Biología, la vida en la tierra con fisiología Tomo 01-páginas-44

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Aprovechamiento de la energía: glucólisis y respiración celular 1 3 9
Enlaces con la vida diana
Una jarra de vino, ana hogaza de pan y un buen tazón de col agria
l a v id a serla menos Interesante sin la fermentación. El poeta 
persa Ornar Khayyam (1048-1122) descr& ió su Idea d e l paraíso 
en la T ierra como "Una jarra d e v ino , una hogaza d e pan y un 
buen tazón d e col agria... y tú a m i lado’ . Desde hace mucho 
tiempo, la gente ha aprovechado la capacidad de la levadura 
de ferm entar e l azúcar de las frutas para hacer alcohol. Los 
registros históricos Indican q ue hace por lo m enos cinco m il años 
ya se producían comercialmente vino y cerveza, la s levaduras 
(hongos unicelulares) son oportunistas: hacen una respiración 
celular eficiente si hay oxígeno, pero si se acaba, cam bian a 
la fermentación alcohólica. Asi, e l vino debe fermentarse en 
barricas especiales q ue ev iten e l paso d e l aire (para q ue no 
se produzca la respiración celular) pero que dejan escapar el 
cfcóxido d e carbono (para que los toneles no estallen). A los 
vinos espum osos (con gas) y a la cham paña se les agrega más 
levadura y azúcar un momento antes d e embotellarlos, para que 
la fermentación tenga lugar dentro de la botella sellada, con lo 
que el dióxido de carbono queda atrapado («dásela figura 8 -1 0 ).
l a fermentación tam b an le d a al pan su textura esponjosa. 
El pan contiene levadura, harina y agua. El agua reanim a de 
su estado latente a las cé lu las secas de levadura, las cuales 
se reproducen rápidamente al tiem po q ue m etabollzan los 
carbohidratos presentes en la harina. La levadura libera C 0 2 
en la respiración ce lu lar, si hay oxígeno, y tam bién C O , en la 
fermentación a lcohólica, después de term inarse e l oxígeno.
El C O , form a pequeñas cavidades d e g as en la m asa d e l pan.
Al amasar, se d istribuyen d e m anera uniform e las cé lu las en 
multiplicación de la levadura y la masa se vuelve flexible y 
resistente; a s í atrapa e l gas y adqu iere una textura porosa 
uniform e que se solid ifica a l hornearla. M ientras q ue el vino 
y el pan son p roductos d e la fermentación a lcohólica, las
bacterias q ue hacen ferm entación láctica ofrecen o tras delicias 
culinarias. Durante m ilenios, la gente ha aprovechado estos 
organism os para producir ác id o láctico que convierte la leche 
en crem a agria, yog u r y una variedad de q uesos (F IG URA 
F8-4). Adem ás, la ferm entación láctica de bacterias que 
consum en sal, convierte los carbohidratos d e pepinos y co les 
en ád d o láctico. El resultado: pepiniBos al v inagre y c o l agria, 
excelentes acom pañantes d e o tros alim entos ferm entados.
A F IG U R A E8-4 S in fe rm e n ta c ió n n o h a b ría q u e so , 
p a n n i v in o
E s tu d io d e ca so o t r o v i s t a z o
Cuando los deportistas alteran su 
conteo sangu íneo : ¿los tram posos 
se salen con la su ya ?
lo s corredores pueden term inar los 1 0 0 m etros p lanos sin 
suficiente ox igeno , pero los corredores d e largas d istancias y 
otros deportistas d e pruebas d e resistencia, com o los esquiadores 
y c ic lis tas d e cam po traviesa, deben adm inistrarse. Tienen que 
depender de la respiración ce lu lar para casi toda la carrera y 
guardar el esprínranaeróbico para e l Anal. El entrenam iento para 
com petencias de d istancia se centra en aum entar la capacidad del 
aparato respiratorio y c irculatorio de los deportistas para aportar 
oxigeno suficiente a los m úsculos. Por este m otivo, los corredores 
de g randes d istancias son los q ue m ás recurren al dopaje 
sanguíneo, para aum entar la capacidad d e carga de oxigeno.
Asi se lleva m ás oxigeno a los m úsculos, para que la respiración 
celular genere la cantidad m áxim a de A T P de la g lucosa.
El fárm aco C E R A q ue em ula a la EPO . y q ue Riccó confiesa 
haber ingerido, lo ayudó a m antener sus m úsculos abastecidos de 
ATP porque estim ula la sobreproducción d e g lób u lo s ro jos, que 
transportan el ox ígeno . En las m uy pesadas etapas de montaña
del T o u r d e France, e n las q ue Riccó ganó, los com petidores 
l im p io s ' tenían una desventaja, puesto que los m úsculos d e sus 
p iernas com enzaron a llenarse dolorosam ente d e l lacta lo de la 
ferm entación antes q ue los de Riccó.
Como e l cuerpo humano produce naturalmente EPO . es difícil 
detectar su abuso. CERA está destinado a gente con anem ia (que 
tiene m uy pocos glóbulos ro jos) y tenia poco de haber salido a la 
venta en 2008, por lo q ue Riccó quizá pensó que sería indetectable. 
Sin embargo, el fabricante — la compañía farmacéutica Hoffman- 
l a Roche— había entregado muestras del fárm aco a la A genda 
Mundial Antictopaje antes d e com ercializarla, de m odo que 
los investigadores pudieron preparar exámenes d e orina para 
identificar a qu ienes la habían ingerido.
C o n s id e ra e s to
B io é tic a Algunos deportistas se mudan a lugares 
m ás a ltos cuando entrenan para carreras en lugares d e poca 
altitud, porque el ox igeno escaso d e las a lturas estim ula 
la producción d e g lóbulos rojos. ¿E s tram pa? Exp lica tu 
razonam iento. U n d ia , los avances de la terap ia genética 
harán posible que se m odifiquen las cé lu las de los deportistas 
para q ue tengan cop las ad icionales d e l gen que produce la EPO. 
¿Seria esto incurrir e n una trampa?
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1 4 0 L a v * i a d e la c é lu la
Repaso del capítulo
Resum en de conceptos d ave
8 .1 ¿C ó m o o b tie n e n en e rg ía la s cé lu la s?
Para p roducir energía quím ica, las célu las degradan la glucosa en 
com puestos d e m e n o r energía y captan parte de la energía libera­
da co m o A T P . D urante la g lucólisis, la glucosa se rom pe e n el 
c itoso l, con lo q ue se fo rm a p iru vato y se genera un a pequeña 
cantidad d e A T P y d e l portado r d e electrones energizados N A D H . 
SI h a y oxígeno, e l p iruvato se degrada por respiración ce lu lar e n la 
m itocondria y genera m u cho m ás A T I’ q ue la g lucólisis.
8 .2 ¿ Q u é p asa d u ra n te la g lu có lis is ?
Durante la g lucó lisis se activa un a m o lécu la d e glucosa agregando 
fosfatos energizados d e dos m oléculas de A T P para fo rm ar fructosa 
bifosfato. Luego, e n un a serie de reacciones, la fructosa b ifosfato se 
degrada e n dos m oléculas d e p in iva to . Esto produce una ganancia 
neta d e dos m oléculas d e ATT* y dos d e N A D H .
8 .3 ¿ Q u é p asa d u ra n te la re sp ira c ió n c e lu la r?
S i l ia y oxígeno, puede producirse la respiración celular. E l p iruvato 
® transporta a la m atriz d e la m itocondria. A qu í, reacciona con la 
C D c n z J m a A para form ar actil C o A m ás C O , . E l acetil C o A entra en 
d c ic lo d e Krebs y libera los dos carbonos restantes co m o C O ,. Se 
form an tam bién u n A T P , tres N A D H y un F A D H , p o r cada grupo 
acetilo q ue pasa por e l ciclo. Durante las reacciones e n la m atriz d e la 
m itocondria, cada m olécula d e glucosa q ue pasa a g lucólisis produce 
u n total d e dos A T P , ocho Ñ A D I I y dos F A D A H , (léase la figura 8-7).
E l N A D H y F A D H , entregan sus electrones energizados a la 
cadena de transporte de electrones (C I 'H ) q ue está insertada en 
la m em brana d e la m itocondria. l a energía de los electrones bc*nbea 
iones hidrógeno d e la matriz, a través d e la m em brana interna, a l es­
pacio intermembrano90. A l final d e la C T E , los electrones s in energía 
se co m b in an co n oxígeno y iones h id rógeno para form ar agua. Es la 
etapa q ue requiere oxígeno de la respiración celu lar. E n la qu im iós­
mosis, el gradiente d e iones hidrógeno se d ifunden por la m em brana 
interna, a través de los canales q ue contienen A T P sintasa. F.I trans­
porte d e electrones y laqu im iósm osis producen 32 o 34 m oléculas 
ad ic ionalesde ATP, para una ganancia neta d e 36 o 38 por molécula 
de glucosa e n la glucólisis y la respiración celu lar juntos.
B i o F l i x C e llu la r R e s p ir a t io n (d is p o n ib le en 
in g lé s )
8 .4 ¿ Q u é p asa en la fe rm e n ta c ió n ?
l a g lucólisis consum e e l N A D * para p rod uc ir N A D H cuando la 
glucosa se rom pe e n p im vato . Para q ue estas reacciones continúen, 
el N A D * debe reciclarse d e m anera constante. En condiciones 
anaeróbicas, e l N A D H n o puede dejar sus electrones energizados 
en la C T E , porque n o h a y oxígeno q ue los acepte a l fina l d e la cade­
na. Entonces, e l N A D * se regenera a partir del N A D H por ferm en­
tación d e l p im vato e n etanol y C O , , o e n lactato, d ep end iendo del 
«xganismo. Las levaduras y otros m icroorganism os generan etanol 
y C O , . Lo s seres hum anos y otros an im a les producen Lactato.
Térm inos d ave
ad eno sín d ifo s fa to 
(A D P ) , 130 
ad eno sín tr ifo s fa to 
(A T P ) , 128 
a r ró b ic o , 129 
an a e ró b ico , 129 
ca d e n a d e tran sp o rte d e 
e lec tro n es (C T E ) , 134 
c ic lo d e K reb s , 132 
c ic lo d e l ác id o c ít r ic o , 132 
e sp ad o
in trrm em b ran o .vo , 132 
fe rm en ta c ión , 130
fe rm en ta c ió n
a lco h ó lica , ¡3 8 
fe rm en ta c ió n 
láctica , 137 
f la v in a d r a in d in u c le ó t id o 
(F A D o F A D H , ) , ¡3 2 
g lu có lis is , 129 
m atriz , 130 
m ito c o n d r ia , 130 
n ic o t ín a d e n in d in u c le ó t id o 
(N A D * o N A D H ) , 130 
q u im ió sm o s is , 134 
re sp ira c ió n c e lu la r , 1 2 9
Razonam ien to de conceptos
L le n a lo s e s p ac io s
1 . l a degradación com p le ta d e la glucosa e n p resen tia d e oxi­
geno ocu rre e n dos e tap as:_______________ y __________________. La
prim era d e estas etapas o cu rre e n _________________d e la cé lu la y
la segunda e n e l o rganelo l la m a d o ________________. ¿Q u é etapa
produce m ás A T P ? _______________ .
2. Las co n d it io n es e n q ue fa lta ox ígeno s o n _________________ . S in
3.
oxígeno, a lgunos m icroorganism os degradan la glucosa me­
d ian te . que genera s ó lo ___________ m o lécu las de
ATP, p ero la m o lécu la portadora d e e lec tro nes______________ se
regenera, a s í q ue p uede usarse para degradar m ás glucosa, 
l a levadu ra d e la m asa para pan y las b eb idas a lcohó licas rea­
lz a n u n t ip o d e fe rm entación que g e n e ra ____________________
y ________________. Los m ú scu los llevados a su lím ite re a m e n a
l i fe rm entación ¿C o n q ué fe rm en tación los
m icroorgan ism os p roducen yogur, crem a agria y c o l agria?
4. La h o rm o n a es tim u la la p roducción de
_____________________ad ic ionales, q ue in c rem en tan la capacidad
de la sangre d e tran sp o rta r . Esto d a a los depor­
tistas un a ven ta ja com petitiva , p a rq u e sus cé lu las m usculares
pueden re a liz a r __________________________ p a ra p rod uc ir energía
durante m ás t iem p o e n pm ebas d e resistencia.
D u ran te la resp iración celular, la cadena d e transporte de
electrones b om b ea H * d e la d e la m itocondria
a ________________ , con lo que se p roduce un a gran cantidad
de H * . El A T P p rod uc id o p o r resp iración ce lu lar es generado 
por u n proceso l la m a d o ___________________. D u ran te este p ro ­
ceso, los H * recorren los canales d e la m em brana ligados a
6. l a parte c íc lica d e la resp iración ce lu lar se lla m a c ic lo
de ________________ . L a m o lécu la que en tra e n este c ic lo es
____________- ¿Cuán tas m o lécu las d e A T P se generan e n el c i­
c lo por m o lécu la d e g lu co sa ?_____________ . ¿Q u é dos tipos de
m o lécu las portadoras d e e lectrones energizados se p roducen 
duran te e l c ic lo ? ________________ y ________________.
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Aprovechamiento de la energía: glucólisis y respiración u lu la r 1 4 1
P re g u n ta s d e rep aso
1. Em pezando con la g lucosa ( Q H u O , ) . escribe las reacciones 
generales de la resp iración aeróbica.
2 . H az u n d ib u jo con nom bres d e la m ilo co n d ria y exp lica la 
re lación q ue guarda su estructura co n s u fu n d ó n .
3 . ¿Q u é (un ció n cum ple lo sigu iente e n la d eg radad ón d e la 
glucosa: g lucó lis is , m atriz d e la m itocon d ria , m e m b ran a in ­
terna d e la m itocondria , fe rm e n ta d ó n y N A D * ?
4. Resum e las dos etapas p rin d p a le s d e la g lucó lisis . ¿Cuántas 
m oléculas d e A T P (e n to ta l) se generan p o r m o lécu la de g lu ­
cosa e n la g lucó lis is? ¿ E n qué parte d e la cé lu la ocurre la g lu ­
có lisis?
5. ¿En q ué co n d id o n es ocurre la fe rm e n ta d ó n ? ¿C uá les so n sus 
posibles p roductus? ¿C uá l es s u fu n d ó n ?
6. ¿Q u é m o lécu la es el p rod ucto f in a l d e la g lu có lis is ? ¿Q ué 
pasa co n los carbonos d e es ta m o lécu la e n el c ic lo d e Krebs? 
¿C uá l es la p r in d p a l fo rm a d e cap tar la energ ia q ue se p rod u ­
ce e n e l d d o d e Krebs?
7. D escribe la cadena d e transporte d e e lectrones de la m itocon ­
d ria y la qu im iósm osis .
8 . ¿Po r q ué se necesita oxígeno para q u e ocurra la resp iradón 
celular?
9. C o m p a ra la estructura de los clo rop lastos (q u e estud iam os 
en el ca p ítu lo 7 ) co n la m ito co n d r ia y exp lica có m o el pare­
a d o estructural se re lac io na con sem ejanza de las fundones. 
Describe tam b ién las d iferen rias q ue encuentres e n la estruc­
tura y fu n d ó n d e clo rop lastos y m itocondrias.
A p licación de conceptos
1. Hace años, u n tren de carga se descarriló y regó su carga de 
granos. C o m o los granos eran irrecuperables, los enterraron 
a i e l terrap lén d e las vías. A u n q u e n o escasean otros a lim en ­
tos, la p o b la d ó n local d e osos se h a co n ve rtid o e n u n proble­
m a porque constantem ente desentierran los granos. La leva­
d ura abun da e n e l sue lo . ¿Q ué crees q u e le h a ya o cu rr id o al 
g rano para q u e los osos lo desentierren y cuál es la reL id ó n 
de esta conducta co n la e vo lu d ó n cu ltura l h u m an a?
2 . ¿P o r q ué un a persona enven enad a con c ianuro n o p uede so­
b rev iv ir recu rriendo a la resp iradón anaerób ica?
3 . A lg u nas espedes d e bacterias q u e v iven sobre los sed im entos 
d e l fo n d o d e los lagos pueden usar la g lucó lisis y la fe rm en­
tac ión, o re sp irad ó n ce lu la r para generar A T P . D u ra n te el 
v e ran o c ircu la p oco el agua d e los lagos. H az un p ron ó stico 
y exp lica q ué pasará e n el agua m ás p rofunda d e los lagos 
co n fo rm e avanza el ve ran o . D escribe tam b ién e l e fecto de 
esta s ituac ión e n la p rod ucc ió n de energ ía d e las bacterias.
4 . Verter grandes cantidades de aguas negras e n ríos o lagos 
p roduce la m uerte e n m asa d e los peces, aunq ue Lis aguas 
co m o tales n o so n tóxicas para los peces. Se p roducen re­
su ltados sem ejantes e n lagos p oco p rofundos q u e quedan 
cubiertos por h ie lo e n el in v ie rn o . ¿Q ué m ata a los peces? 
¿C ó m o se redu c ir ía la m o rta lid ad s i se d erram an accidental- 
m ente aguas residuales e n u n estanque pequeño?
5 . I j s cé lu la s resp iran co n ritm os d iferen tes. Ex p lica la u t i l i ­
dad d e esto. ¿C ó m o p ron o stica rías la frecuencia resp ira to ­
ria re la tiv a d e d is tin to s te jido s ex am in an d o las cé lu la s al 
m icro scop io ?
6. Im ag in a un a s ituac ión h ip o té tica e n la q u e un a cé lu la p riva ­
d a d e nu trim entos llegaa la e tapa e n q u e co n v irtió hasta la 
ú ltim a m o lécu la de A T P e n A D P y fosfato. S i e n este p u n to 
co locas a la cé lu la e n un a so lu c ió n con g lucosa, ¿se recupera­
rá y so b rev iv irá ? Explica tu respuesta a p a rtir d e lo q ue sabes 
sobre la degradación d e la glucosa.
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