Guía Enzimas y metabolismo celular

Programa
Estándar Anual
Guía práctica
Enzimas y metabolismo celular
Biología
Nº__
1.
2.
Ciencias Básicas
Ejercicios PSU
¿Cuál(es) de las siguientes reacciones químicas es (son) anabólica(s)?
I)
II)
III)
Replicación de ADN.
Formación de proteínas.
Fotosíntesis.
A)
B)
C)
Solo I
Solo II
Solo III
D)
E)
Solo I y III
I, II y III
Con relación a las enzimas que actúan en nuestro organismo, es correcto afirmar que
son eficientes solo en grandes cantidades.
su acción es específica para cada sustrato.
todas actúan en el mismo rango de pH.
aumentan la energía de activación de reacciones químicas.
son las únicas macromoléculas que presentan actividad enzimática.
GUICES032CB31-A16V1
A)
B)
C)
D)
E)
Cpech
1
Ciencias Básicas Biología
El siguiente gráfico muestra la actividad de una enzima digestiva a diferentes pH:
Actividad enzimática
3.
4
8
pH
12
A partir del gráfico, es correcto afirmar que
4.
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
Solo I y II
I, II y III
El nombre que recibe el proceso que transforma la glucosa en dos moléculas de piruvato es
A)
B)
C)
5.
D)
E)
acetilación.
ciclo de Krebs.
glucólisis.
D)
E)
fermentación.
fosforilación oxidativa.
El cianuro es un gas tóxico para los seres humanos, ya que una vez que entra al torrente sanguíneo
forma un complejo estable (unión) con la enzima citocromo oxidasa, última enzima de la cadena
transportadora de electrones, que recibe al electrón y lo transfiere a una molécula de oxígeno,
sintetizando ATP.
Del análisis de la información, es correcto inferir que
I)
II)
III)
A)
B)
C)
2
Cpech
la enzima citocromo oxidasa reacciona con oxígeno y permite la formación de agua.
la incapacidad de utilizar el oxígeno provoca que el metabolismo cambie de aerobio a
anaerobio, lo que produce la acumulación de lactato en la sangre.
el cianuro bloquea la cadena transportadora de electrones, sistema central del proceso de
respiración celular.
Solo I
Solo II
Solo III
D)
E)
Solo I y III
I, II y III
GUÍA PRÁCTICA
6.
Con respecto a la fermentación, es correcto afirmar que
I)
II)
III)
A)
B)
C)
7.
Solo I
Solo II
Solo III
D)
E)
Solo I y II
Solo I y III
Respecto al ciclo de Krebs, es correcto afirmar que
A)
B)
C)
D)
E)
8.
es energéticamente menos eficiente que la respiración aeróbica, debido a que la ganancia
neta de ATP es muy baja.
se realiza solo en hongos y algunas bacterias, presentando múltiples beneficios
biotecnológicos para el ser humano.
permite que las células recuperen el NAD+, para reutilizarlo en la glucólisis y producir una
pequeña cantidad de ATP.
es el proceso de formación de ATP a partir de ADP en la membrana mitocondrial.
comienza con el acetil CoA, que se va oxidando en una serie de reacciones químicas.
puede ocurrir en ausencia de oxígeno, generando menos ATP que en condiciones aeróbicas.
produce moléculas aceptoras de electrones como el NAD+ y el FAD.
es un conjunto de reacciones anabólicas que se realizan en la membrana interna de la
mitocondria.
Respecto a las enzimas, es correcto afirmar que
A)
B)
C)
D)
E)
por lo general son de naturaleza proteica.
cada enzima puede actuar sobre un gran número de sustratos.
están presentes en los seres vivos y en la materia inerte.
reaccionan con el sustrato, consumiéndose en el proceso.
son moléculas que reducen la velocidad de una reacción química.
Cpech
3
Ciencias Básicas Biología
Los siguientes gráficos muestran el efecto de la temperatura y el pH sobre la actividad de una
enzima:
Actividad enzimática
Actividad enzimática
9.
4
6
8
pH
20
40
60
Temperatura (ºC)
A partir de los gráficos, es correcto inferir que
A)
B)
C)
D)
E)
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 PRÁCTICA
10.
El siguiente esquema representa una enzima conjugada y cómo esta se une a su sustrato:
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)
11.
2
Cofactor
Holoenzima
Holoenzima
Apoenzima
Cofactor
3
Holoenzima
Cofactor
Apoenzima
Cofactor
Apoenzima
De los siguientes procesos asociados a la respiración celular, ¿cuál ocurre en el citoplasma?
A)
B)
C)
12.
1
Apoenzima
Apoenzima
Cofactor
Holoenzima
Holoenzima
Glucólisis
Formación de acetil CoA
Ciclo de Krebs
D)
E)
Cadena transportadora de electrones
Fosforilación oxidativa
¿Cuáles son los productos finales de la respiración celular aeróbica?
A)
B)
C)
Glucosa y oxígeno
Ácido pirúvico, NADH y ATP
Acetil CoA, CO2 y ATP
D)
E)
CO2, NADH y ATP
CO2, H2O y ATP
Cpech
5
Ciencias Básicas Biología
13.
Con relación al ciclo de Krebs, se le considera una vía anfibólica debido a que
I)
II)
III)
se degradan biomoléculas orgánicas para obtener energía.
produce intermediarios que son precursores de macromoléculas orgánicas.
se obtienen compuestos con o sin la presencia de oxígeno.
Es (son) correcta(s)
A)
B)
C)
14.
solo I.
solo II.
solo I y II.
D)
E)
solo I y III.
solo II y III.
El siguiente esquema muestra los procesos involucrados en la degradación de la glucosa:
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)
15.
Ácido pirúvico
Acetil coenzima A
Acido oxalacético
Oxígeno
Dióxido de carbono
Se ha señalado que la sensación de ardor en los músculos durante el ejercicio intenso se debe a
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)
6
Cpech
solo I.
solo II.
solo III.
D)
E)
solo I y II.
solo II y III.
GUÍA PRÁCTICA
16.
¿A qué etapa pasa el ácido pirúvico si no existe oxígeno en su medio?
A)
B)
C)
17.
18.
Acetilación
Ciclo de Krebs
Glucólisis
D)
E)
Fermentación
Fosforilación oxidativa
¿Cuál(es) de los siguientes procesos es (son) sensible(s) a la falta de oxígeno?
I)
II)
III)
Glucólisis
Ciclo de Krebs
Fermentación
A)
B)
C)
Solo I
Solo II
Solo III
D)
E)
Solo I y II
I, II y III
En el esquema se representa la forma en que actúa la enzima amilasa salival:
Amilasa salival
Almidón
(polisacárido)
Maltosa
(disacárido)
En relación con el esquema, es correcto inferir que
I)
II)
III)
el sustrato sobre el que actúa esta enzima es el almidón.
la amilasa salival es una enzima que actúa en una reacción de tipo catabólica.
al término de la reacción química, la amilasa no sufre cambios y puede ser reutilizada.
A)
B)
C)
Solo I
Solo II
Solo III
D)
E)
Solo I y III
I, II y III
Cpech
7
Ciencias Básicas Biología
Actividad enzimática
Los siguientes gráficos muestran el efecto de la concentración del sustrato y de la enzima sobre
la velocidad de una reacción química:
Actividad enzimática
19.
Concentración de sustrato
Concentración de enzima
Del análisis de los gráficos, es correcto inferir que
I)
II)
III)
A)
B)
C)
20.
D)
E)
Solo I y III
I, II y III
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.
El nombre que recibe el proceso en el cual se forman 34 moléculas de ATP por molécula de
glucosa es
A)
B)
C)
D)
E)
8
Solo I
Solo II
Solo III
Las ligasas son un grupo de enzimas que catalizan la unión de dos moléculas a partir de la
formación de enlaces covalentes. A partir de esta información, es correcto afirmar que las ligasas
A)
B)
C)
D)
E)
21.
una mayor concentración de la enzima va a acelerar la reacción química, siempre que
exista disponibilidad del sustrato.
mayores concentraciones de sustrato y de enzima van a acelerar la reacción química,
siempre que la temperatura se encuentre en su rango óptimo.
a mayor concentración del sustrato, la actividad enzimática aumenta hasta que el sistema
se satura por falta de enzima o exceso de sustrato.
Cpech
fermentación.
ciclo de Krebs.
glucólisis.
fosforilación oxidativa.
acetilación.
GUÍA PRÁCTICA
El siguiente gráfico muestra el efecto de la concentración de sustrato sobre la velocidad de una
reacción química:
Velocidad de reacción
22.
Concentración del sustrato
A partir del gráfico, se puede afirmar que
A)
B)
C)
D)
E)
23.
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.
El siguiente esquema muestra la acción de una enzima sobre un sustrato:
2
4
3
1
A partir del esquema, ¿qué representa cada número?
A)
B)
C)
D)
E)
1
Enzima
Enzima
Sustrato
Enzima
Sustrato
2
Sustrato
Sustrato
Enzima
Sustrato
Enzima
3
Producto
Complejo enzima-sustrato
Cofactor
Producto
Complejo enzima-sustrato
4
Coenzima
Producto
Producto
Holoenzima
Producto
Cpech
9
Ciencias Básicas Biología
24.
En la década de 1940, el bioquímico alemán Fritz Albert Lipmann estudiaba la adición de grupos
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)
25.
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.
El siguiente esquema muestra distintas zonas de la mitocondria:
2
1
A partir del esquema, ¿qué etapas de la respiración celular se llevan a cabo en la zona que indica
cada número?
1
Cadena transportadora de electrones
A)
y fosforilación oxidativa
10
Cpech
2
Glucólisis y acetilación
B)
Glucólisis y acetilación
Cadena transportadora de
electrones y fosforilación oxidativa
C)
Cadena transportadora de electrones
y fosforilación oxidativa
Acetilación y ciclo de Krebs
D)
Glucólisis y ciclo de Krebs
E)
Acetilación y ciclo de Krebs
Cadena transportadora de
electrones y fosforilación oxidativa
Cadena transportadora de
electrones y fosforilación oxidativa
GUÍA PRÁCTICA
Tabla de corrección
Ítem
Alternativa
Habilidad
1
Reconocimiento
2
Reconocimiento
3
ASE
4
Reconocimiento
5
ASE
6
Comprensión
7
Comprensión
8
Reconocimiento
9
ASE
10
Comprensión
11
Reconocimiento
12
Reconocimiento
13
Comprensión
14
Comprensión
15
Comprensión
16
Reconocimiento
17
Comprensión
18
Comprensión
19
ASE
20
Comprensión
21
Reconocimiento
22
ASE
23
Comprensión
24
Comprensión
25
Comprensión
Cpech
11
Ciencias Básicas 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
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.
Cpech
GUÍA PRÁCTICA
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
Ciencias Básicas 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
Cpech
GUÍA PRÁCTICA
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
Ciencias Básicas 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
Cpech