna.

Complejo III

El tercer complejo está compuesto por el citocromo b, otra proteína Fe-S, un centro de Rieske (centro 2Fe-2S) y proteínas del citocromo c. Este complejo también se llama citocromo oxidorreductasa. Las proteínas del citocromo tienen un grupo protésico de hemo. La molécula de hemo es similar al hemo de la hemoglobina, pero transporta electrones, no oxígeno. Como resultado, el ion hierro en su núcleo se reduce y oxida a medida que pasa los electrones, fluctuando entre diferentes estados de oxidación: Fe ++ (reducido) y Fe +++ (oxidado). Las moléculas de hemo en los citocromos tienen características ligeramente diferentes debido a los efectos de las diferentes proteínas que se unen a ellas, dando características ligeramente diferentes a cada complejo. El complejo III bombea protones a través de la membrana y pasa sus electrones al citocromo c para su transporte al cuarto complejo de proteínas y enzimas. (Sin embargo, el citocromo c recibe electrones de Q, mientras que Q transporta pares de electrones, el citocromo c solo puede aceptar uno a la vez).

Complejo IV

El cuarto complejo está compuesto por las proteínas c, a y a del citocromo.3. Este complejo contiene dos grupos hemo (uno en cada uno de los dos citocromos, ay un3) y tres iones de cobre (un par de CuA y una CuB en el citocromo a3). Los citocromos mantienen una molécula de oxígeno muy apretada entre los iones de hierro y cobre hasta que el oxígeno se reduce completamente por la ganancia de dos electrones. El oxígeno reducido luego recoge dos iones de hidrógeno del medio circundante para producir agua (H2O). La eliminación de los iones de hidrógeno del sistema contribuye al gradiente de iones que forma la base del proceso de quimiosmosis.

Quimiosmosis

En la quimiosmosis, la energía libre de la serie de reacciones redox que se acaban de describir se utiliza para bombear iones de hidrógeno (protones) a través de la membrana mitocondrial. La distribución desigual de iones H + a través de la membrana establece gradientes de concentración y eléctricos (por lo tanto, un gradiente electroquímico), debido a la carga positiva de los iones de hidrógeno y su agregación en un lado de la membrana.

Si la membrana estuviera continuamente abierta a la difusión simple por los iones de hidrógeno, los iones tenderían a difundirse de nuevo a través de la matriz, impulsados ​​por las concentraciones que producen su gradiente electroquímico. Recuerde que muchos iones no pueden difundirse a través de las regiones apolares de las membranas de fosfolípidos sin la ayuda de los canales iónicos. De manera similar, los iones de hidrógeno en el espacio de la matriz solo pueden pasar a través de la membrana mitocondrial interna por una proteína de membrana integral llamada ATP sintasa ((Figura)). Esta proteína compleja actúa como un generador minúsculo, impulsado por la fuerza de los iones de hidrógeno que se difunden a través de ella, en su gradiente electroquímico. El torneado de partes de esta máquina molecular facilita la adición de un fosfato al ADP, formando ATP, utilizando la energía potencial del gradiente de iones de hidrógeno.

Conexión de arte

Figura 2. La ATP sintasa es una máquina molecular compleja que utiliza un gradiente de protones (H +) para formar ATP a partir de ADP y fosfato inorgánico (Pi). (Crédito: modificación del trabajo de Klaus Hoffmeier)

El dinitrofenol (DNP) es un "desacoplador" que hace que la membrana mitocondrial interna tenga "fugas" para los protones. Se usó hasta 1938 como medicamento para bajar de peso. ¿Qué efecto esperaría que tuviera el DNP sobre el cambio de pH a través de la membrana mitocondrial interna? ¿Por qué cree que este podría ser un fármaco eficaz para bajar de peso?

Después del envenenamiento por DNP, la cadena de transporte de electrones ya no puede formar un gradiente de protones y la ATP sintasa ya no puede producir ATP. El DNP es un fármaco dietético eficaz porque desacopla la síntesis de ATP; en otras palabras, después de tomarlo, una persona obtiene menos energía de los alimentos que ingiere. Curiosamente, uno de los peores efectos secundarios de este medicamento es la hipertermia o sobrecalentamiento del cuerpo. Dado que no se puede formar ATP, la energía del transporte de electrones se pierde en forma de calor.

La quimiosmosis ((Figura)) se utiliza para generar el 90 por ciento del ATP producido durante el catabolismo aeróbico de la glucosa; también es el método utilizado en las reacciones lumínicas de la fotosíntesis para aprovechar la energía de la luz solar en el proceso de fotofosforilación. Recuerde que la producción de ATP mediante el proceso de quimiosmosis en las mitocondrias se llama fosforilación oxidativa. El resultado general de estas reacciones es la producción de ATP a partir de la energía de los electrones extraídos de los átomos de hidrógeno. Estos átomos eran originalmente parte de una molécula de glucosa. Al final de la ruta, los electrones se utilizan para reducir una molécula de oxígeno a iones de oxígeno. Los electrones adicionales en el oxígeno atraen iones de hidrógeno (protones) del medio circundante y se forma agua. Por tanto, el oxígeno es el aceptor final de electrones en la cadena de transporte de electrones.

Conexión de arte

Figura 3. En la fosforilación oxidativa, la ATP sintasa utiliza el gradiente de pH formado por la cadena de transporte de electrones para formar ATP.

El cianuro inhibe la citocromo c oxidasa, un componente de la cadena de transporte de electrones. Si ocurre una intoxicación por cianuro, ¿esperaría que el pH del espacio intermembrana aumentara o disminuyera? ¿Qué efecto tendría el cianuro sobre la síntesis de ATP?

Después de la intoxicación por cianuro, la cadena de transporte de electrones ya no puede bombear electrones al espacio intermembrana. El pH del espacio intermembrana aumentaría, el gradiente de pH disminuiría y la síntesis de ATP se detendría.

Rendimiento de ATP

El número de moléculas de ATP generadas por el catabolismo de la glucosa varía. Por ejemplo, el número de iones de hidrógeno que los complejos de la cadena de transporte de electrones pueden bombear a través de la membrana varía entre especies. Otra fuente de variación proviene de la lanzadera de electrones a través de las membranas de las mitocondrias. (El NADH generado a partir de la glucólisis no puede ingresar fácilmente a las mitocondrias). Por lo tanto, los electrones son recogidos en el interior de las mitocondrias por NAD + o FAD +. Como aprendió anteriormente, estas moléculas de FAD + pueden transportar menos iones, en consecuencia, se generan menos moléculas de ATP cuando FAD + actúa como portador. NAD + se utiliza como transportador de electrones en el hígado y FAD + actúa en el cerebro.

Otro factor que afecta el rendimiento de las moléculas de ATP generadas a partir de la glucosa es el hecho de que los compuestos intermedios de estas vías también se utilizan para otros fines. El catabolismo de la glucosa se conecta con las vías que construyen o descomponen todos los demás compuestos bioquímicos en las células, y el resultado es algo más complicado que las situaciones ideales descritas hasta ahora. Por ejemplo, los azúcares distintos de la glucosa se introducen en la vía glucolítica para la extracción de energía. Además, los azúcares de cinco carbonos que forman los ácidos nucleicos se fabrican a partir de intermedios en la glucólisis. Ciertos aminoácidos no esenciales pueden obtenerse a partir de intermedios tanto de la glucólisis como del ciclo del ácido cítrico. Los lípidos, como el colesterol y los triglicéridos, también se elaboran a partir de intermediarios en estas vías, y tanto los aminoácidos como los triglicéridos se descomponen para obtener energía a través de estas vías. En general, en los sistemas vivos, estas vías de catabolismo de la glucosa extraen alrededor del 34 por ciento de la energía contenida en la glucosa, y el resto se libera en forma de calor.

Resumen de la sección

La cadena de transporte de electrones es la parte de la respiración aeróbica que utiliza oxígeno libre como aceptor final de electrones extraídos de los compuestos intermedios en el catabolismo de la glucosa. La cadena de transporte de electrones está compuesta por cuatro grandes complejos multiproteicos incrustados en la membrana mitocondrial interna y dos pequeños portadores de electrones difusibles que transportan electrones entre ellos. Los electrones pasan a través de una serie de reacciones redox, con una pequeña cantidad de energía libre utilizada en tres puntos para transportar iones de hidrógeno a través de una membrana. Este proceso contribuye al gradiente utilizado en la quimiosmosis. Los electrones que pasan a través de la cadena de transporte de electrones pierden energía gradualmente. Electrones de alta energía donados a la cadena por NADH o FADH2 completan la cadena, ya que los electrones de baja energía reducen las moléculas de oxígeno y forman agua. El nivel de energía libre de los electrones desciende de aproximadamente 60 kcal / mol en NADH o 45 kcal / mol en FADH2 a aproximadamente 0 kcal / mol en agua. Los productos finales de la cadena de transporte de electrones son el agua y el ATP. Varios compuestos intermedios del ciclo del ácido cítrico se pueden desviar hacia el anabolismo de otras moléculas bioquímicas, como aminoácidos no esenciales, azúcares y lípidos. Estas mismas moléculas pueden servir como fuentes de energía para las vías de la glucosa.

Conexiones de arte

(Figura) El dinitrofenol (DNP) es un & # 8220 desacoplador & # 8221 que hace que la membrana mitocondrial interna & # 8220 tenga fugas & # 8221 a los protones. Se usó hasta 1938 como medicamento para bajar de peso. ¿Qué efecto esperaría que tuviera el DNP sobre el cambio de pH a través de la membrana mitocondrial interna? ¿Por qué cree que este podría ser un fármaco eficaz para bajar de peso?

(Figura) Después del envenenamiento por DNP, la cadena de transporte de electrones ya no puede formar un gradiente de protones y la ATP sintasa ya no puede producir ATP. El DNP es un fármaco dietético eficaz porque desacopla la síntesis de ATP; en otras palabras, después de tomarlo, una persona obtiene menos energía de los alimentos que ingiere. Curiosamente, uno de los peores efectos secundarios de este medicamento es la hipertermia o sobrecalentamiento del cuerpo. Dado que no se puede formar ATP, la energía del transporte de electrones se pierde en forma de calor.

(Figura) El cianuro inhibe la citocromo c oxidasa, un componente de la cadena de transporte de electrones. Si ocurre una intoxicación por cianuro, ¿esperaría que el pH del espacio intermembrana aumentara o disminuyera? ¿Qué efecto tendría el cianuro sobre la síntesis de ATP?

(Figura) Después de la intoxicación por cianuro, la cadena de transporte de electrones ya no puede bombear electrones al espacio intermembrana. El pH del espacio intermembrana aumentaría, el gradiente de pH disminuiría y la síntesis de ATP se detendría.


Los fundamentos de la fosforilación oxidativa

La fosforilación oxidativa es la fase final de la respiración celular y tiene lugar en las mitocondrias. Esta fase se puede dividir en dos etapas

La fosforilación oxidativa comienza con los productos finales de la glucólisis y el ciclo del ácido cítrico, NADH y FADH₂. Estos dos compuestos son portadores de electrones que tienen la capacidad de producir energía llevando electrones a la cadena de transporte de electrones.

La cadena de transporte de electrones está formada por cuatro complejos de proteínas. Cada uno de ellos libera gradualmente energía que se utiliza para bombear iones de hidrógeno. (H +) de la matriz mitocondrial al espacio intermembrana. Este flujo de protones genera una corriente de salida, creando un potencial eléctrico a través de la membrana. La diferencia de carga entre los dos lados de la membrana mitocondrial crea una gradiente electroquímico, conocido como una fuerza motriz de protones. Luego, los iones de hidrógeno se difunden desde una concentración más alta a una concentración más baja, llevando potencial eléctrico.

A medida que estos iones regresan a través de la membrana mitocondrial, catalizan una enzima llamada ATP sintasa que fosforila (agrega un grupo fosfato) ADP, que produce ATP. Todo este proceso de transporte de iones de hidrógeno a través de una membrana semipermeable para generar ATP se llama quimiosmosis.


Inhibidores de la fosforilación oxidativa

A continuación se muestra la lista de inhibidores de la fosforilación oxidativa.

1. Oligomicinas

  • Es un antibiótico polipeptídico que se obtiene de varias especies de “Streptomyces & # 8221
  • Inhiben la transferencia de fosfato de alta energía al ADP y también inhiben las transferencias de electrones acopladas a la fosforilación.
  • El antibiótico es un potente inhibidor del complejo ATP sintasa.

2. Rutamicina

3. Atractilato

  • Respalda la fosforilación oxidativa presionando con ATP y ADP para un sitio en el anti-puerto ADP-ATP de las membranas mitocondriales. Uno de los inhibidores de la lista que bloquea la fosforilación oxidativa.

4. Bongkrekate

  • Es una toxina formada por bacterias (Pseudomonas) en una preparación de coco de Java.1
  • También bloquea el anti-puerto ADP-ATP.

Fosforilación oxidativa -Respiración.

La fosforilación ocurre cuando los protones bombeados por la cadena respiratoria regresan a la matriz a través de la ATP sintasa (a veces conocida como Complejo V). El flujo de protones no es realmente necesario para la síntesis de ATP, es necesario para liberar el ATP de la sintasa.

(Publicación original de Verificación de la realidad)
¿Qué nivel es este? Un nivel o pregrado.

La fosforilación ocurre cuando los protones bombeados por la cadena respiratoria regresan a la matriz a través de la ATP sintasa (a veces conocida como Complejo V). El flujo de protones no es realmente necesario para la síntesis de ATP, es necesario para liberar el ATP de la sintasa.

La citocromo oxidasa es el aceptor final de electrones, donde el oxígeno se reduce a agua. La inhibición de esta enzima evita la producción de ATP aeróbico porque los electrones no pueden transmitirse desde el citocromo c. Tenga en cuenta que el ATP aún podría producirse mediante glucólisis anaeróbica (este es el punto 5 del esquema de calificación).

La teoría quimiosmótica, en lo que respecta a los protones que se bombean fuera de la matriz mitocondrial proporcionando una fuerza motriz de protones electroquímica que permite la "síntesis" de ATP, no es directamente relevante para la pregunta. No le preguntan sobre la inhibición de la ATP sintasa, ni sobre los complejos que bombean protones fuera de la matriz. De ahí por qué no aparece como una respuesta correcta en el esquema de calificación. Se le pregunta sobre la inhibición del aceptor de electrones final en el ETC, que es la citocromo c oxidasa. Sin embargo, donde es relevante es al inhibir el aceptor de electrones final, se evita un mayor flujo de electrones a través del ETC, lo que luego evita que los protones sean bombeados por otros complejos en el ETC para formar la fuerza motriz del protón que luego previene la 'síntesis' de ATP a través de la ATP sintasa.

Entiendo la primera parte
Pero no estoy seguro de entender de qué hablas en la segunda parte.
¿Quiere decir que la quimiosmosis no está permitida en el esquema de calificación porque la pregunta no se refiere a la inhibición de la ATP sintasa?

Y yo & rsquom confundido acerca de lo que es la fosforilación oxidativa después de todo & # 128517

(Publicación original de Verificación de la realidad)
La citocromo oxidasa es el aceptor final de electrones, donde el oxígeno se reduce a agua. La inhibición de esta enzima evita la producción de ATP aeróbico porque los electrones no pueden transmitirse desde el citocromo c. Tenga en cuenta que el ATP aún podría producirse mediante glucólisis anaeróbica (este es el punto 5 del esquema de calificación).

La teoría quimiosmótica, en lo que respecta a los protones que se bombean fuera de la matriz mitocondrial proporcionando una fuerza motriz de protones electroquímica que permite la "síntesis" de ATP, no es directamente relevante para la pregunta. No le preguntan sobre la inhibición de la ATP sintasa, ni sobre los complejos que bombean protones fuera de la matriz. De ahí por qué no aparece como una respuesta correcta en el esquema de calificación. Se le pregunta sobre la inhibición del aceptor de electrones final en el ETC, que es la citocromo c oxidasa. Sin embargo, donde es relevante es al inhibir el aceptor de electrones final, se evita un mayor flujo de electrones a través del ETC, lo que luego evita que los protones sean bombeados por otros complejos en el ETC para formar la fuerza motriz del protón que luego previene la 'síntesis' de ATP a través de la ATP sintasa.

(Publicación original de JacobBob)
Entiendo la primera parte
Pero no estoy seguro de entender de qué hablas en la segunda parte.
¿Quiere decir que la quimiosmosis no está permitida en el esquema de calificación porque la pregunta no se refiere a la inhibición de la ATP sintasa?

Y yo & rsquom confundido acerca de lo que es la fosforilación oxidativa después de todo & # 128517

De acuerdo, intentaré desglosarlo simplemente. La fosforilación oxidativa es donde los electrones de alta energía de la descomposición de sustratos como la glucosa y los ácidos grasos en la dieta se utilizan en reacciones redox en una sucesión de complejos de proteínas. Los electrones se transmiten desde portadores especiales (¿ha oído hablar de NADH y FADH?2?) donde finalmente reducen el oxígeno a agua. Esto sucede en el complejo final del ETC, la citocromo c oxidasa (que es el complejo sobre el que se le pregunta en la pregunta). En su viaje desde NADH / FAD2 hasta el aceptor final, parte de la energía se aprovecha para bombear protones fuera de la matriz de las mitocondrias hacia el espacio intermembranal. Esto provoca que se establezca un gradiente electroquímico, separado por la membrana mitocondrial interna en función de la carga y la concentración. Estos protones regresan a la matriz -ve a través del canal en la ATP sintasa y, al hacerlo, permiten la liberación de ATP de la sintasa (esta es la versión correcta: más a menudo se simplifica a 'el flujo de protones da como resultado la síntesis de ATP).


¿Por qué la fosforilación oxidativa requiere los complejos 2 y 3? - biología

Las células de proceso utilizan la energía de liberación y almacenamiento contenida en las moléculas de azúcar y grasas de los alimentos.

ADP + fosfato + energía liberada de los alimentos - & gt ATP

El ATP se puede descomponer rápidamente para liberar la energía almacenada.

ATP - & gt ADP + Fosfato + Energía

¿Por qué las células almacenan energía en ATP? Respuesta: El ATP no puede atravesar la membrana celular y salir de la célula, pero la energía pura puede atravesar la membrana celular. El ATP permite que la célula retenga la energía que libera de los alimentos, en lugar de perder esa energía en el medio ambiente. Además, el ATP se puede descomponer muy rápidamente (mucho más rápido que los alimentos), para proporcionar a la célula una fuente de energía rápida.

Hay 2 tipos de respiración celular:

Toda la vida realiza algún tipo de respiración celular para obtener y almacenar la energía necesaria para la motilidad, el crecimiento, la reparación, la reproducción y la homeostasis.

Efectos de la respiración celular en el músculo humano:

Ejercicio aeróbico - & gt Respiración aeróbica en el tejido muscular - & gt Menos proteínas y más mitocondrias - & gt El músculo se vuelve más delgado pero más eficiente energéticamente - & gt Mayor resistencia

Ejercicio anaeróbico - & gt Respiración anaeróbica en el tejido muscular - & gt Daño del ácido láctico al músculo - & gt El músculo se reconstruye con más proteínas - & gt Músculo más grande y más fuerte.

C. ¿Cuándo realizan las células la respiración celular? Todo el tiempo

D. ¿Dónde ocurre la respiración celular?

Respiración aeróbica: comienza en el citosol (líquido entre orgánulos). Termina en la mitocondria.
Respiración anaeróbica: ocurre completamente en el citosol (no se utilizan mitocondrias)

1. LA RESPIRACIÓN AERÓBICA es un proceso de 3 etapas:

Fosforilación oxidativa (en la membrana interna de la mitocondria)

12 NADH + 3 O2 - & gt 6 H2O + ENERGÍA

36 ADP + 36 Fosfato + ENERGÍA - & gt 36 ATP

Rendimiento energético total de la respiración aeróbica = 2 ATP + 36 ATP = 38 ATP por molécula de azúcar

RESPIRACIÓN AERÓBICA EN PALABRAS:

La etapa uno: Glucólisis ("romper el azúcar")

Etapa dos: Ciclo de Krebs

El ácido pirúvico se transporta a la matriz mitocondrial.

El ácido pirúvico se descompone primero en ácido acético (vinagre) y luego en CO2 gas.


¿Por qué la fosforilación oxidativa requiere los complejos 2 y 3? - biología

Campell Biology capítulo 9: Respiración celular

¿Cuál es el término para las vías metabólicas que liberan energía almacenada al descomponer moléculas complejas?
A) vías anabólicas
B) vías catabólicas
C) vías de fermentación
D) vías termodinámicas
E) vías bioenergéticas

La molécula que funciona como agente reductor (donante de electrones) en una reacción redox o de oxidación-reducción.
A) gana electrones y gana energía potencial.
B) pierde electrones y pierde energía potencial.
C) gana electrones y pierde energía potencial.
D) pierde electrones y gana energía potencial.
E) no gana ni pierde electrones, pero gana o pierde energía potencial.

Cuando los electrones se acercan a un átomo más electronegativo, ¿qué sucede?
A) El átomo más electronegativo se reduce y se libera energía.
B) El átomo más electronegativo se reduce y se consume energía.
C) El átomo más electronegativo se oxida y se consume energía.
D) El átomo más electronegativo se oxida y se libera energía.
E) El átomo más electronegativo se reduce y la entropía disminuye.

¿Por qué la oxidación de compuestos orgánicos por oxígeno molecular para producir CO₂ y agua libera energía libre?
A) Los enlaces covalentes en las moléculas orgánicas y el oxígeno molecular tienen más energía cinética que los enlaces covalentes en el agua y el dióxido de carbono.
B) Los electrones se mueven de átomos que tienen menor afinidad por los electrones (como C) a átomos con mayor afinidad por los electrones (como O).
C) La oxidación de compuestos orgánicos se puede utilizar para producir ATP.
D) Los electrones tienen una energía potencial más alta cuando están asociados con el agua y el CO₂ que en los compuestos orgánicos.
E) El enlace covalente en O₂ es inestable y se rompe fácilmente por electrones de moléculas orgánicas.

¿Cuál de las siguientes afirmaciones describe los resultados de esta reacción?
C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + Energía
A) C₆H₁₂O₆ se oxida y O₂ se reduce.
B) O₂ se oxida y H₂O se reduce.
C) El CO₂ se reduce y el O₂ se oxida.
D) El C₆H₁₂O₆ se reduce y el CO₂ se oxida.
E) O₂ se reduce y CO₂ se oxida

Cuando una molécula de glucosa pierde un átomo de hidrógeno como resultado de una reacción de oxidación-reducción, la molécula se convierte en
A) hidrolizado.
B) hidrogenado.
C) oxidado.
D) reducido.
E) un agente oxidante.

Cuando una molécula de NAD⁺ (dinucleótido de nicotinamida y adenina) gana un átomo de hidrógeno (no un protón), la molécula se convierte en
A) deshidrogenado.
B) oxidado.
C) reducido.
D) redox.
E) hidrolizado.

¿Cuál de las siguientes afirmaciones describe NAD⁺?
A) El NAD⁺ se reduce a NADH durante la glucólisis, la oxidación del piruvato y el ciclo del ácido cítrico.
B) NAD⁺ tiene más energía química que NADH.
C) NAD⁺ se oxida por la acción de hidrogenasas.
D) NAD⁺ puede donar electrones para su uso en fosforilación oxidativa.
E) En ausencia de NAD⁺, la glucólisis aún puede funcionar.

¿Dónde tiene lugar la glucólisis en las células eucariotas?
A) matriz mitocondrial
B) membrana externa mitocondrial
C) membrana interna mitocondrial
D) espacio intermembrana mitocondrial
E) citosol

El ATP producido durante la glucólisis es generado por
A) fosforilación a nivel de sustrato.
B) transporte de electrones.
C) fotofosforilación.
D) quimiosmosis.
E) oxidación de NADH a NAD⁺.

¿El oxígeno consumido durante la respiración celular está involucrado directamente en qué proceso o evento?
A) glucólisis
B) aceptar electrones al final de la cadena de transporte de electrones
C) el ciclo del ácido cítrico
D) la oxidación del piruvato a acetil CoA
E) la fosforilación de ADP para formar ATP

¿Qué proceso en las células eucariotas procederá normalmente si el oxígeno (O₂) está presente o no?
A) transporte de electrones
B) glucólisis
C) el ciclo del ácido cítrico
D) fosforilación oxidativa
E) quimiosmosis

Un electrón pierde energía potencial cuando
A) cambia a un átomo menos electronegativo.
B) cambia a un átomo más electronegativo.
C) aumenta su energía cinética.
D) aumenta su actividad como agente oxidante.
E) se aleja más del núcleo del átomo.

¿Por qué los carbohidratos y las grasas se consideran alimentos de alta energía?
A) Tienen muchos átomos de oxígeno.
B) No tienen nitrógeno en su composición.
C) Pueden tener esqueletos de carbono muy largos.
D) Tienen muchos electrones asociados con el hidrógeno.
E) Se reducen fácilmente.

¿La fosforilación a nivel de sustrato representa aproximadamente qué porcentaje del ATP formado por las reacciones de la glucólisis?
A) 0%
B) 2%
C) 10%
D) 38%
E) 100%

Durante la glucólisis, cuando cada molécula de glucosa se cataboliza a dos moléculas de piruvato, la mayor parte de la energía potencial contenida en la glucosa es
A) transferido a ADP, formando ATP.
B) transferido directamente a ATP.
C) retenido en los dos piruvatos.
D) almacenado en el NADH producido.
E) utilizado para fosforilar la fructosa para formar fructosa 6-fosfato

Además del ATP, ¿cuáles son los productos finales de la glucólisis?
A) CO₂ y H₂O
B) CO₂ y piruvato
C) NADH y piruvato
D) CO₂ y NADH
E) H₂O, FADH₂ y citrato

La energía libre para la oxidación de glucosa a CO₂ y agua es -686 kcal / mol y la energía libre para la reducción de NAD⁺ a NADH es +53 kcal / mol. ¿Por qué solo se forman dos moléculas de NADH durante la glucólisis cuando parece que podrían formarse hasta una docena?
A) La mayor parte de la energía libre disponible de la oxidación de la glucosa se utiliza en la producción de ATP en la glucólisis.
B) La glucólisis es una reacción muy ineficaz, con gran parte de la energía de la glucosa liberada en forma de calor.
C) La mayor parte de la energía libre disponible a partir de la oxidación de la glucosa permanece en el piruvato, uno de los productos de la glucólisis.
D) No se produce CO₂ ni agua como productos de la glucólisis.
E) La glucólisis consiste en muchas reacciones enzimáticas, cada una de las cuales extrae algo de energía de la molécula de glucosa.

Comenzando con una molécula de glucosa, los productos de la glucólisis que contienen energía son
A) 2 NAD⁺, 2 piruvato y 2 ATP.
B) 2 NADH, 2 piruvato y 2 ATP.
C) 2 FADH $ $, 2 piruvato y 4 ATP.
D) 6 CO₂, 2 ATP y 2 piruvato.
E) 6 CO₂, 30 ATP y 2 piruvato.

En la glucólisis, por cada molécula de glucosa oxidada a piruvato
A) Se utilizan dos moléculas de ATP y se producen dos moléculas de ATP.
B) Se utilizan dos moléculas de ATP y se producen cuatro moléculas de ATP.
C) Se utilizan cuatro moléculas de ATP y se producen dos moléculas de ATP.
D) Se utilizan dos moléculas de ATP y se producen seis moléculas de ATP.
E) Se utilizan seis moléculas de ATP y se producen seis moléculas de ATP.

Una molécula fosforilada.
A) se ha reducido como resultado de una reacción redox que implica la pérdida de un fosfato inorgánico.
B) tiene una reactividad química disminuida, es menos probable que proporcione energía para el trabajo celular.
C) se ha oxidado como resultado de una reacción redox que implica la ganancia de un fosfato inorgánico.
D) tiene una energía potencial química aumentada que está preparada para realizar trabajo celular.
E) tiene menos energía que antes de su fosforilación y por lo tanto menos energía para el trabajo celular.

¿Qué tipo de veneno metabólico interferiría más directamente con la glucólisis?
A) un agente que reacciona con el oxígeno y agota su concentración en la célula
B) un agente que se une al piruvato y lo inactiva
C) un agente que imita de cerca la estructura de la glucosa pero no se metaboliza
D) un agente que reacciona con NADH y lo oxida a NAD⁺
E) un agente que bloquea el paso de electrones a lo largo de la cadena de transporte de electrones

¿Por qué se describe la glucólisis como una fase de inversión y una fase de pago?
A) Divide moléculas y ensambla moléculas.
B) Adhiere y separa grupos fosfato.
C) Utiliza glucosa y genera piruvato.
D) Desplaza moléculas del citosol a la mitocondria.
E) Utiliza ATP almacenado y luego forma un aumento neto de ATP.

El transporte de piruvato a la mitocondria depende de la fuerza motriz del protón a través de la membrana mitocondrial interna. ¿Cómo entra el piruvato en la mitocondria?
A) transporte activo
B) difusión
C) difusión facilitada
D) a través de un canal
E) a través de un poro

¿Cuál de los siguientes metabolitos intermedios entra en el ciclo del ácido cítrico y se forma, en parte, mediante la eliminación de un carbono (CO₂) de una molécula de piruvato?
A) lactato
B) gliceraldehídos-3-fosfato
C) oxalacetato
D) acetil CoA
E) citrato

Durante la respiración celular, ¿en qué lugar se acumula acetil CoA?
A) citosol
B) membrana externa mitocondrial
C) membrana interna mitocondrial
D) espacio intermembrana mitocondrial
E) matriz mitocondrial

¿Cuántos átomos de carbono se introducen en el ciclo del ácido cítrico como resultado de la oxidación de una molécula de piruvato?
Un dos
B) cuatro
C) seis
D) ocho
E) diez

¿Se libera dióxido de carbono (CO₂) durante cuál de las siguientes etapas de la respiración celular?
A) glucólisis y oxidación del piruvato a acetil CoA
B) oxidación de piruvato a acetil CoA y ciclo del ácido cítrico
C) el ciclo del ácido cítrico y la fosforilación oxidativa
D) fosforilación oxidativa y fermentación
E) fermentación y glucólisis

Un animal joven nunca ha tenido mucha energía. Lo llevan a un veterinario en busca de ayuda y lo envían al hospital de animales para algunas pruebas. Allí descubren que sus mitocondrias solo pueden usar ácidos grasos y aminoácidos para la respiración, y sus células producen más lactato de lo normal. De las siguientes, ¿cuál es la mejor explicación de su condición?
A) Sus mitocondrias carecen de la proteína de transporte que mueve el piruvato a través de la membrana mitocondrial externa.
B) Sus células no pueden mover NADH de la glucólisis a las mitocondrias.
C) Sus células contienen algo que inhibe el uso de oxígeno en sus mitocondrias.
D) Sus células carecen de la enzima en la glucólisis que forma el piruvato.
E) Sus células tienen una cadena de transporte de electrones defectuosa, por lo que la glucosa se convierte en lactato en lugar de acetil CoA

Durante la respiración aeróbica, los electrones viajan cuesta abajo, ¿en qué secuencia?
A) alimentos → ciclo del ácido cítrico → ATP → NAD⁺
B) comida → NADH → cadena de transporte de electrones → oxígeno
C) glucosa → piruvato → ATP → oxígeno
D) glucosa → ATP → cadena de transporte de electrones → NADH
E) alimentos → glucólisis → ciclo del ácido cítrico → NADH → ATP

¿Qué fracción del dióxido de carbono exhalado por los animales se genera por las reacciones del ciclo del ácido cítrico, si la glucosa es la única fuente de energía?
A) 1/6
B) 1/3
C) 1/2
D) 2/3
E) 100/100

¿Dónde se encuentran las proteínas de la cadena de transporte de electrones?
A) citosol
B) membrana externa mitocondrial
C) membrana interna mitocondrial
D) espacio intermembrana mitocondrial
E) matriz mitocondrial

En la respiración celular, la energía para la mayor parte de la síntesis de ATP es suministrada por
A) enlaces fosfato de alta energía en moléculas orgánicas.
B) un gradiente de protones a través de una membrana.
C) convertir oxígeno en ATP.
D) transferir electrones de moléculas orgánicas al piruvato.
E) generar dióxido de carbono y oxígeno en la cadena de transporte de electrones.

Durante la respiración aeróbica, ¿cuál de los siguientes dona directamente electrones a la cadena de transporte de electrones en el nivel de energía más bajo?
A) NAD +
B) NADH
C) ATP
D) ADP + Pi
E) FADH2

El papel principal del oxígeno en la respiración celular es
A) producen energía en forma de ATP a medida que se transmite por la cadena respiratoria.
B) actúa como aceptor de electrones e hidrógeno, formando agua.
C) se combinan con carbono, formando CO₂.
D) combinar con lactato, formando piruvato.
E) catalizar las reacciones de glucólisis

Dentro de una mitocondria activa, ¿qué camino sigue la mayoría de los electrones?
A) glucólisis → NADH → fosforilación oxidativa → ATP → oxígeno
B) ciclo del ácido cítrico → FADH₂ → cadena de transporte de electrones → ATP
C) cadena de transporte de electrones → ciclo del ácido cítrico → ATP → oxígeno
D) piruvato → ciclo del ácido cítrico → ATP → NADH → oxígeno
E) ciclo del ácido cítrico → NADH → cadena de transporte de electrones → oxígeno

Durante la respiración aeróbica, se forma H₂O. ¿De dónde proviene el átomo de oxígeno para la formación del agua?
A) dióxido de carbono (CO₂)
B) glucosa (C₆H₁₂O₆)
C) oxígeno molecular (O₂)
D) piruvato (C₃H₃O₃-)
E) lactato (C₃H₅O₃-)

En la fosforilación quimiosmótica, ¿cuál es la fuente de energía más directa que se utiliza para convertir ADP + Pi en ATP?
A) energía liberada cuando los electrones fluyen a través del sistema de transporte de electrones
B) energía liberada por la fosforilación a nivel de sustrato
C) energía liberada por el movimiento de protones a través de la ATP sintasa, contra el gradiente electroquímico
D) energía liberada por el movimiento de protones a través de la ATP sintasa, por el gradiente electroquímico
E) No se requiere una fuente de energía externa porque la reacción es exergónica.

¿La energía liberada por la cadena de transporte de electrones se utiliza para bombear H⁺ en qué lugar de las células eucariotas?
A) citosol
B) membrana externa mitocondrial
C) membrana interna mitocondrial
D) espacio intermembrana mitocondrial
E) matriz mitocondrial

La fuente de energía directa que impulsa la síntesis de ATP durante la fosforilación oxidativa respiratoria en células eucariotas es
A) oxidación de glucosa a CO₂ y agua.
B) el flujo termodinámicamente favorable de electrones desde NADH a los portadores de transporte de electrones mitocondriales.
C) la transferencia final de electrones al oxígeno.
D) la fuerza motriz del protón a través de la membrana mitocondrial interna.
E) la transferencia termodinámicamente favorable de fosfato de la glucólisis y las moléculas intermedias del ciclo del ácido cítrico de ADP

Cuando los iones de hidrógeno se bombean desde la matriz mitocondrial a través de la membrana interna y hacia el espacio intermembrana, el resultado es el
A) formación de ATP.
B) reducción de NAD⁺.
C) restauración del equilibrio Na⁺ / K⁺ a través de la membrana.
D) creación de una fuerza motriz de protones.
E) descenso del pH en la matriz mitocondrial.

¿Dónde se encuentra la ATP sintasa en la mitocondria?
A) citosol
B) cadena de transporte de electrones
C) membrana exterior
D) membrana interna
E) matriz mitocondrial

Es posible preparar vesículas a partir de partes de la membrana mitocondrial interna. ¿Cuál de los siguientes procesos aún podría llevarse a cabo mediante esta membrana interna aislada?
A) el ciclo del ácido cítrico
B) fosforilación oxidativa
C) glucólisis y fermentación
D) reducción de NAD⁺
E) tanto el ciclo del ácido cítrico como la fosforilación oxidativa

¿Cuántas moléculas de oxígeno (O₂) se requieren cada vez que una molécula de glucosa (C₆H₁₂O₆) se oxida completamente a dióxido de carbono y agua a través de la respiración aeróbica?
A) 1
B) 3
C) 6
D) 12
E) 30

¿Cuál de los siguientes produce más ATP cuando la glucosa (C₆H₁₂O₆) se oxida completamente a dióxido de carbono (CO₂) y agua?
A) glucólisis
B) fermentación
C) oxidación de piruvato a acetil CoA
D) ciclo del ácido cítrico
E) fosforilación oxidativa (quimiosmosis)

Aproximadamente, ¿cuántas moléculas de ATP se producen a partir de la oxidación completa de dos moléculas de glucosa (C₆H₁₂O₆) en la respiración celular aeróbica?
A) 2
B) 4
C) 15
D) 30-32
E) 60-64

La síntesis de ATP por fosforilación oxidativa, utilizando la energía liberada por el movimiento de los protones a través de la membrana a lo largo de su gradiente electroquímico, es un ejemplo de
A) transporte activo.
B) una reacción endergónica acoplada a una reacción exergónica.
C) una reacción con un ΔG positivo.
D) ósmosis.
E) regulación alostérica

La síntesis quimiosmótica de ATP (fosforilación oxidativa) ocurre en
A) todas las células, pero solo en presencia de oxígeno.
B) solo células eucariotas, en presencia de oxígeno.
C) solo en las mitocondrias, utilizando oxígeno u otros aceptores de electrones.
D) todas las células que respiran, tanto procariotas como eucariotas, que utilizan oxígeno u otros aceptores de electrones.
E) todas las células, en ausencia de respiración.

Si una célula es capaz de sintetizar 30 moléculas de ATP por cada molécula de glucosa completamente oxidada por dióxido de carbono y agua, ¿cuántas moléculas de ATP puede sintetizar la célula por cada molécula de piruvato oxidada a dióxido de carbono y agua?
A) 0
B) 1
C) 12
D) 14
E) 15

¿Qué es la fuerza motriz del protón?
A) la fuerza necesaria para eliminar un electrón del hidrógeno
B) la fuerza ejercida sobre un protón por un gradiente de concentración de protones transmembrana
C) la fuerza que mueve el hidrógeno al espacio intermembrana
D) la fuerza que mueve el hidrógeno hacia la mitocondria
E) la fuerza que mueve el hidrógeno a NAD⁺

En las células del hígado, las membranas mitocondriales internas son aproximadamente cinco veces el área de las membranas mitocondriales externas. ¿Qué propósito debe tener esto?
A) Permite una mayor tasa de glucólisis.
B) Permite una mayor velocidad del ciclo del ácido cítrico.
C) Aumenta la superficie para la fosforilación oxidativa.
D) Aumenta la superficie para la fosforilación a nivel de sustrato.
E) Permite que la célula hepática tenga menos mitocondrias.

Las células grasas pardas producen una proteína llamada termogenina en su membrana interna mitocondrial. La termogenina es un canal para facilitar el transporte de protones a través de la membrana. ¿Qué ocurrirá en las células grasas pardas cuando produzcan termogenina?
A) La síntesis de ATP y la generación de calor aumentarán.
B) La síntesis de ATP aumentará y la generación de calor disminuirá.
C) La síntesis de ATP disminuirá y aumentará la generación de calor.
D) La síntesis de ATP y la generación de calor disminuirán.
E) La síntesis de ATP y la generación de calor permanecerán igual

En una mitocondria, si la concentración de ATP de la matriz es alta y la concentración de protones en el espacio intermembrana es demasiado baja para generar suficiente fuerza motriz de protones, entonces
A) La ATP sintasa aumentará la tasa de síntesis de ATP.
B) La ATP sintasa dejará de funcionar.
C) La ATP sintasa hidrolizará el ATP y bombeará protones al espacio intermembrana.
D) La ATP sintasa hidrolizará el ATP y bombeará protones a la matriz.

¿Qué procesos catabólicos pueden haber sido utilizados por las células de la Tierra antigua antes de que el oxígeno libre estuviera disponible?
A) solo glucólisis y fermentación
B) solo la glucólisis y el ciclo del ácido cítrico
C) glucólisis, oxidación del piruvato y ciclo del ácido cítrico
D) solo fosforilación oxidativa
E) glucólisis, oxidación del piruvato, ciclo del ácido cítrico y fosforilación oxidativa, utilizando un aceptor de electrones distinto al oxígeno

¿Cuál de las siguientes situaciones ocurre normalmente independientemente de si hay oxígeno (O₂) presente o no?
A) glucólisis
B) fermentación
C) oxidación de piruvato a acetil CoA
D) ciclo del ácido cítrico
E) fosforilación oxidativa (quimiosmosis)

¿Cuál de los siguientes ocurre en el citosol de una célula eucariota?
A) glucólisis y fermentación
B) fermentación y quimiosmosis
C) oxidación de piruvato a acetil CoA
D) ciclo del ácido cítrico
E) fosforilación oxidativa

¿Qué vía metabólica es común tanto a la respiración celular como a la fermentación?
A) la oxidación del piruvato a acetil CoA
B) el ciclo del ácido cítrico
C) fosforilación oxidativa
D) glucólisis
E) quimiosmosis

¿Cuál de los siguientes factores genera el ATP que se produce durante la fermentación?
A) la cadena de transporte de electrones
B) fosforilación a nivel de sustrato
C) quimiosmosis
D) fosforilación oxidativa
E) respiración aeróbica

En ausencia de oxígeno, las células de levadura pueden obtener energía por fermentación, lo que resulta en la producción de
A) ATP, CO₂ y etanol (alcohol etílico).
B) ATP, CO₂ y lactato.
C) ATP, NADH y piruvato.
D) ATP, piruvato y oxígeno.
E) ATP, piruvato y acetil CoA.

En la fermentación de alcohol, NAD⁺ se regenera a partir de NADH por
A) reducción de acetaldehído a etanol (alcohol etílico).
B) oxidación de piruvato a acetil CoA.
C) reducción de piruvato para formar lactato.
D) oxidación de etanol a acetil CoA.
E) reducción de etanol a piruvato.

Una función tanto de la fermentación del alcohol como de la fermentación del ácido láctico es
A) reducir NAD⁺ a NADH.
B) reducir FAD⁺ a FADH₂.
C) oxida el NADH a NAD⁺.
D) reducir FADH₂ a FAD⁺.
E) no haga nada de lo anterior.

Se descubre un organismo que prospera tanto en presencia como en ausencia de oxígeno en el aire. Curiosamente, el consumo de azúcar aumenta a medida que se elimina el oxígeno del entorno del organismo, aunque el organismo no gana mucho peso. Este organismo
A) debe usar una molécula que no sea oxígeno para aceptar electrones de la cadena de transporte de electrones.
B) es un organismo eucariota normal.
C) es fotosintético.
D) es un organismo anaeróbico.
E) es un anaerobio facultativo.

¿Qué enunciado apoya mejor la hipótesis de que la glucólisis es una vía metabólica antigua que se originó antes del último antepasado común universal de la vida en la Tierra?
A) La glucólisis está muy extendida y se encuentra en los dominios Bacteria, Archaea y Eukarya.
B) La glucólisis no usa ni necesita O₂.
C) La glucólisis se encuentra en todas las células eucariotas.
D) Las enzimas de la glucólisis se encuentran en el citosol en lugar de en un orgánulo encerrado en una membrana.
E) Las células procariotas antiguas, las más primitivas de las células, hicieron un uso extensivo de la glucólisis mucho antes de que el oxígeno estuviera presente en la atmósfera de la Tierra.

¿Por qué se considera que la glucólisis es una de las primeras vías metabólicas en evolucionar?
A) Produce mucho menos ATP que la fosforilación oxidativa.
B) No involucra orgánulos ni estructuras especializadas, no requiere oxígeno y está presente en la mayoría de los organismos.
C) Se encuentra en células procariotas pero no en células eucariotas.
D) Se basa en la quimiosmosis, que es un mecanismo metabólico presente solo en las células procariotas de las primeras células.
E) Requiere la presencia de orgánulos celulares encerrados en membranas que se encuentran solo en células eucariotas

Cuando una persona hace mucho ejercicio y cuando el músculo se ve privado de oxígeno, las células musculares convierten el piruvato en lactato. ¿Qué sucede con el lactato en las células del músculo esquelético?
A) Se convierte a NAD⁺.
B) Produce CO₂ y agua.
C) Se lleva al hígado y se convierte nuevamente en piruvato.
D) Reduce FADH₂ a FAD⁺.
E) Se convierte en alcohol.

Cuando las células del músculo esquelético carecen de oxígeno, el corazón aún bombea. ¿Qué deben poder hacer las células del músculo cardíaco?
A) obtener suficiente energía de la fermentación
B) continuar el metabolismo aeróbico cuando el músculo esquelético no puede
C) transformar de nuevo el lactato en piruvato
D) eliminar el lactato de la sangre
E) eliminar el oxígeno del lactato

Cuando las células del músculo esquelético se someten a respiración anaeróbica, se fatigan y duelen. Ahora se sabe que esto es causado por
A) acumulación de piruvato.
B) acumulación de lactato.
C) aumento de iones de sodio.
D) aumento de iones potasio.
E) aumento de etanol.

Una mutación en la levadura hace que sea incapaz de convertir el piruvato en etanol. ¿Cómo afectará esta mutación a estas células de levadura?
A) La levadura mutante no podrá crecer anaeróbicamente.
B) La levadura mutante crecerá anaeróbicamente solo cuando se le administre glucosa.
C) La levadura mutante no podrá metabolizar la glucosa.
D) La levadura mutante morirá porque no puede regenerar NAD⁺ a partir de NAD.
E) La levadura mutante metabolizará solo ácidos grasos.

Tiene un amigo que perdió 7 kg (alrededor de 15 libras) de grasa con un régimen de dieta estricta y ejercicio. ¿Cómo salió la grasa de su cuerpo?
A) Fue lanzado como CO₂ y H₂O.
B) Se convirtió en calor y luego se soltó.
C) Se convirtió en ATP, que pesa mucho menos que la grasa.
D) Se descompuso en aminoácidos y se eliminó del cuerpo.
E) Se convirtió en orina y se eliminó del cuerpo.

La fosfofructoquinasa es una enzima de control importante en la regulación de la respiración celular. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones describe correctamente la actividad de la fosfofructoquinasa?
A) Está inhibido por AMP.
B) Es activado por ATP.
C) Es activado por citrato, un intermedio del ciclo del ácido cítrico.
D) Cataliza la conversión de fructosa 1,6-bisfosfato en fructosa 6-fosfato, un paso temprano de la glucólisis.
E) Es una enzima alostérica.

La fosfofructoquinasa es una enzima alostérica que cataliza la conversión de fructosa 6-fosfato en fructosa 1,6-bisfosfato, un paso temprano de la glucólisis. En presencia de oxígeno, se esperaría que un aumento en la cantidad de ATP en una célula
A) inhiben la enzima y, por lo tanto, ralentizan las tasas de glucólisis y el ciclo del ácido cítrico.
B) activar la enzima y así ralentizar las tasas de glucólisis y el ciclo del ácido cítrico.
C) inhiben la enzima y así aumentan las tasas de glucólisis y el ciclo del ácido cítrico.
D) activar la enzima y aumentar las tasas de glucólisis y el ciclo del ácido cítrico.
E) inhibir la enzima y así aumentar la tasa de glucólisis y la concentración de citrato

Aunque las plantas realizan la fotosíntesis, las células vegetales todavía usan sus mitocondrias para la oxidación del piruvato. ¿Cuándo y dónde ocurrirá esto?
A) en células fotosintéticas a la luz, mientras que la fotosíntesis ocurre al mismo tiempo
B) solo en células no fotosintetizantes
C) en células que solo almacenan glucosa
D) en todas las celdas todo el tiempo
E) en células fotosintetizadoras en la luz y en otros tejidos en la oscuridad

En los animales vertebrados, el color del tejido graso marrón se debe a la abundancia de vasos sanguíneos y capilares. El tejido graso blanco, por otro lado, está especializado para el almacenamiento de grasa y contiene relativamente pocos vasos sanguíneos o capilares. Las células de grasa parda tienen una proteína especializada que disipa la fuerza motriz del protón a través de las membranas mitocondriales. ¿Cuál de las siguientes podría ser la función del tejido graso marrón?
A) para aumentar la tasa de fosforilación oxidativa de sus pocas mitocondrias
B) para permitir que los animales regulen su tasa metabólica cuando hace mucho calor
C) aumentar la producción de ATP
D) para permitir que otras membranas de la célula realicen funciones mitocondriales
E) para regular la temperatura convirtiendo la mayor parte de la energía de la oxidación del NADH en calor

¿Cuál es el propósito de la beta oxidación en la respiración?
A) oxidación de glucosa
B) oxidación del piruvato
C) regulación de retroalimentación
D) control de la acumulación de ATP
E) descomposición de los ácidos grasos

¿Dónde entran los productos catabólicos de la descomposición de los ácidos grasos en el ciclo del ácido cítrico?
A) piruvato
B) malato o fumarato
C) acetil CoA
D) α-cetoglutarato
E) succinil CoA

¿Qué fuentes de carbono pueden metabolizar las células de levadura para producir ATP a partir de ADP en condiciones anaeróbicas?
A) glucosa
B) etanol
C) piruvato
D) ácido láctico
E) ya sea etanol o ácido láctico

Los altos niveles de ácido cítrico inhiben la enzima fosfofructoquinasa, una enzima clave en la glucólisis. El ácido cítrico se une a la enzima en una ubicación diferente del sitio activo. Esto es un ejemplo de
A) inhibición competitiva.
B) regulación alostérica.
C) la especificidad de las enzimas por sus sustratos.
D) una enzima que requiere un cofactor.
E) regulación de retroalimentación positiva.

Durante el ejercicio intenso, a medida que las células del músculo esquelético entran en anaerobiosis, el cuerpo humano aumentará su catabolismo de
A) solo grasas.
B) solo carbohidratos.
C) solo proteínas.
D) grasas, carbohidratos y proteínas.
E) solo grasas y proteínas.

¿Las células de levadura que tienen mitocondrias defectuosas incapaces de respirar podrán crecer catabolizando cuál de las siguientes fuentes de carbono para obtener energía?
A) glucosa
B) proteínas
C) ácidos grasos
D) glucosa, proteínas y ácidos grasos
E) Dichas células de levadura no serán capaces de catabolizar ninguna molécula de alimentos y, por lo tanto,

¿Qué paso de la figura 9.1 muestra la división de una molécula en dos moléculas más pequeñas?
A) A
B) B
C) C
D) D
E) E

¿En qué paso de la figura 9.1 se agrega un fosfato inorgánico al reactivo?
A) A
B) B
C) C
D) D
E) E

¿Qué paso de la figura 9.1 es una reacción redox?
A) A
B) B
C) C
D) D
E) E

¿Qué parte de la vía de la figura 9.1 implica una reacción endergónica?
A) A
B) B
C) C
D) D
E) E

¿Qué parte de la vía de la figura 9.1 contiene una reacción de fosforilación en la que el ATP es la fuente de fosfato?
A) A
B) B
C) C
D) D
E) E

Comenzando con una molécula de isocitrato y terminando con fumarato, ¿cuántas moléculas de ATP se pueden producir mediante la fosforilación a nivel de sustrato (véase la figura 9.2)?
A) 1
B) 2
C) 11
D) 12
E) 24

Los esqueletos de carbono para la biosíntesis de aminoácidos son suministrados por intermedios del ciclo del ácido cítrico. ¿Qué intermedio suministraría el esqueleto de carbono para la síntesis de un aminoácido de cinco carbonos (ver Figura 9.2)?
A) succinato
B) malato
C) citrato
D) α-cetoglutarato
E) isocitrato

Por cada mol de glucosa (C₆H₁₂O₆) oxidado por la respiración celular, ¿cuántos moles de CO₂ se liberan en el ciclo del ácido cítrico (ver Figura 9.2)?
A) 2
B) 4
C) 6
D) 12
E) 3

Si se bloquea la oxidación del piruvato, ¿qué pasará con los niveles de oxalacetato y ácido cítrico en el ciclo del ácido cítrico que se muestra en la figura 9.2?
A) No habrá cambios en los niveles de oxalacetato y ácido cítrico.
B) El oxalacetato disminuirá y se acumulará ácido cítrico.
C) El oxaloacetato se acumulará y el ácido cítrico disminuirá.
D) Disminuirán tanto el oxalacetato como el ácido cítrico.
E) Se acumularán tanto el oxalacetato como el ácido cítrico.

Comenzando con el citrato, ¿cuál de las siguientes combinaciones de productos resultaría de tres moléculas de acetil CoA que ingresan al ciclo del ácido cítrico (ver Figura 9.2)?
A) 1 ATP, 2 CO₂, 3 NADH y 1 FADH₂
B) 2 ATP, 2 CO₂, 3 NADH y 3 FADH₂
C) 3 ATP, 3 CO₂, 3 NADH y 3 FADH₂
D) 3 ATP, 6 CO₂, 9 NADH y 3 FADH₂
E) 38 ATP, 6 CO₂, 3 NADH y 12 FADH

Para cada molécula de glucosa que se metaboliza mediante la glucólisis y el ciclo del ácido cítrico (véase la figura 9.2), ¿cuál es el número total de moléculas de NADH + FADH₂ producidas?
A) 4
B) 5
C) 6
D) 10
E) 12

La figura 9.3 muestra la cadena de transporte de electrones. ¿Cuál de las siguientes es la combinación de sustancias que se agrega inicialmente a la cadena?
A) oxígeno, dióxido de carbono y agua
B) NAD⁺, FAD y electrones
C) NADH, FADH₂ y protones
D) NADH, FADH₂ y O₂
E) oxígeno y protones

¿Cuál de las siguientes opciones describe con mayor precisión lo que sucede a lo largo de la cadena de transporte de electrones en la figura 9.3?
A) La quimiosmosis se combina con la transferencia de electrones.
B) Cada portador de electrones alterna entre reducirse y oxidarse.
C) Se genera ATP en cada paso.
D) La energía de los electrones aumenta en cada paso.
E) Las moléculas de la cadena ceden parte de su energía potencial.

¿Cuál de los complejos de proteínas marcados con números romanos en la figura 9.3 transferirá electrones a O₂?
A) complejo I
B) complejo II
C) complejo III
D) complejo IV
E) Todos los complejos pueden transferir electrones a O₂.

¿Qué sucede al final de la cadena en la figura 9.3?
A) 2 electrones se combinan con un protón y una molécula de NAD⁺.
B) 2 electrones se combinan con una molécula de oxígeno y dos átomos de hidrógeno.
C) 4 electrones se combinan con una molécula de oxígeno y 4 protones.
D) 4 electrones se combinan con cuatro átomos de hidrógeno y dos de oxígeno.
E) 1 electrón se combina con una molécula de oxígeno y un átomo de hidrógeno.

En presencia de oxígeno, el piruvato compuesto de tres carbonos puede catabolizarse en el ciclo del ácido cítrico. Primero, sin embargo, el piruvato (1) pierde un carbono, que se desprende como una molécula de CO₂, (2) se oxida para formar un compuesto de dos carbonos llamado acetato y (3) se une a la coenzima A.

Estos tres pasos dan como resultado la formación de
A) acetil CoA, O₂ y ATP.
B) acetil CoA, FADH₂ y CO₂.
C) acetil CoA, FAD, H₂ y CO₂.
D) acetil CoA, NADH, H⁺ y CO₂.
E) acetil CoA, NAD⁺, ATP y CO₂.

En presencia de oxígeno, el piruvato compuesto de tres carbonos puede catabolizarse en el ciclo del ácido cítrico.Primero, sin embargo, el piruvato (1) pierde un carbono, que se desprende como una molécula de CO₂, (2) se oxida para formar un compuesto de dos carbonos llamado acetato y (3) se une a la coenzima A.

¿Por qué se agrega la coenzima A, una molécula que contiene azufre derivada de una vitamina B?
A) porque se necesita azufre para que la molécula entre en la mitocondria
B) para utilizar esta porción de vitamina B que de otro modo sería un producto de desecho de otra vía
C) para proporcionar una molécula relativamente inestable cuya porción de acetilo se pueda transferir fácilmente a un compuesto en el ciclo del ácido cítrico
D) porque impulsa la reacción que regenera NAD⁺
E) para eliminar una molécula de CO₂

La exposición de las membranas mitocondriales internas a vibraciones ultrasónicas romperá las membranas. Sin embargo, los fragmentos se volverán a sellar `` por dentro ''. Estas pequeñas vesículas que resultan todavía pueden transferir electrones del NADH al oxígeno y sintetizar ATP. Sin embargo, si las membranas se agitan más, se pierde la capacidad de sintetizar ATP.

Después de la primera interrupción, cuando la transferencia de electrones y la síntesis de ATP todavía ocurren, ¿qué debe estar presente?
A) todas las proteínas transportadoras de electrones, así como la ATP sintasa
B) todo el sistema de transporte de electrones y la capacidad de agregar CoA a los grupos acetilo
C) el sistema de ATP sintasa
D) el sistema de transporte de electrones
E) membranas plasmáticas como las que usan las bacterias para la respiración

La exposición de las membranas mitocondriales internas a vibraciones ultrasónicas romperá las membranas. Sin embargo, los fragmentos se volverán a sellar `` por dentro ''. Estas pequeñas vesículas que resultan todavía pueden transferir electrones del NADH al oxígeno y sintetizar ATP. Sin embargo, si las membranas se agitan más, se pierde la capacidad de sintetizar ATP.

Después de la mayor agitación de las vesículas de la membrana, ¿qué se debe perder de la membrana?
A) la capacidad del NADH para transferir electrones al primer aceptor en la cadena de transporte de electrones
B) los grupos protésicos como el hemo del sistema de transporte
C) citocromos
D) ATP sintasa, total o parcialmente
E) el contacto requerido entre las superficies de la membrana interna y externa

La exposición de las membranas mitocondriales internas a vibraciones ultrasónicas romperá las membranas. Sin embargo, los fragmentos se volverán a sellar `` por dentro ''. Estas pequeñas vesículas que resultan todavía pueden transferir electrones del NADH al oxígeno y sintetizar ATP. Sin embargo, si las membranas se agitan más, se pierde la capacidad de sintetizar ATP.

Estas vesículas de membrana de adentro hacia afuera
A) se volverá ácido dentro de las vesículas cuando se agregue NADH.
B) se volverá alcalino dentro de las vesículas cuando se agregue NADH.
C) producirá ATP a partir de ADP yi si se transfiere a una solución tamponada de pH 4 después de la incubación en una solución tamponada de pH 7.
D) hidrolizará ATP para bombear protones desde el interior de la vesícula hacia el exterior.
E) invertirá el flujo de electrones para generar NADH a partir de NAD⁺ en ausencia de oxígeno.

La fuente de energía inmediata que impulsa la síntesis de ATP por la ATP sintasa durante la fosforilación oxidativa es la
A) oxidación de glucosa y otros compuestos orgánicos.
B) flujo de electrones por la cadena de transporte de electrones.
C) afinidad del oxígeno por los electrones.
D) Concentración de H⁺ a través de la membrana que contiene ATP sintasa.
E) transferencia de fosfato a ADP

¿Qué vía metabólica es común tanto para la fermentación como para la respiración celular de una molécula de glucosa?
A) el ciclo del ácido cítrico
B) la cadena de transporte de electrones
C) glucólisis
D) síntesis de acetil CoA a partir de piruvato
E) reducción de piruvato a lactato

En las mitocondrias, reacciones redox exergónicas
A) son la fuente de energía que impulsa la síntesis de ATP procariota.
B) se acoplan directamente a la fosforilación a nivel de sustrato.
C) proporcionar la energía que establece el gradiente de protones.
D) reducir los átomos de carbono a dióxido de carbono.
E) se acoplan a través de intermedios fosforilados a procesos endergónicos.

El aceptor final de electrones de la cadena de transporte de electrones que funciona en la fosforilación oxidativa aeróbica es
A) oxígeno.
B) agua.
C) NAD⁺.
D) piruvato.
E) ADP

¿Cuál es el agente oxidante en la siguiente reacción?
Piruvato + NADH + H⁺ → Lactato + NAD⁺
A) oxígeno
B) NADH
C) NAD⁺
D) lactato
E) piruvato

Cuando los electrones fluyen a lo largo de las cadenas de transporte de electrones de las mitocondrias, ¿cuál de los siguientes cambios ocurre?
A) El pH de la matriz aumenta.
B) La ATP sintasa bombea protones por transporte activo.
C) Los electrones ganan energía libre.
D) Los citocromos fosforilan el ADP para formar ATP.
E) NAD⁺ se oxida.

La mayor parte del CO₂ del catabolismo se libera durante
A) glucólisis.
B) el ciclo del ácido cítrico.
C) fermentación de lactato.
D) transporte de electrones.
E) fosforilación oxidativa


¿Por qué es necesario fosforilar la glucosa? ¿Solo para darle energía?

En resumen: atrapar la glucosa dentro de la célula, producir ATP y facilitar la unión de las enzimas.

Explicación:

Fosforilación es muy importante en la glucólisis por las siguientes razones principales:

1) #color (azul) ("Para atrapar glucosa") #
Cuando la insulina se libera del páncreas después de una comida, indica a los tejidos que absorban glucosa. Cuando la glucosa ingresa a las células a través de transportadores de glucosa, existe la posibilidad de que abandonen la célula. Si necesitamos energía y la descomposición de la glucosa nos proporcionará esa energía, no queremos que la glucosa salga de la célula. Es por eso que la glucosa es fosforilada por el ATP para convertirse en glucosa-6-fosfato, que ahora tiene una carga. Esto lo descalifica para salir a través de transportadores de glucosa.

2) #color (verde) ("Para hacer ATP") #
Los grupos fosforilo unidos a los intermedios glucolíticos se donarán a ADP para convertirse en ATP. Los grupos fosforilo provienen de los 2 ATP que se invirtieron más los grupos fosfato inorgánico que flotan en la célula.

3) #color (naranja) ("Para facilitar la unión de enzimas + especificidad") #
Los intermedios glicolíticos con grupos fosforilo unidos se unen al sitio activo de la enzima, lo que aumenta la especificidad de las reacciones catalizadas. El magnesio, #Mg ^ (+ 2) #, un cofactor que a menudo se requiere en muchos pasos de la glucólisis, formará complejo con ADP, ATP y los sustratos para ayudar a las reacciones enzimáticas.


Vías de fotosíntesis y metabolismo celular

Los procesos de fotosíntesis y metabolismo celular constan de varias vías muy complejas. Generalmente se piensa que las primeras células surgieron en un ambiente acuoso, una "sopa" de nutrientes, probablemente en la superficie de algunas arcillas porosas. Si estas células se reproducían con éxito y su número aumentaba de manera constante, se deduce que las células comenzarían a agotar los nutrientes del medio en el que vivían a medida que cambiaban los nutrientes a los componentes de sus propios cuerpos. Esta situación hipotética habría dado lugar a que la selección natural favoreciera a aquellos organismos que podrían existir utilizando los nutrientes que permanecieron en su entorno y manipulando estos nutrientes en materiales sobre los que podrían sobrevivir. La selección favorecería a aquellos organismos que podrían extraer el máximo valor de los nutrientes a los que tenían acceso.

Se desarrolló una forma temprana de fotosíntesis que aprovechó la energía del sol utilizando agua como fuente de átomos de hidrógeno, pero esta vía no produjo oxígeno libre (fotosíntesis anoxigénica). (La fotosíntesis temprana no produjo oxígeno libre porque no usó agua como fuente de iones de hidrógeno en su lugar, usó materiales como sulfuro de hidrógeno y consecuentemente produjo azufre). Se cree que la glucólisis se desarrolló en este momento y podría aprovechar los azúcares simples que se producen, pero estas reacciones no pudieron extraer completamente la energía almacenada en los carbohidratos. El desarrollo de la glucólisis probablemente fue anterior a la evolución de la fotosíntesis, ya que era muy adecuado para extraer energía de materiales que se acumulaban espontáneamente en la "sopa primitiva". Una forma posterior de fotosíntesis utilizó agua como fuente de electrones e hidrógeno y generó oxígeno libre. Con el tiempo, la atmósfera se oxigeno, pero no antes de que el oxígeno liberara metales oxidados en el océano y creara una capa de “óxido” en el sedimento, lo que permitió fechar el surgimiento de los primeros fotosintetizadores oxigenados. Los seres vivos se adaptaron para explotar esta nueva atmósfera que permitió que evolucionara la respiración aeróbica tal como la conocemos. Cuando se desarrolló el proceso completo de fotosíntesis oxigenada y la atmósfera se oxigeno, las células finalmente pudieron usar el oxígeno expulsado por la fotosíntesis para extraer considerablemente más energía de las moléculas de azúcar usando el ciclo del ácido cítrico y la fosforilación oxidativa.


Fisforilación oxidativa práctica

Este ejercicio debe completarse y enviarse en moodle antes de las 17:00 horas del 10 de diciembre.

En este ejercicio, estudiará el consumo de oxígeno por las mitocondrias incubadas con malato (que es oxidada por la enzima malato deshidrogenasa dependiente de NAD +) o succinato (que es oxidada por la flavoproteína succinato oxidasa).

A partir de sus estudios, debería poder determinar la cantidad de ADP fosforilado / mol de oxígeno consumido (la relación P: O) para la oxidación de cada sustrato, e ingrese sus resultados en la siguiente tabla: (solo necesita 2 cantidades de ADP para cada sustrato) (4 puntos)

Cantidad de ADP agregado Relación P: O para malato Relación P: O para succinato

Vea a continuación un ejemplo de cálculo.

Hice una pantalla de impresión, la pegué en otro programa y medí los píxeles. No importa qué unidades de medida utilice, siempre que sean coherentes. (119/544) x 1000 nmol O = 218,75 nmol O.

Esto significa que con malato como sustrato, la cadena de transporte de electrones utilizó 218,75 nmol de átomos de oxígeno, mientras bombeaba suficientes protones para que la ATP sintasa convierta los 500 nmoles de ADP que se agregaron en ATP.

Recuerde que el malato se usa en las mitocondrias para producir NADH, y este es el combustible para la cadena de transporte de electrones.

Para el gráfico anterior, la relación P / O es 500 / 218,75 = 2.

Esto significa que cada mol de átomos de oxígeno utilizados por la cadena de transporte de electrones permite

Se fabricarán 2,3 moles de ATP.

Al comparar los dos últimos gráficos (donde el succinato era el sustrato) con los dos primeros, debería quedar claro que se necesitaba más oxígeno para la misma cantidad de ADP, lo que resultaba en relaciones P / O más bajas.

La razón de esto es que el NADH (producido por la oxidación del malato) y el FADH2 (producido por la oxidación del succinato) consumen la misma cantidad de oxígeno, pero dan como resultado que se bombeen diferentes cantidades de protones.

Cuando FADH2 es el combustible para la cadena de transporte de electrones, se debe consumir más oxígeno para bombear la misma cantidad de protones que si NADH fuera el combustible para la cadena de transporte de electrones.

(Recuerde de las conferencias que NADH permite que se bombeen 10 protones de las mitocondrias, mientras que FADH2 solo permite que se bombeen 6, aunque ambos consumen la misma cantidad de oxígeno).

¿Cuál es el efecto de agregar dinitrofenol y cómo actúa para producir este efecto? (5 puntos)

Normalmente, la cadena de transporte de electrones solo puede bombear protones, tan rápido como la ATP sintasa (este es el principal usuario de la energía del gradiente de protones) les permite regresar. Entonces, cuando todo el ADP se ha convertido en ATP, la ATP sintasa deja de funcionar, y la cadena de transporte de electrones también se ve obligada a detenerse.

El dinitrofenol permite a los protones otra ruta hacia la matriz, lo que permite que el ETC bombee protones hacia afuera, tan rápido como el dinitrofenol los permite regresar, lo cual es mucho más rápido. En presencia de dinitrofenol, la función de la ATP sintasa ya no tiene ningún efecto sobre la función del ETC, y ahora el ETC seguirá funcionando hasta que el oxígeno esté casi agotado, independientemente de la cantidad de ADP añadida.

¿Qué pasaría si el agitador se apagara en un experimento de electrodo de oxígeno? (2 puntos)

Esto evitaría que los niveles de oxígeno se midan correctamente, ya que el agitador se asegura de que el oxígeno se distribuya uniformemente por todo el líquido.

Si se agrega 1 µmol de ADP a una suspensión de mitocondrias que también contiene un exceso de fosfato y un sustrato oxidable (malato), ¿cuánto oxígeno consumirían las mitocondrias durante la conversión total de ADP en ATP? Exprese su respuesta como Pmol O 2 (muestre su trabajo). Suponga que la fosforilación oxidativa da 2.5 ATP para un par de electrones en NADH y 1. para el par en FADH 2). (2 puntos)

Si 2.5 ATP requiere 1 átomo de O, entonces 1 umol / 2.5 = 0.4 umol O átomos. 0.4 / 2 = 0.2 umol O 2

Se detiene el consumo de oxígeno.

Se detiene el consumo de oxígeno.

El consumo de oxígeno es normal

Aumenta el consumo de oxígeno (esperado con DNP)

¿Dónde parece probable que actúe cada uno de estos compuestos y por qué deduce esto? Debe usar su evidencia experimental, no un libro de texto o wikipedia. (5 puntos)

x amytal Con amytal, el consumo de oxígeno no ocurre cuando el sustrato es malato, pero todo es normal cuando el sustrato es succinato. La única diferencia entre estos dos sustratos es que el succinato se oxida en el Complejo II, mientras que el NADH de la oxidación del malato se oxida en el Complejo I. Dado que el amytal evita que el ETC use el NADH del malato, debe inhibir el Complejo I.

x antimicina A Con antimicina A inhibe la cadena de transporte de electrones para ambos sustratos, entonces no puede inhibir el Complejo I o II. Dado que el ETC se inhibe incluso en presencia de DNP, no puede tener nada que ver con la ATP sintasa. Esto significa que debe inhibir el Complejo III o IV, y no hay forma de ser más específico que eso con estos resultados.

Con oligomicina, siempre se observa la respiración en estado 2 o estado 3, lo que indica que todos los componentes de la cadena de transporte de electrones están al menos funcionando, si no a una velocidad muy alta. Dado que el dinitrofenol permite el consumo de oxígeno a un ritmo elevado, esto implica que lo que frenaba el ETC era la reentrada de protones, que el DNP restaura. Por tanto, la oligomicina debe inhibir la ATP sintasa.