Una guía sobre respiración celular. Los estudiantes deben trabajar en pequeños grupos usando esta guía, la cual presenta 4 modelos gráficos y textos "lee esto", seguidos por preguntas orientadoras diseñadas para guiar a los estudiantes en la formulación de sus propias conclusiones. El docente actúa como líder, facilitador, evaluador, trabajando con los grupos de estudiantes cuando necesitan ayuda.
Respiración celular. guía basada en la metodología pogil, para enseñanza media, biología.
1. Respiración celular
¿Por qué?
Respiración Celular
¿Cómo se transfiere y se transforma la energía en los sistemas vivos?
Los organismos vivos exhiben la propiedad del metabolismo, que es un término general para
describir los procesos llevados a cabo para adquirir y usar energía. Sabemos que las personas
necesitan comer, y en nuestros alimentos hay varios tipos de nutrientes que usan nuestras
células. Un gran grupo de nutrientes en nuestros alimentos son los carbohidratos, que
suministran glucosa a nuestras células (C6
H12
O6
). Entonces la pregunta es: ¿cómo los alimentos
que masticamos y tragamos aportan energía a nuestras células?
Modelo 1 – Glicólisis
1. Consulta el Modelo 1.
a. ¿Qué está representado por el hexágono?
b. ¿Cuántos átomos de carbono (C) hay en una molécula de glucosa?
2. Consulta el Modelo 1.
a. ¿Qué está representado por los triángulos?
b. ¿Cuántos átomos de carbono (C) hay en una molécula de ácido pirúvico?
3. En el proceso de glucólisis, ¿qué sucede con la glucosa después de que cruza la
membrana celular hacia el citoplasma de la célula?
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Actividades para enseñanza media, Biología. Guía Actualizada, corregida y adaptada por GAToledo, Depto. de Cs. SFC, 2017
¡Lee esto!
La glucólisis ocurre en el citoplasma de las células y no requiere de la presencia de oxígeno. Por
lo tanto, el proceso es anaeróbico. Es el primer paso utilizado por las células para extraer
energía de la glucosa en forma de ATP. El ATP puede ser utilizado directamente por las células.
4. Pensando en la cantidad de átomos de carbono que hay en la glucosa y en el ácido
pirúvico, explica por qué hay una molécula de glucosa en el lado izquierdo de la flecha y
dos moléculas de ácido pirúvico en el lado derecho de la flecha. (Pista: Para dar tu respuesta a
esta pregunta aplica lo propuesto, en 1745, por Lavoisier: “la materia no se crea ni se destruye, sólo se
transforma”)
5. ¿Cuántas moléculas de ATP se producen durante la glucólisis?
6. Las moléculas que transportan hidrógeno también se producen durante la glucólisis. ¿Cuál es
el símbolo de estas moléculas portadoras de hidrógeno?
7. ¿La glucólisis ocurre dentro o fuera de las mitocondrias?
Modelo 2 –El ciclo de Krebs (La siguiente imagen resume las reacciones químicas por
las que pasa una molécula de ácido pirúvico. La glicólisis genera dos moléculas de ácido pirúvico)
8. Según el Modelo 2, ¿qué le sucede al ácido pirúvico durante el ciclo de Krebs?
9. De acuerdo con el Modelo 2, ¿dónde ocurre el cambio identificado en la pregunta anterior?
3. Respiración celular
10. Ten en cuenta la cantidad de átomos de carbono que están formando la molécula de
ácido pirúvico y explica por qué se producen tres moléculas de dióxido de carbono
por cada ácido pirúvico que es descompuesto durante el ciclo de Krebs.
11. Considerando que la glucólisis produce dos moléculas de ácido pirúvico por molécula
de glucosa, ¿cuántas moléculas CO2 en total se producirán a partir de la
descomposición completa de cada molécula de glucosa? Escribe una ecuación
matemática para apoyar tu respuesta.
12. ¿Cuáles son las dos moléculas transportadoras de hidrógeno que se forman durante el
ciclo de Krebs?
13. Completa la tabla observando los procesos completos de la glucólisis y del ciclo de
Krebs. Escribe en la tabla la cantidad total producida tanto de ATP como de moléculas
transportadoras de electrones.
Proceso ATP NADH FADH2
Glicólisis
Ciclo de Krebs
(1er
ácido pirúvico)
Ciclo de Krebs
(2do
ácido pirúvico)
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Modelo 3 – La cadena de Transporte de electrones
14. ¿Cuál organelo celular y cuál estructura de ese organelo es el sitio para la cadena de
transporte de electrones?
15. Rotula las proteínas transportadoras en el Modelo 3.
16. ¿Qué sustancia química es bombeada por las proteínas transportadoras a través de la
membrana mitocondrial interna desde la matriz mitocondrial hacia el espacio
intermembrana?
¡Lee esto!
Las moléculas NADH y FADH2 permiten que se liberen iones de H
+
que son transportados a
través de la membrana mitocondrial interna con la ayuda de la energía aportada por electrones.
El resultado de estos procesos múltiples es la producción de grandes cantidades de ATP.
17. ¿Qué moléculas de alta energía son formadas por la cadena de transporte de electrones?
(Pista: Fíjate en la última proteína semi-rectangular dispuesta en la membrana mitocondrial interna, llamada
también “cresta mitocondrial)
18. Consulta el Modelo 3.
a. ¿Qué átomo acepta el ion de hidrógeno al final de la cadena de transporte de
electrones?
b. ¿Qué molécula se forma como producto de esa aceptación?
19. Formula una explicación que dé a entender el por qué los eventos de la cadena de
transporte de electrones constituyen un proceso aeróbico en lugar de un proceso
anaeróbico (como la glucólisis). explicar
5. Respiración celular
¡Lee esto!
Recuerda que la glucólisis produce dos moléculas de ácido pirúvico por molécula de glucosa
junto con dos de moléculas de NADH que transportan electrones. Recuerda también que el ciclo
de Krebs produce NADH, así como otro transportador de hidrógeno llamado FADH2. Es
importante saber que cuando cada NADH y FADH2 transfieren los electrones al pasar a lo largo
de la cadena de moléculas donantes y aceptoras de electrones, caen en estados de energía
sucesivamente más bajos. La energía que los electrones liberan en este proceso es usada para
bombear iones H+
(protones) a través de la membrana, desde el compartimiento mitocondrial
más interno (la matriz) al espacio intermembrana (y luego al citosol), generando un gradiente de
iones H
+
. Este gradiente sirve como una importante fuente de energía para las células, siendo la
más destacada, la generación de ATP por la fosforilación de ADP. En este proceso, cada par de
electrones donados por el NADH generado en el ciclo de Krebs proporciona energía para formar
Ca. 2,5 moléculas de ATP y cada par de electrones donados por el NADH generado en la glicólisis
proporciona energía para formar Ca. 1,5 moléculas de ATP, la misma cantidad de energía dada
por el par de electrones transferidos a la cadena por el FADH2.
20. Completa la tabla a continuación para calcular la cantidad total de ATP producido a
partir de la descomposición de cada molécula de glucosa durante los tres pasos de la
respiración celular.
Nº deATP
producido a
partir de una
molécula de
glucosa.
Nº de Transportadores de electrones
producidos a partir de unamolécula de
glucosa.
NADH FADH2
Glicólisis
Ciclo de Krebs
Cadena de Transporte de
electrones
x 2,5 (NADH surgido
del Ciclo de Krebs)
x 1,5 (NADH (surgido
de la glicólisis)
x 1,5
Moléculas de ATP producido
ATP total producido (suma el resultado de
las 3 columnas)
21. Revisa la ecuación de la respiración celular y escribe en qué etapa del proceso se
usa o se produce cada molécula.
C6H12O6 + 6O2 ® 6CO2 + 6H2O + ≈30 ATP
22. Compara el ATP disponible para las células cuando hay oxígeno presente y cuando
está ausente. ¿Cómo podría esto a ayudarte explicar por qué las funciones del
cerebro y del corazón se ven afectadas tan rápidamente cuando una persona no
puede respirar?
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Preguntas de extensión
Modelo 4 – Dos clases de Respiración anaeróbica
Fermentación (O2 ausente en la célula)
23. ¿Cuáles son las sustancias que se pueden formar en la respiración anaeróbica?
24. Recuerda que sólo se forman dos moléculas de ATP durante la glucólisis. Ninguno de
los procesos de fermentación que se muestran arriba crea más ATP. Sabiendo esto,
haz una predicción sobre la energía celular disponible para los organismos que llevan a
cabo la fermentación.
25. Investiga la relación entre el esfuerzo excesivo de los músculos y la formación de ácido
láctico. ¿Cómo se relaciona esto con "la quemadura" que se siente durante una actividad
extenuante?
http://www.bbc.com/mundo/noticias/2015/08/150723_deportes_finde_evitar_dolor_ejercicio_yv
26. ¿En la fabricación de cuáles alimentos comunes está involucrado el proceso de
fermentación? Usa el siguiente URL para hacer una lista de los alimentos y los
organismos específicos utilizados.
http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/biotec/contenidos8.htm
Ácido
pirúvico
Ácido
Pirúvico CO2