Guía Enzimas y etabolismo celular

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P
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c
é
T
ma
a
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g
o
r
P
ÍA
G
O
L
BIO
Enzimas y metabolismo celular
Nº
Ejercicios PSU
1.
¿Cuál(es) de las siguientes reacciones químicas es (son) anabólica(s)?
MC
I) Replicación de ADN.
II) Formación de proteínas.
III) Fotosíntesis.
A)
B)
C)
Solo I
Solo II
Solo III
D)
E)
Solo I y III
I, II y III
GUICTC032TC31-A16V1
2.
Con relación a las enzimas que actúan en nuestro organismo, es correcto afirmar que
MC
A)
son eficientes solo en grandes cantidades.
B)
su acción es específica para cada sustrato.
C) todas actúan en el mismo rango de pH.
D) aumentan la energía de activación de reacciones químicas.
E)
son las únicas macromoléculas que presentan actividad enzimática.
Cpech
1
BIOLOGÍA
3.
En el esquema se representan algunos procesos catabólicos y anabólicos:
MTP
Proteínas – Carbohidratos – Lípidos
Aminoácidos – Monosacáridos – Ácidos grasos
Acetil CoA
A partir del esquema, es correcto afirmar que
I)
II)
III)
el acetil CoA es un producto común del catabolismo de proteínas, carbohidratos y lípidos.
el acetil CoA es un precursor de la síntesis de proteínas.
los aminoácidos, monosacáridos y ácidos grasos sufren reacciones catabólicas y anabólicas
en las células.
A)
B)
C)
Solo I
Solo II
Solo III
D)
E)
Solo I y III
I, II y III
Actividad enzimática
4.
El siguiente gráfico muestra la actividad de una enzima digestiva a diferentes pH:
MC
4
8
pH
12
A partir del gráfico, es correcto afirmar que
2
2
Cpech
I)
II)
III)
su nivel de pH óptimo es levemente alcalino.
a pH fuertemente ácido, la enzima se inactiva.
una vez desnaturalizada la enzima, se recupera por pH óptimo.
A)
B)
C)
Solo I
Solo II
Solo III
D)
E)
Solo I y II
I, II y III
GUÍA
5.
Con respecto a la fermentación, es correcto afirmar que
MC
I) es energéticamente menos eficiente que la respiración aeróbica, debido a que la ganancia
neta de ATP es muy baja.
II) se realiza solo en hongos y algunas bacterias, presentando múltiples beneficios
biotecnológicos para el ser humano.
III) permite que las células recuperen el NAD+, para reutilizarlo en la glucólisis y producir una
pequeña cantidad de ATP.
A)
B)
C)
Solo I
Solo II
Solo III
D)
E)
Solo I y II
Solo I y III
6.
El siguiente esquema muestra algunas etapas de la respiración celular:
MTP
1
ATP
Glucólisis
NADH
2
NADH
Acetil CoA
ATP
3
FADH
NADH
A partir del esquema, es correcto afirmar que 1, 2 y 3 corresponden, respectivamente, a
A)
B)
C)
D)
E)
gliceraldehido, ácido pirúvico, ciclo de Krebs.
ácido pirúvico, glucosa, descarboxilación.
glucosa, ácido pirúvico, descarboxilación.
glucosa, ácido pirúvico, ciclo de Krebs.
ácido pirúvico, glucosa, ciclo de Krebs.
Cpech
3
BIOLOGÍA
7.
Se ha demostrado recientemente la existencia de transportadores de lactato en la membrana
MTP mitocondrial de células musculares, que mueven dicho compuesto hacia el interior de la
mitocondria; y de una enzima, la lactato deshidrogenasa, que oxida lactato en presencia de
oxígeno dentro de dicho organelo, permitiendo obtener energía. Además, el entrenamiento físico
aumentaría el número de transportadores de lactato en las mitocondrias.
A partir del enunciado, se puede inferir que
I)
II)
III)
A)
B)
C)
el lactato no es solo un producto de desecho de la fermentación láctica, sino que puede ser
usado para obtener energía.
la acción de la enzima lactato deshidrogenasa interfiere con la fermentación láctica,
reduciendo la acumulación de lactato en el músculo.
el entrenamiento físico mejoraría la movilización y descomposición del lactato, evitando la
fatiga muscular asociada a su acumulación.
Solo I
Solo II
Solo I y III
D)
E)
Solo II y III
I, II y III
8.
Respecto al ciclo de Krebs, es correcto afirmar que
MC
A)
es el proceso de formación de ATP a partir de ADP en la membrana mitocondrial.
B)
comienza con el acetil CoA, que se va oxidando en una serie de reacciones químicas.
C) puede ocurrir en ausencia de oxígeno, generando menos ATP que en condiciones aeróbicas.
D) produce moléculas aceptoras de electrones como el NAD+ y el FAD.
E)
es un conjunto de reacciones anabólicas que se realizan en la membrana interna de la
mitocondria.
Actividad enzimática
Actividad enzimática
9.
Los siguientes gráficos muestran el efecto de la temperatura y el pH sobre la actividad de una
MC enzima:
4
6
8
pH
20
40
60
Temperatura (ºC)
A partir de los gráficos, es correcto inferir que
A)
B)
C)
D)
E)
4
4
Cpech
la enzima solo se encuentra activa a pH neutro.
a pH y temperatura normal de la sangre, la enzima se encuentra desnaturalizada.
en un medio con pH = 3 y 40 ºC de temperatura, la enzima se encuentra desnaturalizada.
el aumento de la temperatura sobre los 60 ºC produce ruptura de enlaces peptídicos.
la temperatura es más efectiva que el pH como agente desnaturalizante.
GUÍA
10. El siguiente esquema representa una enzima conjugada y cómo esta se une a su sustrato:
MC
Sustrato
+
2
1
3
En relación al esquema, ¿cuáles son los nombres correctos de cada una de las estructuras
indicadas con números?
A)
B)
C)
D)
E)
1
Apoenzima
Apoenzima
Cofactor
Holoenzima
Holoenzima
2
Cofactor
Holoenzima
Holoenzima
Apoenzima
Cofactor
3
Holoenzima
Cofactor
Apoenzima
Cofactor
Apoenzima
11. ¿Cuáles son los productos finales de la respiración celular aeróbica?
MC
A)
Glucosa y oxígeno
D) CO2, NADH y ATP
B)
Ácido pirúvico, NADH y ATP
E)
CO2, H2O y ATP
C)
Acetil CoA, CO2 y ATP
Cpech
5
BIOLOGÍA
12. El siguiente esquema muestra cómo se metaboliza en el intestino la lactosa, disacárido presente
MTP en la leche y que provoca intolerancia en algunas personas.
Glucosa
Lactosa
Agua
Galactosa
Lactasa
Lactasa
Intestino
delgado
Lactosa
Lactosa
+
Bacteria
Ácidos orgánicos
Intestino grueso
+
Gas
+
Agua
Con respecto al esquema, es correcto afirmar que
I)
II)
III)
A)
B)
C)
para digerir la lactosa se requiere de la acción de una enzima llamada lactasa, que rompe
a esta molécula en dos monosacáridos, la glucosa y galactosa.
la lactasa es fundamental para evitar la intolerancia a la lactosa, ya que cada enzima es
específica para cada sustrato.
cuando la lactosa no se degrada, las bacterias del tracto digestivo la utilizan, formando
productos que provocan los síntomas de intolerancia.
Solo I
Solo II
Solo III
D)
E)
Solo I y III
I, II y III
13. En la década de 1940, el bioquímico alemán Fritz Albert Lipmann estudiaba la adición de grupos
MC acetilo (acetilación) en amidas aromáticas, en presencia de ATP y acetato. Esperaba que el
ATP reaccionara con acetato para generar acetilfosfato, compuesto que activaría a la amida y
produciría la acetilación. Pero contrario a lo esperado, comprobó que el acetilfosfato, su supuesto
intermediario, era inactivo como agente acetilante. Por lo tanto, debía haber otro compuesto que
actuara como intermediario.
Con respecto al texto anterior, es correcto señalar que contiene
A)
B)
C)
D)
E)
6
6
Cpech
una hipótesis y el experimento para someterla a prueba.
una hipótesis y las conclusiones derivadas de una investigación.
un procedimiento experimental y las conclusiones derivadas de él.
un experimento y la teoría construida a partir de sus conclusiones.
un modelo teórico y las predicciones derivadas de él.
GUÍA
14. El siguiente esquema muestra los procesos involucrados en la degradación de la glucosa:
MC
Acetilación
Glucosa
Ciclo de Krebs
Glucólisis
Fosforilación
oxidativa
X
Fermentación
A partir del esquema, ¿qué producto estaría representando la X?
A)
B)
C)
D)
E)
Ácido pirúvico
Acetil coenzima A
Acido oxalacético
Oxígeno
Dióxido de carbono
15. Se ha señalado que la sensación de ardor en los músculos durante el ejercicio intenso se debe a
MC la acumulación de ácido láctico, el cual se produce
I)
II)
III)
en la matriz mitocondrial.
en condiciones anaeróbicas.
a partir del ácido pirúvico.
Es (son) correcta(s)
A)
B)
C)
solo I.
solo II.
solo III.
D)
E)
solo I y II.
solo II y III.
Cpech
7
BIOLOGÍA
Velocidad de reacción
16. El siguiente gráfico muestra el efecto de la concentración de sustrato sobre la velocidad de una
MC reacción química:
Concentración del sustrato
A partir del gráfico, se puede afirmar que
A)
B)
C)
D)
E)
8
8
Cpech
la velocidad de reacción es directamente proporcional a la concentración de sustrato.
existe una concentración de sustrato sobre la cual no es posible aumentar la velocidad de
reacción si se agrega más sustrato.
para lograr la máxima velocidad de reacción se deben aumentar simultáneamente la
concentración de sustrato y la temperatura.
la concentración de sustrato es el factor más importante para determinar la velocidad de
reacción.
la velocidad de reacción aumenta exponencialmente con la concentración de sustrato.
GUÍA
17. El siguiente esquema representa la variación de uno de los factores que afecta a la velocidad de
MTP una reacción catalizada.
Enzima
Sustrato
Con relación al esquema, es correcto deducir que
I)
II)
III)
la concentración de la enzima no incide en la velocidad de la reacción.
la concentración de la enzima limita el efecto de la concentración del sustrato sobre la
velocidad.
la velocidad de la enzima es directamente proporcional a la concentración del sustrato.
A)
B)
C)
Solo I
Solo II
Solo III
D)
E)
Solo I y II
I, II y III
18. Con respecto a la siguiente ecuación química:
MTP
glucosa + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+
2 piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O
Es correcto señalar que
I)
II)
III)
corresponde al proceso de glucólisis.
es un proceso catabólico.
es un proceso endergónico.
A)
B)
C)
Solo I
Solo II
Solo III
D)
E)
Solo I y II
I, II y III
19. Las ligasas son un grupo de enzimas que catalizan la unión de dos moléculas a partir de la
MC formación de enlaces covalentes. A partir de esta información, es correcto afirmar que las ligasas
A)
B)
C)
D)
E)
actúan únicamente a pH neutro.
actúan solo a temperatura fisiológica normal.
actúan en reacciones anabólicas.
participan en reacciones que liberan energía.
necesitan de un cofactor para aumentar su actividad enzimática.
Cpech
9
BIOLOGÍA
20. El siguiente gráfico representa la diferencia de energía de activación de una reacción en presencia
MTP y en ausencia de una enzima capaz de catalizar dicha reacción:
Estado de transición
Reacción no catalizada
Energía libre
Energía de activación (no catalizado)
Reacción catalizada
Energía libre de activación (catalizado)
Estado inicial
(reactivos)
Estado final (productos)
Progreso de reacción
Con respecto al gráfico, se puede inferir que la
I)
II)
III)
enzima actúa disminuyendo la energía de activación de la reacción.
energía libre de los reactantes y de los productos no cambia en presencia de una enzima.
enzima es específica.
Es (son) correcta(s)
A)
B)
C)
D)
E)
10
10
Cpech
solo I.
solo II.
solo III.
solo I y II.
I, II y III.
GUÍA
Resumen de contenidos
Ítem
Alternativa
Habilidad
1
Reconocimiento
2
Reconocimiento
3
ASE
4
ASE
5
Comprensión
6
Comprensión
7
ASE
8
Comprensión
9
ASE
10
Comprensión
11
Reconocimiento
12
ASE
13
Comprensión
14
Comprensión
15
Comprensión
16
ASE
17
ASE
18
Comprensión
19
Comprensión
20
ASE
Cpech
11
BIOLOGÍA
Resumen de contenidos
1.
Enzimas
Las enzimas son mayormente proteínas formadas por una o varias cadenas polipeptídicas. Se trata
de catalizadores reguladores que aceleran las reacciones químicas. En algunas enzimas, la actividad
catalítica depende exclusivamente de su estructura proteica. En otros casos, se necesita de otras
sustancias para que la enzima actúe. Estas sustancias se denominan cofactores si son inorgánicos y
coenzimas si son orgánicos y pueden ser:
Cofactores (Inorgánicos)
Mg , Mn2+, Cu2+, Zn2+, Na+ y otros.
Coenzimas (Orgánicos)
NAD, NADP, FAD, CoA y otros.
+
La energía de activación se define como la energía mínima requerida por un sistema de partículas
para que se produzca una reacción química. Las enzimas logran sus efectos reduciendo la energía de
activación. En consecuencia, la velocidad a la que se alcanza el equilibrio es mayor en presencia del
catalizador.
Sin enzima
Energía
Energía de
activación
sin la enzima
Con
enzima
Energía de
activación con
la enzima
Energía total
liberada durante
la reacción
Avance de la reacción
Figura 1. Energía de activación
1.1 Características de las Enzimas
-
12
12
Cpech
Son eficientes en pequeñas cantidades.
No son alteradas químicamente, es decir, se recuperan por completo al finalizar la reacción.
No afectan el equilibrio de la reacción, solo hacen que este equilibrio se alcance más rápidamente.
Son específicas.
Están sujetas a regulación.
Reducen la energía de activación de las reacciones químicas que catalizan.
Presentan sitio activo.
GUÍA
1.2
Actividad Enzimática
Sustrato
Sitio Activo
Enzima
2. El sitio activo
cambia de forma,
promoviendo la
reacción entre los
sustratos.
1. Los sustratos entran
en el sitio activo
con una orientación
específica.
3. Los sutratos, ya
unidos, salen de
la enzima, la cual
está lista para
otros sustratos.
Enzima + Producto
Complejo
Enzima-Sustrato
Figura 2. Actividad enzimática
El primer paso en el desarrollo de la actividad enzimática es la unión del reactante o sustrato a la enzima
en su sitio activo. Las enzimas forman enlaces químicos transitorios con sus sustratos, originando el
complejo enzima sustrato. Cuando se desdoblan estos complejos, se libera el producto y se regenera
la enzima original.
1.3
Modelos complejo enzima-sustrato
a. Modelo llave-cerradura
Las enzimas son muy específicas; en base a esto, se deduce que enzima y sustrato poseen
complementariedad geométrica, es decir, sus estructuras encajan exactamente una en la otra. Así, la
enzima actúa como una especie de cerradura y el sustrato como la llave que encaja perfectamente.
b. Modelo ajuste-inducido
Las enzimas son estructuras bastante flexibles, por lo que el sitio activo podría cambiar su conformación
estructural al interaccionar con el sustrato y, de esta forma, la enzima puede llevar a cabo su función
catalítica. Este modelo plantea una especificidad relativa, ya que la enzima podría interaccionar con
distintos sustratos.
Cpech
13
BIOLOGÍA
1.4 Cinética Enzimática
La cinética enzimática estudia la velocidad de las reacciones que catalizan las enzimas y los factores
que modifican esta velocidad. Estos factores son:
Temperatura
Velocidad
máxima
Velocidad de la reacción
Velocidad de la reacción
Concentración de sustrato
Velocidad máxima
Temperatura
óptima
Concentración de sustrato
Temperatura
pH
Velocidad de la reacción
Velocidad
máxima
pH
óptimo
pH
Figura 3. Factores que modifican la velocidad de reacciones
catalizadas por enzimas.
2.
Metabolismo
La totalidad de las transformaciones bioquímicas que ocurren en un organismo, ya sea en el sentido de
la fabricación o bien de la degradación, se denomina metabolismo. Las reacciones que conforman el
metabolismo se clasifican en dos tipos:
a. Reacciones catabólicas
Son todas aquellas reacciones que se caracterizan por la oxidación de un sustrato para formar sustancias
más simples. Las reacciones catabólicas son exergónicas, ya que liberan energía.
b. Reacciones anabólicas
Son todas aquellas reacciones de síntesis de moléculas y macromoléculas complejas a partir de
sustancias más simples. Se caracterizan por la reducción de un sustrato y requieren del suministro de
energía, por tanto, son endergónicas.
14
14
Cpech
GUÍA
2.1. Catabolismo y respiración celular
El catabolismo está representado principalmente por el conjunto de reacciones que integran la
respiración celular, proceso por el cual se degradan los nutrientes, principalmente la glucosa, pero
también los aminoácidos y ácidos grasos. Las reacciones que se llevan a cabo en este proceso son de
tipo oxidativas. Hay dos tipos de respiración celular: la respiración aeróbica (con O2) y la anaeróbica
(sin O2).
2.1.1 Respiración aeróbica (se obtienen 36/38 ATP)
GLUCOSA
ATP
GLUCÓLISIS
NADH
Ácido
pirúvico
NADH
ACETIL-CoA
ATP
CICLO DE
KREBS
FADH
NADH
CADENA
RESPIRATORIA
ATP
Figura 4. Respiración celular aeróbica
a. Glucólisis
Rompimiento de una molécula de glucosa en 2 moléculas de piruvato. Ocurre en el citoplasma y se
libera ATP y NADH.
Cpech
15
BIOLOGÍA
b. Acetilación
En este proceso se degrada el ácido pirúvico hasta acetil coA. Se lleva a cabo en la matriz mitocondrial.
c. Ciclo de Krebs
También llamado ciclo del ácido cítrico. Se lleva a cabo en la matriz mitocondrial. Es una secuencia
cíclica de reacciones, en la cual la acetil coenzima A (acetil-CoA), que se obtuvo del catabolismo del
piruvato, se oxida en presencia de O2, liberando CO2, H2O y poder reductor formado a partir de las
coenzimas NAD+ y FAD+, que se convierten en NADH y FADH2, respectivamente.
d. Transporte de electrones y síntesis de ATP
Recibe el nombre de cadena de transporte de electrones o cadena respiratoria. Se lleva a cabo en
la membrana mitocondrial interna e implica la oxidación liberadora de energía. El NADH y FADH2,
obtenidos en el ciclo de Krebs, son moléculas reducidas que donan sus electrones a la cadena
transportadora de electrones (se oxidan), cuyo último aceptor es el oxígeno. La transferencia de
electrones va acompañada del transporte de protones desde la matriz mitocondrial hacia el espacio
intermembrana, produciéndose un potencial electroquímico que ayudará a que la ATP sintetasa forme
ATP, proceso completo que recibe el nombre de fosforilación oxidativa.
2.1.2 Respiración anaeróbica
a. Fermentación láctica
La glucosa se degrada, produciendo ácido láctico como desecho. Ocurre en muchas bacterias (bacterias
lácticas), también en algunos protozoos y en el músculo esquelético humano (cuando es sometido a
estrés físico), entre otros. El rendimiento energético es menor.
b. Fermentación alcohólica
La glucosa se degrada, produciendo alcohol etílico como desecho. Se desarrolla en levaduras (hongo
unicelular) y algunas bacterias. La fermentación alcohólica es la base de las siguientes aplicaciones en
la alimentación humana: pan, cerveza, vino y otras.
Registro de propiedad intelectual de Cpech.
Prohibida su reproducción total o parcial.
16
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