Solucionario Guía Enzimas y metabolismo celular

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Enzimas y metabolismo
celular
SGUICES032CB31-A16V1
SOLUCIONARIO GUÍA
Enzimas y metabolismo celular
Ítem
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Alternativa
E
B
D
C
E
E
B
A
C
A
A
E
C
A
E
D
B
E
D
C
D
B
B
B
E
Habilidad
Reconocimiento
Reconocimiento
ASE
Reconocimiento
ASE
Comprensión
Comprensión
Reconocimiento
ASE
Comprensión
Reconocimiento
Reconocimiento
Comprensión
Comprensión
Comprensión
Reconocimiento
Comprensión
Comprensión
ASE
Comprensión
Reconocimiento
ASE
Comprensión
Comprensión
Comprensión
Ítem
1.
Alternativa
E
Defensa
En la célula se realizan reacciones químicas de dos tipos:
catabólicas y anabólicas. El catabolismo corresponde a
reacciones químicas de destrucción, donde sustancias
más complejas se rompen en sustancias más simples. El
anabolismo es lo contrario, corresponde a reacciones
químicas donde sustancias simples se unen para formar
sustancias más complejas. Ejemplos de anabolismo son la
replicación del ADN a partir de nucleótidos (opción I
correcta), la formación de proteínas a partir de
aminoácidos (opción II correcta), y la fotosíntesis por la
formación de carbohidratos (opción III correcta).
2.
B
Algunas características de las enzimas son:
•
•
•
•
•
•
•
•
Reducen la energía de activación de las reacciones
químicas (alternativa D incorrecta).
Son eficientes en pequeñas cantidades (alternativa
A incorrecta).
No son alteradas químicamente.
No afectan el equilibrio de la reacción.
Presentan sitio activo.
Son específicas (alternativa B correcta).
Están sujetas a regulación.
Actúan en diferentes rangos de pH (alternativa C
incorrecta).
Hay moléculas como algunos ARN que presentan
actividad enzimática (alternativa E incorrecta).
3.
D
Según el gráfico la enzima tiene su máxima actividad a pH
alcalino cercano a 8 (opción I correcta). Se observa que a
pH menor a 8 (ácido), la actividad enzimática va
disminuyendo hasta inactivarse totalmente (opción II
correcta). En los extremos de la curva, la actividad
enzimática es nula, por lo que se puede inferir que debido
a los cambios de pH, la enzima se desnaturaliza,
perdiendo
su
función.
Desde
el
estado
de
desnaturalización se puede producir una recuperación de
la actividad enzimática al reestablecer las condiciones
óptimas de pH. Sin embargo, esto no necesariamente
ocurrirá, por ejemplo, porque la enzima requiere de una
proteína chaperona para plegarse correctamente o se
forma a partir de un péptido de mayor tamaño que luego
se corta, como en el caso de la insulina. Por otro lado, en
el gráfico no se representa que la enzima después de
haber estado a pH de inactividad, sea trasladada a pH
óptimo, recuperando su actividad (opción III incorrecta).
4.
C
La glucólisis es la primera parte de la respiración celular.
Consiste fundamentalmente en el rompimiento de la
molécula de glucosa, de 6 átomos de carbono, en dos
moléculas de piruvato, de 3 átomos de carbono cada una
(alternativa C correcta).
La alternativa A es falsa, ya que acetilación es la
formación de acetil coenzima A, a partir de piruvato, de
forma aeróbica.
La alternativa B es falsa ya que el ciclo de Krebs, es un
conjunto de reacciones en que el piruvato se degrada
hasta CO2 al interior de la mitocondria.
La fermentación es el proceso de degradación anaeróbica
de la glucosa, que permite obtener el ATP producido en la
glucólisis y regenerar las moléculas necesarias para
realizar nuevamente el proceso (alternativa D incorrecta).
La alternativa E es falsa ya que la fosforilación oxidativa
corresponde a la formación de ATP, que se realiza en las
mitocondrias y es lo último en términos de obtención de
energía, en tanto que la formación del piruvato se realiza
en el citoplasma y es un paso inicial en la degradación de
la glucosa.
5.
E
Uno de los efectos bioquímicos del cianuro es que, una
vez que ingresa en el cuerpo y al torrente sanguíneo,
forma un complejo estable con la enzima citocromo
oxidasa. Esta enzima es la última de la cadena
transportadora de electrones y está encargada de entregar
un electrón al oxígeno, aceptor final de esta cadena. Al
ocurrir esta reacción entre la enzima y el oxígeno, se
forma agua (opción I correcta). Por lo tanto, el cianuro
bloquea la cadena transportadora de electrones,
impidiendo que se complete la respiración celular y que se
produzca ATP de forma aeróbica (opción III correcta).
Si la citocromo oxidasa no funciona correctamente las
células no consiguen aprovechar el oxígeno del torrente
sanguíneo, lo que causa hipoxia citotóxica o asfixia
celular. La imposibilidad de utilizar el oxígeno provoca que
el metabolismo cambie de aerobio a anaerobio, lo que
produce la acumulación de lactato en la sangre (opción II
correcta). El efecto conjunto de la hipoxia y la acidosis
láctica provoca una depresión en el sistema nervioso
central que puede causar paro respiratorio y resultar
mortal.
6.
E
Las células pueden sintetizar ATP a través del proceso de
glucólisis (proceso anaeróbico) o de la respiración celular
(proceso aeróbico). Si el oxígeno no está disponible para
realizar la respiración celular, el ácido pirúvico, que es el
producto de la glucólisis, puede ser metabolizado en un
proceso llamado fermentación. La fermentación hace
posible producir ATP continuamente en ausencia de
oxígeno. El NADH producido en la glucólisis se oxida
formando NAD+, el cual interviene otra vez en la glucólisis,
formando ATP, aunque en cantidades menores que en el
proceso aeróbico de respiración celular (opción III
correcta). Por lo tanto, la fermentación es un proceso
energéticamente menos eficiente que la respiración
celular, pues se obtiene menos ATP por cada molécula de
glucosa degradada (opción I correcta).
Con los procesos de fermentación se obtiene múltiples
productos beneficiosos para el hombre, como es el caso
del yogurt, pero este proceso no sólo está presente en
hongos y bacterias. Por ejemplo, la fermentación láctica
también está presente en el ser humano, bajo condiciones
de ejercicio anaeróbico (opción II incorrecta).
7.
B
El ciclo de Krebs, también conocido como ciclo del ácido
cítrico, es un proceso aeróbico y es la vía final de
oxidación de carbohidratos, ácidos grasos y aminoácidos.
Por lo tanto, corresponde a un conjunto de reacciones
catabólicas, donde se degradan moléculas orgánicas
(alternativa E incorrecta). Se inicia con el acetil CoA, el
que se va oxidando y transformando en otros compuestos,
hasta formar CO2, ATP, NADH y FADH2, siendo estas dos
últimas, moléculas que se oxidan, es decir, que ceden
electrones (alternativa D incorrecta). Los portadores de los
electrones pasarán a la siguiente etapa de la respiración
celular y entregarán su electrón para crear una gradiente y
sintetizar ATP a partir de ADP, proceso conocido como
fosforilación oxidativa (alternativa A incorrecta).
Este ciclo de reacciones no puede llevarse a cabo en
ausencia de oxígeno. Bajo condiciones anaeróbicas la
alternativa para producir ATP es la fermentación, proceso
diferente al ciclo de Krebs, que produce menos ATP por
molécula de glucosa (alternativa C incorrecta).
8.
A
Las enzimas son catalizadores biológicos, es decir,
moléculas que aceleran la velocidad de las reacciones
químicas (alternativa E incorrecta). La mayoría de ellas
son proteínas (alternativa A correcta), aunque se han
encontrado algunos ARN con actividad catalítica, llamados
ribozimas. Son altamente específicas (alternativa B
incorrecta) y solo se encuentran en los seres vivos
(alternativa C incorrecta). Al término de la reacción
química no sufren cambios por lo que pueden ser
reutilizadas en otra reacción química (alternativa D
incorrecta).
9.
C
La actividad enzimática se ve afectada por diferentes
factores como la temperatura y el pH, que están
representados en los gráficos. La pérdida de la actividad
se asocia a la alteración de la conformación espacial de la
proteína (desnaturalización) causada por estos agentes. A
pH y temperatura normal de la sangre, la enzima se
encontrará en su funcionamiento óptimo y no
desnaturalizada (alternativa B incorrecta). La enzima que
se analiza es funcional entre un pH 4 y 8, no solo a pH
neutro (pH = 7) (alternativa A incorrecta), por lo tanto, si el
pH es inferior a 4 se espera que la enzima esté inactiva
debido a la desnaturalización (alternativa C correcta),
independientemente de que la temperatura se encuentre
dentro de su rango de actividad.
Por lo general, un aumento moderado de la temperatura o
cambios de pH afectan a la estructura secundaria de la
proteína, pero no son suficientes para romper los enlaces
peptídicos, ya que estos enlaces son muy fuertes. En el
sistema digestivo, por ejemplo, pese a haber un pH ácido,
se requiere de peptidasas para romper estos enlaces. Por
lo tanto, no es correcto afirmar que a temperaturas
superiores a 60°C se produzca ruptura de enlaces
peptídicos (alternativa D incorrecta).
Tanto con la temperatura como con los cambios de pH se
observa pérdida total de la actividad enzimática, por lo que
no es posible afirmar que uno de los dos sea más efectivo
como agente desnaturalizante (alternativa E incorrecta).
10.
A
El esquema muestra una enzima conjugada que está
compuesta por una fracción proteica, la apoenzima (figura
1), y una fracción no proteica, el cofactor o coenzima
(figura 2). En conjunto (la proteína unida a una coenzima o
cofactor) reciben el nombre de holoenzima (figura 3).
11.
A
La glucólisis es un proceso que ocurre en el citoplasma
celular en condiciones anaeróbicas. Consiste en la
degradación de la glucosa en dos moléculas de piruvato.
Los demás procesos se producen en el interior de las
mitocondrias, ya que requieren de oxígeno.
12.
E
Los productos finales de la respiración celular
corresponden a 36 moléculas de ATP (2 por el ciclo de
Krebs y 34 por la fosforilación oxidativa), más dióxido de
carbono (CO2) y agua (H2O), que se liberan como
productos finales de desecho de la acetilación, del ciclo de
Krebs y de la cadena transportadora de electrones. Los
ATP totales de la respiración celular, incluyen a 2 ATP de
la glucólisis, por lo que da 38 ATP como producto final.
13.
C
El término anfibólico significa que presenta una función
anabólica y una catabólica a la vez. El ciclo de Krebs
presenta una función principalmente catabólica, pero
también participa en vías anabólicas, de forma secundaria.
Esto porque es la vía final de degradación de compuestos
orgánicos como carbohidratos, aminoácidos y ácidos
grasos,
permitiendo
obtener
de
ellos
energía
(catabolismo); sin embargo también produce moléculas
que actúan como precursores de macromoléculas
orgánicas y de esta forma participa en vías anabólicas.
La opción III es falsa ya que el ciclo de Krebs es
dependiente de oxígeno.
14.
A
En el diagrama presentado, la X representa un producto
de la glucólisis que puede tener dos caminos, la vía de
acetilación para formar acetil coenzima A y la vía
fermentativa para formar ácido láctico (fermentación
láctica) o etanol (fermentación alcohólica), por lo anterior
el producto es el ácido pirúvico.
15.
E
El ácido láctico se forma en el citoplasma por un proceso
anaeróbico de fermentación, a partir del ácido pirúvico, en
una vía alternativa a la respiración celular aeróbica. Con
ello se reciclan las moléculas necesarias para llevar a
cabo la glucólisis, lo que permite obtener energía, aunque
en menor cantidad (opciones II y III correctas). En las
mitocondrias se lleva a cabo la vía aeróbica de
degradación del ácido pirúvico, el que forma acetil
coenzima A para luego ser degradado hasta CO2 a través
del ciclo de Krebs (opción I incorrecta).
16.
D
La acetilación es la formación de acetil coenzima A,
molécula que ingresa al ciclo de Krebs. A su vez este es
una secuencia de reacciones en que el acetil CoA se
oxida, formando ATP y poder reductor, en forma de NADH
y FADH2. Ambos son procesos aeróbicos y se realizan al
interior de las mitocondrias (alternativas A y B incorrectas).
La glucólisis es el proceso de degradación o lisis de la
glucosa en el citoplasma de la célula para formar dos
moléculas de ácido pirúvico (alternativa C incorrecta).
La fermentación es la vía anaeróbica que sigue el ácido
pirúvico, en el citoplasma celular, formando lactato o
etanol (alternativa D correcta).
La fosforilación oxidativa es la obtención de ATP a partir
de ADP, a través de la cadena transportadora de
electrones en las crestas mitocondriales (alternativa E
incorrecta).
17.
B
Solo el ciclo de Krebs es sensible a la falta de oxígeno, ya
que es un proceso oxidativo para carbohidratos, grasas y
proteínas (opción II correcta). La glucólisis y la
fermentación son procesos anaeróbicos (opciones I y III
incorrectas).
18.
E
La amilasa salival es una enzima que actúa sobre el
sustrato almidón (opción I correcta), rompiendo esta
macromolécula en moléculas más simples. Como
resultado se obtiene el disacárido maltosa, una molécula
más simple y pequeña, por lo que la enzima cataliza una
reacción de tipo catabólica (opción II correcta).
Como toda enzima, al término de la reacción química no
sufre cambios en su estructura y puede ser reutilizada
(opción III correcta).
19.
D
La eficacia de un enzima se mide por la velocidad de
transformación del sustrato en producto. La actividad de
las enzimas se ve afectada por diversos factores entre los
que destacan concentración de sustrato, temperatura,
inhibidores, pH y concentración de la enzima. La cantidad
absoluta de enzima con que se cuenta para la reacción, es
uno de los factores más importantes como regulador de la
actividad enzimática. Si se cuenta con un suministro
ilimitado del sustrato, el aumento en las cantidades de
enzima, permite que cada molécula enzimática sea
ocupada por su respectivo sustrato, lo que produce la
transformación de sustrato a producto en menor tiempo
(opción I correcta). Si la cantidad de sustrato es limitada,
la actividad enzimática irá en ascenso a medida que se
aporte más enzima, hasta que se agote el sustrato. Por
otra parte, si disponiendo de la enzima se adiciona
sustrato permanentemente, en algún momento la actividad
enzimática se tornará constante por saturación de la
enzima (opción III correcta), es decir, porque no hay
moléculas de la enzima disponibles para interactuar con el
sustrato.
Si bien la temperatura es un factor a considerar, ya que
cada enzima tiene una temperatura óptima, y un rango de
temperaturas en las que presentan actividad, este dato no
se señala en los gráficos entregados (opción II incorrecta).
20.
C
Las enzimas se clasifican según el tipo de reacción que
catalizan, por ejemplo, si rompen enlaces, unen
moléculas, reducen u oxidan. Las enzimas ligasas unen
sustancias simples para formar sustancias más complejas,
por lo que actúan en reacciones anabólicas (alternativa C
correcta). Este tipo de reacción consume energía, por lo
que la alternativa D es incorrecta.
Según el tipo de ligasa, pueden actuar a algún valor de
pH, de temperatura o si requerir de algún cofactor, pero no
se puede inferir esta información a partir del texto
(alternativas A, B y E incorrectas).
21.
D
Durante la fosforilación oxidativa se producen 34
moléculas de ATP por molécula de glucosa, gracias a la
energía química de la cadena transportadora de
electrones (alternativa D correcta).
Durante la glucólisis y ciclo de Krebs se producen solo dos
moléculas de ATP por molécula de glucosa, en términos
netos (alternativas B y C incorrectas). En la fermentación
solo se obtienen los dos ATP de la glucólisis y el resto del
proceso permite regenerar NAD+ para romper más
moléculas de glucosa, pero no produce más ATP
(alternativa A incorrecta). La acetilación es una etapa en la
cual se transforma el piruvato en acetil CoA, sin liberación
de energía biológicamente útil (alternativa E incorrecta).
22.
B
El gráfico solo muestra que la velocidad de la reacción
aumenta a medida que lo hace la concentración de
sustrato, hasta cierto punto en el cual la velocidad se
mantiene constante pese a que el sustrato sigue
aumentando (alternativa B correcta).
La alternativa A es incorrecta, ya que indica una relación
de proporcionalidad directa entre la velocidad de reacción
y la concentración de sustrato, pero si así fuera
esperaríamos una curva lineal, en que al aumentar la
concentración, la velocidad aumente en la misma
proporción, lo que no se observa en el gráfico. Tampoco
podemos hablar de un aumento exponencial de la
velocidad con la concentración de sustrato, ya que en ese
caso observaríamos una curva como la que se muestra en
la siguiente figura (alternativa E incorrecta).
La alternativa C hace mención a una variable que no está
indicada en el gráfico, la temperatura, por lo que es
incorrecta. Tampoco se puede saber si la concentración
de sustrato es la variable más importante para determinar
la velocidad de reacción, puesto que no se analizan otros
factores (alternativa D incorrecta).
23.
B
El esquema muestra la acción de una enzima sobre un
sustrato. En una primera instancia aparece la enzima (1)
con su sitio activo despejado a la espera del sustrato (2),
en una segunda instancia podemos ver que se unió el
sustrato con la enzima conformando el complejo enzimasustrato (3) y finalmente 4 nos indica el producto obtenido
de esta reacción. 3 no puede ser una coenzima o cofactor,
ya que como indica el esquema, el sustrato luego se
transforma en el producto.
24.
B
Habilidad de pensamiento científico: Identificación de
teorías y marcos conceptuales, problemas, hipótesis,
procedimientos
experimentales,
inferencias
y
conclusiones, en investigaciones científicas clásicas o
contemporáneas.
En el párrafo se indica que Lipmann, al estudiar la adición
de grupos acetilo en amidas aromáticas, en presencia de
ATP y acetato, esperaba que el ATP reaccionara con el
acetato para generar acetilfosfato. Por ende se puede
reconocer una hipótesis, que corresponde a un supuesto
de algo, a predicciones frente a una investigación.
Luego dice que comprobó que el acetilfosfato era inactivo
como agente acetilante, lo que corresponde a las
conclusiones de su investigación.
25.
E
La zona 1 indica la matriz mitocondrial, lugar donde se
llevan a cabo las dos primeras etapas de la respiración
celular aeróbica, que corresponden a la acetilación del
piruvato y el ciclo de Krebs. En este último se obtienen dos
moléculas de ATP a partir de la degradación de la
molécula acetil CoA. La zona 2 indica las crestas
mitocondriales,
lugar
donde
ocurre
la
cadena
transportadora de electrones y la fosforilación oxidativa,
etapas que dan como resultado la síntesis de 34
moléculas de ATP.