Con relación a las enzimas que actúan en nuestro organismo, es correcto afirmar que

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1 Programa Estándar Anual Guía práctica Enzimas y metabolismo celular Biología Nº 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) 1

2 Ciencias Básicas Biología 3. El siguiente gráfico muestra la actividad de una enzima digestiva a diferentes ph: Actividad enzimática ph A partir del gráfico, es correcto afirmar que I) su nivel de ph óptimo es levemente alcalino. II) a ph fuertemente ácido, la enzima se inactiva. III) una vez desnaturalizada la enzima, se recupera por ph óptimo. A) Solo I D) Solo I y II B) Solo II E) I, II y III C) Solo III 4. El nombre que recibe el proceso que transforma la glucosa en dos moléculas de piruvato es A) acetilación. D) fermentación. B) ciclo de Krebs. E) fosforilación oxidativa. C) glucólisis. 5. 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) la enzima citocromo oxidasa reacciona con oxígeno y permite la formación de agua. II) 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. III) el cianuro bloquea la cadena transportadora de electrones, sistema central del proceso de respiración celular. A) Solo I D) Solo I y III B) Solo II E) I, II y III C) Solo III 2

3 GUÍA PRÁCTICA 6. Con respecto a la fermentación, es correcto afirmar que 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) Solo I D) Solo I y II B) Solo II E) Solo I y III C) Solo III 7. Respecto al ciclo de Krebs, es correcto afirmar que 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. 8. Respecto a las enzimas, es correcto afirmar que A) por lo general son de naturaleza proteica. B) cada enzima puede actuar sobre un gran número de sustratos. C) están presentes en los seres vivos y en la materia inerte. D) reaccionan con el sustrato, consumiéndose en el proceso. E) son moléculas que reducen la velocidad de una reacción química. 3

4 Ciencias Básicas Biología 9. Los siguientes gráficos muestran el efecto de la temperatura y el ph sobre la actividad de una enzima: Actividad enzimática Actividad enzimática ph Temperatura (ºC) A partir de los gráficos, es correcto inferir que A) la enzima solo se encuentra activa a ph neutro. B) a ph y temperatura normal de la sangre, la enzima se encuentra desnaturalizada. C) en un medio con ph = 3 y 40 ºC de temperatura, la enzima se encuentra desnaturalizada. D) el aumento de la temperatura sobre los 60 ºC produce ruptura de enlaces peptídicos. E) la temperatura es más efectiva que el ph como agente desnaturalizante. 4

5 GUÍA PRÁCTICA 10. El siguiente esquema representa una enzima conjugada y cómo esta se une a su sustrato: Sustrato En relación al esquema, cuáles son los nombres correctos de cada una de las estructuras indicadas con números? A) Apoenzima Cofactor Holoenzima B) Apoenzima Holoenzima Cofactor C) Cofactor Holoenzima Apoenzima D) Holoenzima Apoenzima Cofactor E) Holoenzima Cofactor Apoenzima 11. De los siguientes procesos asociados a la respiración celular, cuál ocurre en el citoplasma? A) Glucólisis D) Cadena transportadora de electrones B) Formación de acetil CoA E) Fosforilación oxidativa C) Ciclo de Krebs 12. Cuáles son los productos finales de la respiración celular aeróbica? A) Glucosa y oxígeno D) CO 2, NADH y ATP B) Ácido pirúvico, NADH y ATP E) CO 2, H 2 O y ATP C) Acetil CoA, CO 2 y ATP 5

6 Ciencias Básicas Biología 13. Con relación al ciclo de Krebs, se le considera una vía anfibólica debido a que I) se degradan biomoléculas orgánicas para obtener energía. II) produce intermediarios que son precursores de macromoléculas orgánicas. III) se obtienen compuestos con o sin la presencia de oxígeno. Es (son) correcta(s) A) solo I. D) solo I y III. B) solo II. E) solo II y III. C) solo I y II. 14. El siguiente esquema muestra los procesos involucrados en la degradación de la glucosa: Glucosa Glucólisis Acetilación Ciclo de Krebs X Fosforilación oxidativa Fermentación A partir del esquema, qué producto estaría representando la X? A) Ácido pirúvico B) Acetil coenzima A C) Acido oxalacético D) Oxígeno E) Dióxido de carbono 15. 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) en la matriz mitocondrial. II) en condiciones anaeróbicas. III) a partir del ácido pirúvico. Es (son) correcta(s) A) solo I. D) solo I y II. B) solo II. E) solo II y III. C) solo III. 6

7 GUÍA PRÁCTICA 16. A qué etapa pasa el ácido pirúvico si no existe oxígeno en su medio? A) Acetilación D) Fermentación B) Ciclo de Krebs E) Fosforilación oxidativa C) Glucólisis 17. Cuál(es) de los siguientes procesos es (son) sensible(s) a la falta de oxígeno? I) Glucólisis II) Ciclo de Krebs III) Fermentación A) Solo I D) Solo I y II B) Solo II E) I, II y III C) Solo III 18. En el esquema se representa la forma en que actúa la enzima amilasa salival: Almidón (polisacárido) Amilasa salival Maltosa (disacárido) En relación con el esquema, es correcto inferir que I) el sustrato sobre el que actúa esta enzima es el almidón. II) la amilasa salival es una enzima que actúa en una reacción de tipo catabólica. III) al término de la reacción química, la amilasa no sufre cambios y puede ser reutilizada. A) Solo I D) Solo I y III B) Solo II E) I, II y III C) Solo III 7

8 Ciencias Básicas Biología 19. Los siguientes gráfi cos muestran el efecto de la concentración del sustrato y de la enzima sobre la velocidad de una reacción química: Actividad enzimática Actividad enzimática Concentración de enzima Concentración de sustrato Del análisis de los gráfi cos, es correcto inferir que I) una mayor concentración de la enzima va a acelerar la reacción química, siempre que exista disponibilidad del sustrato. II) mayores concentraciones de sustrato y de enzima van a acelerar la reacción química, siempre que la temperatura se encuentre en su rango óptimo. III) a mayor concentración del sustrato, la actividad enzimática aumenta hasta que el sistema se satura por falta de enzima o exceso de sustrato. A) Solo I D) Solo I y III B) Solo II E) I, II y III C) Solo III 20. 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 afi rmar que las ligasas A) actúan únicamente a ph neutro. B) actúan solo a temperatura fisiológica normal. C) actúan en reacciones anabólicas. D) participan en reacciones que liberan energía. E) necesitan de un cofactor para aumentar su actividad enzimática. 21. El nombre que recibe el proceso en el cual se forman 34 moléculas de ATP por molécula de glucosa es A) fermentación. B) ciclo de Krebs. C) glucólisis. D) fosforilación oxidativa. E) acetilación. 8

9 GUÍA PRÁCTICA 22. El siguiente gráfi co muestra el efecto de la concentración de sustrato sobre la velocidad de una reacción química: Velocidad de reacción Concentración del sustrato A partir del gráfi co, se puede afi rmar que A) la velocidad de reacción es directamente proporcional a la concentración de sustrato. B) existe una concentración de sustrato sobre la cual no es posible aumentar la velocidad de reacción si se agrega más sustrato. C) para lograr la máxima velocidad de reacción se deben aumentar simultáneamente la concentración de sustrato y la temperatura. D) la concentración de sustrato es el factor más importante para determinar la velocidad de reacción. E) la velocidad de reacción aumenta exponencialmente con la concentración de sustrato. 23. El siguiente esquema muestra la acción de una enzima sobre un sustrato: A partir del esquema, qué representa cada número? A) Enzima Sustrato Producto Coenzima B) Enzima Sustrato Complejo enzima-sustrato Producto C) Sustrato Enzima Cofactor Producto D) Enzima Sustrato Producto Holoenzima E) Sustrato Enzima Complejo enzima-sustrato Producto 9

10 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) una hipótesis y el experimento para someterla a prueba. B) una hipótesis y las conclusiones derivadas de una investigación. C) un procedimiento experimental y las conclusiones derivadas de él. D) un experimento y la teoría construida a partir de sus conclusiones. E) un modelo teórico y las predicciones derivadas de él. 25. 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? A) 1 2 Cadena transportadora de electrones y fosforilación oxidativa B) Glucólisis y acetilación C) Cadena transportadora de electrones y fosforilación oxidativa D) Glucólisis y ciclo de Krebs E) Acetilación y ciclo de Krebs Glucólisis y acetilación Cadena transportadora de electrones y fosforilación oxidativa Acetilación y ciclo de Krebs Cadena transportadora de electrones y fosforilación oxidativa Cadena transportadora de electrones y fosforilación oxidativa 10

11 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 11

12 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 +, Mn 2+, Cu 2+, Zn 2+, 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. Energía Con enzima Sin enzima Energía de activación con la enzima Energía de activación sin la enzima Energía total liberada durante la reacción Avance de la reacción Figura 1. Energía de activación 1.1 Características de las Enzimas - 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. 12

13 GUÍA PRÁCTICA 1.2 Actividad Enzimática Sustrato Sitio Activo Enzima 3. Los sutratos, ya unidos, salen de la enzima, la cual está lista para otros sustratos. 1. Los sustratos entran en el sitio activo con una orientación específi ca. 2. El sitio activo cambia de forma, promoviendo la reacción entre los 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. 13

14 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: Concentración de sustrato Temperatura Velocidad de la reacción Velocidad máxima Velocidad de la reacción Velocidad máxima Temperatura óptima Concentración de sustrato Temperatura ph Velocidad máxima Velocidad de la reacción ph óptimo Figura 3. Factores que modifican la velocidad de reacciones catalizadas por enzimas. ph 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

15 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 O 2 ) y la anaeróbica (sin O 2 ) Respiración aeróbica (se obtienen 36/38 ATP) ATP GLUCOSA 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. 15

16 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 O 2, liberando CO 2, H 2 O y poder reductor formado a partir de las coenzimas NAD + y FAD +, que se convierten en NADH y FADH 2, 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 FADH 2, 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 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. Prohibida su reproducción total o parcial. 16

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