Síntesis de proteínas mediante los ribosomas de su membrana, su introducción en el lumen
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MADRID / SEPTIEMBRE 00. LOGSE / BIOLOGIA / CELULA Y SUS COMPONENTES. METABOLISMO CELULAR / OPCION A / EJERCICIO 2 OPCION A 2. Las mitocondrias son unos orgánulos que están presentes en las células eucariotas. a) Haga un esquema o dibujo de una mitocondria y señale sus componentes (1 punto). b) Indique la localización en las mitocondrias de los siguientes procesos metabólicos: cadena de transporte de electrones y ciclo de Krebs (0,5 puntos). c) ¿Cómo se llaman los productos del ciclo de Krebs que al oxidarse ceden sus electrones a la cadena de transporte electrónico?, ¿cuál es el aceptor final de los electrones? (0,5 puntos). Solución: a) La mitocondria es un orgánulo citoplasmático presente de forma permanente en las células eucariotas, cuya función es fundamentalmente energética al intervenir en la respiración celular aerobia. Las mitocondrias presentan formas variables, observándose al microscopio electrónico como formaciones filamentosas o granulares. Sin embargo, suelen tener forma cilíndrica, a modo de bastón. El diámetro suele ser constante y oscila entre las 0,5 y 1 m. Su estructura se observa en corte longitudinal. Son orgánulos limitados por una doble membrana: la membrana mitocondrial externa es lisa, mientras que la membrana mitocondrial interna forma unas invaginaciones o repliegues denominadas crestas mitocondriales. Entre ambas membranas existe un espacio intermembranoso. El espacio delimitado por la membrana interna es la matriz mitocondrial y contiene, entre otros componentes, ADN y ribosomas. Espacio intermembrana Matriz mitocondrial ADN Ribosomas Cresta mitocondrial Membrana mitocondrial externa Membrana mitocondrial interna b) El ciclo de Krebs se desarrolla en la matriz mitocondrial donde se encuentran todas las enzimas necesarias para su funcionamiento. La cadena de transporte electrónico consta de una serie de enzimas oxidorreductasas que recogen los electrones de los coenzimas reducidos obtenidos en fases catabólicas anteriores y los van pasando de una a otra hasta un aceptor final de electrones, el oxígeno molecular, que al reducirse, origina agua. Esta cadena de transporte electrónico se encuentra ubicada en la membrana de las crestas mitocondriales. c) El ciclo de Krebs está constituido por una serie de reacciones que se desarrollan a expensas de una serie de ácidos orgánicos que forman el denominado ciclo. También se le llama ciclo del ácido cítrico o de los ácidos tricarboxílicos porque dicho ácido, que posee tres grupos carboxilo (-COOH) es uno de los compuestos que aparecen en él. Durante el ciclo de Krebs, el grupo acetilo del acetil-CoA procedente del piruvato obtenido en la glucólisis o de la degradación metabólica de ácidos grasos, es degradado a CO2 y a átomos de hidrógeno. Los protones obtenidos de la deshidrogenación son transferidos a las coenzimas NADH y FADH2. La reoxidación de las coenzimas tiene lugar en la cadena respiratoria obteniéndose ATP mediante fosforilación oxidativa. Los electrones cedidos por las coenzimas a la cadena de transporte van pasando de una molécula transportadora a otra hasta el aceptor final de los electrones, que es el oxígeno molecular. MADRID / SEPTIEMBRE 99. COU / BIOLOGÍA / CÉLULA Y SUS COMPONENTES. METABOLISMO CELULAR / OPCIÓN A / Nº 2 2.- Mitocondria: a) Realizar un esquema. b) Citar los procesos metabólicos que tienen lugar en dicho orgánulo. Solución: a)Partes de la mitocondria (hacer un dibujo y señalar) Espacio intermembrana Matriz mitocondrial ADN Ribosomas Cresta mitocondrial Membrana mitocondrial externa Membrana mitocondrial interna Las mitocondrias suelen tener forma cilíndrica, a modo de bastón. Su estructura se observa en corte longitudinal. Son orgánulos limitados por una doble membrana: la membrana mitocondrial externa es lisa, mientras que la membrana mitocondrial interna forma invaginaciones o repliegues denominados crestas mitocondriales. Entre ambas membranas existe un espacio intermembranoso. El espacio que queda delimitado por la membrana interna es la matriz mitocondrial y contiene, entre otros componentes, ADN y ribosomas. b) La mitocondria es un orgánulo citoplasmático presente de forma permanente en las células eucariotas, cuya función es fundamentalmente energética al intervenir en la respiracón celular aerobia. Ésta es un proceso catabólico a través del cual los combustibles orgánicos van a ser oxidados totalmente, obteniéndose como productos finales de esta degradación H2O, CO2 y energía. Los procesos metabólicos principales que tienen lugar en la mitocondria son los siguientes: 1.- - oxidación de los ácidos grasos: los ácidos grasos provenientes de la hidrólisis de los triacilglicéridos son, en primer lugar, activados uniéndoseles CoA para formar la forma activada acil-CoA. A continuación, el acil-CoA penetra en la mitocondria donde es degradado por el proceso de -oxidación de los ácidos grasos. Este proceso tiene lugar en la matriz mitocondrial donde se encuentran las enzimas necesarias y da lugar a la formación de una molécula de acetil-CoA por cada vuelta al ciclo. 2- Transformación del ácido pirúvico en acetil-CoA: Se trata de una descarboxilación oxidativa. Es una reacción catalizada por un complejo multienzimático denominado piruvato deshidrogenasa y tiene lugar en la matriz mitocondrial. 3- Ciclo de Krebs: Se caracteriza por una serie de reacciones que se desarrollan a expensas de una serie de ácidos orgánicos que forman el denominado ciclo. El ciclo de Krebs se desarrolla en la matriz mitocondrial donde se encuentran todas las enzimas necesarias para su funcionamiento. 4- Cadena de transporte electrónico: Consta de una serie de enzimas oxidorreductasas que recogen los electrones de los coenzimas reducidos obtenidos en fases catabólicas anteriores y los van pasando de una a otra hasta un aceptor final de electrones, el oxígeno molecular, que al reducirse, origina agua. Esta cadena de transporte electrónico se encuentra ubicada en la membrana de las crestas mitocondriales. 5- Fosforilación oxidativa: Consiste en la producción de ATP en la mitocondria gracias a la energía liberada durante el proceso de transporte electrónico. El ATP es sintetizado gracias a la acción del enzima ATP-sintetasa, que está ligado a la membrana interna de la mitocondria. MADRID / JUNIO 99. LOGSE / BIOLOGÍA / CÉLLULA Y SUS COMPONENTES. METABOLISMO CELULAR / OPCIÓN A / Nº 3 3.- En el siguiente esquema se representa un cloroplasto.  a) Nombre los compartimentos y estructuras que se señalan. (1 punto). b) Mencione las partes de la estructura de este orgánulo asociadas con los siguientes procesos: síntesis de ATP, ciclo de Calvin, cadena de transporte electrónico y fotólisis. (1 punto). Solución: a) Los cloroplastos son unos orgánulos citoplasmáticos que se localizan en las células vegetales fotosintéticas. Se encuentran rodeados por dos membranas entre las que existe un espacio intermembranoso. La membrana plastidial externa es lisa, mientras que la membrana plastidial interna posee invaginaciones paralelas al eje longitudinal del cloroplasto que dan lugar a la membrana tilacoidal (laminillas, lamelas o tilacoides). La membrana interna encierra un espacio llamado estroma. La membrana tilacoidal se organiza formando unas vesículas discoidales y aplanadas que se superponen como pilas de monedas llamadas grana. Las estructuras indicadas en el esquema del cloroplasto son las siguientes: 1.- Membrana interna del cloroplasto. 2.- Membrana externa del cloroplasto. 3.- Estroma 4.- Tilacoides de la grana. b) La función principal del cloroplasto es realizar la fotosínteis. Para comprender los acontecimientos que tiene lugar durante la fotosíntesis es necesario conocer la localización de los diferentes procesos en los cloroplastos. La ubicación de los complejos moleculares implicados en la fase luminosa es a nivel de la membrana tilacoidal y éstos son: los fotosistemas, la cadena de transoprte de electrones y la ATP sintetasa. En el estroma tiene lugar la fase oscura de la fotosíntesis. es decir, se desarrolla el ciclo de Calvin. La fotofosforilación es la síntesis de ATP debida a la luz.. La fotosfosforilación tiene lugar en los tilacoides. Sobre la cara estromática de la membrana tilacoidal se localiza la ATP-asa implicada en la síntesis de ATP. El ciclo del Calvin o ruta de asimilación del CO2 es de carácter cíclico y fue descubierta por Melvin Calvin en los años 50. Este proceso de reducción del CO2 tiene lugar en el estroma del cloroplasto, donde se localizan todas las enzimas necesarias para su realización. La cadena de transporte electrónico está constituida por un conjunto de proteínas transportadoras, situadas en la membrana tilacoidal. La fotólisis del agua que tiene lugar en la fase luminosa produce H+ que reducirán el CO2 a materia orgánica en la fase oscura. H2O luz_ O2 + 2H+ + 2e- Esta reacción también tiene lugar en las membranas de los tilacoides, como todos los procesos que tienen lugar durante la fase luminosa de la fotosíntesis. MADRID / SEPTIEMBRE 98. COU / BIOLOGÍA / CÉLULA Y SUS COMPONENTES. METABOLISMO CELULAR / OPCIÓN A / Nº 2 2.- Cloroplasto: a) Realizar un esquema. b) Citar los procesos metabólicos que tienen lugar en dicho esquema. Solución: a)  Las estructuras indicadas en el esquema del cloroplasto son las siguientes: 1.- Membrana interna del cloroplasto. 2.- Membrana externa del cloroplasto. 3.- Membrana de los tilacoides. 4.- Tilacoides de la grana. 5.- Grana. 6.- Tilacoides del estroma. 7.- Gránulos de almidón 8.- Espacio intratilacoidal. 9.- Espacio intermembrana 10.- Estroma 11.- Ribosomas 12.- ADN b) La función principal del cloroplasto es realizar la fotosíntesis. Ésta es un proceso anabólico y autotrófico primordial, del que depende la vida sobre la Tierra. Consiste en la conversión porlos organismos fotosintéticos de la energía luminosa procedente del Sol en energía eléctrica ydespués en energía química. Esta energía será utilizada para formar materia orgánica propia obiomasa (glúcidos) a partir de moléculas inorgánicas, como agua, CO2 y sales minerales. El O2 molecular, resultante de la ruptura de moléculas de agua que intervienen en el proceso, se desprende como producto de desecho. La materia orgánica y el oxígeno que fabrican las plantas, son elementos que utilizan los otros seres vivos como fuente de energía y materia. En las células euarióticas tiene lugar en el cloroplasto. Las membranas tilacoidales contienen todos los complejos moleculares necesarios para realizar las distintas reacciones que tienen lugar en la fase luminosa de la fotosíntesis que son las siguientes: - fotólisis del agua, - absorción de la luz, - transporte electrónico - fotofosforilación. En el estroma del cloroplasto tiene lugar la fase oscura de la fotosíntesis ya que contiene todas las enzimas necesarias para la realización del ciclo de Calvin. MADRID / JUNIO 98. LOGSE / BIOLOGÍA / CÉLULA Y SUS COMPONENTES. METABOLISMO CELULAR/ OPCIÓN A / Nº 2 2.- El dibujo representa una mitocondria:  a) Nombre los componentes señalados con un número. (1 punto) b) Indique cuál es la función que caracteriza a una mitocondria y en que tipo de célula se encuentra este orgánulo. (0,5 puntos). c) Señale la función que realizan los componentes 3 y 4 del esquema. (0,5 puntos). Observaciones: Esta pregunta pertenece al bloque de contenidos n.º 3: La célula y la base físico-química de la vida. Para su resolución es necesario recordar los siguientes conceptos: organización celular eucariota y estructura y función de las mitocondrias. Solución: a) Los componentes señalados en la figura son los siguientes: 1.- Membrana mitocondrial externa. 2.- Membrana mitocondrial interna. 3.- Matriz mitocondrial. 4.- Enzimas ATP-sintetasas ubicadas en las crestas mitocondriales. b) La mitocondria es un orgánulo citoplasmático presente de forma permanente, en las células eucariotas, cuya función es fundamentalmente energética al intervenir en la respiracón celular aerobia, ya que en ellas se llevan a cabo las reacciones del ciclo de Krebs, cadena respiratoria, oxidación de ácidos grasos y, en general, las reacciones propias de los procesos catabólicos. La respiración celular aerobia es un proceso catabólico a través del cual los combustibles orgánicos van aser oxidados totalmente, obteniéndose como productos finales de esta degradación H2O, CO2 y energía. Según la “teoría endosimbiótica”, elaborada por L. Margulis, el origen de las mitocondrias se encuentra en bacterias que entrarían por endosimbiosis con células eucarióticas, de forma que la bacteria aporta a la célula la capacidad de desarrollar un metabolismo aerobio. Por lo tanto, las mitocondrias son comunes a células animales y células vegetales, aunque el número de éstas es menor en las plantas. c) En la matriz mitocondrial (componente n.º 3) tienen lugar la mayoría de las reacciones catabólicas propias de la respiración celular. Las funciones que realiza son las siguientes: - Transformación del piruvato en acetil-CoA: Esta reacción está catalizada por un complejo enzimático denominado piruvato-deshidrogenasa. - Ciclo de Krebs: Se caracteriza por una serie de reacciones que se desarrollan a expensas de una serie de ácidos orgánicos que forman el denominado ciclo. El grupo acetilo se oxida completamente a CO2 y los electrones son capatados por coenzimas que se reducen (NADH Y FADH2). - -oxidación de los ácidos grasos: es una ruta catabólica propia de los lípidos. - Síntesis proteica: la matriz mitocondrial posee ADN y ribosomas. El ADN mitocondrial posee información para sintetizar muchas proteínas mitocondriales. La ATP-asa mitocondrial (componente n.º 4) es un complejo enzimático ubicado en la membrana interna que constituye las crestas mitocondriales. Su función es catalizar la síntesis de ATP en la mitocondria gracias a la energía liberada durante el proceso de transporte electrónico. Este fenómeno se denomina fosforilación oxidativa. La ATP-asa está constituida por tres componentes: - El factor F1 que es la región catalítica y tiene forma tridimensional de esfera. - El facotr F0, es un pedúnculo en forma de canal que une el factor F1 a la base del enzima que está integrada en la membrana mitocondrial interna de las crestas. - Una base integrada en la membrana.. Existen tres hipótesis para explicar el mecanismo de producciión de ATP o fosforilación oxidativa. Según la “hipótesis quimiosmótica”, la única que ha sido comprobada experimentalmente y la que se acepta en la actualidad, durante el transporte electrónico se produce un bombeo de protones desde la matriz mitocondrial al espacio intermembranal. La disipación posterior de este gradiente qimiosmótico creado a través del factor Fo de la ATPsintetasa proporcionará la energía suficiente para la fosforilación del ADP a ATP por parte del factor F1. Por lo tanto, según esta teoría, como resultado de la fosforilación oxidativa se puede deducir la energía liberada durante el transporte electrónico, es la que se utiliza para el bombeo de protones desde la matriz al espacio intermembranal y crear el gradiente.  |
