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UNIDAD 9 LA CELULA
ORGANIZACIOacuteN Y ESTRUCTURA DE LOS SERES VIVOS LA CEacuteLULA
iquestQueacute es la vida
Llamamos vida a la capacidad que tienen algunos seres vivos de realizar una serie de actividades llamadas funciones vitales que son posibles gracias a un determinado modo de organizacioacuten de la materia
Concepto de ser vivo
Un ser vivo es una estructura capaz de realizar todas las funciones vitales
Concepto de vida
Estado de actividad de un ser orgaacutenico
Funciones vitales
Llamamos funciones vitales al conjunto de actividades (o procesos) que pueden realzar todos los seres vivos
22 Funciones de nutricioacuten
Permiten al individuo obtener la materia necesaria para crecer y reponer las estructuras que van degenerando y la energiacutea con la que mantener su actividad vital Estas funciones uacutenicamente pueden ser realizadas por seres altamente organizados como son los seres vivos razoacuten por la cual reciben el nombre de organismos
23 Funciones de relacioacuten
Que ponen al individuo en contacto con el medio y le permiten reaccionar frente a los cambios coordina la organizacioacuten interna
24 Funciones de reproduccioacuten
Que permiten al individuo producir nuevos individuos semejantes a siacute mismos de forma que se garantice la continuidad de la especie
Organizacioacuten de los seres vivos
En la constitucioacuten de los seres vivos entran los mismos elementos quiacutemicos que en la Tierra o los demaacutes astros del universo eacutestos elementos se agrupan formando moleacuteculas algunas de las cuales poseen propiedades muy diferentes a las que encontramos en los seres inanimados
La diferencia entre los seres vivos y no vivos se encuentra en su grado de organizacioacuten que en los rimeros es especial y caracteriacutestica como consecuencia del modo en que se combinan sus aacutetomos El primer nivel de organizacioacuten en el que aparecen todas las caracteriacutesticas de los seres vivos es la ceacutelula
Niveles de organizacioacuten de la materia viva
PARTIacuteCULAS ELEMENTALES
(Protones electrones)
AacuteTOMOS
(C H N O)
MOLEacuteCULAS SENCILLAS
(Glucosa aminoaacutecidos)
MACROMOLEacuteCULAS
(Almidoacuten proteiacutenas)
ORGAacuteNULOS
(Mitocondrias) SERES VIVOS
CEacuteLULAS UNICELULARES
TEJIDOS
OacuteRGANOS
APARATOS
SERES VIVOS PLURICELULARES INDIVIDUO
POBLACIOacuteN
COMUNIDAD
BIOSFERA
VOCABULARIO
Partiacuteculas elementales partes pequentildeas necesarias para constituir el aacutetomo
Aacutetomos parte maacutes pequentildea que podemos descomponer sin que pierda las caracteriacutesticas
quiacutemicas y fiacutesicas
Moleacuteculas sencillas agrupacioacuten indefinida de aacutetomos considerada como primer elemento de la
composicioacuten fiacutesica de los cuerpos
Macromoleacuteculas agrupaciones moleculares de grandes nuacutemeros de aacutetomos
Orgaacutenulos estructuras o partes de una ceacutelula que en eacutesta cumple la funcioacuten de oacutergano Conjunto de macromoleacuteculas
Ceacutelulas elementos atoacutemicos microscoacutepicos primordiales en los seres vivos Unidad elemental
de la vida
Tejidos agregados de ceacutelulas de la misma estructura y anaacuteloga funcioacuten
Oacuterganos estructura formada por una asociacioacuten de tejidos que realizan una funcioacuten
Aparatos instrumentos o conjunto de instrumentos que ejercen una funcioacuten
Unicelular que consta de una sola ceacutelula
Pluricelular que consta de dos o maacutes ceacutelulas
Sistema todo el conjunto de oacuterganos estaacute constituido por el mismo elemento
Individuo ser organizado respecto de su especie
Poblacioacuten conjunto de individuos de la misma especie
Comunidad conjunto de individuos de todas las especies que viven en una zona determinada
Biosfera conjunto de seres vivos que habitan la tierra
Composicioacuten de los seres vivos
El nivel celular es el nivel estructural maacutes sencillo que puede realizar las funciones de la vida pero si la ceacutelula es un ser vivo se debe a que en ella se estaacuten produciendo continuamente numerosas reacciones quiacutemicas entre la gran variedad de moleacuteculas que la forman
Los compuestos que caracterizan a los seres vivos son las moleacuteculas orgaacutenicas que reciben este nombre porque en un principio soacutelo se podiacutean obtener a partir de los organismos (salvo alguna excepcioacuten como el metano CH4)
41 Los bioelementos
Las moleacuteculas orgaacutenicas estaacuten formadas por una serie de elementos que aunque tambieacuten forman parte de la materia no viva son particularmente abundantes en los seres vivos de ahiacute que se les llamen bioelementos
42 Materia orgaacutenica e inorgaacutenica
El elemento fundamental de la materia orgaacutenica es el carbono (C) Pero ademaacutes para que una moleacutecula pueda ser considerada moleacutecula orgaacutenica el carbono debe estar unido directamente con el hidroacutegeno (H) Ademaacutes en estas moleacuteculas el carbono se combina consigo mismo lo que puede dar lugar a largas cadenas hidrocarbonatadas que pueden ramificarse e incluso cerrarse formando anillos
En general las moleacuteculas orgaacutenicas son maacutes grandes que las inorgaacutenicas
En las moleacuteculas orgaacutenicas el carbono puede unirse tambieacuten al oxiacutegeno (O) nitroacutegeno (N) foacutesforo (P) y algunos maacutes con lo cual la diversidad de las moleacuteculas orgaacutenicas es casi infinita Esta variedad no se refiere soacutelo a su diferente tamantildeo y estructura sino a la diversidad de funciones que realizan
Un aspecto fundamental que diferencia a las moleacuteculas orgaacutenicas de las inorgaacutenicas es su contenido energeacutetico Para mantener unidos los aacutetomos en las moleacuteculas orgaacutenicas se necesita una energiacutea que queda almacenada en los enlaces Cuando se rompen estos enlaces se libera la energiacutea
43 Concepto de macromoleacutecula
Las macromoleacuteculas se forman por la unioacuten de moleacuteculas sencillas que podemos considerar como las unidades de eacutestas grandes moleacuteculas
Una macromoleacutecula puede estar formada por unidades sencillas todas iguales como es el caso del almidoacuten formado por cientos o miles de moleacuteculas de glucosa Pero otras veces las macromoleacuteculas estaacuten formadas por distintos tipos de unidades que pueden repetirse en determinado orden tal es el caso de las proteiacutenas formadas por la unioacuten de una treintena de aminoaacutecidos distintos y de los aacutecidos nucleicos formados por la unioacuten de cuatro nucleoacutetidos distintos
44 Principales moleacuteculas orgaacutenicas gluacutecidos liacutepidos proacutetidos y aacutecidos nucleicos
Los gluacutecidos son en su mayoriacutea utilizados por los seres vivos como fuente de energiacutea Algunos de ellos son pequentildeas moleacuteculas de sabor dulce razoacuten por la cual se les llama azuacutecares como por ejemplo la glucosa mientras que otros son grandes moleacuteculas formadas por la unioacuten de unidades menores como es el caso del almidoacuten o la celulosa
Los liacutepidos incluyen una gran variedad de moleacuteculas que tienen en comuacuten ser insolubles en agua Entre los maacutes frecuentes y conocidos estaacuten las grasas que actuacutean como reserva de energiacutea
Los proacutetidos realizan una gran variedad de funciones debido a que las proteiacutenas pueden ser muy diversas entre siacute Destacaremos sus importancias como constituyentes estructurales fundamentales de los seres vivos
Los aacutecidos nucleicos (ADN y ARN) se encuentran en el nuacutecleo de la ceacutelula Podemos decir que son las moleacuteculas maacutes importantes de los seres vivos porque contienen las instrucciones que determinan todo el ser vivo Son macromoleacuteculas formadas por soacutelo cuatro unidades (nucleoacutetidos) que se repiten cientos de miles de veces en un cierto orden El orden en que estaacuten colocadas estas unidades determinan el coacutedigo geneacutetico
45 Moleacuteculas inorgaacutenicas presentes en los seres vivos
Las reacciones quiacutemicas propias de la vida que se dan entre las moleacuteculas orgaacutenicas no seriacutean posibles sin la presencia y la participacioacuten de una moleacutecula sencilla el agua (H2O) que ademaacutes es la moleacutecula maacutes abundante en los seres vivos
Otro componente inorgaacutenico de los seres vivos aunque se encuentra en cantidades pequentildeas son las sales minerales Entre las maacutes importantes podemos citar los cloruros (Cl-) fosfatos (PO4-) y carbonatos (CO3-2) A pesar de su pequentildea proporcioacuten su funcioacuten es muy importante por lo que son imprescindibles
La ceacutelula
El primero en observar ceacutelulas fue el cientiacutefico ingleacutes Robert Hooke en 1665 al examinar una laacutemina de corcho en un microscopio que el mismo habiacutea construido El corcho observado en aumento pareciacutea estar constituido por pequentildeas celdillas rodeadas por una pared riacutegida por lo que asignoacute el teacutermino ceacutelula para referirse a estas estructuras
Dos siglos despueacutes de la primera observacioacuten de ceacutelulas (en 1839) dos cientiacuteficos alemanes (Schleiden y Schwann) elaboraron la teoriacutea celular de los seres vivos
Caracteriacutesticas generales de las ceacutelulas
Hay ceacutelulas de formas y tamantildeos muy variados Algunas de las ceacutelulas bacterianas maacutes pequentildeas tienen forma ciliacutendrica (la forma de las ceacutelulas estaacute relacionada con la funcioacuten que desempentildean) de menos de una micra o microm (1 microm es igual a una milloneacutesima de metro) de longitud En el extremo opuesto se encuentran las ceacutelulas nerviosas corpuacutesculos de forma compleja con numerosas prolongaciones delgadas que pueden alcanzar varios metros de longitud (las del cuello de la jirafa constituyen un ejemplo espectacular) Casi todas las ceacutelulas vegetales tienen entre 20 y 30 microm de longitud forma poligonal y pared celular riacutegida Las ceacutelulas de los tejidos animales suelen ser compactas entre 10 y 20 microm de diaacutemetro y con una membrana superficial deformable y casi siempre muy plegada
Pese a las muchas diferencias de aspecto y funcioacuten todas las ceacutelulas estaacuten envueltas en una membrana mdashllamada membrana plasmaacuteticamdash que encierra una sustancia rica en agua llamada citoplasma
En el interior de las ceacutelulas tienen lugar numerosas reacciones quiacutemicas que les permiten crecer producir energiacutea y eliminar residuos El conjunto de estas reacciones se llama metabolismo (teacutermino que proviene
de una palabra griega que significa cambio) Todas las ceacutelulas contienen informacioacuten hereditaria codificada en moleacuteculas de aacutecido desoxirribonucleico (ADN) esta informacioacuten dirige la actividad de la ceacutelula y asegura la reproduccioacuten y el paso de los caracteres a la descendencia
Estas y otras numerosas similitudes (entre ellas muchas moleacuteculas ideacutenticas o casi ideacutenticas) demuestran que hay una relacioacuten evolutiva entre las ceacutelulas actuales y las primeras que aparecieron sobre la Tierra
Diferentes formas de las ceacutelulas
Esfeacuterica las no especializadas y libres
Estrelladas las neuronas
Fusiformes fibras musculares
Prismaacuteticas epiacuteteto intestinal
Teoriacutea celular de los seres vivos
Se puede resumir en tres principios
1- Todos los organismos vivos estaacuten constituidos por una o varias ceacutelulas la ceacutelula es por tanto la unidad vital de los seres vivos
2- Las ceacutelulas son capaces de una existencia independiente las ceacutelulas son por tanto la unidad anatoacutemica y fisioloacutegica de los seres vivos
3- Toda nueva ceacutelula proviene de otra ceacutelula ya existente la ceacutelula es por tanto la unidad geneacutetica de los seres vivos
Tipos de organizacioacuten celular
Todos los seres vivos estaacuten formados por ceacutelulas a veces se trata de seres unicelulares (con una sola ceacutelula) como una ameba una bacteria o una levadura Otras veces son seres pluricelulares como un pino un leoacuten o nosotros mismos Un ser pluricelular puede llegar a tener mucho millones de ceacutelulas
En todas las ceacutelulas podemos distinguir tres partes una envoltura o membrana plasmaacutetica un contenido o citoplasma que posee diversos orgaacutenulos y un material hereditario en forma de ADN Pero con estas caracteriacutesticas comunes pueden presentarse dos tipos de organizacioacuten celular procariota y eucariota
Ceacutelula eucarioacutetica
Las ceacutelulas eucarioacuteticas son mucho mayores y maacutes complejas Su material geneacutetico estaacute rodeado por una membrana nuclear formando un nuacutecleo y de igual modo se diferencian otros orgaacutenulos muchos de ellos rodeados por una membrana
Ceacutelula animal
Las estructuras internas de la ceacutelula animal estaacuten separadas por membranas Destacan las mitocondrias orgaacutenulos productores de energiacutea asiacute como las membranas apiladas del retiacuteculo endoplasmaacutetico liso (productor de liacutepidos) y rugoso (productor de proteiacutenas) El aparato de Golgi agrupa las proteiacutenas para exportarlas a traveacutes de la membrana plasmaacutetica mientras que los lisosomas contienen enzimas que descomponen algunas de las moleacuteculas que penetran en la ceacutelula La membrana nuclear envuelve el material geneacutetico celular
Ceacutelula vegetal
Las ceacutelulas vegetales asiacute como las animales presentan un alto grado de organizacioacuten con numerosas estructuras internas delimitadas por membranas La membrana nuclear establece una barrera entre la cromatina (material geneacutetico) y el citoplasma Las mitocondrias de interior sinuoso convierten los nutrientes en energiacutea que utiliza la planta A diferencia de la ceacutelula animal la vegetal contiene cloroplastos unos orgaacutenulos capaces de sintetizar azuacutecares a partir de dioacutexido de carbono agua y luz solar Otro rasgo diferenciador es la pared celular formada por celulosa riacutegida y la vacuola uacutenica y llena de liacutequido muy grande en la ceacutelula vegetal
Ceacutelula procarioacutetica
Se caracteriza por su gran simplificacioacuten pues en ella faltan muchas de las estructuras que poseen las otras ceacutelulas El material hereditario se encuentra disperso en el citoplasma no tienen nuacutecleo Este tipo de organizacioacuten las bacterias y otras ceacutelulas procarioacuteticas carecen casi siempre de muchas de las estructuras internas propias de las ceacutelulas eucarioacuteticas Asiacute el citoplasma de las procarioacuteticas estaacute rodeado por una membrana plasmaacutetica y una pared celular (como en las ceacutelulas vegetales) pero no hay membrana nuclear ni por tanto nuacutecleo diferenciado Las moleacuteculas circulares de ADN estaacuten en contacto directo con el citoplasma Ademaacutes carecen de mitocondrias retiacuteculo endoplasmaacutetico cloroplastos y
aparato de Golgi Aunque en general las ceacutelulas procarioacuteticas carecen de estructuras internas delimitadas por membrana las cianobacterias como la ilustrada aquiacute siacute contienen numerosas membranas llamadas tilacoides que contienen clorofila y pigmentos fotosinteacuteticos que utilizan para captar la energiacutea de la luz solar y sintetizar azuacutecares
Ceacutelula Procariota cianobacteria
Estructura de la ceacutelula eucarioacutetica
En algunos tipos de ceacutelulas hay una pared celular rodeando externamente la membrana que da proteccioacuten y rigidez y permite a los seres vivos que las tienen prescindir de un esqueleto
La membrana celular o citoplasmaacutetica la poseen todas las ceacutelulas Limita la ceacutelula le da forma y regula las sustancia que la atraviesan tanto hacia el interior como al exterior
El nuacutecleo es la parte donde se encuentra el ADN en forma de largos filamentos formando un ovillo (cromatina) Dirige toda la actividad celular y ese el responsable de la transmisioacuten de los caracteres hereditarios gracias a la capacidad que tiene el ADN de autoduplicarse Esto le permite que las ceacutelulas hijas se parezcan a la ceacutelula madre El material hereditario estaacute envuelto por una membrana nuclear que regula las sustancias que entran y salen del nuacutecleo y lo separa y delimita claramente del citoplasma Cuando la ceacutelula de divide el ADN adopta la forma de pequentildeos bastones llamados cromosomas
El contenido celular es el citoplasma Se trata de una disolucioacuten acuosa llamada hialoplasma en la que se hallan inmersos los orgaacutenulos citoplasmaacuteticos que son diversas estructuras que cumplen funciones concretas en la ceacutelula
Principales orgaacutenulos celulares y sus funciones
Entre los orgaacutenulos citoplasmaacuteticos maacutes importantes se pueden destacar los ribosomas que intervienen en la siacutentesis (fabricacioacuten) de las proteiacutenas que la ceacutelula necesita Las mitocondrias son las encargadas de llevar a cabo las reacciones quiacutemicas destinadas a obtener la energiacutea necesaria para la actividad celular (mediante un proceso llamado ldquorespiracioacuten celularrdquo) La red de tubos del retiacuteculo endoplasmaacutetico sirve para el transporte de diversas sustancias de una parte de la ceacutelula a otra
En relacioacuten con el retiacuteculo endoplasmaacutetico se encuentra en el Aparato de Golgi que se encarga de la secrecioacuten de diversos productos celulares
Para ldquodigerirrdquo las sustancias alimenticias que la ceacutelula animal capta estaacuten los lisosomas estos rompen las moleacuteculas grandes en moleacuteculas pequentildeas
Las ceacutelulas animales poseen ademaacutes un centrosoma formado por un par de orgaacutenulos ciliacutendricos llamados centriacuteolos que se encargan del control de los movimientos celulares incluido el movimiento de los cromosomas durante la divisioacuten celular
Los cloroplastos presentes en las ceacutelulas vegetales contienen clorofila y sirven para llevar a cabo la fotosiacutentesis (siacutentesis de materia orgaacutenica a partir de materia inorgaacutenica para lo cual se necesita la
energiacutea de la luz) Para almacenar sustancias de cualquier tipo las ceacutelulas vegetales poseen unas vesiacuteculas denominadas vacuolas
Muchas ceacutelulas estaacuten dotadas de movimiento mientras que otras son inmoacuteviles Para posibilitar el movimiento pueden aparecer diversas estructuras como los cilios y los flagelos
Ceacutelulas Eucariotas versus ceacutelulas Procariotas
Basaacutendonos en la organizacioacuten de las estructuras celulares todos las ceacutelulas vivientes pueden ser
divididas en dos grandes grupos Procariotas y Eucariotas (tambieacuten hay quien escribe prokariota y
eukariota) Animales plantas hongos protozoos y algas todos poseen ceacutelulas de tipo Eucariota Soacutelo las
bacterias (Eubacterias y Archaebacterias) tienen ceacutelulas de tipo Procariota
La ceacutelula procariota
La palabra procariota viene del griego (pro = previo a karyon = nuacutecleo) y significa pre-nuacutecleo Los
miembros del mundo procariota constituyen un grupo heterogeacuteneo de organismos unicelulares muy
pequentildeos incluyendo a las eubacterias (donde se encuentran la mayoriacutea de las bacterias) y las archaeas
(archaeabacteria)
Una tiacutepica ceacutelula procariota estaacute constituida por las siguientes estructuras principales pared celular
membrana citoplasmaacutetica ribosomas inclusiones y nucleoide
Las ceacutelulas procariotas son generalmente mucho maacutes pequentildeas y maacutes simples que las Eucariotas
La ceacutelula eucariota
El teacutermino eucariota hace referencia a nuacutecleo verdadero (del griego eu = buen karyon = nuacutecleo) Los
organismos eucariotas incluyen algas protozoos hongos plantas superiores y animales Este grupo de
organismos posee un aparato mitoacutetico que son estructuras celulares que participan de un tipo de divisioacuten
nuclear denominada mitosis tal como imnuacutemeras organelas responsables de funciones especiacuteficas
incluyendo mitocondrias retiacuteculo endoplasmaacutetico y cloroplastos
La ceacutelula eucariota es tiacutepicamente mayor y estructuralmente maacutes compleja que la ceacutelula procariota
Algunas diferencias estructurales
Comparacioacuten entre ceacutelula procariota y ceacutelula eucariota
Pared celular
En los prokariotas es una estructura riacutegida que envuelve la membrana citoplasmaacutetica responsable de la
forma de la ceacutelula y de su proteccioacuten contra la lisis osmoacutetica
Bacterias Gram-positivas la pared celular de esas bacterias estaacute compuesta dr muchas capas de una
macromoleacutecula denominada peptidoglicano (disacaacuteridos ligados a polipeacuteptidos) y aacutecidos teicoacuteicos
(constituidos por alcohol y fosfato)
Bacterias Gram-negativas la pared celular estaacute representada por una fina capa de peptidoglicano situada
en medio de dos capas lipoproteiacutenas la capa externa ademaacutes de lipoproteiacutenas tiene lipopolisacaacuteridos y
fosfoliacutepidos
Los procariotas pueden presentar estructuras externas en la pared celular Las ceacutelulas bacterianas
pueden contener glicocaacutelix un poliacutemero gelatinoso compuesto por polisacaacuteridos yo polipeacuteptidos
(caacutepsula) flagelo un largo filamento responsable de la movilidad celular filamentos axiales (endoflagelo)
fimbrias que son filamentos menores y maacutes finos que los flagelos cuya principal funcioacuten es la
adherencia y Pili maacutes largos que las fimbrias y en nuacutemero de uno o dos
Muchas ceacutelulas eucariotas poseen pared celular aunque sean maacutes simples que las de las ceacutelulas
procariotas la pared celular de las algas y de las plantas estaacuten constituidas principalmente por celulosa
la de los hongos por celulosa y principalmente quitina la de las levaduras por polisacaacuteridos En las ceacutelulas
eucariotas de los animales la membrana plasmaacutetica se encuentra recubierta por una capa de glicocaacutelix
(sustancia que contiene carbohidratos)
Membrana citoplasmaacutetica
La membrana citoplasmaacutetica de las ceacutelulas procariotas y eucariotas presenta gran similitud en cuanto a
funcioacuten y estructura baacutesica Funciona como una barrera de permeabilidad separando el lado de dentro
del lado de fuera de la ceacutelula Estaacute constituida por una capa doble de fosfoliacutepidos y proteiacutenas las cuales
pueden estar organizadas de diferentes formas
En los Eucariotas la membrana contiene carbohidratos que poseen la funcioacuten de siacutetios receptores y
esteroides que impiden la lisis osmoacutetica Muchos tipos de ceacutelulas eucariotas poseen flagelos y ciacutelios en la
membrana plasmaacutetica Esas estructuras son utilizadas para la locomocioacuten o para mover substancias a lo
largo de la superficie celular
Ribosomas
En los prokariotas son pequentildeas partiacuteculas formadas por proteiacutenas y aacutecido ribonucleacuteico (ARN)
funcionando como lugar de siacutentese proteica Una simple ceacutelula procariota puede poseer cerca de 10000
ribosomas confiriendo al citoplasma una apariencia granular
En los eukariotas son mayores y maacutes densos que los de los procariotas y se encuentran ligados a la
superficie del retiacuteculo endoplasmaacutetico rugoso y libres en el citoplasma de la ceacutelula Como en los
procariotas constituyen el lugar de la siacutentesis proteica
Regioacuten nuclear
La regioacuten nuclear de una ceacutelula procariota difiere significativamente de la de una ceacutelula eucariota el aacuterea
nuclear denominada nucleoide de una ceacutelula bacteriana tiene una uacutenica moleacutecula larga y circular de
DNA doble el cromosoma bacteriano que contiene todas las informaciones necesarias para el
funcionamiento y estructuracioacuten celular El cromosoma procarioacutetico estaacute ligado a la membrana plasmaacutetica
no contiene histonas y no se encuentra rodeado por una membrana nuclear
Las bacterias pueden contener ademaacutes del cromosoma moleacuteculas de DNA doble pequentildeas y circulares
denominadas plaacutesmidos Esas moleacuteculas son elementos geneacuteticos extracromosoacutemicos no esenciales
para la supervivencia bacteriana y poseen mecanismos de replicacioacuten independientes del DNA
cromosoacutemico La ventaja de poseer un plaacutesmido es que puede contener genes de resistencia a los
antibioacuteticos tolerancia a los metales toacutexicos siacutentesis de enzimas etc
La diferencia clave con la ceacutelula eucariota es la presencia de un nuacutecleo verdadero en esta uacuteltima La
regioacuten nuclear de los Eucariotas estaacute envuelta por una membrana nuclear separando el citoplasma del
nuacutecleo
Este nuacutecleo es generalmente la mayor estructura celular con forma esfeacuterica u oval y estaacute envuelto por
una membrana doble denominada membrana nuclear que contiene en su interior moleacuteculas de ADN
organizadas en cromosomas que contienen todas la informacioacuten hereditaria
La membrana nuclear es estructuralmente semejante a la membrana plasmaacutetica estaacute conectada al
retiacuteculo endoplasmaacutetico y posee poros nucleares que permiten la entrada y salida de substancias
Los pasos clave de la informacioacuten bioloacutegica replicacioacuten de ADN y siacutentesis de ARN suceden en el nuacutecleo
El ARN ribosoacutemico es producido por uno o maacutes cuerpos esfeacutericos denominados nucleacuteolos
Las ceacutelulas eucariotas apenas poseen organelas que son estructuras especializadas representadas por
el nuacutecleo retiacuteculo endoplasmaacutetico complejo de Golgi mitocondria cloroplastos lisosomas y centriacuteolos
La ceacutelula Estructura y funcioacuten
Hasta el final del s XIX no se elaboroacute la teoriacutea celular que enuncia que la ceacutelula es la unidad morfoloacutegica fisioloacutegica y geneacutetica de todos los seres vivos y que ademaacutes toda ceacutelula proviene de otra Todas las ceacutelulas tienen una estructura comuacuten la membrana plasmaacutetica el citoplasma y el material geneacutetico o ADN Se distinguen dos clases de ceacutelulas las ceacutelulas procariotas (sin nuacutecleo) y las ceacutelulas eucariotas mucho maacutes evolucionadas y que presentan nuacutecleo cito esqueleto en el citoplasma y orgaacutenulos membranosos con funciones diferenciadas
Forma y tamantildeo de las ceacutelulas
La ceacutelula es una estructura constituida por tres elementos baacutesicos membrana plasmaacutetica citoplasma y
material geneacutetico (ADN) Las ceacutelulas tienen la capacidad de realizar las tres funciones vitales nutricioacuten
relacioacuten y reproduccioacuten (ver t13)
La forma de las ceacutelulas estaacute determinada baacutesicamente por su funcioacuten La forma puede variar en
funcioacuten de la ausencia de pared celular riacutegida de las tensiones de uniones a ceacutelulas contiguas
de la viscosidad del citosol de fenoacutemenos osmoacuteticos y de tipo de citoesqueleto interno
El tamantildeo de las ceacutelulas es tambieacuten extremadamente variable Los factores que limitan su
tamantildeo son la capacidad de captacioacuten de nutrientes del medio que les rodea y la capacidad
funcional del nuacutecleo
Cuando una ceacutelula aumenta de tamantildeo aumenta mucho maacutes su volumen (V) que su superficie (S) (debido a que V = 43pr
3 mientras que S = 43pr
2) Esto implica que la relacioacuten superficievolumen
disminuye lo que es un gran inconveniente para la ceacutelula ya que la entrada de nutrientes estaacute en funcioacuten de su superficie y no del volumen Por este motivo la mayoriacutea de las ceacutelulas maduras son aplanadas prismaacuteticas e irregulares y pocas son esfeacutericas de forma que asiacute mantienen la relacioacuten
superficievolumen constante El aumento de volumen de la ceacutelula nunca va acompantildeado del aumento de volumen del nuacutecleo ni de su dotacioacuten cromosoacutemica
Ceacutelula procariota bacteria Gram positiva
Ceacutelula eucariota Epitelial secretora
Estructura de las ceacutelulas
La estructura comuacuten a todas las ceacutelulas comprende la membrana plasmaacutetica el citoplasma y el material geneacutetico o ADN
Membrana plasmaacutetica constituida por una bicapa lipiacutedica en la que estaacuten englobadas ciertas
proteiacutenas Los liacutepidos hacen de barrera aislante entre el medio acuoso interno y el medio acuoso
externo
El citoplasma abarca el medio liacutequido o citosol y el morfoplasma (nombre que recibe una serie
de estructuras denominadas orgaacutenulos celulares)
El material geneacutetico constituido por una o varias moleacuteculas de ADN Seguacuten esteacute o no rodeado
por una membrana formando el nuacutecleo se diferencian dos tipos de ceacutelulas las procariotas (sin
nuacutecleo) y las eucariotas (con nuacutecleo)
Las ceacutelulas eucariotas ademaacutes de la estructura baacutesica de la ceacutelula (membrana citoplasma y
material geneacutetico) presentan una serie de estructuras fundamentales para sus funciones vitales (ver t27 y t28)
El sistema endomembranoso es el conjunto de estructuras membranosas (orgaacutenulos)
intercomunicadas que pueden ocupar casi la totalidad del citoplasma
Orgaacutenulos transductores de energiacutea son las mitocondrias y los cloroplastos Su funcioacuten es la
produccioacuten de energiacutea a partir de la oxidacioacuten de la materia orgaacutenica (mitocondrias) o de energiacutea
luminosa (cloroplastos)
Estructuras carentes de membranas estaacuten tambieacuten en el citoplasma y son los ribosomas
cuya funcioacuten es sintetizar proteiacutenas y el citoesqueleto que da dureza elasticidad y forma a las
ceacutelulas ademaacutes de permitir el movimiento de las moleacuteculas y orgaacutenulos en el citoplasma
El nuacutecleo mantiene protegido al material geneacutetico y permite que las funciones de transcripcioacuten y
traduccioacuten se produzcan de modo independiente en el espacio y en el tiempo
En el exterior de la membrana plasmaacutetica de la ceacutelula procariota (ver t40) se encuentra la pared celular
que protege a la ceacutelula de los cambios externos El interior celular es mucho maacutes sencillo que en las eucariotas en el citoplasma se encuentran los ribosomas praacutecticamente con la misma funcioacuten y estructura que las eucariotas pero con un coeficiente de sedimentacioacuten menor Tambieacuten se encuentran los mesosomas que son invaginaciones de la membrana No hay por tanto citoesqueleto ni sistema
endomembranoso El material geneacutetico es una moleacutecula de ADN circular que estaacute condensada en una regioacuten denominada nucleoide No estaacute dentro de un nuacutecleo con membrana y no se distinguen nucleolos
Las teoriacuteas celulares
Las ceacutelulas se descubrieron en el siglo XVII El primero en observarlas fue el ingleacutes Robert Hooke en 1665 Con un microscopio muy rudimentario Hooke examinoacute una preparacioacuten de corcho y descubrioacute que pareciacutea estar compuesto por pequentildeas celdillas rodeadas de paredes riacutegidas Decidioacute llamar ceacutelulas a aquellas estructuras pero lo cierto es que sus ojos le engantildearon En realidad soacutelo habiacutea visto las paredes celulares muertas del corcho Hubo que esperar hasta el siglo XIX para que dos cientiacuteficos Matthias Jakob Schleiden y Theodor Schwann formularan una teoriacutea que explicara la estructura y funcionamiento de las ceacutelulas En 1839 establecieron que todo ser vivo estaacute formado por una o muchas ceacutelulas que eacutesta es la estructura maacutes pequentildea que cumple todas las funciones vitales y que toda ceacutelula procede a su vez de otra ceacutelula que se ha dividido
La teoriacutea celular
Principios de la teoriacutea celular
1 Todos los seres vivos estaacuten constituidos por una o maacutes ceacutelulas es decir la ceacutelula es la unidad morfoloacutegica de todos los seres vivos
2 La ceacutelula es capaz de realizar todos los procesos necesarios para permanecer con vida es decir la ceacutelula es la unidad fisioloacutegica de los organismos
3 Toda ceacutelula proviene de otra ceacutelula
4 La ceacutelula contiene toda la informacioacuten sobre la siacutentesis de su estructura y el control de su funcionamiento y es capaz de transmitirla a sus descendientes es decir la ceacutelula es la unidad geneacutetica
autoacutenoma de los seres vivos
El primer y segundo principios fueron establecidos por Schleiden y Schwann posteriormente Virchow
aportoacute el tercer principio sobre el origen de la ceacutelula La teoriacutea celular se puede completar con el cuarto principio propuesto por Sutton y Boveri
Transporte celular
El transporte celular es el intercambio de sustancias entre el interior celular y el exterior a traveacutes de la
membrana celular o el movimiento de moleacuteculas dentro de la ceacutelula
Transporte a traveacutes de la membrana celular
La ceacutelula necesita este proceso porque es importante para esta expulsar de su interior los desechos del metabolismo y adquirir nutrientes del liacutequido extracelular gracias a la capacidad de la membrana celular que permite el paso o salida de manera selectiva de algunas sustancias Las viacuteas de transporte a traveacutes de la membrana celular y los mecanismos baacutesicos para las moleacuteculas de pequentildeo tamantildeo son
Transporte pasivo o difusioacuten
El transporte pasivo es el intercambio simple de moleacuteculas de una sustancia a traveacutes de la membrana plasmaacutetica durante el cual no hay gasto de energiacutea que aporta la ceacutelula debido a que va a favor del gradiente de concentracioacuten o a favor de gradiente de carga eleacutectrica es decir de un lugar donde hay una gran concentracioacuten a uno donde hay menor El proceso celular pasivo se realiza por difusioacuten En siacute es el cambio de un medio de mayor concentracioacuten (medio hipertoacutenico) a otro de menor concentracioacuten (un medio hipotoacutenico)
Difusioacuten simple
Algunas sustancias pasan al interior o al exterior de las ceacutelulas a traveacutes de una membrana semipermeable y se mueven dentro de eacutestas por Difusioacuten simple siendo un proceso fiacutesico basado en el movimiento al azar La difusioacuten es el movimiento de aacutetomos moleacuteculas o iones de una regioacuten de mayor concentracioacuten a una de menor concentracioacuten sin requerir gasto de energiacutea La difusioacuten implica no soacutelo el movimiento al azar de las partiacuteculas hasta lograr la homogeacutenea distribucioacuten de las mismas (y esto ocurre cuando las partiacuteculas que azarosamente vienen se equiparan con las que azarosamente van) sino tambieacuten el homogeacuteneo potencial quiacutemico del fluido ya que de existir una membrana semipermeable que particiones un fluido en dos de distinto potencial quiacutemico se generaraacute una presioacuten osmoacutetica desde el potencial quiacutemico mayor (pe solvente puro) hacia el menor (pe solvente y soluto) hasta que ambas particiones se equiparen o la presioacuten hidrostaacutetica equilibre la presioacuten osmoacutetica
1
Difusioacuten facilitada
Es el movimiento de moleacuteculas maacutes grandes que no pueden pasar a traveacutes de la membrana plasmaacutetica y necesita ayuda de una proteiacutena u otros mecanismos (exocitosis) para pasar al otro lado Tambieacuten se llama difusioacuten mediada por portador porque la sustancia transportada de esta manera no suele poder atravesar la membrana sin una proteiacutena portadora especiacutefica que le ayude Se diferencia de la difusioacuten simple a traveacutes de conductos en que mientras que la magnitud de difusioacuten de la difusioacuten simple se incrementa de manera proporcional con la concentracioacuten de la sustancia que se difunde en la difusioacuten facilitada la magnitud de difusioacuten se aproxima a un maacuteximo (Vmax) al aumentar la concentracioacuten de la sustancia
Filtracioacuten O Dialisis
La filtracioacuten o diaacutelisis es el movimiento de agua y moleacuteculas disueltas a traveacutes de la membrana debido a la presioacuten hidrostaacutetica generada por el sistema cardiovascular Dependiendo del tamantildeo de los poros de la membrana soacutelo los solutos con un determinado tamantildeo pueden pasar a traveacutes de la membrana Por ejemplo los poros de la membrana de la caacutepsula de Bowman en los glomeacuterulos renales son muy pequentildeos y soacutelo la albuacutemina la maacutes pequentildea de las proteiacutenas tienen la capacidad de ser filtrada a traveacutes de ella Por otra parte los poros de las membranas de los hepatocitos son extremadamente grandes por lo que una gran variedad de solutos pueden atravesarla
Oacutesmosis
La oacutesmosis es un tipo especial de transporte pasivo en el cual soacutelo las moleacuteculas de agua son transportadas a traveacutes de la membrana El movimiento de agua se realiza desde un punto en que hay mayor concentracioacuten a uno de menor para igualar concentraciones De acuerdo al medio en que se encuentre una ceacutelula la oacutesmosis variacutea La funcioacuten de la osmosis es mantener hidratada a la membrana celular Dicho proceso no requiere gasto de energiacutea En otras palabras la oacutesmosis u osmosis es un fenoacutemeno consistente en el paso del solvente de una disolucioacuten desde una zona de baja concentracioacuten de soluto a una de alta concentracioacuten del soluto separadas por una membrana semipermeable Se relaciona con el movimiento browniano
Oacutesmosis en una ceacutelula animal
En un medio isotoacutenico hay un equilibrio dinaacutemico es decir el paso constante de agua
En un medio hipotoacutenico la ceacutelula absorbe agua hinchaacutendose y hasta el punto en que puede estallar dando origen a la citoacutelisis
En un medio hipertoacutenico la ceacutelula elimina agua y se arruga llegando a deshidratarse y se muere esto se llama crenacioacuten
Oacutesmosis en una ceacutelula vegetal [editar]
En un medio isotoacutenico hay un equilibrio dinaacutemico
En un medio hipotoacutenico la ceacutelula absorbe agua y sus vacuolas se llenan aumentando la presioacuten de turgencia
En un medio hipertoacutenico la ceacutelula elimina agua y el volumen de la vacuola disminuye produciendo que la membrana plasmaacutetica se despegue de la pared celular ocurriendo la plasmoacutelisis
Transporte activo
Consiste en el transporte de sustancias en contra de un gradiente de concentracioacuten para lo cual se requiere un gasto energeacutetico En la mayor parte de los casos este transporte activo se realiza a expensas de un gradiente de H
+ (potencial electroquiacutemico de protones) previamente creado a ambos lados de la
membrana por procesos de respiracioacuten y fotosiacutentesis por hidroacutelisis de ATP mediante ATP hidrolasas de membrana (F1F0) El transporte activo variacutea la concentracioacuten intracelular y ello da lugar un nuevo movimiento osmoacutetico de rebalanceo por hidratacioacuten Los sistemas de transporte activo son los maacutes abundantes entre las bacterias y se han seleccionado evolutivamente debido a que en sus medios naturales la mayoriacutea de los procariotas se encuentran de forma permanente o transitoria con una baja concentracioacuten de nutrientes
Los sistemas de transporte activo estaacuten basados en permeasas especiacuteficas e inducibles El modo en que se acopla la energiacutea metaboacutelica con el transporte del soluto auacuten no estaacute dilucidado pero en general se maneja la hipoacutetesis de que las permeasas una vez captado el sustrato con gran afinidad experimentan un cambio conformacioacuten al dependiente de energiacutea que les hace perder dicha afinidad lo que supone la liberacioacuten de la sustancia al interior celular
El transporte activo de moleacuteculas a traveacutes de la membrana celular se realiza en direccioacuten ascendente o en contra de un gradiente de concentracioacuten (Gradiente quiacutemico) o en contra un gradiente eleacutectrico de presioacuten (gradiente electroquiacutemico) es decir es el paso de sustancias desde un medio poco concentrado a un medio muy concentrado Para desplazar estas sustancias contra corriente es necesario el aporte de energiacutea procedente del ATP Las proteiacutenas portadoras del transporte activo poseen actividad ATPasa que significa que pueden escindir el ATP (Adenosin Tri Fosfato) para formar ADP (dos Fosfatos) o AMP (un Fosfato) con liberacioacuten de energiacutea de los enlaces fosfato de alta energiacutea Comuacutenmente se observan tres tipos de transportadores
Uniportadores son proteiacutenas que transportan una moleacutecula en un solo sentido a traveacutes de la membrana
Antiportadores incluyen proteiacutenas que transportan una sustancia en un sentido mientras que simultaacuteneamente transportan otra en sentido opuesto
Simportadores son proteiacutenas que transportan una sustancia junto con otra frecuentemente un protoacuten (H
+)
Transporte activo primario Bomba de sodio y potasio
Se encuentra en todas las ceacutelulas del organismo encargada de transportar los iones potasio que logran entrar a las ceacutelulas hacia el interior de eacutestas dando una carga interior negativa y al mismo tiempo bombea iones sodio desde el interior hacia el exterior de la ceacutelula (axoplasma) sin embargo el nuacutemero de iones Na
+ (con carga positiva) no sobrepasa al de iones con carga negativa dando por resultado una carga
interna negativa En caso particular de las neuronas en estado de reposo esta diferencia de cargas a ambos lados de la membrana se llama potencial de membrana o de reposo
Transporte activo secundario o cotransporte
Es el transporte de sustancias que normalmente no atraviesan la membrana celular tales como los aminoaacutecidos y la glucosa cuya energiacutea requerida para el transporte deriva del gradiente de concentracioacuten de los iones sodio de la membrana celular (Bomba GlucosaSodio ATPasa)
Bomba de calcio Es una proteiacutena de la membrana celular de todas las ceacutelulas eucariotas Su
funcioacuten consiste en transportar calcio ioacutenico (Ca2+
) hacia el exterior de la ceacutelula gracias a la energiacutea proporcionada por la hidroacutelisis de ATP con la finalidad de mantener la baja concentracioacuten de Ca
2+ en el citoplasma que es unas diez mil veces menor que en el medio
externo necesaria para el normal funcionamiento celular Se sabe que las variaciones en la concentracioacuten intracelular del Ca
2+ (segundo mensajero) se producen como respuesta a diversos
estiacutemulos y estaacuten involucradas en procesos como la contraccioacuten muscular la expresioacuten geneacutetica la diferenciacioacuten celular la secrecioacuten y varias funciones de las neuronas Dada la variedad de procesos metaboacutelicos regulados por el Ca
2+ un aumento de la concentracioacuten de Ca
2+ en el
citoplasma puede provocar un funcionamiento anormal de los mismos Si el aumento de la concentracioacuten de Ca
2+ en la fase acuosa del citoplasma se aproxima a un deacutecimo de la del medio
externo el trastorno metaboacutelico producido conduce a la muerte celular El calcio es el mineral maacutes abundante del organismo ademaacutes de cumplir muacuteltiples funciones
Transporte de macromoleacuteculas o partiacuteculas
Las macromoleacuteculas o partiacuteculas grandes se introducen o expulsan de la ceacutelula por dos mecanismos
Endocitosis
La endocitosis es el proceso celular por el que la ceacutelula mueve hacia su interior moleacuteculas grandes o partiacuteculas englobaacutendolas en una invaginacioacuten de su membrana citoplasmaacutetica formando una vesiacutecula que luego se desprende de la pared celular e incorpora al citoplasma Esta vesiacutecula llamada endosoma luego se fusiona con un lisosoma que realizaraacute la digestioacuten del contenido vesicular
Existen dos procesos
Pinocitosis consiste en la ingestioacuten de liacutequidos y solutos mediante pequentildeas vesiacuteculas
Fagocitosis consiste en la ingestioacuten de grandes partiacuteculas que se engloban en grandes vesiacuteculas (fagosomas) que se desprenden de la membrana celular
Endocitosis mediada por receptor es de tipo especiacutefica captura macromoleacuteculas especiacuteficas del
ambiente fijaacutendose a traveacutes de proteiacutenas ubicadas en las membranas plasmaacuteticas (especificas) Una vez que se unen a dicho receptor forman las vesiacuteculas y las transportan al interior de la ceacutelula La endocitosis mediada por receptor resulta ser un proceso raacutepido y eficiente
Exocitosis
Es la expulsioacuten de sustancias como la insulina a traveacutes de la fusioacuten de vesiacuteculas con la membrana celular
La exocitosis es el proceso celular por el cual las vesiacuteculas situadas en el citoplasma se fusionan con la membrana citoplasmaacutetica liberando su contenido
La exocitosis se observa en muy diversas ceacutelulas secretoras tanto en la funcioacuten de excrecioacuten como en la funcioacuten endocrina
Tambieacuten interviene la exocitosis en la secrecioacuten de un neurotransmisor a la brecha sinaacuteptica para posibilitar la propagacioacuten del impulso nervioso entre neuronas La secrecioacuten quiacutemica desencadena una despolarizacioacuten del potencial de membrana desde el axoacuten de la ceacutelula emisora hacia la dendrita (u otra parte) de la ceacutelula receptora Este neurotransmisor seraacute luego recuperado por endocitosis para ser reutilizado Sin este proceso se produciriacutea un fracaso en la transmisioacuten del impulso nervioso entre neuronas
CEacuteLULA VEGETAL
Todos los organismos vivos estaacuten compuestos por ceacutelulas El ingleacutes Robert Hooke en 1665 realizoacute cortes finos de una muestra de corcho y observoacute usando un microscopio rudimentario unos pequentildeos compartimentos que no eran maacutes que las paredes celulares de esas ceacutelulas muertas y las llamoacute ceacutelulas (del latiacuten cellula que significa habitacioacuten pequentildea ) ya que eacuteste tejido le recordaba las celdas pequentildeas que habitaban los monjes de aquella eacutepoca No fue sino hasta el siglo XIX que dos cientiacuteficos alemanes el botaacutenico Matthias Jakob Schleiden y el zoologo Theodor Schwann enunciaron en 1839 la primera teoriacutea celular Todas las plantas y animales estaacuten compuestos por grupos de ceacutelulas y eacutestas son la unidad baacutesica de todos los organismos vivos Esta teoriacutea fue completada en 1855 por Rudolph Virchow quien establecioacute que las ceacutelulas nuevas se formaban a partir de ceacutelulas preexistentes ( omni cellula e cellula ) En otras palabras las ceacutelulas no se pueden formar por generacioacuten espontaacutenea a partir de materia inerte
Ceacutelula fijada con KMnO4
En la frontera de lo viviente se han descubierto seres aun maacutes pequentildeos los virus que crecen y se reproducen solamente cuando parasitan otra ceacutelula Podemos afirmar que no hay vida sin ceacutelula Al igual que un edificio las ceacutelulas son los bloques de construccioacuten de un organismo La ceacutelula es la unidad maacutes pequentildea de materia viva capaz de llevar a cabo todas las actividades necesarias para el mantenimiento de la vida
La teoriacutea celular actualmente se puede resumir de la siguiente forma
1 Todos los organismos vivos estaacuten formados por ceacutelulas y productos celulares
2 Soacutelo se forman ceacutelulas nuevas a partir de ceacutelulas preexistentes
3 La informacioacuten geneacutetica que se necesita durante la vida de las ceacutelulas y la que se requiere para la produccioacuten de nuevas ceacutelulas se transmite de una generacioacuten a la siguiente
4 Las reacciones quiacutemicas de un organismo esto es su metabolismo tienen lugar en las ceacutelulas
CEacuteLULAS VEGETALES Y ANIMALES
Tanto las ceacutelulas de las plantas como las de los animales son eucarioacuteticas sin embargo presentan algunas diferencias
1 Las ceacutelulas vegetales presentan una pared celular celuloacutesica riacutegida que evita cambios de forma y posicioacuten
2 Las ceacutelulas vegetales contienen plastidios estructuras rodeadas por una membrana que sintetizan y almacenan alimentos Los maacutes comunes son los cloroplastos
3 Casi todas las ceacutelulas vegetales poseen vacuolas que tienen la funcioacuten de transportar y almacenar nutrientes agua y productos de desecho
4 Las ceacutelulas vegetales complejas carecen de ciertos organelos como los centriacuteolos y los lisosomas
Fotosiacutentesis
Una hoja el lugar principal en el que se desarrolla la fotosiacutentesis en las plantas
La fotosiacutentesis del griego antiguo φωτο (foto) luz y σύνθεσις (siacutentesis) unioacuten es la base de la vida
actual en la Tierra Proceso mediante el cual las plantas algas y algunas bacterias captan y utilizan la energiacutea de la luz para transformar la materia inorgaacutenica de su medio externo en materia orgaacutenica que utilizaraacuten para su crecimiento y desarrollo
Los organismos capaces de llevar a cabo este proceso se denominan fotoautoacutetrofos y ademaacutes son capaces de fijar el CO2 atmosfeacuterico (lo que ocurre casi siempre) o simplemente autoacutetrofos Salvo en algunas bacterias en el proceso de fotosiacutentesis se producen liberacioacuten de oxiacutegeno molecular (proveniente de moleacuteculas de H2O) hacia la atmoacutesfera (fotosiacutentesis oxigeacutenica) Es ampliamente admitido que el contenido actual de oxiacutegeno en la atmoacutesfera se ha generado a partir de la aparicioacuten y actividad de dichos organismos fotosinteacuteticos Esto ha permitido la aparicioacuten evolutiva y el desarrollo de organismos aerobios capaces de mantener una alta tasa metaboacutelica (el metabolismo aerobio es muy eficaz desde el punto de vista energeacutetico)
La otra modalidad de fotosiacutentesis la fotosiacutentesis anoxigeacutenica en la cual no se libera oxiacutegeno es llevada a cabo por un nuacutemero reducido de bacterias como las bacterias puacuterpuras del azufre y las bacterias verdes del azufre estas bacterias usan como donador de hidroacutegenos el H2S con lo que liberan azufre
Generalidades
Cloroplastos dentro de ceacutelulas vegetales
En algas eucarioacuteticas y en plantas la fotosiacutentesis se lleva a cabo en un orgaacutenulo especializado denominado cloroplasto Este orgaacutenulo que estaacute delimitado por dos membranas (envueltas de los cloroplastos) que lo separan del citoplasma circundante En su interior se encuentra una fase acuosa con un elevado contenido en proteiacutenas e hidratos de carbono (estroma del cloroplasto) y una serie de
membranas denominadas tilacoides Los tilacoides contienen los pigmentos (sustancias coloreadas) fotosinteacuteticos y proteiacutenas necesarios para captar la energiacutea de la luz El principal de esos pigmentos es la clorofila de color verde de la que existen varios tipos (bacterioclorofilas y clorofilas a b c y d) Ademaacutes de las clorofilas otros pigmentos presentes en todos los organismos eucarioacuteticos son los carotenoides (carotenos y xantofilas) de color amarillo o anaranjado y que tienen un papel auxiliar en la captacioacuten de la luz ademaacutes de un papel protector En cianobacterias (que no poseen cloroplastos) los carotenoides son sustituidos por otro tipo de pigmentos denominados ficobilinas de naturaleza quiacutemica diferente a los anteriores En las plantas vasculares el mayor nuacutemero de cloroplastos se encuentra dentro de las ceacutelulas del mesoacutefilo de las hojas lo cual les confiere su caracteriacutestico color verde
La fotosiacutentesis se divide en dos fases La primera ocurre en los tilacoides en donde se capta la energiacutea de la luz y eacutesta es almacenada en dos moleacuteculas orgaacutenicas sencillas (ATP y NADPH) La segunda tiene lugar en el estroma y las dos moleacuteculas producidas en la fase anterior son utilizadas en la asimilacioacuten del CO2 atmosfeacuterico para producir hidratos de carbono e indirectamente el resto de las moleacuteculas orgaacutenicas que componen los seres vivos (aminoaacutecidos liacutepidos nucleoacutetidos etc) Tradicionalmente a la primera fase se le denominaba fase luminosa y a la segunda fase oscura de la fotosiacutentesis Sin embargo la
denominacioacuten como fase oscura de la segunda etapa es incorrecta porque actualmente se conoce que los procesos que la llevan a cabo solo ocurren en condiciones de iluminacioacuten Es maacutes preciso referirse a ella como fase de fijacioacuten del dioacutexido de carbono (ciclo de Calvin) y a la primera como fase fotoquiacutemica o reaccioacuten de Hill
En la fase luminosa o fotoquiacutemica la energiacutea de la luz captada por los pigmentos fotosinteacuteticos unidos a proteiacutenas y organizados en los denominados foto sistemas (ver maacutes adelante) produce la descomposicioacuten del agua liberando electrones que circulan a traveacutes de moleacuteculas transportadoras para llegar hasta un aceptor final (NADP
+) capaz de mediar en la transformacioacuten del CO2 atmosfeacuterico (o
disuelto en el agua en sistemas acuaacuteticos) en materia orgaacutenica Este proceso luminoso estaacute tambieacuten acoplado a la formacioacuten de moleacuteculas que funcionan como intercambiadores de energiacutea en las ceacutelulas (ATP) La formacioacuten de ATP es necesaria tambieacuten para la fijacioacuten del CO2
El CO2 es uno de los menores componentes del aire atmosfeacuterico capaz de reflejar la radiacioacuten de onda larga proveniente de la tierra (el maacuteximo agente reflector de esa radiacioacuten es el vapor de agua) El notable aumento de su concentracioacuten a partir de 1850 debido a la destruccioacuten de las aacutereas selvaacuteticas la actividad industrial y el uso de combustibles foacutesiles podriacutea tener el efecto de incrementar las temperaturas medias efecto llamado efecto invernadero
Descubrimiento
Durante el siglo XVIII comienzan a surgir trabajos que relacionan los incipientes conocimientos de la Quiacutemica con los de la Biologiacutea Asiacute con los trabajos de Priestley se llega a la conclusioacuten de que las partes verdes de las plantas fijan el aire lsquoimpurorsquo (anhiacutedrido carboacutenico) que actuariacutea como un nutriente y liberan oxiacutegeno
Posteriormente Emily Fransecheti ampliacutea los estudios de Scarlett Pruzza describiendo la emisioacuten de CO2 por las plantas en oscuridad y estableciendo que esta emisioacuten era menor que su asimilacioacuten en condiciones de iluminacioacuten Ingeshousz tambieacuten supone que la emisioacuten de oxiacutegeno por parte de las plantas procede en uacuteltimo teacutermino del agua aunque no sabe encontrar una explicacioacuten para este fenoacutemeno y habla de una lsquotransmutacioacutenrsquo (se debe antildeadir que en esta eacutepoca no se conociacutea auacuten la naturaleza quiacutemica del agua)
En la misma liacutenea de los autores anteriores Jean Senebier ginebrino realiza nuevos experimentos que establecen la necesidad de la luz para que se produzca la asimilacioacuten de anhiacutedrido carboacutenico y el desprendimiento de oxiacutegeno Tambieacuten establece que auacuten en condiciones de iluminacioacuten si no se suministra CO2 no se registra desprendimiento de oxiacutegeno J Senebier sin embargo opinaba en contra de las teoriacuteas desarrolladas y confirmadas maacutes adelante que la fuente de anhiacutedrido carboacutenico para la planta proveniacutea del agua y no del aire
Otro autor suizo Th de Saussure demostrariacutea experimentalmente que el pipeteo de la papa constituye un proceso baacutesico en la fotosiacutentesis y que el aumento de biomasa depende de la fijacioacuten de anhiacutedrido carboacutenico (que puede ser tomado directamente del aire por las hojas) y del agua Tambieacuten realiza estudios sobre la respiracioacuten en plantas y concluye que junto con la emisioacuten de anhiacutedrido carboacutenico hay una peacuterdida de agua y una generacioacuten de calor Finalmente de Saussure describe la necesidad de la nutricioacuten mineral de las plantas
El quiacutemico alemaacuten J von Liebig es uno de los grandes promotores tanto del conocimiento actual sobre Quiacutemica Orgaacutenica como sobre Fisiologiacutea Vegetal imponiendo el punto de vista de los organismos como entidades compuestas por productos quiacutemicos y la importancia de las reacciones quiacutemicas en los procesos vitales Confirma las teoriacuteas expuestas previamente por de Saussure matizando que si bien la fuente de carbono procede del CO2 atmosfeacuterico el resto de los nutrientes provienen del suelo
La denominacioacuten como clorofila de los pigmentos fotosinteacuteticos fue acuntildeada por Pelletier y Caventou a comienzos del siglo XIX Dutrochet describe la entrada de CO2 en la planta a traveacutes de los estomas y determina que solo las ceacutelulas que contienen clorofila son productoras de oxiacutegeno H von Mohl maacutes tarde asociariacutea la presencia de almidoacuten con la de clorofilas y describiriacutea la estructura de los estomas Sachs a su vez relacionoacute la presencia de clorofila con cuerpos subcelulares que se pueden alargar y dividir asiacute como que la formacioacuten de almidoacuten estaacute asociada con la iluminacioacuten y que esta sustancia desaparece en oscuridad o cuando los estomas son ocluidos A Sachs se debe la formulacioacuten de la ecuacioacuten baacutesica de la fotosiacutentesis
6 CO2 + 6 H2O rarr C6H12O6 + 6 O2
Schimper dariacutea el nombre de cloroplastos a los cuerpos coloreados de Sachs y describiriacutea los aspectos baacutesicos de su estructura tal como se podiacutea detectar con microscopiacutea oacuteptica En el uacuteltimo tercio del siglo XIX se sucederiacutean los esfuerzos por establecer las propiedades fiacutesico-quiacutemicas de las clorofilas y se comienzan a estudiar los aspectos eco fisioloacutegico de la fotosiacutentesis
Fase fotoquiacutemica
La energiacutea luminosa que absorbe la clorofila se transmite a los electrones externos de la moleacutecula los cuales escapan de la misma y producen una especie de corriente eleacutectrica en el interior del cloroplasto al incorporarse a la cadena de transporte de electrones Esta energiacutea puede ser empleada en la siacutentesis de ATP mediante la fotofosforilacioacuten y en la siacutentesis de NADPH Ambos compuestos son necesarios para la siguiente fase o Ciclo de Calvin donde se sintetizaraacuten los primeros azuacutecares que serviraacuten para la produccioacuten de sacarosa y almidoacuten Los electrones que ceden las clorofilas son repuestos mediante la oxidacioacuten del H2O proceso en el cual se genera el O2 que las plantas liberan a la atmoacutesfera
Existen dos variantes de fotofosforilacioacuten aciacuteclica y ciacuteclica seguacuten el traacutensito que sigan los electrones a traveacutes de los foto sistemas Las consecuencias de seguir un tipo u otro estriban principalmente en la produccioacuten o no de NADPH y en la liberacioacuten o no de O2
Fotofosforilacioacuten aciacuteclica
Estructura de un fotosistema
Este proceso permite la formacioacuten de ATP y la reduccioacuten de NADP+ a NADPH + H
+ y necesita de la
energiacutea de la luz como ya se ha dicho Se realiza gracias a los llamados foto sistemas que se encuentran en la membrana de los tilacoides (en los cloroplastos) Estos estaacuten formados por dos partes
Antena donde se agrupan los pigmentos antena junto con proteiacutenas y cuya funcioacuten es captar
la energiacutea de los fotones para transmitirla al pigmento diana y el centro de reaccioacuten Este esta formado por proteiacutenas y por pigmentos encontraacutendose en eacutel el llamado pigmento diana que es
aquel que recibe la energiacutea de excitacioacuten de la antena energiacutea que sirve para excitar y liberar electrones Aquiacute tambieacuten se encuentra el primer dador de electrones que repone los electrones al pigmento diana
Primer aceptor que recibe los electrones liberados
Hay dos tipos de foto sistemas
Fotosistema I que se encuentra sobre todo en los tilacoides de estroma y cuyo pigmento diana
es la clorofila P700
Fotosistema II que se encuentra sobre todo en los grana y cuyo pigmento diana es la clorofila
P680
Proceso
El proceso de la fase luminosa supuesto para dos electrones es el siguiente Los fotones inciden sobre el fotosistema II excitando y liberando dos electrones que pasan al primer aceptor de electrones la feofitina Los electrones los repone el primer dador de electrones el dador Z con los electrones procedentes de la fotoacutelisis del agua en el interior del tilacoide (la moleacutecula de agua se divide en 2H
+ + 2e
-
+ 12O2) Los protones de la fotoacutelisis se acumulan en el interior del tilacoide y el oxiacutegeno es liberado
Los electrones pasan a una cadena de transporte de electrones que invertiraacute su energiacutea liberada en la siacutentesis de ATP iquestCoacutemo La teoriacutea quimioosmoacutetica nos lo explica de la siguiente manera los electrones son cedidos a las plastoquinonas las cuales captan tambieacuten dos protones del estroma Los electrones y los protones pasan al complejo de citocromos bf que bombea los protones al interior del tilacoide Se consigue asiacute una gran concentracioacuten de protones en el tilacoide (entre eacutestos y los resultantes de la fotoacutelisis del agua) que se compensa regresando al estroma a traveacutes de las proteiacutenas ATP-sintasas que invierten la energiacutea del paso de los protones en sintetizar ATP La siacutentesis de ATP en la fase fotoquiacutemica se denomina fotofosforilacioacuten
Los electrones de los citocromos pasan a la plastocianina que los cede a su vez al fotosistema I Con la energiacutea de la luz los electrones son de nuevo liberados y captados por el aceptor A0 De ahiacute pasan a traveacutes de una serie de filoquinonas hasta llegar a la ferredoxina Eacutesta moleacutecula los cede a la enzima NADP
+-reductasa que capta tambieacuten dos protones del estroma Con los dos protones y los dos
electrones reduce un NADP+ en NADPH + H
+
El balance final es por cada moleacutecula de agua (y por cada cuatro fotones) se forman media moleacutecula de oxiacutegeno 13 moleacuteculas de ATP y un NADPH + H
+
Foto fosforilacioacuten ciacuteclica
Tiene lugar al mismo tiempo que la aciacuteclica En ella soacutelo interviene el foto sistema I Los electrones liberados despueacutes de llegar a la ferredoxina pasan a las plastoquinonas y siguen la cadena de transporte de electrones hasta regresar a la plastocianina y al fotosistema I Por tanto se genera ATP en lugar de NADPH Sirve para compensar el hecho de que en la fotofosforilacioacuten aciacuteclica no se genera suficiente ATP para la fase oscura
Fase bioquiacutemica o ciclo de Calvin biosiacutentesis orgaacutenica
Esquema simplificado del ciclo de Calvin-Benson
La fase bioquiacutemica o ciclo de Calvin o ciclo reductivo de las pentosas-fosfato consiste en un ciclo de reacciones quiacutemicas en las que se incorpora el CO2 de la atmoacutesfera en moleacuteculas orgaacutenicas y se originan triosas fosfato los primeros azuacutecares previos a la formacioacuten de sacarosa y almidoacuten Durante este ciclo se
emplean el ATP y el NADPH producidos en la etapa fotoquiacutemica Se divide en tres etapas carboxilacioacuten reduccioacuten y regeneracioacuten
Este ciclo comienza con una pentosa la ribulosa-15-fosfato que se carboxila con el CO2 y se descompone en dos moleacuteculas de aacutecido-3-fosfogliceacuterico Con el gasto de un ATP el aacutecido-3-fosfogliceacuterico se fosforila en aacutecido-13-bifosfogliceacuterico Eacuteste se reduce con el NADPH y se libera una moleacutecula de aacutecido fosfoacuterico formaacutendose el gliceraldehido-3-fosfato La moleacutecula formada puede seguir ahora dos viacuteas una es dar lugar a maacutes ribulosa-15-fosfato para seguir el ciclo y la otra es dar lugar a los distintos principios inmediatos glucosa o fructosa almidoacuten y a partir de ellos los demaacutes gluacutecidos y los liacutepidos proteiacutenas y nucleoacutetidos que requiere la ceacutelula
Hay que destacar que tanto la fase fotoquiacutemica como la fase biosinteacutetica se producen a la vez Son inseparables ya que los productos de la fase fotoquiacutemica son empleados en la fase biosinteacutetica Por otro lado al consumir en la fase biosinteacutetica el ATP y NADPH se obtienen ADP y NADP
+ para la fase
fotoquiacutemica Para asegurar que ambas fases se produzcan a la vez existe una fuerte fotorregulacioacuten sobre las enzimas del ciclo de Calvin para que esteacuten activas por el diacutea e inactivas por la noche en especial sobre la enzima rubisco No obstante existe una variante de fotosiacutentesis presente en ciertas plantas que permite separar la fijacioacuten del CO2 de la fase fotoquiacutemica Se trata de la fotosiacutentesis tipo CAM empleada por plantas adaptadas a climas deseacuterticos para evitar que se abran las estomas por el diacutea para fijar el CO2 con la consiguiente peacuterdida de agua
Divisioacuten celular
Comparacioacuten de tres tipos de reproduccioacuten celular
Definicioacuten
La divisioacuten celular es la parte del ciclo
celular en la que una ceacutelula inicial (llamada madre) se divide en dos para formar dos ceacutelulas hijas Gracias a la divisioacuten celular se produce el crecimiento de los organismos pluricelulares con el crecimiento de los tejidos y la reproduccioacuten vegetativa en seres unicelulares
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas
Tipos de divisioacuten celular
Biparticioacuten la divisioacuten de la ceacutelula madre en dos ceacutelulas hijas cada nueva ceacutelula es un nuevo individuo
con estructuras y funciones ideacutenticas a la ceacutelula madre Este tipo de reproduccioacuten la presentan organismos como bacterias amebas y algunas algas
Gemacioacuten se presenta cuando unos nuevos individuos se producen a partir de yemas El proceso de
gemacioacuten es frecuente en esponjas celenterios briozoos En una zona o varias del organismo progenitor
se produce una evaginacioacuten o yema que se va desarrollando y en un momento dado sufre una constriccioacuten en la base y se separa del progenitor comenzando su vida como nuevo ser Las yemas hijas pueden presentar otras yemas a las que se les denomina yemas secundarias En algunos organismos se pueden formar colonias cuando las yemas no se separan del organismo progenitor En las formas maacutes evolucionadas de briozoos se observa en el proceso de gemacioacuten que se realiza de forma maacutes complicado
El nuacutemero de individuos de una colonia la manera en que estaacuten agrupados y su grado de diferenciacioacuten variacutea y a menudo es caracteriacutestica de una especie determinada Los briozoos pueden originar nuevos individuos sobre unas prolongaciones llamados estolones y al proceso se le denomina estolonizacioacuten
Ciertas especies de animales pueden tener gemacioacuten interna yemas que sobreviven en condiciones desfavorables gracias a una envoltura protectora En el caso de las esponjas de agua dulce las yemas tienen una caacutepsula protectora y en el interior hay sustancia de reserva Al llegar la primavera se pierde la caacutepsula protectora y a partir de la yema surge la nueva esponja En los briozoos de agua dulce se produce una capa de quitina y de calcio y no necesitan sustancia de reserva pues se encuentra en estado de hibernacioacuten
Esporulacioacuten la esporulacioacuten o esporo geacutenesis consiste en un proceso de diferenciacioacuten celular para
llegar a la produccioacuten de ceacutelulas reproductivas dispersivas de resistencia llamadas esporas Este proceso ocurre en hongos amebas liacutequenes algunos tipos de bacterias protozoos esporozoos (como el Plasmodium causante de malaria) y es frecuente en vegetales (especialmente algas musgos y helechos) grupos de muy diferentes oriacutegenes evolutivos pero con semejantes estrategias reproductivas todos ellos pueden recurrir a la formacioacuten ceacutelulas de resistencia para favorecer la dispersioacuten Durante la esporulacioacuten se lleva a cabo la divisioacuten del nuacutecleo en varios fragmentos y por una divisioacuten celular asimeacutetrica una parte del citoplasma rodea cada nuevo nuacutecleo dando lugar a las esporas Dependiendo de cada especie se puede producir un nuacutemero parciable de esporas y a partir de cada una de ellas se desarrollaraacute un individuo independiente
Procesos de divisioacuten celular
Fisioacuten binaria es la forma de divisioacuten celular de las ceacutelulas procariotas
Mitosis es la forma maacutes comuacuten de la divisioacuten celular en las ceacutelulas eucariotas Una ceacutelula que ha
adquirido determinados paraacutemetros o condiciones de tamantildeo volumen almacenamiento de energiacutea factores medioambientales puede replicar totalmente su dotacioacuten de ADN y dividirse en dos ceacutelulas hijas normalmente iguales Ambas ceacutelulas seraacuten diploides o haploide dependiendo de la ceacutelula madre
Meiosis es la divisioacuten de una ceacutelula diploide en cuatro ceacutelulas haploide Esta divisioacuten celular se
produce en organismos multicelulares para producir gametos haploide que pueden fusionarse despueacutes para formar una ceacutelula diploide llamada zigoto en la fecundacioacuten
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas Las ceacutelulas cancerosas son inmortales Una enzima llamada telomerasa permite a estas ceacutelulas dividirse indefinidamente
La caracteriacutestica principal de la divisioacuten celular en organismos eucariotas es la conservacioacuten de los
mecanismos geneacuteticos del control del ciclo celular y de la divisioacuten celular puesto que se ha mantenido praacutecticamente inalterable desde organismos tan simples como las levaduras a criaturas tan complejas como el ser humano a lo largo de la evolucioacuten bioloacutegica
Factores que explican la divisioacuten celular
Una teoriacutea afirma que existe un momento en el que la ceacutelula comienza a crecer mucho lo que hace que disminuya la proporcioacuten aacutereavolumen Cuando el aacuterea de la membrana plasmaacutetica de la ceacutelula es mucho maacutes pequentildea en relacioacuten con el volumen total de eacutesta se presentan dificultades en la reabsorcioacuten y en el transporte de nutrientes siendo asiacute necesario que se produzca la divisioacuten celular
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular constituye el proceso maacutes importante dentro de la ceacutelula el cual abordaremos en
pequentildea medida pero de manera significativa
Esta investigacioacuten toma en cuenta a todos aquellos que de alguna manera participan aunque sea de
forma miacutenima en la respiracioacuten celular
Hablar de respiracioacuten celular es referirnos a un proceso bioquiacutemico del cual nos ramificaremos a dos tipos
de respiracioacuten celular aeroacutebica y anaeroacutebica
En este proceso interfieren factores quiacutemicos capaces de ser procesados dentro de las ceacutelulas y que en
gran medida constituyen las bases para que la respiracioacuten celular se lleve a cabo
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular es el conjunto de reacciones bioquiacutemicas que ocurren en la mayoriacutea de las ceacutelulas
Tambieacuten es el conjunto de reacciones quiacutemicas mediante las cuales se obtiene energiacutea a partir de la
degradacioacuten de sustancias orgaacutenicas como los azuacutecares y los aacutecidos principalmente
Comprende dos fases
PRIMERA FASE
Se oxida la glucosa (azuacutecar) y no depende del oxiacutegeno por lo que recibe el nombre de respiracioacuten
anaeroacutebica y glicoacutelisis reaccioacuten que se lleva a cabo en el citoplasma de la ceacutelula
SEGUNDA FASE
Se realiza con la intervencioacuten del oxiacutegeno y recibe el nombre de respiracioacuten aeroacutebica o el ciclo de krebs y
se realiza en estructuras especiales de las ceacutelulas llamadas mitocondrias
Tanto que es una parte del metabolismo concretamente del catabolismo en el cual la energiacutea contenida
en distintas biomoleacuteculas como los gluacutecidos (azuacutecares carbohidratos) es liberado de manera controlada
IMPORTANCIA
- Crecimiento
- Transporte activo de sustancias energeacuteticas
- Movimiento ciclosis
- Regeneracioacuten de ceacutelulas
- Siacutentesis de proteiacutenas
- Divisioacuten de ceacutelulas
TIPOS DE RESPIRACIOacuteN CELULAR
RESPIRACIOacuteN ANAEROacuteBICA
La respiracioacuten anaeroacutebica es un proceso bioloacutegico de oxidorreduccioacuten de azuacutecares y otros compuestos
Lo realizan exclusivamente algunos grupos de bacterias
En la respiracioacuten anaeroacutebica no se usa oxiacutegeno sino para la misma funcioacuten se emplea otra sustancia
oxidante distinta como el sulfato No hay que confundir la respiracioacuten anaeroacutebica con la fermentacioacuten
aunque estos dos tipos de metabolismo tienen en comuacuten el no ser dependiente del oxigeno
Todos los posibles aceptores en la respiracioacuten anaeroacutebica tienen un potencial de reduccioacuten menor que el
O2 por lo que se genera menor energiacutea en el proceso
ETAPAS
Glucoacutelisis
Fermentacioacuten
GLUCOacuteLISIS- Tambieacuten denominado glicoacutelisis es la secuencia metaboacutelica en la que se oxida en la
glucoacutelisis cuando hay ausencia de oxiacutegeno la glucoacutelisis es la uacutenica viacutea que produce ATP en los animales
Estaacute presente en todas las formas de viacuteas actuales Es la primera parte del metabolismo energeacutetico y en
las ceacutelulas eucariotas en donde ocurre el citoplasma
Por lo tanto es una secuencia compleja de reacciones que se efectuacutean en el citosol de una ceacutelula
mediante las cuales una moleacutecula de glucosa se desdobla en dos moleacuteculas de acido piruvico De manera
que la glicoacutelisis consta de dos pasos principales
Activacioacuten de la glucosa
Produccioacuten de energiacutea
IMPORTANCIA Permite a los muacutesculos esqueleacuteticos realizar su contraccioacuten
FERMENTACIOacuteN- Es un proceso cataboacutelico de oxidacioacuten completa siendo el producto final de
un compuesto orgaacutenico La fermentacioacuten tiacutepica es llevada acabo por las levaduras Tambieacuten
unos metazoos y plantas menores son capaces de producirla
El proceso de fermentacioacuten anaeroacutebica se produce en la ausencia de oxigeno como aceptor final
de los electrones del NADH producido en la glucoacutelisis
En los seres vivos la fermentacioacuten es un proceso anaeroacutebico y en el no interviene la cadena
respiratoria que son propios del micro organismo como las bacterias y levaduras
Ademaacutes en la industria de la fermentacioacuten puede ser oxidativa es decir como presencia de
oxigeno pero es una oxidacioacuten aeroacutebica incompleta como la produccioacuten de acido aceacutetico a partir
del etanol
La fermentacioacuten puede ser naturales cuando las condiciones ambientales permitan la interaccioacuten
del microorganismo sustratos orgaacutenicos susceptibles o artificiales cuando el hombre propicia
condiciones y en contacto referido
USOS
El conocimiento de la dieta a traveacutes del desarrollo de una diversidad de sabores aromas y
texturas en los substratos de los alimentos
Preservacioacuten de cantidades substanciales de alimentos a traveacutes del acido laacutecteo alcohoacutelico
acido aceacutetico y fermentacioacuten alcalinas
La fermentacioacuten tiene algunos usos exclusivos para los alimentos pueden producir nutrientes
importantes o eliminar auto nutrientes
TIPOS DE FERMENTACIOacuteN
Fermentacioacuten aceacutetica
Fermentacioacuten alcohoacutelica
Fermentacioacuten butirica
Fermentacioacuten de la glicerina
Fermentacioacuten laacutectica
Fermentacioacuten putrica
RESPIRACIOacuteN AEROacuteBICA
Es un tipo de metabolismo energeacutetico en el que los seres vivos extraen energiacutea de moleacuteculas
orgaacutenicas como la glucosa por un proceso complejo en donde el carbono queda oxidado y en el
que el aire es el oxidante empleado
La respiracioacuten aeroacutebica es propia de los organismos eucariontes en general y de algunos tipos
de bacterias
La susecion de reacciones quiacutemicas que ocurren dentro de las ceacutelulas mediante las cuales se
realiza las descomposiciones finales de las moleacuteculas en los alimentos y en la que se produce CO2 y
H2O
Se realiza solo en el proceso de oxigeno Consiste en la degradacioacuten de los piruvatos producidos
durante la glucosis hasta CO2 y H2O como obtencioacuten de 34 a 36 ATP
IMPORTANCIA
Participa en la respiracioacuten celular formando ATP
REACCIONES AEROacuteBICAS
Las reacciones aeroacutebicas ocurre en la mitocondria y son
1 Formacioacuten del acetilo
2 Transferencia del acetilo Actividades en matriz
3 Ciclo de krebs
4 Transporte de electrones
Cadena respiratoria
5 Fosforilacioacuten oxidativa (actividad de crestas)
LA MITOCONDRIA Y SUS PARTES
CICLO DE KREBS
Propuesto por Hans A Krebs en 1937 quien descubrioacute el ciclo estudiando suspensiones de papillas del
muacutesculo pectoral de la paloma que presentaba un elevado ritmo respiratorio
El ciclo de krebs (tambieacuten llamado ciclo del acido ciacutetrico o ciclo de lso aacutecidos tricarboxilicos) es una serie
de reacciones quiacutemicos de gran importancia que forman parte de la respiracioacuten celular en toda las ceacutelulas
aeroacutebicas es decir que utilizan oxigeno En organismo aeroacutebico el ciclo de krebs es parte de la viacutea
cataboacutelica que realizan oxidacioacuten de hidratos de carbono aacutecidos graos y aminoaacutecidos hasta producir CO2
y H2O liberando energiacutea en forma utilizable
El ciclo de krebs tambieacuten proporciona recurso para muchas biomoleculas tales como ciertos aacutenimos
aacutecidos Por ello se considera una viacutea anfibolica es decir que es cataboacutelico y anaboacutelica al mismo tiempo
UBICACIOacuteN
Tiene lugar en tres partes
Matriz mitocondrial
En las eucariotas
En el citoplasma de eucariotas
CICLO DE KREBS
AacuteTOMOS
(C H N O)
MOLEacuteCULAS SENCILLAS
(Glucosa aminoaacutecidos)
MACROMOLEacuteCULAS
(Almidoacuten proteiacutenas)
ORGAacuteNULOS
(Mitocondrias) SERES VIVOS
CEacuteLULAS UNICELULARES
TEJIDOS
OacuteRGANOS
APARATOS
SERES VIVOS PLURICELULARES INDIVIDUO
POBLACIOacuteN
COMUNIDAD
BIOSFERA
VOCABULARIO
Partiacuteculas elementales partes pequentildeas necesarias para constituir el aacutetomo
Aacutetomos parte maacutes pequentildea que podemos descomponer sin que pierda las caracteriacutesticas
quiacutemicas y fiacutesicas
Moleacuteculas sencillas agrupacioacuten indefinida de aacutetomos considerada como primer elemento de la
composicioacuten fiacutesica de los cuerpos
Macromoleacuteculas agrupaciones moleculares de grandes nuacutemeros de aacutetomos
Orgaacutenulos estructuras o partes de una ceacutelula que en eacutesta cumple la funcioacuten de oacutergano Conjunto de macromoleacuteculas
Ceacutelulas elementos atoacutemicos microscoacutepicos primordiales en los seres vivos Unidad elemental
de la vida
Tejidos agregados de ceacutelulas de la misma estructura y anaacuteloga funcioacuten
Oacuterganos estructura formada por una asociacioacuten de tejidos que realizan una funcioacuten
Aparatos instrumentos o conjunto de instrumentos que ejercen una funcioacuten
Unicelular que consta de una sola ceacutelula
Pluricelular que consta de dos o maacutes ceacutelulas
Sistema todo el conjunto de oacuterganos estaacute constituido por el mismo elemento
Individuo ser organizado respecto de su especie
Poblacioacuten conjunto de individuos de la misma especie
Comunidad conjunto de individuos de todas las especies que viven en una zona determinada
Biosfera conjunto de seres vivos que habitan la tierra
Composicioacuten de los seres vivos
El nivel celular es el nivel estructural maacutes sencillo que puede realizar las funciones de la vida pero si la ceacutelula es un ser vivo se debe a que en ella se estaacuten produciendo continuamente numerosas reacciones quiacutemicas entre la gran variedad de moleacuteculas que la forman
Los compuestos que caracterizan a los seres vivos son las moleacuteculas orgaacutenicas que reciben este nombre porque en un principio soacutelo se podiacutean obtener a partir de los organismos (salvo alguna excepcioacuten como el metano CH4)
41 Los bioelementos
Las moleacuteculas orgaacutenicas estaacuten formadas por una serie de elementos que aunque tambieacuten forman parte de la materia no viva son particularmente abundantes en los seres vivos de ahiacute que se les llamen bioelementos
42 Materia orgaacutenica e inorgaacutenica
El elemento fundamental de la materia orgaacutenica es el carbono (C) Pero ademaacutes para que una moleacutecula pueda ser considerada moleacutecula orgaacutenica el carbono debe estar unido directamente con el hidroacutegeno (H) Ademaacutes en estas moleacuteculas el carbono se combina consigo mismo lo que puede dar lugar a largas cadenas hidrocarbonatadas que pueden ramificarse e incluso cerrarse formando anillos
En general las moleacuteculas orgaacutenicas son maacutes grandes que las inorgaacutenicas
En las moleacuteculas orgaacutenicas el carbono puede unirse tambieacuten al oxiacutegeno (O) nitroacutegeno (N) foacutesforo (P) y algunos maacutes con lo cual la diversidad de las moleacuteculas orgaacutenicas es casi infinita Esta variedad no se refiere soacutelo a su diferente tamantildeo y estructura sino a la diversidad de funciones que realizan
Un aspecto fundamental que diferencia a las moleacuteculas orgaacutenicas de las inorgaacutenicas es su contenido energeacutetico Para mantener unidos los aacutetomos en las moleacuteculas orgaacutenicas se necesita una energiacutea que queda almacenada en los enlaces Cuando se rompen estos enlaces se libera la energiacutea
43 Concepto de macromoleacutecula
Las macromoleacuteculas se forman por la unioacuten de moleacuteculas sencillas que podemos considerar como las unidades de eacutestas grandes moleacuteculas
Una macromoleacutecula puede estar formada por unidades sencillas todas iguales como es el caso del almidoacuten formado por cientos o miles de moleacuteculas de glucosa Pero otras veces las macromoleacuteculas estaacuten formadas por distintos tipos de unidades que pueden repetirse en determinado orden tal es el caso de las proteiacutenas formadas por la unioacuten de una treintena de aminoaacutecidos distintos y de los aacutecidos nucleicos formados por la unioacuten de cuatro nucleoacutetidos distintos
44 Principales moleacuteculas orgaacutenicas gluacutecidos liacutepidos proacutetidos y aacutecidos nucleicos
Los gluacutecidos son en su mayoriacutea utilizados por los seres vivos como fuente de energiacutea Algunos de ellos son pequentildeas moleacuteculas de sabor dulce razoacuten por la cual se les llama azuacutecares como por ejemplo la glucosa mientras que otros son grandes moleacuteculas formadas por la unioacuten de unidades menores como es el caso del almidoacuten o la celulosa
Los liacutepidos incluyen una gran variedad de moleacuteculas que tienen en comuacuten ser insolubles en agua Entre los maacutes frecuentes y conocidos estaacuten las grasas que actuacutean como reserva de energiacutea
Los proacutetidos realizan una gran variedad de funciones debido a que las proteiacutenas pueden ser muy diversas entre siacute Destacaremos sus importancias como constituyentes estructurales fundamentales de los seres vivos
Los aacutecidos nucleicos (ADN y ARN) se encuentran en el nuacutecleo de la ceacutelula Podemos decir que son las moleacuteculas maacutes importantes de los seres vivos porque contienen las instrucciones que determinan todo el ser vivo Son macromoleacuteculas formadas por soacutelo cuatro unidades (nucleoacutetidos) que se repiten cientos de miles de veces en un cierto orden El orden en que estaacuten colocadas estas unidades determinan el coacutedigo geneacutetico
45 Moleacuteculas inorgaacutenicas presentes en los seres vivos
Las reacciones quiacutemicas propias de la vida que se dan entre las moleacuteculas orgaacutenicas no seriacutean posibles sin la presencia y la participacioacuten de una moleacutecula sencilla el agua (H2O) que ademaacutes es la moleacutecula maacutes abundante en los seres vivos
Otro componente inorgaacutenico de los seres vivos aunque se encuentra en cantidades pequentildeas son las sales minerales Entre las maacutes importantes podemos citar los cloruros (Cl-) fosfatos (PO4-) y carbonatos (CO3-2) A pesar de su pequentildea proporcioacuten su funcioacuten es muy importante por lo que son imprescindibles
La ceacutelula
El primero en observar ceacutelulas fue el cientiacutefico ingleacutes Robert Hooke en 1665 al examinar una laacutemina de corcho en un microscopio que el mismo habiacutea construido El corcho observado en aumento pareciacutea estar constituido por pequentildeas celdillas rodeadas por una pared riacutegida por lo que asignoacute el teacutermino ceacutelula para referirse a estas estructuras
Dos siglos despueacutes de la primera observacioacuten de ceacutelulas (en 1839) dos cientiacuteficos alemanes (Schleiden y Schwann) elaboraron la teoriacutea celular de los seres vivos
Caracteriacutesticas generales de las ceacutelulas
Hay ceacutelulas de formas y tamantildeos muy variados Algunas de las ceacutelulas bacterianas maacutes pequentildeas tienen forma ciliacutendrica (la forma de las ceacutelulas estaacute relacionada con la funcioacuten que desempentildean) de menos de una micra o microm (1 microm es igual a una milloneacutesima de metro) de longitud En el extremo opuesto se encuentran las ceacutelulas nerviosas corpuacutesculos de forma compleja con numerosas prolongaciones delgadas que pueden alcanzar varios metros de longitud (las del cuello de la jirafa constituyen un ejemplo espectacular) Casi todas las ceacutelulas vegetales tienen entre 20 y 30 microm de longitud forma poligonal y pared celular riacutegida Las ceacutelulas de los tejidos animales suelen ser compactas entre 10 y 20 microm de diaacutemetro y con una membrana superficial deformable y casi siempre muy plegada
Pese a las muchas diferencias de aspecto y funcioacuten todas las ceacutelulas estaacuten envueltas en una membrana mdashllamada membrana plasmaacuteticamdash que encierra una sustancia rica en agua llamada citoplasma
En el interior de las ceacutelulas tienen lugar numerosas reacciones quiacutemicas que les permiten crecer producir energiacutea y eliminar residuos El conjunto de estas reacciones se llama metabolismo (teacutermino que proviene
de una palabra griega que significa cambio) Todas las ceacutelulas contienen informacioacuten hereditaria codificada en moleacuteculas de aacutecido desoxirribonucleico (ADN) esta informacioacuten dirige la actividad de la ceacutelula y asegura la reproduccioacuten y el paso de los caracteres a la descendencia
Estas y otras numerosas similitudes (entre ellas muchas moleacuteculas ideacutenticas o casi ideacutenticas) demuestran que hay una relacioacuten evolutiva entre las ceacutelulas actuales y las primeras que aparecieron sobre la Tierra
Diferentes formas de las ceacutelulas
Esfeacuterica las no especializadas y libres
Estrelladas las neuronas
Fusiformes fibras musculares
Prismaacuteticas epiacuteteto intestinal
Teoriacutea celular de los seres vivos
Se puede resumir en tres principios
1- Todos los organismos vivos estaacuten constituidos por una o varias ceacutelulas la ceacutelula es por tanto la unidad vital de los seres vivos
2- Las ceacutelulas son capaces de una existencia independiente las ceacutelulas son por tanto la unidad anatoacutemica y fisioloacutegica de los seres vivos
3- Toda nueva ceacutelula proviene de otra ceacutelula ya existente la ceacutelula es por tanto la unidad geneacutetica de los seres vivos
Tipos de organizacioacuten celular
Todos los seres vivos estaacuten formados por ceacutelulas a veces se trata de seres unicelulares (con una sola ceacutelula) como una ameba una bacteria o una levadura Otras veces son seres pluricelulares como un pino un leoacuten o nosotros mismos Un ser pluricelular puede llegar a tener mucho millones de ceacutelulas
En todas las ceacutelulas podemos distinguir tres partes una envoltura o membrana plasmaacutetica un contenido o citoplasma que posee diversos orgaacutenulos y un material hereditario en forma de ADN Pero con estas caracteriacutesticas comunes pueden presentarse dos tipos de organizacioacuten celular procariota y eucariota
Ceacutelula eucarioacutetica
Las ceacutelulas eucarioacuteticas son mucho mayores y maacutes complejas Su material geneacutetico estaacute rodeado por una membrana nuclear formando un nuacutecleo y de igual modo se diferencian otros orgaacutenulos muchos de ellos rodeados por una membrana
Ceacutelula animal
Las estructuras internas de la ceacutelula animal estaacuten separadas por membranas Destacan las mitocondrias orgaacutenulos productores de energiacutea asiacute como las membranas apiladas del retiacuteculo endoplasmaacutetico liso (productor de liacutepidos) y rugoso (productor de proteiacutenas) El aparato de Golgi agrupa las proteiacutenas para exportarlas a traveacutes de la membrana plasmaacutetica mientras que los lisosomas contienen enzimas que descomponen algunas de las moleacuteculas que penetran en la ceacutelula La membrana nuclear envuelve el material geneacutetico celular
Ceacutelula vegetal
Las ceacutelulas vegetales asiacute como las animales presentan un alto grado de organizacioacuten con numerosas estructuras internas delimitadas por membranas La membrana nuclear establece una barrera entre la cromatina (material geneacutetico) y el citoplasma Las mitocondrias de interior sinuoso convierten los nutrientes en energiacutea que utiliza la planta A diferencia de la ceacutelula animal la vegetal contiene cloroplastos unos orgaacutenulos capaces de sintetizar azuacutecares a partir de dioacutexido de carbono agua y luz solar Otro rasgo diferenciador es la pared celular formada por celulosa riacutegida y la vacuola uacutenica y llena de liacutequido muy grande en la ceacutelula vegetal
Ceacutelula procarioacutetica
Se caracteriza por su gran simplificacioacuten pues en ella faltan muchas de las estructuras que poseen las otras ceacutelulas El material hereditario se encuentra disperso en el citoplasma no tienen nuacutecleo Este tipo de organizacioacuten las bacterias y otras ceacutelulas procarioacuteticas carecen casi siempre de muchas de las estructuras internas propias de las ceacutelulas eucarioacuteticas Asiacute el citoplasma de las procarioacuteticas estaacute rodeado por una membrana plasmaacutetica y una pared celular (como en las ceacutelulas vegetales) pero no hay membrana nuclear ni por tanto nuacutecleo diferenciado Las moleacuteculas circulares de ADN estaacuten en contacto directo con el citoplasma Ademaacutes carecen de mitocondrias retiacuteculo endoplasmaacutetico cloroplastos y
aparato de Golgi Aunque en general las ceacutelulas procarioacuteticas carecen de estructuras internas delimitadas por membrana las cianobacterias como la ilustrada aquiacute siacute contienen numerosas membranas llamadas tilacoides que contienen clorofila y pigmentos fotosinteacuteticos que utilizan para captar la energiacutea de la luz solar y sintetizar azuacutecares
Ceacutelula Procariota cianobacteria
Estructura de la ceacutelula eucarioacutetica
En algunos tipos de ceacutelulas hay una pared celular rodeando externamente la membrana que da proteccioacuten y rigidez y permite a los seres vivos que las tienen prescindir de un esqueleto
La membrana celular o citoplasmaacutetica la poseen todas las ceacutelulas Limita la ceacutelula le da forma y regula las sustancia que la atraviesan tanto hacia el interior como al exterior
El nuacutecleo es la parte donde se encuentra el ADN en forma de largos filamentos formando un ovillo (cromatina) Dirige toda la actividad celular y ese el responsable de la transmisioacuten de los caracteres hereditarios gracias a la capacidad que tiene el ADN de autoduplicarse Esto le permite que las ceacutelulas hijas se parezcan a la ceacutelula madre El material hereditario estaacute envuelto por una membrana nuclear que regula las sustancias que entran y salen del nuacutecleo y lo separa y delimita claramente del citoplasma Cuando la ceacutelula de divide el ADN adopta la forma de pequentildeos bastones llamados cromosomas
El contenido celular es el citoplasma Se trata de una disolucioacuten acuosa llamada hialoplasma en la que se hallan inmersos los orgaacutenulos citoplasmaacuteticos que son diversas estructuras que cumplen funciones concretas en la ceacutelula
Principales orgaacutenulos celulares y sus funciones
Entre los orgaacutenulos citoplasmaacuteticos maacutes importantes se pueden destacar los ribosomas que intervienen en la siacutentesis (fabricacioacuten) de las proteiacutenas que la ceacutelula necesita Las mitocondrias son las encargadas de llevar a cabo las reacciones quiacutemicas destinadas a obtener la energiacutea necesaria para la actividad celular (mediante un proceso llamado ldquorespiracioacuten celularrdquo) La red de tubos del retiacuteculo endoplasmaacutetico sirve para el transporte de diversas sustancias de una parte de la ceacutelula a otra
En relacioacuten con el retiacuteculo endoplasmaacutetico se encuentra en el Aparato de Golgi que se encarga de la secrecioacuten de diversos productos celulares
Para ldquodigerirrdquo las sustancias alimenticias que la ceacutelula animal capta estaacuten los lisosomas estos rompen las moleacuteculas grandes en moleacuteculas pequentildeas
Las ceacutelulas animales poseen ademaacutes un centrosoma formado por un par de orgaacutenulos ciliacutendricos llamados centriacuteolos que se encargan del control de los movimientos celulares incluido el movimiento de los cromosomas durante la divisioacuten celular
Los cloroplastos presentes en las ceacutelulas vegetales contienen clorofila y sirven para llevar a cabo la fotosiacutentesis (siacutentesis de materia orgaacutenica a partir de materia inorgaacutenica para lo cual se necesita la
energiacutea de la luz) Para almacenar sustancias de cualquier tipo las ceacutelulas vegetales poseen unas vesiacuteculas denominadas vacuolas
Muchas ceacutelulas estaacuten dotadas de movimiento mientras que otras son inmoacuteviles Para posibilitar el movimiento pueden aparecer diversas estructuras como los cilios y los flagelos
Ceacutelulas Eucariotas versus ceacutelulas Procariotas
Basaacutendonos en la organizacioacuten de las estructuras celulares todos las ceacutelulas vivientes pueden ser
divididas en dos grandes grupos Procariotas y Eucariotas (tambieacuten hay quien escribe prokariota y
eukariota) Animales plantas hongos protozoos y algas todos poseen ceacutelulas de tipo Eucariota Soacutelo las
bacterias (Eubacterias y Archaebacterias) tienen ceacutelulas de tipo Procariota
La ceacutelula procariota
La palabra procariota viene del griego (pro = previo a karyon = nuacutecleo) y significa pre-nuacutecleo Los
miembros del mundo procariota constituyen un grupo heterogeacuteneo de organismos unicelulares muy
pequentildeos incluyendo a las eubacterias (donde se encuentran la mayoriacutea de las bacterias) y las archaeas
(archaeabacteria)
Una tiacutepica ceacutelula procariota estaacute constituida por las siguientes estructuras principales pared celular
membrana citoplasmaacutetica ribosomas inclusiones y nucleoide
Las ceacutelulas procariotas son generalmente mucho maacutes pequentildeas y maacutes simples que las Eucariotas
La ceacutelula eucariota
El teacutermino eucariota hace referencia a nuacutecleo verdadero (del griego eu = buen karyon = nuacutecleo) Los
organismos eucariotas incluyen algas protozoos hongos plantas superiores y animales Este grupo de
organismos posee un aparato mitoacutetico que son estructuras celulares que participan de un tipo de divisioacuten
nuclear denominada mitosis tal como imnuacutemeras organelas responsables de funciones especiacuteficas
incluyendo mitocondrias retiacuteculo endoplasmaacutetico y cloroplastos
La ceacutelula eucariota es tiacutepicamente mayor y estructuralmente maacutes compleja que la ceacutelula procariota
Algunas diferencias estructurales
Comparacioacuten entre ceacutelula procariota y ceacutelula eucariota
Pared celular
En los prokariotas es una estructura riacutegida que envuelve la membrana citoplasmaacutetica responsable de la
forma de la ceacutelula y de su proteccioacuten contra la lisis osmoacutetica
Bacterias Gram-positivas la pared celular de esas bacterias estaacute compuesta dr muchas capas de una
macromoleacutecula denominada peptidoglicano (disacaacuteridos ligados a polipeacuteptidos) y aacutecidos teicoacuteicos
(constituidos por alcohol y fosfato)
Bacterias Gram-negativas la pared celular estaacute representada por una fina capa de peptidoglicano situada
en medio de dos capas lipoproteiacutenas la capa externa ademaacutes de lipoproteiacutenas tiene lipopolisacaacuteridos y
fosfoliacutepidos
Los procariotas pueden presentar estructuras externas en la pared celular Las ceacutelulas bacterianas
pueden contener glicocaacutelix un poliacutemero gelatinoso compuesto por polisacaacuteridos yo polipeacuteptidos
(caacutepsula) flagelo un largo filamento responsable de la movilidad celular filamentos axiales (endoflagelo)
fimbrias que son filamentos menores y maacutes finos que los flagelos cuya principal funcioacuten es la
adherencia y Pili maacutes largos que las fimbrias y en nuacutemero de uno o dos
Muchas ceacutelulas eucariotas poseen pared celular aunque sean maacutes simples que las de las ceacutelulas
procariotas la pared celular de las algas y de las plantas estaacuten constituidas principalmente por celulosa
la de los hongos por celulosa y principalmente quitina la de las levaduras por polisacaacuteridos En las ceacutelulas
eucariotas de los animales la membrana plasmaacutetica se encuentra recubierta por una capa de glicocaacutelix
(sustancia que contiene carbohidratos)
Membrana citoplasmaacutetica
La membrana citoplasmaacutetica de las ceacutelulas procariotas y eucariotas presenta gran similitud en cuanto a
funcioacuten y estructura baacutesica Funciona como una barrera de permeabilidad separando el lado de dentro
del lado de fuera de la ceacutelula Estaacute constituida por una capa doble de fosfoliacutepidos y proteiacutenas las cuales
pueden estar organizadas de diferentes formas
En los Eucariotas la membrana contiene carbohidratos que poseen la funcioacuten de siacutetios receptores y
esteroides que impiden la lisis osmoacutetica Muchos tipos de ceacutelulas eucariotas poseen flagelos y ciacutelios en la
membrana plasmaacutetica Esas estructuras son utilizadas para la locomocioacuten o para mover substancias a lo
largo de la superficie celular
Ribosomas
En los prokariotas son pequentildeas partiacuteculas formadas por proteiacutenas y aacutecido ribonucleacuteico (ARN)
funcionando como lugar de siacutentese proteica Una simple ceacutelula procariota puede poseer cerca de 10000
ribosomas confiriendo al citoplasma una apariencia granular
En los eukariotas son mayores y maacutes densos que los de los procariotas y se encuentran ligados a la
superficie del retiacuteculo endoplasmaacutetico rugoso y libres en el citoplasma de la ceacutelula Como en los
procariotas constituyen el lugar de la siacutentesis proteica
Regioacuten nuclear
La regioacuten nuclear de una ceacutelula procariota difiere significativamente de la de una ceacutelula eucariota el aacuterea
nuclear denominada nucleoide de una ceacutelula bacteriana tiene una uacutenica moleacutecula larga y circular de
DNA doble el cromosoma bacteriano que contiene todas las informaciones necesarias para el
funcionamiento y estructuracioacuten celular El cromosoma procarioacutetico estaacute ligado a la membrana plasmaacutetica
no contiene histonas y no se encuentra rodeado por una membrana nuclear
Las bacterias pueden contener ademaacutes del cromosoma moleacuteculas de DNA doble pequentildeas y circulares
denominadas plaacutesmidos Esas moleacuteculas son elementos geneacuteticos extracromosoacutemicos no esenciales
para la supervivencia bacteriana y poseen mecanismos de replicacioacuten independientes del DNA
cromosoacutemico La ventaja de poseer un plaacutesmido es que puede contener genes de resistencia a los
antibioacuteticos tolerancia a los metales toacutexicos siacutentesis de enzimas etc
La diferencia clave con la ceacutelula eucariota es la presencia de un nuacutecleo verdadero en esta uacuteltima La
regioacuten nuclear de los Eucariotas estaacute envuelta por una membrana nuclear separando el citoplasma del
nuacutecleo
Este nuacutecleo es generalmente la mayor estructura celular con forma esfeacuterica u oval y estaacute envuelto por
una membrana doble denominada membrana nuclear que contiene en su interior moleacuteculas de ADN
organizadas en cromosomas que contienen todas la informacioacuten hereditaria
La membrana nuclear es estructuralmente semejante a la membrana plasmaacutetica estaacute conectada al
retiacuteculo endoplasmaacutetico y posee poros nucleares que permiten la entrada y salida de substancias
Los pasos clave de la informacioacuten bioloacutegica replicacioacuten de ADN y siacutentesis de ARN suceden en el nuacutecleo
El ARN ribosoacutemico es producido por uno o maacutes cuerpos esfeacutericos denominados nucleacuteolos
Las ceacutelulas eucariotas apenas poseen organelas que son estructuras especializadas representadas por
el nuacutecleo retiacuteculo endoplasmaacutetico complejo de Golgi mitocondria cloroplastos lisosomas y centriacuteolos
La ceacutelula Estructura y funcioacuten
Hasta el final del s XIX no se elaboroacute la teoriacutea celular que enuncia que la ceacutelula es la unidad morfoloacutegica fisioloacutegica y geneacutetica de todos los seres vivos y que ademaacutes toda ceacutelula proviene de otra Todas las ceacutelulas tienen una estructura comuacuten la membrana plasmaacutetica el citoplasma y el material geneacutetico o ADN Se distinguen dos clases de ceacutelulas las ceacutelulas procariotas (sin nuacutecleo) y las ceacutelulas eucariotas mucho maacutes evolucionadas y que presentan nuacutecleo cito esqueleto en el citoplasma y orgaacutenulos membranosos con funciones diferenciadas
Forma y tamantildeo de las ceacutelulas
La ceacutelula es una estructura constituida por tres elementos baacutesicos membrana plasmaacutetica citoplasma y
material geneacutetico (ADN) Las ceacutelulas tienen la capacidad de realizar las tres funciones vitales nutricioacuten
relacioacuten y reproduccioacuten (ver t13)
La forma de las ceacutelulas estaacute determinada baacutesicamente por su funcioacuten La forma puede variar en
funcioacuten de la ausencia de pared celular riacutegida de las tensiones de uniones a ceacutelulas contiguas
de la viscosidad del citosol de fenoacutemenos osmoacuteticos y de tipo de citoesqueleto interno
El tamantildeo de las ceacutelulas es tambieacuten extremadamente variable Los factores que limitan su
tamantildeo son la capacidad de captacioacuten de nutrientes del medio que les rodea y la capacidad
funcional del nuacutecleo
Cuando una ceacutelula aumenta de tamantildeo aumenta mucho maacutes su volumen (V) que su superficie (S) (debido a que V = 43pr
3 mientras que S = 43pr
2) Esto implica que la relacioacuten superficievolumen
disminuye lo que es un gran inconveniente para la ceacutelula ya que la entrada de nutrientes estaacute en funcioacuten de su superficie y no del volumen Por este motivo la mayoriacutea de las ceacutelulas maduras son aplanadas prismaacuteticas e irregulares y pocas son esfeacutericas de forma que asiacute mantienen la relacioacuten
superficievolumen constante El aumento de volumen de la ceacutelula nunca va acompantildeado del aumento de volumen del nuacutecleo ni de su dotacioacuten cromosoacutemica
Ceacutelula procariota bacteria Gram positiva
Ceacutelula eucariota Epitelial secretora
Estructura de las ceacutelulas
La estructura comuacuten a todas las ceacutelulas comprende la membrana plasmaacutetica el citoplasma y el material geneacutetico o ADN
Membrana plasmaacutetica constituida por una bicapa lipiacutedica en la que estaacuten englobadas ciertas
proteiacutenas Los liacutepidos hacen de barrera aislante entre el medio acuoso interno y el medio acuoso
externo
El citoplasma abarca el medio liacutequido o citosol y el morfoplasma (nombre que recibe una serie
de estructuras denominadas orgaacutenulos celulares)
El material geneacutetico constituido por una o varias moleacuteculas de ADN Seguacuten esteacute o no rodeado
por una membrana formando el nuacutecleo se diferencian dos tipos de ceacutelulas las procariotas (sin
nuacutecleo) y las eucariotas (con nuacutecleo)
Las ceacutelulas eucariotas ademaacutes de la estructura baacutesica de la ceacutelula (membrana citoplasma y
material geneacutetico) presentan una serie de estructuras fundamentales para sus funciones vitales (ver t27 y t28)
El sistema endomembranoso es el conjunto de estructuras membranosas (orgaacutenulos)
intercomunicadas que pueden ocupar casi la totalidad del citoplasma
Orgaacutenulos transductores de energiacutea son las mitocondrias y los cloroplastos Su funcioacuten es la
produccioacuten de energiacutea a partir de la oxidacioacuten de la materia orgaacutenica (mitocondrias) o de energiacutea
luminosa (cloroplastos)
Estructuras carentes de membranas estaacuten tambieacuten en el citoplasma y son los ribosomas
cuya funcioacuten es sintetizar proteiacutenas y el citoesqueleto que da dureza elasticidad y forma a las
ceacutelulas ademaacutes de permitir el movimiento de las moleacuteculas y orgaacutenulos en el citoplasma
El nuacutecleo mantiene protegido al material geneacutetico y permite que las funciones de transcripcioacuten y
traduccioacuten se produzcan de modo independiente en el espacio y en el tiempo
En el exterior de la membrana plasmaacutetica de la ceacutelula procariota (ver t40) se encuentra la pared celular
que protege a la ceacutelula de los cambios externos El interior celular es mucho maacutes sencillo que en las eucariotas en el citoplasma se encuentran los ribosomas praacutecticamente con la misma funcioacuten y estructura que las eucariotas pero con un coeficiente de sedimentacioacuten menor Tambieacuten se encuentran los mesosomas que son invaginaciones de la membrana No hay por tanto citoesqueleto ni sistema
endomembranoso El material geneacutetico es una moleacutecula de ADN circular que estaacute condensada en una regioacuten denominada nucleoide No estaacute dentro de un nuacutecleo con membrana y no se distinguen nucleolos
Las teoriacuteas celulares
Las ceacutelulas se descubrieron en el siglo XVII El primero en observarlas fue el ingleacutes Robert Hooke en 1665 Con un microscopio muy rudimentario Hooke examinoacute una preparacioacuten de corcho y descubrioacute que pareciacutea estar compuesto por pequentildeas celdillas rodeadas de paredes riacutegidas Decidioacute llamar ceacutelulas a aquellas estructuras pero lo cierto es que sus ojos le engantildearon En realidad soacutelo habiacutea visto las paredes celulares muertas del corcho Hubo que esperar hasta el siglo XIX para que dos cientiacuteficos Matthias Jakob Schleiden y Theodor Schwann formularan una teoriacutea que explicara la estructura y funcionamiento de las ceacutelulas En 1839 establecieron que todo ser vivo estaacute formado por una o muchas ceacutelulas que eacutesta es la estructura maacutes pequentildea que cumple todas las funciones vitales y que toda ceacutelula procede a su vez de otra ceacutelula que se ha dividido
La teoriacutea celular
Principios de la teoriacutea celular
1 Todos los seres vivos estaacuten constituidos por una o maacutes ceacutelulas es decir la ceacutelula es la unidad morfoloacutegica de todos los seres vivos
2 La ceacutelula es capaz de realizar todos los procesos necesarios para permanecer con vida es decir la ceacutelula es la unidad fisioloacutegica de los organismos
3 Toda ceacutelula proviene de otra ceacutelula
4 La ceacutelula contiene toda la informacioacuten sobre la siacutentesis de su estructura y el control de su funcionamiento y es capaz de transmitirla a sus descendientes es decir la ceacutelula es la unidad geneacutetica
autoacutenoma de los seres vivos
El primer y segundo principios fueron establecidos por Schleiden y Schwann posteriormente Virchow
aportoacute el tercer principio sobre el origen de la ceacutelula La teoriacutea celular se puede completar con el cuarto principio propuesto por Sutton y Boveri
Transporte celular
El transporte celular es el intercambio de sustancias entre el interior celular y el exterior a traveacutes de la
membrana celular o el movimiento de moleacuteculas dentro de la ceacutelula
Transporte a traveacutes de la membrana celular
La ceacutelula necesita este proceso porque es importante para esta expulsar de su interior los desechos del metabolismo y adquirir nutrientes del liacutequido extracelular gracias a la capacidad de la membrana celular que permite el paso o salida de manera selectiva de algunas sustancias Las viacuteas de transporte a traveacutes de la membrana celular y los mecanismos baacutesicos para las moleacuteculas de pequentildeo tamantildeo son
Transporte pasivo o difusioacuten
El transporte pasivo es el intercambio simple de moleacuteculas de una sustancia a traveacutes de la membrana plasmaacutetica durante el cual no hay gasto de energiacutea que aporta la ceacutelula debido a que va a favor del gradiente de concentracioacuten o a favor de gradiente de carga eleacutectrica es decir de un lugar donde hay una gran concentracioacuten a uno donde hay menor El proceso celular pasivo se realiza por difusioacuten En siacute es el cambio de un medio de mayor concentracioacuten (medio hipertoacutenico) a otro de menor concentracioacuten (un medio hipotoacutenico)
Difusioacuten simple
Algunas sustancias pasan al interior o al exterior de las ceacutelulas a traveacutes de una membrana semipermeable y se mueven dentro de eacutestas por Difusioacuten simple siendo un proceso fiacutesico basado en el movimiento al azar La difusioacuten es el movimiento de aacutetomos moleacuteculas o iones de una regioacuten de mayor concentracioacuten a una de menor concentracioacuten sin requerir gasto de energiacutea La difusioacuten implica no soacutelo el movimiento al azar de las partiacuteculas hasta lograr la homogeacutenea distribucioacuten de las mismas (y esto ocurre cuando las partiacuteculas que azarosamente vienen se equiparan con las que azarosamente van) sino tambieacuten el homogeacuteneo potencial quiacutemico del fluido ya que de existir una membrana semipermeable que particiones un fluido en dos de distinto potencial quiacutemico se generaraacute una presioacuten osmoacutetica desde el potencial quiacutemico mayor (pe solvente puro) hacia el menor (pe solvente y soluto) hasta que ambas particiones se equiparen o la presioacuten hidrostaacutetica equilibre la presioacuten osmoacutetica
1
Difusioacuten facilitada
Es el movimiento de moleacuteculas maacutes grandes que no pueden pasar a traveacutes de la membrana plasmaacutetica y necesita ayuda de una proteiacutena u otros mecanismos (exocitosis) para pasar al otro lado Tambieacuten se llama difusioacuten mediada por portador porque la sustancia transportada de esta manera no suele poder atravesar la membrana sin una proteiacutena portadora especiacutefica que le ayude Se diferencia de la difusioacuten simple a traveacutes de conductos en que mientras que la magnitud de difusioacuten de la difusioacuten simple se incrementa de manera proporcional con la concentracioacuten de la sustancia que se difunde en la difusioacuten facilitada la magnitud de difusioacuten se aproxima a un maacuteximo (Vmax) al aumentar la concentracioacuten de la sustancia
Filtracioacuten O Dialisis
La filtracioacuten o diaacutelisis es el movimiento de agua y moleacuteculas disueltas a traveacutes de la membrana debido a la presioacuten hidrostaacutetica generada por el sistema cardiovascular Dependiendo del tamantildeo de los poros de la membrana soacutelo los solutos con un determinado tamantildeo pueden pasar a traveacutes de la membrana Por ejemplo los poros de la membrana de la caacutepsula de Bowman en los glomeacuterulos renales son muy pequentildeos y soacutelo la albuacutemina la maacutes pequentildea de las proteiacutenas tienen la capacidad de ser filtrada a traveacutes de ella Por otra parte los poros de las membranas de los hepatocitos son extremadamente grandes por lo que una gran variedad de solutos pueden atravesarla
Oacutesmosis
La oacutesmosis es un tipo especial de transporte pasivo en el cual soacutelo las moleacuteculas de agua son transportadas a traveacutes de la membrana El movimiento de agua se realiza desde un punto en que hay mayor concentracioacuten a uno de menor para igualar concentraciones De acuerdo al medio en que se encuentre una ceacutelula la oacutesmosis variacutea La funcioacuten de la osmosis es mantener hidratada a la membrana celular Dicho proceso no requiere gasto de energiacutea En otras palabras la oacutesmosis u osmosis es un fenoacutemeno consistente en el paso del solvente de una disolucioacuten desde una zona de baja concentracioacuten de soluto a una de alta concentracioacuten del soluto separadas por una membrana semipermeable Se relaciona con el movimiento browniano
Oacutesmosis en una ceacutelula animal
En un medio isotoacutenico hay un equilibrio dinaacutemico es decir el paso constante de agua
En un medio hipotoacutenico la ceacutelula absorbe agua hinchaacutendose y hasta el punto en que puede estallar dando origen a la citoacutelisis
En un medio hipertoacutenico la ceacutelula elimina agua y se arruga llegando a deshidratarse y se muere esto se llama crenacioacuten
Oacutesmosis en una ceacutelula vegetal [editar]
En un medio isotoacutenico hay un equilibrio dinaacutemico
En un medio hipotoacutenico la ceacutelula absorbe agua y sus vacuolas se llenan aumentando la presioacuten de turgencia
En un medio hipertoacutenico la ceacutelula elimina agua y el volumen de la vacuola disminuye produciendo que la membrana plasmaacutetica se despegue de la pared celular ocurriendo la plasmoacutelisis
Transporte activo
Consiste en el transporte de sustancias en contra de un gradiente de concentracioacuten para lo cual se requiere un gasto energeacutetico En la mayor parte de los casos este transporte activo se realiza a expensas de un gradiente de H
+ (potencial electroquiacutemico de protones) previamente creado a ambos lados de la
membrana por procesos de respiracioacuten y fotosiacutentesis por hidroacutelisis de ATP mediante ATP hidrolasas de membrana (F1F0) El transporte activo variacutea la concentracioacuten intracelular y ello da lugar un nuevo movimiento osmoacutetico de rebalanceo por hidratacioacuten Los sistemas de transporte activo son los maacutes abundantes entre las bacterias y se han seleccionado evolutivamente debido a que en sus medios naturales la mayoriacutea de los procariotas se encuentran de forma permanente o transitoria con una baja concentracioacuten de nutrientes
Los sistemas de transporte activo estaacuten basados en permeasas especiacuteficas e inducibles El modo en que se acopla la energiacutea metaboacutelica con el transporte del soluto auacuten no estaacute dilucidado pero en general se maneja la hipoacutetesis de que las permeasas una vez captado el sustrato con gran afinidad experimentan un cambio conformacioacuten al dependiente de energiacutea que les hace perder dicha afinidad lo que supone la liberacioacuten de la sustancia al interior celular
El transporte activo de moleacuteculas a traveacutes de la membrana celular se realiza en direccioacuten ascendente o en contra de un gradiente de concentracioacuten (Gradiente quiacutemico) o en contra un gradiente eleacutectrico de presioacuten (gradiente electroquiacutemico) es decir es el paso de sustancias desde un medio poco concentrado a un medio muy concentrado Para desplazar estas sustancias contra corriente es necesario el aporte de energiacutea procedente del ATP Las proteiacutenas portadoras del transporte activo poseen actividad ATPasa que significa que pueden escindir el ATP (Adenosin Tri Fosfato) para formar ADP (dos Fosfatos) o AMP (un Fosfato) con liberacioacuten de energiacutea de los enlaces fosfato de alta energiacutea Comuacutenmente se observan tres tipos de transportadores
Uniportadores son proteiacutenas que transportan una moleacutecula en un solo sentido a traveacutes de la membrana
Antiportadores incluyen proteiacutenas que transportan una sustancia en un sentido mientras que simultaacuteneamente transportan otra en sentido opuesto
Simportadores son proteiacutenas que transportan una sustancia junto con otra frecuentemente un protoacuten (H
+)
Transporte activo primario Bomba de sodio y potasio
Se encuentra en todas las ceacutelulas del organismo encargada de transportar los iones potasio que logran entrar a las ceacutelulas hacia el interior de eacutestas dando una carga interior negativa y al mismo tiempo bombea iones sodio desde el interior hacia el exterior de la ceacutelula (axoplasma) sin embargo el nuacutemero de iones Na
+ (con carga positiva) no sobrepasa al de iones con carga negativa dando por resultado una carga
interna negativa En caso particular de las neuronas en estado de reposo esta diferencia de cargas a ambos lados de la membrana se llama potencial de membrana o de reposo
Transporte activo secundario o cotransporte
Es el transporte de sustancias que normalmente no atraviesan la membrana celular tales como los aminoaacutecidos y la glucosa cuya energiacutea requerida para el transporte deriva del gradiente de concentracioacuten de los iones sodio de la membrana celular (Bomba GlucosaSodio ATPasa)
Bomba de calcio Es una proteiacutena de la membrana celular de todas las ceacutelulas eucariotas Su
funcioacuten consiste en transportar calcio ioacutenico (Ca2+
) hacia el exterior de la ceacutelula gracias a la energiacutea proporcionada por la hidroacutelisis de ATP con la finalidad de mantener la baja concentracioacuten de Ca
2+ en el citoplasma que es unas diez mil veces menor que en el medio
externo necesaria para el normal funcionamiento celular Se sabe que las variaciones en la concentracioacuten intracelular del Ca
2+ (segundo mensajero) se producen como respuesta a diversos
estiacutemulos y estaacuten involucradas en procesos como la contraccioacuten muscular la expresioacuten geneacutetica la diferenciacioacuten celular la secrecioacuten y varias funciones de las neuronas Dada la variedad de procesos metaboacutelicos regulados por el Ca
2+ un aumento de la concentracioacuten de Ca
2+ en el
citoplasma puede provocar un funcionamiento anormal de los mismos Si el aumento de la concentracioacuten de Ca
2+ en la fase acuosa del citoplasma se aproxima a un deacutecimo de la del medio
externo el trastorno metaboacutelico producido conduce a la muerte celular El calcio es el mineral maacutes abundante del organismo ademaacutes de cumplir muacuteltiples funciones
Transporte de macromoleacuteculas o partiacuteculas
Las macromoleacuteculas o partiacuteculas grandes se introducen o expulsan de la ceacutelula por dos mecanismos
Endocitosis
La endocitosis es el proceso celular por el que la ceacutelula mueve hacia su interior moleacuteculas grandes o partiacuteculas englobaacutendolas en una invaginacioacuten de su membrana citoplasmaacutetica formando una vesiacutecula que luego se desprende de la pared celular e incorpora al citoplasma Esta vesiacutecula llamada endosoma luego se fusiona con un lisosoma que realizaraacute la digestioacuten del contenido vesicular
Existen dos procesos
Pinocitosis consiste en la ingestioacuten de liacutequidos y solutos mediante pequentildeas vesiacuteculas
Fagocitosis consiste en la ingestioacuten de grandes partiacuteculas que se engloban en grandes vesiacuteculas (fagosomas) que se desprenden de la membrana celular
Endocitosis mediada por receptor es de tipo especiacutefica captura macromoleacuteculas especiacuteficas del
ambiente fijaacutendose a traveacutes de proteiacutenas ubicadas en las membranas plasmaacuteticas (especificas) Una vez que se unen a dicho receptor forman las vesiacuteculas y las transportan al interior de la ceacutelula La endocitosis mediada por receptor resulta ser un proceso raacutepido y eficiente
Exocitosis
Es la expulsioacuten de sustancias como la insulina a traveacutes de la fusioacuten de vesiacuteculas con la membrana celular
La exocitosis es el proceso celular por el cual las vesiacuteculas situadas en el citoplasma se fusionan con la membrana citoplasmaacutetica liberando su contenido
La exocitosis se observa en muy diversas ceacutelulas secretoras tanto en la funcioacuten de excrecioacuten como en la funcioacuten endocrina
Tambieacuten interviene la exocitosis en la secrecioacuten de un neurotransmisor a la brecha sinaacuteptica para posibilitar la propagacioacuten del impulso nervioso entre neuronas La secrecioacuten quiacutemica desencadena una despolarizacioacuten del potencial de membrana desde el axoacuten de la ceacutelula emisora hacia la dendrita (u otra parte) de la ceacutelula receptora Este neurotransmisor seraacute luego recuperado por endocitosis para ser reutilizado Sin este proceso se produciriacutea un fracaso en la transmisioacuten del impulso nervioso entre neuronas
CEacuteLULA VEGETAL
Todos los organismos vivos estaacuten compuestos por ceacutelulas El ingleacutes Robert Hooke en 1665 realizoacute cortes finos de una muestra de corcho y observoacute usando un microscopio rudimentario unos pequentildeos compartimentos que no eran maacutes que las paredes celulares de esas ceacutelulas muertas y las llamoacute ceacutelulas (del latiacuten cellula que significa habitacioacuten pequentildea ) ya que eacuteste tejido le recordaba las celdas pequentildeas que habitaban los monjes de aquella eacutepoca No fue sino hasta el siglo XIX que dos cientiacuteficos alemanes el botaacutenico Matthias Jakob Schleiden y el zoologo Theodor Schwann enunciaron en 1839 la primera teoriacutea celular Todas las plantas y animales estaacuten compuestos por grupos de ceacutelulas y eacutestas son la unidad baacutesica de todos los organismos vivos Esta teoriacutea fue completada en 1855 por Rudolph Virchow quien establecioacute que las ceacutelulas nuevas se formaban a partir de ceacutelulas preexistentes ( omni cellula e cellula ) En otras palabras las ceacutelulas no se pueden formar por generacioacuten espontaacutenea a partir de materia inerte
Ceacutelula fijada con KMnO4
En la frontera de lo viviente se han descubierto seres aun maacutes pequentildeos los virus que crecen y se reproducen solamente cuando parasitan otra ceacutelula Podemos afirmar que no hay vida sin ceacutelula Al igual que un edificio las ceacutelulas son los bloques de construccioacuten de un organismo La ceacutelula es la unidad maacutes pequentildea de materia viva capaz de llevar a cabo todas las actividades necesarias para el mantenimiento de la vida
La teoriacutea celular actualmente se puede resumir de la siguiente forma
1 Todos los organismos vivos estaacuten formados por ceacutelulas y productos celulares
2 Soacutelo se forman ceacutelulas nuevas a partir de ceacutelulas preexistentes
3 La informacioacuten geneacutetica que se necesita durante la vida de las ceacutelulas y la que se requiere para la produccioacuten de nuevas ceacutelulas se transmite de una generacioacuten a la siguiente
4 Las reacciones quiacutemicas de un organismo esto es su metabolismo tienen lugar en las ceacutelulas
CEacuteLULAS VEGETALES Y ANIMALES
Tanto las ceacutelulas de las plantas como las de los animales son eucarioacuteticas sin embargo presentan algunas diferencias
1 Las ceacutelulas vegetales presentan una pared celular celuloacutesica riacutegida que evita cambios de forma y posicioacuten
2 Las ceacutelulas vegetales contienen plastidios estructuras rodeadas por una membrana que sintetizan y almacenan alimentos Los maacutes comunes son los cloroplastos
3 Casi todas las ceacutelulas vegetales poseen vacuolas que tienen la funcioacuten de transportar y almacenar nutrientes agua y productos de desecho
4 Las ceacutelulas vegetales complejas carecen de ciertos organelos como los centriacuteolos y los lisosomas
Fotosiacutentesis
Una hoja el lugar principal en el que se desarrolla la fotosiacutentesis en las plantas
La fotosiacutentesis del griego antiguo φωτο (foto) luz y σύνθεσις (siacutentesis) unioacuten es la base de la vida
actual en la Tierra Proceso mediante el cual las plantas algas y algunas bacterias captan y utilizan la energiacutea de la luz para transformar la materia inorgaacutenica de su medio externo en materia orgaacutenica que utilizaraacuten para su crecimiento y desarrollo
Los organismos capaces de llevar a cabo este proceso se denominan fotoautoacutetrofos y ademaacutes son capaces de fijar el CO2 atmosfeacuterico (lo que ocurre casi siempre) o simplemente autoacutetrofos Salvo en algunas bacterias en el proceso de fotosiacutentesis se producen liberacioacuten de oxiacutegeno molecular (proveniente de moleacuteculas de H2O) hacia la atmoacutesfera (fotosiacutentesis oxigeacutenica) Es ampliamente admitido que el contenido actual de oxiacutegeno en la atmoacutesfera se ha generado a partir de la aparicioacuten y actividad de dichos organismos fotosinteacuteticos Esto ha permitido la aparicioacuten evolutiva y el desarrollo de organismos aerobios capaces de mantener una alta tasa metaboacutelica (el metabolismo aerobio es muy eficaz desde el punto de vista energeacutetico)
La otra modalidad de fotosiacutentesis la fotosiacutentesis anoxigeacutenica en la cual no se libera oxiacutegeno es llevada a cabo por un nuacutemero reducido de bacterias como las bacterias puacuterpuras del azufre y las bacterias verdes del azufre estas bacterias usan como donador de hidroacutegenos el H2S con lo que liberan azufre
Generalidades
Cloroplastos dentro de ceacutelulas vegetales
En algas eucarioacuteticas y en plantas la fotosiacutentesis se lleva a cabo en un orgaacutenulo especializado denominado cloroplasto Este orgaacutenulo que estaacute delimitado por dos membranas (envueltas de los cloroplastos) que lo separan del citoplasma circundante En su interior se encuentra una fase acuosa con un elevado contenido en proteiacutenas e hidratos de carbono (estroma del cloroplasto) y una serie de
membranas denominadas tilacoides Los tilacoides contienen los pigmentos (sustancias coloreadas) fotosinteacuteticos y proteiacutenas necesarios para captar la energiacutea de la luz El principal de esos pigmentos es la clorofila de color verde de la que existen varios tipos (bacterioclorofilas y clorofilas a b c y d) Ademaacutes de las clorofilas otros pigmentos presentes en todos los organismos eucarioacuteticos son los carotenoides (carotenos y xantofilas) de color amarillo o anaranjado y que tienen un papel auxiliar en la captacioacuten de la luz ademaacutes de un papel protector En cianobacterias (que no poseen cloroplastos) los carotenoides son sustituidos por otro tipo de pigmentos denominados ficobilinas de naturaleza quiacutemica diferente a los anteriores En las plantas vasculares el mayor nuacutemero de cloroplastos se encuentra dentro de las ceacutelulas del mesoacutefilo de las hojas lo cual les confiere su caracteriacutestico color verde
La fotosiacutentesis se divide en dos fases La primera ocurre en los tilacoides en donde se capta la energiacutea de la luz y eacutesta es almacenada en dos moleacuteculas orgaacutenicas sencillas (ATP y NADPH) La segunda tiene lugar en el estroma y las dos moleacuteculas producidas en la fase anterior son utilizadas en la asimilacioacuten del CO2 atmosfeacuterico para producir hidratos de carbono e indirectamente el resto de las moleacuteculas orgaacutenicas que componen los seres vivos (aminoaacutecidos liacutepidos nucleoacutetidos etc) Tradicionalmente a la primera fase se le denominaba fase luminosa y a la segunda fase oscura de la fotosiacutentesis Sin embargo la
denominacioacuten como fase oscura de la segunda etapa es incorrecta porque actualmente se conoce que los procesos que la llevan a cabo solo ocurren en condiciones de iluminacioacuten Es maacutes preciso referirse a ella como fase de fijacioacuten del dioacutexido de carbono (ciclo de Calvin) y a la primera como fase fotoquiacutemica o reaccioacuten de Hill
En la fase luminosa o fotoquiacutemica la energiacutea de la luz captada por los pigmentos fotosinteacuteticos unidos a proteiacutenas y organizados en los denominados foto sistemas (ver maacutes adelante) produce la descomposicioacuten del agua liberando electrones que circulan a traveacutes de moleacuteculas transportadoras para llegar hasta un aceptor final (NADP
+) capaz de mediar en la transformacioacuten del CO2 atmosfeacuterico (o
disuelto en el agua en sistemas acuaacuteticos) en materia orgaacutenica Este proceso luminoso estaacute tambieacuten acoplado a la formacioacuten de moleacuteculas que funcionan como intercambiadores de energiacutea en las ceacutelulas (ATP) La formacioacuten de ATP es necesaria tambieacuten para la fijacioacuten del CO2
El CO2 es uno de los menores componentes del aire atmosfeacuterico capaz de reflejar la radiacioacuten de onda larga proveniente de la tierra (el maacuteximo agente reflector de esa radiacioacuten es el vapor de agua) El notable aumento de su concentracioacuten a partir de 1850 debido a la destruccioacuten de las aacutereas selvaacuteticas la actividad industrial y el uso de combustibles foacutesiles podriacutea tener el efecto de incrementar las temperaturas medias efecto llamado efecto invernadero
Descubrimiento
Durante el siglo XVIII comienzan a surgir trabajos que relacionan los incipientes conocimientos de la Quiacutemica con los de la Biologiacutea Asiacute con los trabajos de Priestley se llega a la conclusioacuten de que las partes verdes de las plantas fijan el aire lsquoimpurorsquo (anhiacutedrido carboacutenico) que actuariacutea como un nutriente y liberan oxiacutegeno
Posteriormente Emily Fransecheti ampliacutea los estudios de Scarlett Pruzza describiendo la emisioacuten de CO2 por las plantas en oscuridad y estableciendo que esta emisioacuten era menor que su asimilacioacuten en condiciones de iluminacioacuten Ingeshousz tambieacuten supone que la emisioacuten de oxiacutegeno por parte de las plantas procede en uacuteltimo teacutermino del agua aunque no sabe encontrar una explicacioacuten para este fenoacutemeno y habla de una lsquotransmutacioacutenrsquo (se debe antildeadir que en esta eacutepoca no se conociacutea auacuten la naturaleza quiacutemica del agua)
En la misma liacutenea de los autores anteriores Jean Senebier ginebrino realiza nuevos experimentos que establecen la necesidad de la luz para que se produzca la asimilacioacuten de anhiacutedrido carboacutenico y el desprendimiento de oxiacutegeno Tambieacuten establece que auacuten en condiciones de iluminacioacuten si no se suministra CO2 no se registra desprendimiento de oxiacutegeno J Senebier sin embargo opinaba en contra de las teoriacuteas desarrolladas y confirmadas maacutes adelante que la fuente de anhiacutedrido carboacutenico para la planta proveniacutea del agua y no del aire
Otro autor suizo Th de Saussure demostrariacutea experimentalmente que el pipeteo de la papa constituye un proceso baacutesico en la fotosiacutentesis y que el aumento de biomasa depende de la fijacioacuten de anhiacutedrido carboacutenico (que puede ser tomado directamente del aire por las hojas) y del agua Tambieacuten realiza estudios sobre la respiracioacuten en plantas y concluye que junto con la emisioacuten de anhiacutedrido carboacutenico hay una peacuterdida de agua y una generacioacuten de calor Finalmente de Saussure describe la necesidad de la nutricioacuten mineral de las plantas
El quiacutemico alemaacuten J von Liebig es uno de los grandes promotores tanto del conocimiento actual sobre Quiacutemica Orgaacutenica como sobre Fisiologiacutea Vegetal imponiendo el punto de vista de los organismos como entidades compuestas por productos quiacutemicos y la importancia de las reacciones quiacutemicas en los procesos vitales Confirma las teoriacuteas expuestas previamente por de Saussure matizando que si bien la fuente de carbono procede del CO2 atmosfeacuterico el resto de los nutrientes provienen del suelo
La denominacioacuten como clorofila de los pigmentos fotosinteacuteticos fue acuntildeada por Pelletier y Caventou a comienzos del siglo XIX Dutrochet describe la entrada de CO2 en la planta a traveacutes de los estomas y determina que solo las ceacutelulas que contienen clorofila son productoras de oxiacutegeno H von Mohl maacutes tarde asociariacutea la presencia de almidoacuten con la de clorofilas y describiriacutea la estructura de los estomas Sachs a su vez relacionoacute la presencia de clorofila con cuerpos subcelulares que se pueden alargar y dividir asiacute como que la formacioacuten de almidoacuten estaacute asociada con la iluminacioacuten y que esta sustancia desaparece en oscuridad o cuando los estomas son ocluidos A Sachs se debe la formulacioacuten de la ecuacioacuten baacutesica de la fotosiacutentesis
6 CO2 + 6 H2O rarr C6H12O6 + 6 O2
Schimper dariacutea el nombre de cloroplastos a los cuerpos coloreados de Sachs y describiriacutea los aspectos baacutesicos de su estructura tal como se podiacutea detectar con microscopiacutea oacuteptica En el uacuteltimo tercio del siglo XIX se sucederiacutean los esfuerzos por establecer las propiedades fiacutesico-quiacutemicas de las clorofilas y se comienzan a estudiar los aspectos eco fisioloacutegico de la fotosiacutentesis
Fase fotoquiacutemica
La energiacutea luminosa que absorbe la clorofila se transmite a los electrones externos de la moleacutecula los cuales escapan de la misma y producen una especie de corriente eleacutectrica en el interior del cloroplasto al incorporarse a la cadena de transporte de electrones Esta energiacutea puede ser empleada en la siacutentesis de ATP mediante la fotofosforilacioacuten y en la siacutentesis de NADPH Ambos compuestos son necesarios para la siguiente fase o Ciclo de Calvin donde se sintetizaraacuten los primeros azuacutecares que serviraacuten para la produccioacuten de sacarosa y almidoacuten Los electrones que ceden las clorofilas son repuestos mediante la oxidacioacuten del H2O proceso en el cual se genera el O2 que las plantas liberan a la atmoacutesfera
Existen dos variantes de fotofosforilacioacuten aciacuteclica y ciacuteclica seguacuten el traacutensito que sigan los electrones a traveacutes de los foto sistemas Las consecuencias de seguir un tipo u otro estriban principalmente en la produccioacuten o no de NADPH y en la liberacioacuten o no de O2
Fotofosforilacioacuten aciacuteclica
Estructura de un fotosistema
Este proceso permite la formacioacuten de ATP y la reduccioacuten de NADP+ a NADPH + H
+ y necesita de la
energiacutea de la luz como ya se ha dicho Se realiza gracias a los llamados foto sistemas que se encuentran en la membrana de los tilacoides (en los cloroplastos) Estos estaacuten formados por dos partes
Antena donde se agrupan los pigmentos antena junto con proteiacutenas y cuya funcioacuten es captar
la energiacutea de los fotones para transmitirla al pigmento diana y el centro de reaccioacuten Este esta formado por proteiacutenas y por pigmentos encontraacutendose en eacutel el llamado pigmento diana que es
aquel que recibe la energiacutea de excitacioacuten de la antena energiacutea que sirve para excitar y liberar electrones Aquiacute tambieacuten se encuentra el primer dador de electrones que repone los electrones al pigmento diana
Primer aceptor que recibe los electrones liberados
Hay dos tipos de foto sistemas
Fotosistema I que se encuentra sobre todo en los tilacoides de estroma y cuyo pigmento diana
es la clorofila P700
Fotosistema II que se encuentra sobre todo en los grana y cuyo pigmento diana es la clorofila
P680
Proceso
El proceso de la fase luminosa supuesto para dos electrones es el siguiente Los fotones inciden sobre el fotosistema II excitando y liberando dos electrones que pasan al primer aceptor de electrones la feofitina Los electrones los repone el primer dador de electrones el dador Z con los electrones procedentes de la fotoacutelisis del agua en el interior del tilacoide (la moleacutecula de agua se divide en 2H
+ + 2e
-
+ 12O2) Los protones de la fotoacutelisis se acumulan en el interior del tilacoide y el oxiacutegeno es liberado
Los electrones pasan a una cadena de transporte de electrones que invertiraacute su energiacutea liberada en la siacutentesis de ATP iquestCoacutemo La teoriacutea quimioosmoacutetica nos lo explica de la siguiente manera los electrones son cedidos a las plastoquinonas las cuales captan tambieacuten dos protones del estroma Los electrones y los protones pasan al complejo de citocromos bf que bombea los protones al interior del tilacoide Se consigue asiacute una gran concentracioacuten de protones en el tilacoide (entre eacutestos y los resultantes de la fotoacutelisis del agua) que se compensa regresando al estroma a traveacutes de las proteiacutenas ATP-sintasas que invierten la energiacutea del paso de los protones en sintetizar ATP La siacutentesis de ATP en la fase fotoquiacutemica se denomina fotofosforilacioacuten
Los electrones de los citocromos pasan a la plastocianina que los cede a su vez al fotosistema I Con la energiacutea de la luz los electrones son de nuevo liberados y captados por el aceptor A0 De ahiacute pasan a traveacutes de una serie de filoquinonas hasta llegar a la ferredoxina Eacutesta moleacutecula los cede a la enzima NADP
+-reductasa que capta tambieacuten dos protones del estroma Con los dos protones y los dos
electrones reduce un NADP+ en NADPH + H
+
El balance final es por cada moleacutecula de agua (y por cada cuatro fotones) se forman media moleacutecula de oxiacutegeno 13 moleacuteculas de ATP y un NADPH + H
+
Foto fosforilacioacuten ciacuteclica
Tiene lugar al mismo tiempo que la aciacuteclica En ella soacutelo interviene el foto sistema I Los electrones liberados despueacutes de llegar a la ferredoxina pasan a las plastoquinonas y siguen la cadena de transporte de electrones hasta regresar a la plastocianina y al fotosistema I Por tanto se genera ATP en lugar de NADPH Sirve para compensar el hecho de que en la fotofosforilacioacuten aciacuteclica no se genera suficiente ATP para la fase oscura
Fase bioquiacutemica o ciclo de Calvin biosiacutentesis orgaacutenica
Esquema simplificado del ciclo de Calvin-Benson
La fase bioquiacutemica o ciclo de Calvin o ciclo reductivo de las pentosas-fosfato consiste en un ciclo de reacciones quiacutemicas en las que se incorpora el CO2 de la atmoacutesfera en moleacuteculas orgaacutenicas y se originan triosas fosfato los primeros azuacutecares previos a la formacioacuten de sacarosa y almidoacuten Durante este ciclo se
emplean el ATP y el NADPH producidos en la etapa fotoquiacutemica Se divide en tres etapas carboxilacioacuten reduccioacuten y regeneracioacuten
Este ciclo comienza con una pentosa la ribulosa-15-fosfato que se carboxila con el CO2 y se descompone en dos moleacuteculas de aacutecido-3-fosfogliceacuterico Con el gasto de un ATP el aacutecido-3-fosfogliceacuterico se fosforila en aacutecido-13-bifosfogliceacuterico Eacuteste se reduce con el NADPH y se libera una moleacutecula de aacutecido fosfoacuterico formaacutendose el gliceraldehido-3-fosfato La moleacutecula formada puede seguir ahora dos viacuteas una es dar lugar a maacutes ribulosa-15-fosfato para seguir el ciclo y la otra es dar lugar a los distintos principios inmediatos glucosa o fructosa almidoacuten y a partir de ellos los demaacutes gluacutecidos y los liacutepidos proteiacutenas y nucleoacutetidos que requiere la ceacutelula
Hay que destacar que tanto la fase fotoquiacutemica como la fase biosinteacutetica se producen a la vez Son inseparables ya que los productos de la fase fotoquiacutemica son empleados en la fase biosinteacutetica Por otro lado al consumir en la fase biosinteacutetica el ATP y NADPH se obtienen ADP y NADP
+ para la fase
fotoquiacutemica Para asegurar que ambas fases se produzcan a la vez existe una fuerte fotorregulacioacuten sobre las enzimas del ciclo de Calvin para que esteacuten activas por el diacutea e inactivas por la noche en especial sobre la enzima rubisco No obstante existe una variante de fotosiacutentesis presente en ciertas plantas que permite separar la fijacioacuten del CO2 de la fase fotoquiacutemica Se trata de la fotosiacutentesis tipo CAM empleada por plantas adaptadas a climas deseacuterticos para evitar que se abran las estomas por el diacutea para fijar el CO2 con la consiguiente peacuterdida de agua
Divisioacuten celular
Comparacioacuten de tres tipos de reproduccioacuten celular
Definicioacuten
La divisioacuten celular es la parte del ciclo
celular en la que una ceacutelula inicial (llamada madre) se divide en dos para formar dos ceacutelulas hijas Gracias a la divisioacuten celular se produce el crecimiento de los organismos pluricelulares con el crecimiento de los tejidos y la reproduccioacuten vegetativa en seres unicelulares
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas
Tipos de divisioacuten celular
Biparticioacuten la divisioacuten de la ceacutelula madre en dos ceacutelulas hijas cada nueva ceacutelula es un nuevo individuo
con estructuras y funciones ideacutenticas a la ceacutelula madre Este tipo de reproduccioacuten la presentan organismos como bacterias amebas y algunas algas
Gemacioacuten se presenta cuando unos nuevos individuos se producen a partir de yemas El proceso de
gemacioacuten es frecuente en esponjas celenterios briozoos En una zona o varias del organismo progenitor
se produce una evaginacioacuten o yema que se va desarrollando y en un momento dado sufre una constriccioacuten en la base y se separa del progenitor comenzando su vida como nuevo ser Las yemas hijas pueden presentar otras yemas a las que se les denomina yemas secundarias En algunos organismos se pueden formar colonias cuando las yemas no se separan del organismo progenitor En las formas maacutes evolucionadas de briozoos se observa en el proceso de gemacioacuten que se realiza de forma maacutes complicado
El nuacutemero de individuos de una colonia la manera en que estaacuten agrupados y su grado de diferenciacioacuten variacutea y a menudo es caracteriacutestica de una especie determinada Los briozoos pueden originar nuevos individuos sobre unas prolongaciones llamados estolones y al proceso se le denomina estolonizacioacuten
Ciertas especies de animales pueden tener gemacioacuten interna yemas que sobreviven en condiciones desfavorables gracias a una envoltura protectora En el caso de las esponjas de agua dulce las yemas tienen una caacutepsula protectora y en el interior hay sustancia de reserva Al llegar la primavera se pierde la caacutepsula protectora y a partir de la yema surge la nueva esponja En los briozoos de agua dulce se produce una capa de quitina y de calcio y no necesitan sustancia de reserva pues se encuentra en estado de hibernacioacuten
Esporulacioacuten la esporulacioacuten o esporo geacutenesis consiste en un proceso de diferenciacioacuten celular para
llegar a la produccioacuten de ceacutelulas reproductivas dispersivas de resistencia llamadas esporas Este proceso ocurre en hongos amebas liacutequenes algunos tipos de bacterias protozoos esporozoos (como el Plasmodium causante de malaria) y es frecuente en vegetales (especialmente algas musgos y helechos) grupos de muy diferentes oriacutegenes evolutivos pero con semejantes estrategias reproductivas todos ellos pueden recurrir a la formacioacuten ceacutelulas de resistencia para favorecer la dispersioacuten Durante la esporulacioacuten se lleva a cabo la divisioacuten del nuacutecleo en varios fragmentos y por una divisioacuten celular asimeacutetrica una parte del citoplasma rodea cada nuevo nuacutecleo dando lugar a las esporas Dependiendo de cada especie se puede producir un nuacutemero parciable de esporas y a partir de cada una de ellas se desarrollaraacute un individuo independiente
Procesos de divisioacuten celular
Fisioacuten binaria es la forma de divisioacuten celular de las ceacutelulas procariotas
Mitosis es la forma maacutes comuacuten de la divisioacuten celular en las ceacutelulas eucariotas Una ceacutelula que ha
adquirido determinados paraacutemetros o condiciones de tamantildeo volumen almacenamiento de energiacutea factores medioambientales puede replicar totalmente su dotacioacuten de ADN y dividirse en dos ceacutelulas hijas normalmente iguales Ambas ceacutelulas seraacuten diploides o haploide dependiendo de la ceacutelula madre
Meiosis es la divisioacuten de una ceacutelula diploide en cuatro ceacutelulas haploide Esta divisioacuten celular se
produce en organismos multicelulares para producir gametos haploide que pueden fusionarse despueacutes para formar una ceacutelula diploide llamada zigoto en la fecundacioacuten
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas Las ceacutelulas cancerosas son inmortales Una enzima llamada telomerasa permite a estas ceacutelulas dividirse indefinidamente
La caracteriacutestica principal de la divisioacuten celular en organismos eucariotas es la conservacioacuten de los
mecanismos geneacuteticos del control del ciclo celular y de la divisioacuten celular puesto que se ha mantenido praacutecticamente inalterable desde organismos tan simples como las levaduras a criaturas tan complejas como el ser humano a lo largo de la evolucioacuten bioloacutegica
Factores que explican la divisioacuten celular
Una teoriacutea afirma que existe un momento en el que la ceacutelula comienza a crecer mucho lo que hace que disminuya la proporcioacuten aacutereavolumen Cuando el aacuterea de la membrana plasmaacutetica de la ceacutelula es mucho maacutes pequentildea en relacioacuten con el volumen total de eacutesta se presentan dificultades en la reabsorcioacuten y en el transporte de nutrientes siendo asiacute necesario que se produzca la divisioacuten celular
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular constituye el proceso maacutes importante dentro de la ceacutelula el cual abordaremos en
pequentildea medida pero de manera significativa
Esta investigacioacuten toma en cuenta a todos aquellos que de alguna manera participan aunque sea de
forma miacutenima en la respiracioacuten celular
Hablar de respiracioacuten celular es referirnos a un proceso bioquiacutemico del cual nos ramificaremos a dos tipos
de respiracioacuten celular aeroacutebica y anaeroacutebica
En este proceso interfieren factores quiacutemicos capaces de ser procesados dentro de las ceacutelulas y que en
gran medida constituyen las bases para que la respiracioacuten celular se lleve a cabo
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular es el conjunto de reacciones bioquiacutemicas que ocurren en la mayoriacutea de las ceacutelulas
Tambieacuten es el conjunto de reacciones quiacutemicas mediante las cuales se obtiene energiacutea a partir de la
degradacioacuten de sustancias orgaacutenicas como los azuacutecares y los aacutecidos principalmente
Comprende dos fases
PRIMERA FASE
Se oxida la glucosa (azuacutecar) y no depende del oxiacutegeno por lo que recibe el nombre de respiracioacuten
anaeroacutebica y glicoacutelisis reaccioacuten que se lleva a cabo en el citoplasma de la ceacutelula
SEGUNDA FASE
Se realiza con la intervencioacuten del oxiacutegeno y recibe el nombre de respiracioacuten aeroacutebica o el ciclo de krebs y
se realiza en estructuras especiales de las ceacutelulas llamadas mitocondrias
Tanto que es una parte del metabolismo concretamente del catabolismo en el cual la energiacutea contenida
en distintas biomoleacuteculas como los gluacutecidos (azuacutecares carbohidratos) es liberado de manera controlada
IMPORTANCIA
- Crecimiento
- Transporte activo de sustancias energeacuteticas
- Movimiento ciclosis
- Regeneracioacuten de ceacutelulas
- Siacutentesis de proteiacutenas
- Divisioacuten de ceacutelulas
TIPOS DE RESPIRACIOacuteN CELULAR
RESPIRACIOacuteN ANAEROacuteBICA
La respiracioacuten anaeroacutebica es un proceso bioloacutegico de oxidorreduccioacuten de azuacutecares y otros compuestos
Lo realizan exclusivamente algunos grupos de bacterias
En la respiracioacuten anaeroacutebica no se usa oxiacutegeno sino para la misma funcioacuten se emplea otra sustancia
oxidante distinta como el sulfato No hay que confundir la respiracioacuten anaeroacutebica con la fermentacioacuten
aunque estos dos tipos de metabolismo tienen en comuacuten el no ser dependiente del oxigeno
Todos los posibles aceptores en la respiracioacuten anaeroacutebica tienen un potencial de reduccioacuten menor que el
O2 por lo que se genera menor energiacutea en el proceso
ETAPAS
Glucoacutelisis
Fermentacioacuten
GLUCOacuteLISIS- Tambieacuten denominado glicoacutelisis es la secuencia metaboacutelica en la que se oxida en la
glucoacutelisis cuando hay ausencia de oxiacutegeno la glucoacutelisis es la uacutenica viacutea que produce ATP en los animales
Estaacute presente en todas las formas de viacuteas actuales Es la primera parte del metabolismo energeacutetico y en
las ceacutelulas eucariotas en donde ocurre el citoplasma
Por lo tanto es una secuencia compleja de reacciones que se efectuacutean en el citosol de una ceacutelula
mediante las cuales una moleacutecula de glucosa se desdobla en dos moleacuteculas de acido piruvico De manera
que la glicoacutelisis consta de dos pasos principales
Activacioacuten de la glucosa
Produccioacuten de energiacutea
IMPORTANCIA Permite a los muacutesculos esqueleacuteticos realizar su contraccioacuten
FERMENTACIOacuteN- Es un proceso cataboacutelico de oxidacioacuten completa siendo el producto final de
un compuesto orgaacutenico La fermentacioacuten tiacutepica es llevada acabo por las levaduras Tambieacuten
unos metazoos y plantas menores son capaces de producirla
El proceso de fermentacioacuten anaeroacutebica se produce en la ausencia de oxigeno como aceptor final
de los electrones del NADH producido en la glucoacutelisis
En los seres vivos la fermentacioacuten es un proceso anaeroacutebico y en el no interviene la cadena
respiratoria que son propios del micro organismo como las bacterias y levaduras
Ademaacutes en la industria de la fermentacioacuten puede ser oxidativa es decir como presencia de
oxigeno pero es una oxidacioacuten aeroacutebica incompleta como la produccioacuten de acido aceacutetico a partir
del etanol
La fermentacioacuten puede ser naturales cuando las condiciones ambientales permitan la interaccioacuten
del microorganismo sustratos orgaacutenicos susceptibles o artificiales cuando el hombre propicia
condiciones y en contacto referido
USOS
El conocimiento de la dieta a traveacutes del desarrollo de una diversidad de sabores aromas y
texturas en los substratos de los alimentos
Preservacioacuten de cantidades substanciales de alimentos a traveacutes del acido laacutecteo alcohoacutelico
acido aceacutetico y fermentacioacuten alcalinas
La fermentacioacuten tiene algunos usos exclusivos para los alimentos pueden producir nutrientes
importantes o eliminar auto nutrientes
TIPOS DE FERMENTACIOacuteN
Fermentacioacuten aceacutetica
Fermentacioacuten alcohoacutelica
Fermentacioacuten butirica
Fermentacioacuten de la glicerina
Fermentacioacuten laacutectica
Fermentacioacuten putrica
RESPIRACIOacuteN AEROacuteBICA
Es un tipo de metabolismo energeacutetico en el que los seres vivos extraen energiacutea de moleacuteculas
orgaacutenicas como la glucosa por un proceso complejo en donde el carbono queda oxidado y en el
que el aire es el oxidante empleado
La respiracioacuten aeroacutebica es propia de los organismos eucariontes en general y de algunos tipos
de bacterias
La susecion de reacciones quiacutemicas que ocurren dentro de las ceacutelulas mediante las cuales se
realiza las descomposiciones finales de las moleacuteculas en los alimentos y en la que se produce CO2 y
H2O
Se realiza solo en el proceso de oxigeno Consiste en la degradacioacuten de los piruvatos producidos
durante la glucosis hasta CO2 y H2O como obtencioacuten de 34 a 36 ATP
IMPORTANCIA
Participa en la respiracioacuten celular formando ATP
REACCIONES AEROacuteBICAS
Las reacciones aeroacutebicas ocurre en la mitocondria y son
1 Formacioacuten del acetilo
2 Transferencia del acetilo Actividades en matriz
3 Ciclo de krebs
4 Transporte de electrones
Cadena respiratoria
5 Fosforilacioacuten oxidativa (actividad de crestas)
LA MITOCONDRIA Y SUS PARTES
CICLO DE KREBS
Propuesto por Hans A Krebs en 1937 quien descubrioacute el ciclo estudiando suspensiones de papillas del
muacutesculo pectoral de la paloma que presentaba un elevado ritmo respiratorio
El ciclo de krebs (tambieacuten llamado ciclo del acido ciacutetrico o ciclo de lso aacutecidos tricarboxilicos) es una serie
de reacciones quiacutemicos de gran importancia que forman parte de la respiracioacuten celular en toda las ceacutelulas
aeroacutebicas es decir que utilizan oxigeno En organismo aeroacutebico el ciclo de krebs es parte de la viacutea
cataboacutelica que realizan oxidacioacuten de hidratos de carbono aacutecidos graos y aminoaacutecidos hasta producir CO2
y H2O liberando energiacutea en forma utilizable
El ciclo de krebs tambieacuten proporciona recurso para muchas biomoleculas tales como ciertos aacutenimos
aacutecidos Por ello se considera una viacutea anfibolica es decir que es cataboacutelico y anaboacutelica al mismo tiempo
UBICACIOacuteN
Tiene lugar en tres partes
Matriz mitocondrial
En las eucariotas
En el citoplasma de eucariotas
CICLO DE KREBS
Tejidos agregados de ceacutelulas de la misma estructura y anaacuteloga funcioacuten
Oacuterganos estructura formada por una asociacioacuten de tejidos que realizan una funcioacuten
Aparatos instrumentos o conjunto de instrumentos que ejercen una funcioacuten
Unicelular que consta de una sola ceacutelula
Pluricelular que consta de dos o maacutes ceacutelulas
Sistema todo el conjunto de oacuterganos estaacute constituido por el mismo elemento
Individuo ser organizado respecto de su especie
Poblacioacuten conjunto de individuos de la misma especie
Comunidad conjunto de individuos de todas las especies que viven en una zona determinada
Biosfera conjunto de seres vivos que habitan la tierra
Composicioacuten de los seres vivos
El nivel celular es el nivel estructural maacutes sencillo que puede realizar las funciones de la vida pero si la ceacutelula es un ser vivo se debe a que en ella se estaacuten produciendo continuamente numerosas reacciones quiacutemicas entre la gran variedad de moleacuteculas que la forman
Los compuestos que caracterizan a los seres vivos son las moleacuteculas orgaacutenicas que reciben este nombre porque en un principio soacutelo se podiacutean obtener a partir de los organismos (salvo alguna excepcioacuten como el metano CH4)
41 Los bioelementos
Las moleacuteculas orgaacutenicas estaacuten formadas por una serie de elementos que aunque tambieacuten forman parte de la materia no viva son particularmente abundantes en los seres vivos de ahiacute que se les llamen bioelementos
42 Materia orgaacutenica e inorgaacutenica
El elemento fundamental de la materia orgaacutenica es el carbono (C) Pero ademaacutes para que una moleacutecula pueda ser considerada moleacutecula orgaacutenica el carbono debe estar unido directamente con el hidroacutegeno (H) Ademaacutes en estas moleacuteculas el carbono se combina consigo mismo lo que puede dar lugar a largas cadenas hidrocarbonatadas que pueden ramificarse e incluso cerrarse formando anillos
En general las moleacuteculas orgaacutenicas son maacutes grandes que las inorgaacutenicas
En las moleacuteculas orgaacutenicas el carbono puede unirse tambieacuten al oxiacutegeno (O) nitroacutegeno (N) foacutesforo (P) y algunos maacutes con lo cual la diversidad de las moleacuteculas orgaacutenicas es casi infinita Esta variedad no se refiere soacutelo a su diferente tamantildeo y estructura sino a la diversidad de funciones que realizan
Un aspecto fundamental que diferencia a las moleacuteculas orgaacutenicas de las inorgaacutenicas es su contenido energeacutetico Para mantener unidos los aacutetomos en las moleacuteculas orgaacutenicas se necesita una energiacutea que queda almacenada en los enlaces Cuando se rompen estos enlaces se libera la energiacutea
43 Concepto de macromoleacutecula
Las macromoleacuteculas se forman por la unioacuten de moleacuteculas sencillas que podemos considerar como las unidades de eacutestas grandes moleacuteculas
Una macromoleacutecula puede estar formada por unidades sencillas todas iguales como es el caso del almidoacuten formado por cientos o miles de moleacuteculas de glucosa Pero otras veces las macromoleacuteculas estaacuten formadas por distintos tipos de unidades que pueden repetirse en determinado orden tal es el caso de las proteiacutenas formadas por la unioacuten de una treintena de aminoaacutecidos distintos y de los aacutecidos nucleicos formados por la unioacuten de cuatro nucleoacutetidos distintos
44 Principales moleacuteculas orgaacutenicas gluacutecidos liacutepidos proacutetidos y aacutecidos nucleicos
Los gluacutecidos son en su mayoriacutea utilizados por los seres vivos como fuente de energiacutea Algunos de ellos son pequentildeas moleacuteculas de sabor dulce razoacuten por la cual se les llama azuacutecares como por ejemplo la glucosa mientras que otros son grandes moleacuteculas formadas por la unioacuten de unidades menores como es el caso del almidoacuten o la celulosa
Los liacutepidos incluyen una gran variedad de moleacuteculas que tienen en comuacuten ser insolubles en agua Entre los maacutes frecuentes y conocidos estaacuten las grasas que actuacutean como reserva de energiacutea
Los proacutetidos realizan una gran variedad de funciones debido a que las proteiacutenas pueden ser muy diversas entre siacute Destacaremos sus importancias como constituyentes estructurales fundamentales de los seres vivos
Los aacutecidos nucleicos (ADN y ARN) se encuentran en el nuacutecleo de la ceacutelula Podemos decir que son las moleacuteculas maacutes importantes de los seres vivos porque contienen las instrucciones que determinan todo el ser vivo Son macromoleacuteculas formadas por soacutelo cuatro unidades (nucleoacutetidos) que se repiten cientos de miles de veces en un cierto orden El orden en que estaacuten colocadas estas unidades determinan el coacutedigo geneacutetico
45 Moleacuteculas inorgaacutenicas presentes en los seres vivos
Las reacciones quiacutemicas propias de la vida que se dan entre las moleacuteculas orgaacutenicas no seriacutean posibles sin la presencia y la participacioacuten de una moleacutecula sencilla el agua (H2O) que ademaacutes es la moleacutecula maacutes abundante en los seres vivos
Otro componente inorgaacutenico de los seres vivos aunque se encuentra en cantidades pequentildeas son las sales minerales Entre las maacutes importantes podemos citar los cloruros (Cl-) fosfatos (PO4-) y carbonatos (CO3-2) A pesar de su pequentildea proporcioacuten su funcioacuten es muy importante por lo que son imprescindibles
La ceacutelula
El primero en observar ceacutelulas fue el cientiacutefico ingleacutes Robert Hooke en 1665 al examinar una laacutemina de corcho en un microscopio que el mismo habiacutea construido El corcho observado en aumento pareciacutea estar constituido por pequentildeas celdillas rodeadas por una pared riacutegida por lo que asignoacute el teacutermino ceacutelula para referirse a estas estructuras
Dos siglos despueacutes de la primera observacioacuten de ceacutelulas (en 1839) dos cientiacuteficos alemanes (Schleiden y Schwann) elaboraron la teoriacutea celular de los seres vivos
Caracteriacutesticas generales de las ceacutelulas
Hay ceacutelulas de formas y tamantildeos muy variados Algunas de las ceacutelulas bacterianas maacutes pequentildeas tienen forma ciliacutendrica (la forma de las ceacutelulas estaacute relacionada con la funcioacuten que desempentildean) de menos de una micra o microm (1 microm es igual a una milloneacutesima de metro) de longitud En el extremo opuesto se encuentran las ceacutelulas nerviosas corpuacutesculos de forma compleja con numerosas prolongaciones delgadas que pueden alcanzar varios metros de longitud (las del cuello de la jirafa constituyen un ejemplo espectacular) Casi todas las ceacutelulas vegetales tienen entre 20 y 30 microm de longitud forma poligonal y pared celular riacutegida Las ceacutelulas de los tejidos animales suelen ser compactas entre 10 y 20 microm de diaacutemetro y con una membrana superficial deformable y casi siempre muy plegada
Pese a las muchas diferencias de aspecto y funcioacuten todas las ceacutelulas estaacuten envueltas en una membrana mdashllamada membrana plasmaacuteticamdash que encierra una sustancia rica en agua llamada citoplasma
En el interior de las ceacutelulas tienen lugar numerosas reacciones quiacutemicas que les permiten crecer producir energiacutea y eliminar residuos El conjunto de estas reacciones se llama metabolismo (teacutermino que proviene
de una palabra griega que significa cambio) Todas las ceacutelulas contienen informacioacuten hereditaria codificada en moleacuteculas de aacutecido desoxirribonucleico (ADN) esta informacioacuten dirige la actividad de la ceacutelula y asegura la reproduccioacuten y el paso de los caracteres a la descendencia
Estas y otras numerosas similitudes (entre ellas muchas moleacuteculas ideacutenticas o casi ideacutenticas) demuestran que hay una relacioacuten evolutiva entre las ceacutelulas actuales y las primeras que aparecieron sobre la Tierra
Diferentes formas de las ceacutelulas
Esfeacuterica las no especializadas y libres
Estrelladas las neuronas
Fusiformes fibras musculares
Prismaacuteticas epiacuteteto intestinal
Teoriacutea celular de los seres vivos
Se puede resumir en tres principios
1- Todos los organismos vivos estaacuten constituidos por una o varias ceacutelulas la ceacutelula es por tanto la unidad vital de los seres vivos
2- Las ceacutelulas son capaces de una existencia independiente las ceacutelulas son por tanto la unidad anatoacutemica y fisioloacutegica de los seres vivos
3- Toda nueva ceacutelula proviene de otra ceacutelula ya existente la ceacutelula es por tanto la unidad geneacutetica de los seres vivos
Tipos de organizacioacuten celular
Todos los seres vivos estaacuten formados por ceacutelulas a veces se trata de seres unicelulares (con una sola ceacutelula) como una ameba una bacteria o una levadura Otras veces son seres pluricelulares como un pino un leoacuten o nosotros mismos Un ser pluricelular puede llegar a tener mucho millones de ceacutelulas
En todas las ceacutelulas podemos distinguir tres partes una envoltura o membrana plasmaacutetica un contenido o citoplasma que posee diversos orgaacutenulos y un material hereditario en forma de ADN Pero con estas caracteriacutesticas comunes pueden presentarse dos tipos de organizacioacuten celular procariota y eucariota
Ceacutelula eucarioacutetica
Las ceacutelulas eucarioacuteticas son mucho mayores y maacutes complejas Su material geneacutetico estaacute rodeado por una membrana nuclear formando un nuacutecleo y de igual modo se diferencian otros orgaacutenulos muchos de ellos rodeados por una membrana
Ceacutelula animal
Las estructuras internas de la ceacutelula animal estaacuten separadas por membranas Destacan las mitocondrias orgaacutenulos productores de energiacutea asiacute como las membranas apiladas del retiacuteculo endoplasmaacutetico liso (productor de liacutepidos) y rugoso (productor de proteiacutenas) El aparato de Golgi agrupa las proteiacutenas para exportarlas a traveacutes de la membrana plasmaacutetica mientras que los lisosomas contienen enzimas que descomponen algunas de las moleacuteculas que penetran en la ceacutelula La membrana nuclear envuelve el material geneacutetico celular
Ceacutelula vegetal
Las ceacutelulas vegetales asiacute como las animales presentan un alto grado de organizacioacuten con numerosas estructuras internas delimitadas por membranas La membrana nuclear establece una barrera entre la cromatina (material geneacutetico) y el citoplasma Las mitocondrias de interior sinuoso convierten los nutrientes en energiacutea que utiliza la planta A diferencia de la ceacutelula animal la vegetal contiene cloroplastos unos orgaacutenulos capaces de sintetizar azuacutecares a partir de dioacutexido de carbono agua y luz solar Otro rasgo diferenciador es la pared celular formada por celulosa riacutegida y la vacuola uacutenica y llena de liacutequido muy grande en la ceacutelula vegetal
Ceacutelula procarioacutetica
Se caracteriza por su gran simplificacioacuten pues en ella faltan muchas de las estructuras que poseen las otras ceacutelulas El material hereditario se encuentra disperso en el citoplasma no tienen nuacutecleo Este tipo de organizacioacuten las bacterias y otras ceacutelulas procarioacuteticas carecen casi siempre de muchas de las estructuras internas propias de las ceacutelulas eucarioacuteticas Asiacute el citoplasma de las procarioacuteticas estaacute rodeado por una membrana plasmaacutetica y una pared celular (como en las ceacutelulas vegetales) pero no hay membrana nuclear ni por tanto nuacutecleo diferenciado Las moleacuteculas circulares de ADN estaacuten en contacto directo con el citoplasma Ademaacutes carecen de mitocondrias retiacuteculo endoplasmaacutetico cloroplastos y
aparato de Golgi Aunque en general las ceacutelulas procarioacuteticas carecen de estructuras internas delimitadas por membrana las cianobacterias como la ilustrada aquiacute siacute contienen numerosas membranas llamadas tilacoides que contienen clorofila y pigmentos fotosinteacuteticos que utilizan para captar la energiacutea de la luz solar y sintetizar azuacutecares
Ceacutelula Procariota cianobacteria
Estructura de la ceacutelula eucarioacutetica
En algunos tipos de ceacutelulas hay una pared celular rodeando externamente la membrana que da proteccioacuten y rigidez y permite a los seres vivos que las tienen prescindir de un esqueleto
La membrana celular o citoplasmaacutetica la poseen todas las ceacutelulas Limita la ceacutelula le da forma y regula las sustancia que la atraviesan tanto hacia el interior como al exterior
El nuacutecleo es la parte donde se encuentra el ADN en forma de largos filamentos formando un ovillo (cromatina) Dirige toda la actividad celular y ese el responsable de la transmisioacuten de los caracteres hereditarios gracias a la capacidad que tiene el ADN de autoduplicarse Esto le permite que las ceacutelulas hijas se parezcan a la ceacutelula madre El material hereditario estaacute envuelto por una membrana nuclear que regula las sustancias que entran y salen del nuacutecleo y lo separa y delimita claramente del citoplasma Cuando la ceacutelula de divide el ADN adopta la forma de pequentildeos bastones llamados cromosomas
El contenido celular es el citoplasma Se trata de una disolucioacuten acuosa llamada hialoplasma en la que se hallan inmersos los orgaacutenulos citoplasmaacuteticos que son diversas estructuras que cumplen funciones concretas en la ceacutelula
Principales orgaacutenulos celulares y sus funciones
Entre los orgaacutenulos citoplasmaacuteticos maacutes importantes se pueden destacar los ribosomas que intervienen en la siacutentesis (fabricacioacuten) de las proteiacutenas que la ceacutelula necesita Las mitocondrias son las encargadas de llevar a cabo las reacciones quiacutemicas destinadas a obtener la energiacutea necesaria para la actividad celular (mediante un proceso llamado ldquorespiracioacuten celularrdquo) La red de tubos del retiacuteculo endoplasmaacutetico sirve para el transporte de diversas sustancias de una parte de la ceacutelula a otra
En relacioacuten con el retiacuteculo endoplasmaacutetico se encuentra en el Aparato de Golgi que se encarga de la secrecioacuten de diversos productos celulares
Para ldquodigerirrdquo las sustancias alimenticias que la ceacutelula animal capta estaacuten los lisosomas estos rompen las moleacuteculas grandes en moleacuteculas pequentildeas
Las ceacutelulas animales poseen ademaacutes un centrosoma formado por un par de orgaacutenulos ciliacutendricos llamados centriacuteolos que se encargan del control de los movimientos celulares incluido el movimiento de los cromosomas durante la divisioacuten celular
Los cloroplastos presentes en las ceacutelulas vegetales contienen clorofila y sirven para llevar a cabo la fotosiacutentesis (siacutentesis de materia orgaacutenica a partir de materia inorgaacutenica para lo cual se necesita la
energiacutea de la luz) Para almacenar sustancias de cualquier tipo las ceacutelulas vegetales poseen unas vesiacuteculas denominadas vacuolas
Muchas ceacutelulas estaacuten dotadas de movimiento mientras que otras son inmoacuteviles Para posibilitar el movimiento pueden aparecer diversas estructuras como los cilios y los flagelos
Ceacutelulas Eucariotas versus ceacutelulas Procariotas
Basaacutendonos en la organizacioacuten de las estructuras celulares todos las ceacutelulas vivientes pueden ser
divididas en dos grandes grupos Procariotas y Eucariotas (tambieacuten hay quien escribe prokariota y
eukariota) Animales plantas hongos protozoos y algas todos poseen ceacutelulas de tipo Eucariota Soacutelo las
bacterias (Eubacterias y Archaebacterias) tienen ceacutelulas de tipo Procariota
La ceacutelula procariota
La palabra procariota viene del griego (pro = previo a karyon = nuacutecleo) y significa pre-nuacutecleo Los
miembros del mundo procariota constituyen un grupo heterogeacuteneo de organismos unicelulares muy
pequentildeos incluyendo a las eubacterias (donde se encuentran la mayoriacutea de las bacterias) y las archaeas
(archaeabacteria)
Una tiacutepica ceacutelula procariota estaacute constituida por las siguientes estructuras principales pared celular
membrana citoplasmaacutetica ribosomas inclusiones y nucleoide
Las ceacutelulas procariotas son generalmente mucho maacutes pequentildeas y maacutes simples que las Eucariotas
La ceacutelula eucariota
El teacutermino eucariota hace referencia a nuacutecleo verdadero (del griego eu = buen karyon = nuacutecleo) Los
organismos eucariotas incluyen algas protozoos hongos plantas superiores y animales Este grupo de
organismos posee un aparato mitoacutetico que son estructuras celulares que participan de un tipo de divisioacuten
nuclear denominada mitosis tal como imnuacutemeras organelas responsables de funciones especiacuteficas
incluyendo mitocondrias retiacuteculo endoplasmaacutetico y cloroplastos
La ceacutelula eucariota es tiacutepicamente mayor y estructuralmente maacutes compleja que la ceacutelula procariota
Algunas diferencias estructurales
Comparacioacuten entre ceacutelula procariota y ceacutelula eucariota
Pared celular
En los prokariotas es una estructura riacutegida que envuelve la membrana citoplasmaacutetica responsable de la
forma de la ceacutelula y de su proteccioacuten contra la lisis osmoacutetica
Bacterias Gram-positivas la pared celular de esas bacterias estaacute compuesta dr muchas capas de una
macromoleacutecula denominada peptidoglicano (disacaacuteridos ligados a polipeacuteptidos) y aacutecidos teicoacuteicos
(constituidos por alcohol y fosfato)
Bacterias Gram-negativas la pared celular estaacute representada por una fina capa de peptidoglicano situada
en medio de dos capas lipoproteiacutenas la capa externa ademaacutes de lipoproteiacutenas tiene lipopolisacaacuteridos y
fosfoliacutepidos
Los procariotas pueden presentar estructuras externas en la pared celular Las ceacutelulas bacterianas
pueden contener glicocaacutelix un poliacutemero gelatinoso compuesto por polisacaacuteridos yo polipeacuteptidos
(caacutepsula) flagelo un largo filamento responsable de la movilidad celular filamentos axiales (endoflagelo)
fimbrias que son filamentos menores y maacutes finos que los flagelos cuya principal funcioacuten es la
adherencia y Pili maacutes largos que las fimbrias y en nuacutemero de uno o dos
Muchas ceacutelulas eucariotas poseen pared celular aunque sean maacutes simples que las de las ceacutelulas
procariotas la pared celular de las algas y de las plantas estaacuten constituidas principalmente por celulosa
la de los hongos por celulosa y principalmente quitina la de las levaduras por polisacaacuteridos En las ceacutelulas
eucariotas de los animales la membrana plasmaacutetica se encuentra recubierta por una capa de glicocaacutelix
(sustancia que contiene carbohidratos)
Membrana citoplasmaacutetica
La membrana citoplasmaacutetica de las ceacutelulas procariotas y eucariotas presenta gran similitud en cuanto a
funcioacuten y estructura baacutesica Funciona como una barrera de permeabilidad separando el lado de dentro
del lado de fuera de la ceacutelula Estaacute constituida por una capa doble de fosfoliacutepidos y proteiacutenas las cuales
pueden estar organizadas de diferentes formas
En los Eucariotas la membrana contiene carbohidratos que poseen la funcioacuten de siacutetios receptores y
esteroides que impiden la lisis osmoacutetica Muchos tipos de ceacutelulas eucariotas poseen flagelos y ciacutelios en la
membrana plasmaacutetica Esas estructuras son utilizadas para la locomocioacuten o para mover substancias a lo
largo de la superficie celular
Ribosomas
En los prokariotas son pequentildeas partiacuteculas formadas por proteiacutenas y aacutecido ribonucleacuteico (ARN)
funcionando como lugar de siacutentese proteica Una simple ceacutelula procariota puede poseer cerca de 10000
ribosomas confiriendo al citoplasma una apariencia granular
En los eukariotas son mayores y maacutes densos que los de los procariotas y se encuentran ligados a la
superficie del retiacuteculo endoplasmaacutetico rugoso y libres en el citoplasma de la ceacutelula Como en los
procariotas constituyen el lugar de la siacutentesis proteica
Regioacuten nuclear
La regioacuten nuclear de una ceacutelula procariota difiere significativamente de la de una ceacutelula eucariota el aacuterea
nuclear denominada nucleoide de una ceacutelula bacteriana tiene una uacutenica moleacutecula larga y circular de
DNA doble el cromosoma bacteriano que contiene todas las informaciones necesarias para el
funcionamiento y estructuracioacuten celular El cromosoma procarioacutetico estaacute ligado a la membrana plasmaacutetica
no contiene histonas y no se encuentra rodeado por una membrana nuclear
Las bacterias pueden contener ademaacutes del cromosoma moleacuteculas de DNA doble pequentildeas y circulares
denominadas plaacutesmidos Esas moleacuteculas son elementos geneacuteticos extracromosoacutemicos no esenciales
para la supervivencia bacteriana y poseen mecanismos de replicacioacuten independientes del DNA
cromosoacutemico La ventaja de poseer un plaacutesmido es que puede contener genes de resistencia a los
antibioacuteticos tolerancia a los metales toacutexicos siacutentesis de enzimas etc
La diferencia clave con la ceacutelula eucariota es la presencia de un nuacutecleo verdadero en esta uacuteltima La
regioacuten nuclear de los Eucariotas estaacute envuelta por una membrana nuclear separando el citoplasma del
nuacutecleo
Este nuacutecleo es generalmente la mayor estructura celular con forma esfeacuterica u oval y estaacute envuelto por
una membrana doble denominada membrana nuclear que contiene en su interior moleacuteculas de ADN
organizadas en cromosomas que contienen todas la informacioacuten hereditaria
La membrana nuclear es estructuralmente semejante a la membrana plasmaacutetica estaacute conectada al
retiacuteculo endoplasmaacutetico y posee poros nucleares que permiten la entrada y salida de substancias
Los pasos clave de la informacioacuten bioloacutegica replicacioacuten de ADN y siacutentesis de ARN suceden en el nuacutecleo
El ARN ribosoacutemico es producido por uno o maacutes cuerpos esfeacutericos denominados nucleacuteolos
Las ceacutelulas eucariotas apenas poseen organelas que son estructuras especializadas representadas por
el nuacutecleo retiacuteculo endoplasmaacutetico complejo de Golgi mitocondria cloroplastos lisosomas y centriacuteolos
La ceacutelula Estructura y funcioacuten
Hasta el final del s XIX no se elaboroacute la teoriacutea celular que enuncia que la ceacutelula es la unidad morfoloacutegica fisioloacutegica y geneacutetica de todos los seres vivos y que ademaacutes toda ceacutelula proviene de otra Todas las ceacutelulas tienen una estructura comuacuten la membrana plasmaacutetica el citoplasma y el material geneacutetico o ADN Se distinguen dos clases de ceacutelulas las ceacutelulas procariotas (sin nuacutecleo) y las ceacutelulas eucariotas mucho maacutes evolucionadas y que presentan nuacutecleo cito esqueleto en el citoplasma y orgaacutenulos membranosos con funciones diferenciadas
Forma y tamantildeo de las ceacutelulas
La ceacutelula es una estructura constituida por tres elementos baacutesicos membrana plasmaacutetica citoplasma y
material geneacutetico (ADN) Las ceacutelulas tienen la capacidad de realizar las tres funciones vitales nutricioacuten
relacioacuten y reproduccioacuten (ver t13)
La forma de las ceacutelulas estaacute determinada baacutesicamente por su funcioacuten La forma puede variar en
funcioacuten de la ausencia de pared celular riacutegida de las tensiones de uniones a ceacutelulas contiguas
de la viscosidad del citosol de fenoacutemenos osmoacuteticos y de tipo de citoesqueleto interno
El tamantildeo de las ceacutelulas es tambieacuten extremadamente variable Los factores que limitan su
tamantildeo son la capacidad de captacioacuten de nutrientes del medio que les rodea y la capacidad
funcional del nuacutecleo
Cuando una ceacutelula aumenta de tamantildeo aumenta mucho maacutes su volumen (V) que su superficie (S) (debido a que V = 43pr
3 mientras que S = 43pr
2) Esto implica que la relacioacuten superficievolumen
disminuye lo que es un gran inconveniente para la ceacutelula ya que la entrada de nutrientes estaacute en funcioacuten de su superficie y no del volumen Por este motivo la mayoriacutea de las ceacutelulas maduras son aplanadas prismaacuteticas e irregulares y pocas son esfeacutericas de forma que asiacute mantienen la relacioacuten
superficievolumen constante El aumento de volumen de la ceacutelula nunca va acompantildeado del aumento de volumen del nuacutecleo ni de su dotacioacuten cromosoacutemica
Ceacutelula procariota bacteria Gram positiva
Ceacutelula eucariota Epitelial secretora
Estructura de las ceacutelulas
La estructura comuacuten a todas las ceacutelulas comprende la membrana plasmaacutetica el citoplasma y el material geneacutetico o ADN
Membrana plasmaacutetica constituida por una bicapa lipiacutedica en la que estaacuten englobadas ciertas
proteiacutenas Los liacutepidos hacen de barrera aislante entre el medio acuoso interno y el medio acuoso
externo
El citoplasma abarca el medio liacutequido o citosol y el morfoplasma (nombre que recibe una serie
de estructuras denominadas orgaacutenulos celulares)
El material geneacutetico constituido por una o varias moleacuteculas de ADN Seguacuten esteacute o no rodeado
por una membrana formando el nuacutecleo se diferencian dos tipos de ceacutelulas las procariotas (sin
nuacutecleo) y las eucariotas (con nuacutecleo)
Las ceacutelulas eucariotas ademaacutes de la estructura baacutesica de la ceacutelula (membrana citoplasma y
material geneacutetico) presentan una serie de estructuras fundamentales para sus funciones vitales (ver t27 y t28)
El sistema endomembranoso es el conjunto de estructuras membranosas (orgaacutenulos)
intercomunicadas que pueden ocupar casi la totalidad del citoplasma
Orgaacutenulos transductores de energiacutea son las mitocondrias y los cloroplastos Su funcioacuten es la
produccioacuten de energiacutea a partir de la oxidacioacuten de la materia orgaacutenica (mitocondrias) o de energiacutea
luminosa (cloroplastos)
Estructuras carentes de membranas estaacuten tambieacuten en el citoplasma y son los ribosomas
cuya funcioacuten es sintetizar proteiacutenas y el citoesqueleto que da dureza elasticidad y forma a las
ceacutelulas ademaacutes de permitir el movimiento de las moleacuteculas y orgaacutenulos en el citoplasma
El nuacutecleo mantiene protegido al material geneacutetico y permite que las funciones de transcripcioacuten y
traduccioacuten se produzcan de modo independiente en el espacio y en el tiempo
En el exterior de la membrana plasmaacutetica de la ceacutelula procariota (ver t40) se encuentra la pared celular
que protege a la ceacutelula de los cambios externos El interior celular es mucho maacutes sencillo que en las eucariotas en el citoplasma se encuentran los ribosomas praacutecticamente con la misma funcioacuten y estructura que las eucariotas pero con un coeficiente de sedimentacioacuten menor Tambieacuten se encuentran los mesosomas que son invaginaciones de la membrana No hay por tanto citoesqueleto ni sistema
endomembranoso El material geneacutetico es una moleacutecula de ADN circular que estaacute condensada en una regioacuten denominada nucleoide No estaacute dentro de un nuacutecleo con membrana y no se distinguen nucleolos
Las teoriacuteas celulares
Las ceacutelulas se descubrieron en el siglo XVII El primero en observarlas fue el ingleacutes Robert Hooke en 1665 Con un microscopio muy rudimentario Hooke examinoacute una preparacioacuten de corcho y descubrioacute que pareciacutea estar compuesto por pequentildeas celdillas rodeadas de paredes riacutegidas Decidioacute llamar ceacutelulas a aquellas estructuras pero lo cierto es que sus ojos le engantildearon En realidad soacutelo habiacutea visto las paredes celulares muertas del corcho Hubo que esperar hasta el siglo XIX para que dos cientiacuteficos Matthias Jakob Schleiden y Theodor Schwann formularan una teoriacutea que explicara la estructura y funcionamiento de las ceacutelulas En 1839 establecieron que todo ser vivo estaacute formado por una o muchas ceacutelulas que eacutesta es la estructura maacutes pequentildea que cumple todas las funciones vitales y que toda ceacutelula procede a su vez de otra ceacutelula que se ha dividido
La teoriacutea celular
Principios de la teoriacutea celular
1 Todos los seres vivos estaacuten constituidos por una o maacutes ceacutelulas es decir la ceacutelula es la unidad morfoloacutegica de todos los seres vivos
2 La ceacutelula es capaz de realizar todos los procesos necesarios para permanecer con vida es decir la ceacutelula es la unidad fisioloacutegica de los organismos
3 Toda ceacutelula proviene de otra ceacutelula
4 La ceacutelula contiene toda la informacioacuten sobre la siacutentesis de su estructura y el control de su funcionamiento y es capaz de transmitirla a sus descendientes es decir la ceacutelula es la unidad geneacutetica
autoacutenoma de los seres vivos
El primer y segundo principios fueron establecidos por Schleiden y Schwann posteriormente Virchow
aportoacute el tercer principio sobre el origen de la ceacutelula La teoriacutea celular se puede completar con el cuarto principio propuesto por Sutton y Boveri
Transporte celular
El transporte celular es el intercambio de sustancias entre el interior celular y el exterior a traveacutes de la
membrana celular o el movimiento de moleacuteculas dentro de la ceacutelula
Transporte a traveacutes de la membrana celular
La ceacutelula necesita este proceso porque es importante para esta expulsar de su interior los desechos del metabolismo y adquirir nutrientes del liacutequido extracelular gracias a la capacidad de la membrana celular que permite el paso o salida de manera selectiva de algunas sustancias Las viacuteas de transporte a traveacutes de la membrana celular y los mecanismos baacutesicos para las moleacuteculas de pequentildeo tamantildeo son
Transporte pasivo o difusioacuten
El transporte pasivo es el intercambio simple de moleacuteculas de una sustancia a traveacutes de la membrana plasmaacutetica durante el cual no hay gasto de energiacutea que aporta la ceacutelula debido a que va a favor del gradiente de concentracioacuten o a favor de gradiente de carga eleacutectrica es decir de un lugar donde hay una gran concentracioacuten a uno donde hay menor El proceso celular pasivo se realiza por difusioacuten En siacute es el cambio de un medio de mayor concentracioacuten (medio hipertoacutenico) a otro de menor concentracioacuten (un medio hipotoacutenico)
Difusioacuten simple
Algunas sustancias pasan al interior o al exterior de las ceacutelulas a traveacutes de una membrana semipermeable y se mueven dentro de eacutestas por Difusioacuten simple siendo un proceso fiacutesico basado en el movimiento al azar La difusioacuten es el movimiento de aacutetomos moleacuteculas o iones de una regioacuten de mayor concentracioacuten a una de menor concentracioacuten sin requerir gasto de energiacutea La difusioacuten implica no soacutelo el movimiento al azar de las partiacuteculas hasta lograr la homogeacutenea distribucioacuten de las mismas (y esto ocurre cuando las partiacuteculas que azarosamente vienen se equiparan con las que azarosamente van) sino tambieacuten el homogeacuteneo potencial quiacutemico del fluido ya que de existir una membrana semipermeable que particiones un fluido en dos de distinto potencial quiacutemico se generaraacute una presioacuten osmoacutetica desde el potencial quiacutemico mayor (pe solvente puro) hacia el menor (pe solvente y soluto) hasta que ambas particiones se equiparen o la presioacuten hidrostaacutetica equilibre la presioacuten osmoacutetica
1
Difusioacuten facilitada
Es el movimiento de moleacuteculas maacutes grandes que no pueden pasar a traveacutes de la membrana plasmaacutetica y necesita ayuda de una proteiacutena u otros mecanismos (exocitosis) para pasar al otro lado Tambieacuten se llama difusioacuten mediada por portador porque la sustancia transportada de esta manera no suele poder atravesar la membrana sin una proteiacutena portadora especiacutefica que le ayude Se diferencia de la difusioacuten simple a traveacutes de conductos en que mientras que la magnitud de difusioacuten de la difusioacuten simple se incrementa de manera proporcional con la concentracioacuten de la sustancia que se difunde en la difusioacuten facilitada la magnitud de difusioacuten se aproxima a un maacuteximo (Vmax) al aumentar la concentracioacuten de la sustancia
Filtracioacuten O Dialisis
La filtracioacuten o diaacutelisis es el movimiento de agua y moleacuteculas disueltas a traveacutes de la membrana debido a la presioacuten hidrostaacutetica generada por el sistema cardiovascular Dependiendo del tamantildeo de los poros de la membrana soacutelo los solutos con un determinado tamantildeo pueden pasar a traveacutes de la membrana Por ejemplo los poros de la membrana de la caacutepsula de Bowman en los glomeacuterulos renales son muy pequentildeos y soacutelo la albuacutemina la maacutes pequentildea de las proteiacutenas tienen la capacidad de ser filtrada a traveacutes de ella Por otra parte los poros de las membranas de los hepatocitos son extremadamente grandes por lo que una gran variedad de solutos pueden atravesarla
Oacutesmosis
La oacutesmosis es un tipo especial de transporte pasivo en el cual soacutelo las moleacuteculas de agua son transportadas a traveacutes de la membrana El movimiento de agua se realiza desde un punto en que hay mayor concentracioacuten a uno de menor para igualar concentraciones De acuerdo al medio en que se encuentre una ceacutelula la oacutesmosis variacutea La funcioacuten de la osmosis es mantener hidratada a la membrana celular Dicho proceso no requiere gasto de energiacutea En otras palabras la oacutesmosis u osmosis es un fenoacutemeno consistente en el paso del solvente de una disolucioacuten desde una zona de baja concentracioacuten de soluto a una de alta concentracioacuten del soluto separadas por una membrana semipermeable Se relaciona con el movimiento browniano
Oacutesmosis en una ceacutelula animal
En un medio isotoacutenico hay un equilibrio dinaacutemico es decir el paso constante de agua
En un medio hipotoacutenico la ceacutelula absorbe agua hinchaacutendose y hasta el punto en que puede estallar dando origen a la citoacutelisis
En un medio hipertoacutenico la ceacutelula elimina agua y se arruga llegando a deshidratarse y se muere esto se llama crenacioacuten
Oacutesmosis en una ceacutelula vegetal [editar]
En un medio isotoacutenico hay un equilibrio dinaacutemico
En un medio hipotoacutenico la ceacutelula absorbe agua y sus vacuolas se llenan aumentando la presioacuten de turgencia
En un medio hipertoacutenico la ceacutelula elimina agua y el volumen de la vacuola disminuye produciendo que la membrana plasmaacutetica se despegue de la pared celular ocurriendo la plasmoacutelisis
Transporte activo
Consiste en el transporte de sustancias en contra de un gradiente de concentracioacuten para lo cual se requiere un gasto energeacutetico En la mayor parte de los casos este transporte activo se realiza a expensas de un gradiente de H
+ (potencial electroquiacutemico de protones) previamente creado a ambos lados de la
membrana por procesos de respiracioacuten y fotosiacutentesis por hidroacutelisis de ATP mediante ATP hidrolasas de membrana (F1F0) El transporte activo variacutea la concentracioacuten intracelular y ello da lugar un nuevo movimiento osmoacutetico de rebalanceo por hidratacioacuten Los sistemas de transporte activo son los maacutes abundantes entre las bacterias y se han seleccionado evolutivamente debido a que en sus medios naturales la mayoriacutea de los procariotas se encuentran de forma permanente o transitoria con una baja concentracioacuten de nutrientes
Los sistemas de transporte activo estaacuten basados en permeasas especiacuteficas e inducibles El modo en que se acopla la energiacutea metaboacutelica con el transporte del soluto auacuten no estaacute dilucidado pero en general se maneja la hipoacutetesis de que las permeasas una vez captado el sustrato con gran afinidad experimentan un cambio conformacioacuten al dependiente de energiacutea que les hace perder dicha afinidad lo que supone la liberacioacuten de la sustancia al interior celular
El transporte activo de moleacuteculas a traveacutes de la membrana celular se realiza en direccioacuten ascendente o en contra de un gradiente de concentracioacuten (Gradiente quiacutemico) o en contra un gradiente eleacutectrico de presioacuten (gradiente electroquiacutemico) es decir es el paso de sustancias desde un medio poco concentrado a un medio muy concentrado Para desplazar estas sustancias contra corriente es necesario el aporte de energiacutea procedente del ATP Las proteiacutenas portadoras del transporte activo poseen actividad ATPasa que significa que pueden escindir el ATP (Adenosin Tri Fosfato) para formar ADP (dos Fosfatos) o AMP (un Fosfato) con liberacioacuten de energiacutea de los enlaces fosfato de alta energiacutea Comuacutenmente se observan tres tipos de transportadores
Uniportadores son proteiacutenas que transportan una moleacutecula en un solo sentido a traveacutes de la membrana
Antiportadores incluyen proteiacutenas que transportan una sustancia en un sentido mientras que simultaacuteneamente transportan otra en sentido opuesto
Simportadores son proteiacutenas que transportan una sustancia junto con otra frecuentemente un protoacuten (H
+)
Transporte activo primario Bomba de sodio y potasio
Se encuentra en todas las ceacutelulas del organismo encargada de transportar los iones potasio que logran entrar a las ceacutelulas hacia el interior de eacutestas dando una carga interior negativa y al mismo tiempo bombea iones sodio desde el interior hacia el exterior de la ceacutelula (axoplasma) sin embargo el nuacutemero de iones Na
+ (con carga positiva) no sobrepasa al de iones con carga negativa dando por resultado una carga
interna negativa En caso particular de las neuronas en estado de reposo esta diferencia de cargas a ambos lados de la membrana se llama potencial de membrana o de reposo
Transporte activo secundario o cotransporte
Es el transporte de sustancias que normalmente no atraviesan la membrana celular tales como los aminoaacutecidos y la glucosa cuya energiacutea requerida para el transporte deriva del gradiente de concentracioacuten de los iones sodio de la membrana celular (Bomba GlucosaSodio ATPasa)
Bomba de calcio Es una proteiacutena de la membrana celular de todas las ceacutelulas eucariotas Su
funcioacuten consiste en transportar calcio ioacutenico (Ca2+
) hacia el exterior de la ceacutelula gracias a la energiacutea proporcionada por la hidroacutelisis de ATP con la finalidad de mantener la baja concentracioacuten de Ca
2+ en el citoplasma que es unas diez mil veces menor que en el medio
externo necesaria para el normal funcionamiento celular Se sabe que las variaciones en la concentracioacuten intracelular del Ca
2+ (segundo mensajero) se producen como respuesta a diversos
estiacutemulos y estaacuten involucradas en procesos como la contraccioacuten muscular la expresioacuten geneacutetica la diferenciacioacuten celular la secrecioacuten y varias funciones de las neuronas Dada la variedad de procesos metaboacutelicos regulados por el Ca
2+ un aumento de la concentracioacuten de Ca
2+ en el
citoplasma puede provocar un funcionamiento anormal de los mismos Si el aumento de la concentracioacuten de Ca
2+ en la fase acuosa del citoplasma se aproxima a un deacutecimo de la del medio
externo el trastorno metaboacutelico producido conduce a la muerte celular El calcio es el mineral maacutes abundante del organismo ademaacutes de cumplir muacuteltiples funciones
Transporte de macromoleacuteculas o partiacuteculas
Las macromoleacuteculas o partiacuteculas grandes se introducen o expulsan de la ceacutelula por dos mecanismos
Endocitosis
La endocitosis es el proceso celular por el que la ceacutelula mueve hacia su interior moleacuteculas grandes o partiacuteculas englobaacutendolas en una invaginacioacuten de su membrana citoplasmaacutetica formando una vesiacutecula que luego se desprende de la pared celular e incorpora al citoplasma Esta vesiacutecula llamada endosoma luego se fusiona con un lisosoma que realizaraacute la digestioacuten del contenido vesicular
Existen dos procesos
Pinocitosis consiste en la ingestioacuten de liacutequidos y solutos mediante pequentildeas vesiacuteculas
Fagocitosis consiste en la ingestioacuten de grandes partiacuteculas que se engloban en grandes vesiacuteculas (fagosomas) que se desprenden de la membrana celular
Endocitosis mediada por receptor es de tipo especiacutefica captura macromoleacuteculas especiacuteficas del
ambiente fijaacutendose a traveacutes de proteiacutenas ubicadas en las membranas plasmaacuteticas (especificas) Una vez que se unen a dicho receptor forman las vesiacuteculas y las transportan al interior de la ceacutelula La endocitosis mediada por receptor resulta ser un proceso raacutepido y eficiente
Exocitosis
Es la expulsioacuten de sustancias como la insulina a traveacutes de la fusioacuten de vesiacuteculas con la membrana celular
La exocitosis es el proceso celular por el cual las vesiacuteculas situadas en el citoplasma se fusionan con la membrana citoplasmaacutetica liberando su contenido
La exocitosis se observa en muy diversas ceacutelulas secretoras tanto en la funcioacuten de excrecioacuten como en la funcioacuten endocrina
Tambieacuten interviene la exocitosis en la secrecioacuten de un neurotransmisor a la brecha sinaacuteptica para posibilitar la propagacioacuten del impulso nervioso entre neuronas La secrecioacuten quiacutemica desencadena una despolarizacioacuten del potencial de membrana desde el axoacuten de la ceacutelula emisora hacia la dendrita (u otra parte) de la ceacutelula receptora Este neurotransmisor seraacute luego recuperado por endocitosis para ser reutilizado Sin este proceso se produciriacutea un fracaso en la transmisioacuten del impulso nervioso entre neuronas
CEacuteLULA VEGETAL
Todos los organismos vivos estaacuten compuestos por ceacutelulas El ingleacutes Robert Hooke en 1665 realizoacute cortes finos de una muestra de corcho y observoacute usando un microscopio rudimentario unos pequentildeos compartimentos que no eran maacutes que las paredes celulares de esas ceacutelulas muertas y las llamoacute ceacutelulas (del latiacuten cellula que significa habitacioacuten pequentildea ) ya que eacuteste tejido le recordaba las celdas pequentildeas que habitaban los monjes de aquella eacutepoca No fue sino hasta el siglo XIX que dos cientiacuteficos alemanes el botaacutenico Matthias Jakob Schleiden y el zoologo Theodor Schwann enunciaron en 1839 la primera teoriacutea celular Todas las plantas y animales estaacuten compuestos por grupos de ceacutelulas y eacutestas son la unidad baacutesica de todos los organismos vivos Esta teoriacutea fue completada en 1855 por Rudolph Virchow quien establecioacute que las ceacutelulas nuevas se formaban a partir de ceacutelulas preexistentes ( omni cellula e cellula ) En otras palabras las ceacutelulas no se pueden formar por generacioacuten espontaacutenea a partir de materia inerte
Ceacutelula fijada con KMnO4
En la frontera de lo viviente se han descubierto seres aun maacutes pequentildeos los virus que crecen y se reproducen solamente cuando parasitan otra ceacutelula Podemos afirmar que no hay vida sin ceacutelula Al igual que un edificio las ceacutelulas son los bloques de construccioacuten de un organismo La ceacutelula es la unidad maacutes pequentildea de materia viva capaz de llevar a cabo todas las actividades necesarias para el mantenimiento de la vida
La teoriacutea celular actualmente se puede resumir de la siguiente forma
1 Todos los organismos vivos estaacuten formados por ceacutelulas y productos celulares
2 Soacutelo se forman ceacutelulas nuevas a partir de ceacutelulas preexistentes
3 La informacioacuten geneacutetica que se necesita durante la vida de las ceacutelulas y la que se requiere para la produccioacuten de nuevas ceacutelulas se transmite de una generacioacuten a la siguiente
4 Las reacciones quiacutemicas de un organismo esto es su metabolismo tienen lugar en las ceacutelulas
CEacuteLULAS VEGETALES Y ANIMALES
Tanto las ceacutelulas de las plantas como las de los animales son eucarioacuteticas sin embargo presentan algunas diferencias
1 Las ceacutelulas vegetales presentan una pared celular celuloacutesica riacutegida que evita cambios de forma y posicioacuten
2 Las ceacutelulas vegetales contienen plastidios estructuras rodeadas por una membrana que sintetizan y almacenan alimentos Los maacutes comunes son los cloroplastos
3 Casi todas las ceacutelulas vegetales poseen vacuolas que tienen la funcioacuten de transportar y almacenar nutrientes agua y productos de desecho
4 Las ceacutelulas vegetales complejas carecen de ciertos organelos como los centriacuteolos y los lisosomas
Fotosiacutentesis
Una hoja el lugar principal en el que se desarrolla la fotosiacutentesis en las plantas
La fotosiacutentesis del griego antiguo φωτο (foto) luz y σύνθεσις (siacutentesis) unioacuten es la base de la vida
actual en la Tierra Proceso mediante el cual las plantas algas y algunas bacterias captan y utilizan la energiacutea de la luz para transformar la materia inorgaacutenica de su medio externo en materia orgaacutenica que utilizaraacuten para su crecimiento y desarrollo
Los organismos capaces de llevar a cabo este proceso se denominan fotoautoacutetrofos y ademaacutes son capaces de fijar el CO2 atmosfeacuterico (lo que ocurre casi siempre) o simplemente autoacutetrofos Salvo en algunas bacterias en el proceso de fotosiacutentesis se producen liberacioacuten de oxiacutegeno molecular (proveniente de moleacuteculas de H2O) hacia la atmoacutesfera (fotosiacutentesis oxigeacutenica) Es ampliamente admitido que el contenido actual de oxiacutegeno en la atmoacutesfera se ha generado a partir de la aparicioacuten y actividad de dichos organismos fotosinteacuteticos Esto ha permitido la aparicioacuten evolutiva y el desarrollo de organismos aerobios capaces de mantener una alta tasa metaboacutelica (el metabolismo aerobio es muy eficaz desde el punto de vista energeacutetico)
La otra modalidad de fotosiacutentesis la fotosiacutentesis anoxigeacutenica en la cual no se libera oxiacutegeno es llevada a cabo por un nuacutemero reducido de bacterias como las bacterias puacuterpuras del azufre y las bacterias verdes del azufre estas bacterias usan como donador de hidroacutegenos el H2S con lo que liberan azufre
Generalidades
Cloroplastos dentro de ceacutelulas vegetales
En algas eucarioacuteticas y en plantas la fotosiacutentesis se lleva a cabo en un orgaacutenulo especializado denominado cloroplasto Este orgaacutenulo que estaacute delimitado por dos membranas (envueltas de los cloroplastos) que lo separan del citoplasma circundante En su interior se encuentra una fase acuosa con un elevado contenido en proteiacutenas e hidratos de carbono (estroma del cloroplasto) y una serie de
membranas denominadas tilacoides Los tilacoides contienen los pigmentos (sustancias coloreadas) fotosinteacuteticos y proteiacutenas necesarios para captar la energiacutea de la luz El principal de esos pigmentos es la clorofila de color verde de la que existen varios tipos (bacterioclorofilas y clorofilas a b c y d) Ademaacutes de las clorofilas otros pigmentos presentes en todos los organismos eucarioacuteticos son los carotenoides (carotenos y xantofilas) de color amarillo o anaranjado y que tienen un papel auxiliar en la captacioacuten de la luz ademaacutes de un papel protector En cianobacterias (que no poseen cloroplastos) los carotenoides son sustituidos por otro tipo de pigmentos denominados ficobilinas de naturaleza quiacutemica diferente a los anteriores En las plantas vasculares el mayor nuacutemero de cloroplastos se encuentra dentro de las ceacutelulas del mesoacutefilo de las hojas lo cual les confiere su caracteriacutestico color verde
La fotosiacutentesis se divide en dos fases La primera ocurre en los tilacoides en donde se capta la energiacutea de la luz y eacutesta es almacenada en dos moleacuteculas orgaacutenicas sencillas (ATP y NADPH) La segunda tiene lugar en el estroma y las dos moleacuteculas producidas en la fase anterior son utilizadas en la asimilacioacuten del CO2 atmosfeacuterico para producir hidratos de carbono e indirectamente el resto de las moleacuteculas orgaacutenicas que componen los seres vivos (aminoaacutecidos liacutepidos nucleoacutetidos etc) Tradicionalmente a la primera fase se le denominaba fase luminosa y a la segunda fase oscura de la fotosiacutentesis Sin embargo la
denominacioacuten como fase oscura de la segunda etapa es incorrecta porque actualmente se conoce que los procesos que la llevan a cabo solo ocurren en condiciones de iluminacioacuten Es maacutes preciso referirse a ella como fase de fijacioacuten del dioacutexido de carbono (ciclo de Calvin) y a la primera como fase fotoquiacutemica o reaccioacuten de Hill
En la fase luminosa o fotoquiacutemica la energiacutea de la luz captada por los pigmentos fotosinteacuteticos unidos a proteiacutenas y organizados en los denominados foto sistemas (ver maacutes adelante) produce la descomposicioacuten del agua liberando electrones que circulan a traveacutes de moleacuteculas transportadoras para llegar hasta un aceptor final (NADP
+) capaz de mediar en la transformacioacuten del CO2 atmosfeacuterico (o
disuelto en el agua en sistemas acuaacuteticos) en materia orgaacutenica Este proceso luminoso estaacute tambieacuten acoplado a la formacioacuten de moleacuteculas que funcionan como intercambiadores de energiacutea en las ceacutelulas (ATP) La formacioacuten de ATP es necesaria tambieacuten para la fijacioacuten del CO2
El CO2 es uno de los menores componentes del aire atmosfeacuterico capaz de reflejar la radiacioacuten de onda larga proveniente de la tierra (el maacuteximo agente reflector de esa radiacioacuten es el vapor de agua) El notable aumento de su concentracioacuten a partir de 1850 debido a la destruccioacuten de las aacutereas selvaacuteticas la actividad industrial y el uso de combustibles foacutesiles podriacutea tener el efecto de incrementar las temperaturas medias efecto llamado efecto invernadero
Descubrimiento
Durante el siglo XVIII comienzan a surgir trabajos que relacionan los incipientes conocimientos de la Quiacutemica con los de la Biologiacutea Asiacute con los trabajos de Priestley se llega a la conclusioacuten de que las partes verdes de las plantas fijan el aire lsquoimpurorsquo (anhiacutedrido carboacutenico) que actuariacutea como un nutriente y liberan oxiacutegeno
Posteriormente Emily Fransecheti ampliacutea los estudios de Scarlett Pruzza describiendo la emisioacuten de CO2 por las plantas en oscuridad y estableciendo que esta emisioacuten era menor que su asimilacioacuten en condiciones de iluminacioacuten Ingeshousz tambieacuten supone que la emisioacuten de oxiacutegeno por parte de las plantas procede en uacuteltimo teacutermino del agua aunque no sabe encontrar una explicacioacuten para este fenoacutemeno y habla de una lsquotransmutacioacutenrsquo (se debe antildeadir que en esta eacutepoca no se conociacutea auacuten la naturaleza quiacutemica del agua)
En la misma liacutenea de los autores anteriores Jean Senebier ginebrino realiza nuevos experimentos que establecen la necesidad de la luz para que se produzca la asimilacioacuten de anhiacutedrido carboacutenico y el desprendimiento de oxiacutegeno Tambieacuten establece que auacuten en condiciones de iluminacioacuten si no se suministra CO2 no se registra desprendimiento de oxiacutegeno J Senebier sin embargo opinaba en contra de las teoriacuteas desarrolladas y confirmadas maacutes adelante que la fuente de anhiacutedrido carboacutenico para la planta proveniacutea del agua y no del aire
Otro autor suizo Th de Saussure demostrariacutea experimentalmente que el pipeteo de la papa constituye un proceso baacutesico en la fotosiacutentesis y que el aumento de biomasa depende de la fijacioacuten de anhiacutedrido carboacutenico (que puede ser tomado directamente del aire por las hojas) y del agua Tambieacuten realiza estudios sobre la respiracioacuten en plantas y concluye que junto con la emisioacuten de anhiacutedrido carboacutenico hay una peacuterdida de agua y una generacioacuten de calor Finalmente de Saussure describe la necesidad de la nutricioacuten mineral de las plantas
El quiacutemico alemaacuten J von Liebig es uno de los grandes promotores tanto del conocimiento actual sobre Quiacutemica Orgaacutenica como sobre Fisiologiacutea Vegetal imponiendo el punto de vista de los organismos como entidades compuestas por productos quiacutemicos y la importancia de las reacciones quiacutemicas en los procesos vitales Confirma las teoriacuteas expuestas previamente por de Saussure matizando que si bien la fuente de carbono procede del CO2 atmosfeacuterico el resto de los nutrientes provienen del suelo
La denominacioacuten como clorofila de los pigmentos fotosinteacuteticos fue acuntildeada por Pelletier y Caventou a comienzos del siglo XIX Dutrochet describe la entrada de CO2 en la planta a traveacutes de los estomas y determina que solo las ceacutelulas que contienen clorofila son productoras de oxiacutegeno H von Mohl maacutes tarde asociariacutea la presencia de almidoacuten con la de clorofilas y describiriacutea la estructura de los estomas Sachs a su vez relacionoacute la presencia de clorofila con cuerpos subcelulares que se pueden alargar y dividir asiacute como que la formacioacuten de almidoacuten estaacute asociada con la iluminacioacuten y que esta sustancia desaparece en oscuridad o cuando los estomas son ocluidos A Sachs se debe la formulacioacuten de la ecuacioacuten baacutesica de la fotosiacutentesis
6 CO2 + 6 H2O rarr C6H12O6 + 6 O2
Schimper dariacutea el nombre de cloroplastos a los cuerpos coloreados de Sachs y describiriacutea los aspectos baacutesicos de su estructura tal como se podiacutea detectar con microscopiacutea oacuteptica En el uacuteltimo tercio del siglo XIX se sucederiacutean los esfuerzos por establecer las propiedades fiacutesico-quiacutemicas de las clorofilas y se comienzan a estudiar los aspectos eco fisioloacutegico de la fotosiacutentesis
Fase fotoquiacutemica
La energiacutea luminosa que absorbe la clorofila se transmite a los electrones externos de la moleacutecula los cuales escapan de la misma y producen una especie de corriente eleacutectrica en el interior del cloroplasto al incorporarse a la cadena de transporte de electrones Esta energiacutea puede ser empleada en la siacutentesis de ATP mediante la fotofosforilacioacuten y en la siacutentesis de NADPH Ambos compuestos son necesarios para la siguiente fase o Ciclo de Calvin donde se sintetizaraacuten los primeros azuacutecares que serviraacuten para la produccioacuten de sacarosa y almidoacuten Los electrones que ceden las clorofilas son repuestos mediante la oxidacioacuten del H2O proceso en el cual se genera el O2 que las plantas liberan a la atmoacutesfera
Existen dos variantes de fotofosforilacioacuten aciacuteclica y ciacuteclica seguacuten el traacutensito que sigan los electrones a traveacutes de los foto sistemas Las consecuencias de seguir un tipo u otro estriban principalmente en la produccioacuten o no de NADPH y en la liberacioacuten o no de O2
Fotofosforilacioacuten aciacuteclica
Estructura de un fotosistema
Este proceso permite la formacioacuten de ATP y la reduccioacuten de NADP+ a NADPH + H
+ y necesita de la
energiacutea de la luz como ya se ha dicho Se realiza gracias a los llamados foto sistemas que se encuentran en la membrana de los tilacoides (en los cloroplastos) Estos estaacuten formados por dos partes
Antena donde se agrupan los pigmentos antena junto con proteiacutenas y cuya funcioacuten es captar
la energiacutea de los fotones para transmitirla al pigmento diana y el centro de reaccioacuten Este esta formado por proteiacutenas y por pigmentos encontraacutendose en eacutel el llamado pigmento diana que es
aquel que recibe la energiacutea de excitacioacuten de la antena energiacutea que sirve para excitar y liberar electrones Aquiacute tambieacuten se encuentra el primer dador de electrones que repone los electrones al pigmento diana
Primer aceptor que recibe los electrones liberados
Hay dos tipos de foto sistemas
Fotosistema I que se encuentra sobre todo en los tilacoides de estroma y cuyo pigmento diana
es la clorofila P700
Fotosistema II que se encuentra sobre todo en los grana y cuyo pigmento diana es la clorofila
P680
Proceso
El proceso de la fase luminosa supuesto para dos electrones es el siguiente Los fotones inciden sobre el fotosistema II excitando y liberando dos electrones que pasan al primer aceptor de electrones la feofitina Los electrones los repone el primer dador de electrones el dador Z con los electrones procedentes de la fotoacutelisis del agua en el interior del tilacoide (la moleacutecula de agua se divide en 2H
+ + 2e
-
+ 12O2) Los protones de la fotoacutelisis se acumulan en el interior del tilacoide y el oxiacutegeno es liberado
Los electrones pasan a una cadena de transporte de electrones que invertiraacute su energiacutea liberada en la siacutentesis de ATP iquestCoacutemo La teoriacutea quimioosmoacutetica nos lo explica de la siguiente manera los electrones son cedidos a las plastoquinonas las cuales captan tambieacuten dos protones del estroma Los electrones y los protones pasan al complejo de citocromos bf que bombea los protones al interior del tilacoide Se consigue asiacute una gran concentracioacuten de protones en el tilacoide (entre eacutestos y los resultantes de la fotoacutelisis del agua) que se compensa regresando al estroma a traveacutes de las proteiacutenas ATP-sintasas que invierten la energiacutea del paso de los protones en sintetizar ATP La siacutentesis de ATP en la fase fotoquiacutemica se denomina fotofosforilacioacuten
Los electrones de los citocromos pasan a la plastocianina que los cede a su vez al fotosistema I Con la energiacutea de la luz los electrones son de nuevo liberados y captados por el aceptor A0 De ahiacute pasan a traveacutes de una serie de filoquinonas hasta llegar a la ferredoxina Eacutesta moleacutecula los cede a la enzima NADP
+-reductasa que capta tambieacuten dos protones del estroma Con los dos protones y los dos
electrones reduce un NADP+ en NADPH + H
+
El balance final es por cada moleacutecula de agua (y por cada cuatro fotones) se forman media moleacutecula de oxiacutegeno 13 moleacuteculas de ATP y un NADPH + H
+
Foto fosforilacioacuten ciacuteclica
Tiene lugar al mismo tiempo que la aciacuteclica En ella soacutelo interviene el foto sistema I Los electrones liberados despueacutes de llegar a la ferredoxina pasan a las plastoquinonas y siguen la cadena de transporte de electrones hasta regresar a la plastocianina y al fotosistema I Por tanto se genera ATP en lugar de NADPH Sirve para compensar el hecho de que en la fotofosforilacioacuten aciacuteclica no se genera suficiente ATP para la fase oscura
Fase bioquiacutemica o ciclo de Calvin biosiacutentesis orgaacutenica
Esquema simplificado del ciclo de Calvin-Benson
La fase bioquiacutemica o ciclo de Calvin o ciclo reductivo de las pentosas-fosfato consiste en un ciclo de reacciones quiacutemicas en las que se incorpora el CO2 de la atmoacutesfera en moleacuteculas orgaacutenicas y se originan triosas fosfato los primeros azuacutecares previos a la formacioacuten de sacarosa y almidoacuten Durante este ciclo se
emplean el ATP y el NADPH producidos en la etapa fotoquiacutemica Se divide en tres etapas carboxilacioacuten reduccioacuten y regeneracioacuten
Este ciclo comienza con una pentosa la ribulosa-15-fosfato que se carboxila con el CO2 y se descompone en dos moleacuteculas de aacutecido-3-fosfogliceacuterico Con el gasto de un ATP el aacutecido-3-fosfogliceacuterico se fosforila en aacutecido-13-bifosfogliceacuterico Eacuteste se reduce con el NADPH y se libera una moleacutecula de aacutecido fosfoacuterico formaacutendose el gliceraldehido-3-fosfato La moleacutecula formada puede seguir ahora dos viacuteas una es dar lugar a maacutes ribulosa-15-fosfato para seguir el ciclo y la otra es dar lugar a los distintos principios inmediatos glucosa o fructosa almidoacuten y a partir de ellos los demaacutes gluacutecidos y los liacutepidos proteiacutenas y nucleoacutetidos que requiere la ceacutelula
Hay que destacar que tanto la fase fotoquiacutemica como la fase biosinteacutetica se producen a la vez Son inseparables ya que los productos de la fase fotoquiacutemica son empleados en la fase biosinteacutetica Por otro lado al consumir en la fase biosinteacutetica el ATP y NADPH se obtienen ADP y NADP
+ para la fase
fotoquiacutemica Para asegurar que ambas fases se produzcan a la vez existe una fuerte fotorregulacioacuten sobre las enzimas del ciclo de Calvin para que esteacuten activas por el diacutea e inactivas por la noche en especial sobre la enzima rubisco No obstante existe una variante de fotosiacutentesis presente en ciertas plantas que permite separar la fijacioacuten del CO2 de la fase fotoquiacutemica Se trata de la fotosiacutentesis tipo CAM empleada por plantas adaptadas a climas deseacuterticos para evitar que se abran las estomas por el diacutea para fijar el CO2 con la consiguiente peacuterdida de agua
Divisioacuten celular
Comparacioacuten de tres tipos de reproduccioacuten celular
Definicioacuten
La divisioacuten celular es la parte del ciclo
celular en la que una ceacutelula inicial (llamada madre) se divide en dos para formar dos ceacutelulas hijas Gracias a la divisioacuten celular se produce el crecimiento de los organismos pluricelulares con el crecimiento de los tejidos y la reproduccioacuten vegetativa en seres unicelulares
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas
Tipos de divisioacuten celular
Biparticioacuten la divisioacuten de la ceacutelula madre en dos ceacutelulas hijas cada nueva ceacutelula es un nuevo individuo
con estructuras y funciones ideacutenticas a la ceacutelula madre Este tipo de reproduccioacuten la presentan organismos como bacterias amebas y algunas algas
Gemacioacuten se presenta cuando unos nuevos individuos se producen a partir de yemas El proceso de
gemacioacuten es frecuente en esponjas celenterios briozoos En una zona o varias del organismo progenitor
se produce una evaginacioacuten o yema que se va desarrollando y en un momento dado sufre una constriccioacuten en la base y se separa del progenitor comenzando su vida como nuevo ser Las yemas hijas pueden presentar otras yemas a las que se les denomina yemas secundarias En algunos organismos se pueden formar colonias cuando las yemas no se separan del organismo progenitor En las formas maacutes evolucionadas de briozoos se observa en el proceso de gemacioacuten que se realiza de forma maacutes complicado
El nuacutemero de individuos de una colonia la manera en que estaacuten agrupados y su grado de diferenciacioacuten variacutea y a menudo es caracteriacutestica de una especie determinada Los briozoos pueden originar nuevos individuos sobre unas prolongaciones llamados estolones y al proceso se le denomina estolonizacioacuten
Ciertas especies de animales pueden tener gemacioacuten interna yemas que sobreviven en condiciones desfavorables gracias a una envoltura protectora En el caso de las esponjas de agua dulce las yemas tienen una caacutepsula protectora y en el interior hay sustancia de reserva Al llegar la primavera se pierde la caacutepsula protectora y a partir de la yema surge la nueva esponja En los briozoos de agua dulce se produce una capa de quitina y de calcio y no necesitan sustancia de reserva pues se encuentra en estado de hibernacioacuten
Esporulacioacuten la esporulacioacuten o esporo geacutenesis consiste en un proceso de diferenciacioacuten celular para
llegar a la produccioacuten de ceacutelulas reproductivas dispersivas de resistencia llamadas esporas Este proceso ocurre en hongos amebas liacutequenes algunos tipos de bacterias protozoos esporozoos (como el Plasmodium causante de malaria) y es frecuente en vegetales (especialmente algas musgos y helechos) grupos de muy diferentes oriacutegenes evolutivos pero con semejantes estrategias reproductivas todos ellos pueden recurrir a la formacioacuten ceacutelulas de resistencia para favorecer la dispersioacuten Durante la esporulacioacuten se lleva a cabo la divisioacuten del nuacutecleo en varios fragmentos y por una divisioacuten celular asimeacutetrica una parte del citoplasma rodea cada nuevo nuacutecleo dando lugar a las esporas Dependiendo de cada especie se puede producir un nuacutemero parciable de esporas y a partir de cada una de ellas se desarrollaraacute un individuo independiente
Procesos de divisioacuten celular
Fisioacuten binaria es la forma de divisioacuten celular de las ceacutelulas procariotas
Mitosis es la forma maacutes comuacuten de la divisioacuten celular en las ceacutelulas eucariotas Una ceacutelula que ha
adquirido determinados paraacutemetros o condiciones de tamantildeo volumen almacenamiento de energiacutea factores medioambientales puede replicar totalmente su dotacioacuten de ADN y dividirse en dos ceacutelulas hijas normalmente iguales Ambas ceacutelulas seraacuten diploides o haploide dependiendo de la ceacutelula madre
Meiosis es la divisioacuten de una ceacutelula diploide en cuatro ceacutelulas haploide Esta divisioacuten celular se
produce en organismos multicelulares para producir gametos haploide que pueden fusionarse despueacutes para formar una ceacutelula diploide llamada zigoto en la fecundacioacuten
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas Las ceacutelulas cancerosas son inmortales Una enzima llamada telomerasa permite a estas ceacutelulas dividirse indefinidamente
La caracteriacutestica principal de la divisioacuten celular en organismos eucariotas es la conservacioacuten de los
mecanismos geneacuteticos del control del ciclo celular y de la divisioacuten celular puesto que se ha mantenido praacutecticamente inalterable desde organismos tan simples como las levaduras a criaturas tan complejas como el ser humano a lo largo de la evolucioacuten bioloacutegica
Factores que explican la divisioacuten celular
Una teoriacutea afirma que existe un momento en el que la ceacutelula comienza a crecer mucho lo que hace que disminuya la proporcioacuten aacutereavolumen Cuando el aacuterea de la membrana plasmaacutetica de la ceacutelula es mucho maacutes pequentildea en relacioacuten con el volumen total de eacutesta se presentan dificultades en la reabsorcioacuten y en el transporte de nutrientes siendo asiacute necesario que se produzca la divisioacuten celular
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular constituye el proceso maacutes importante dentro de la ceacutelula el cual abordaremos en
pequentildea medida pero de manera significativa
Esta investigacioacuten toma en cuenta a todos aquellos que de alguna manera participan aunque sea de
forma miacutenima en la respiracioacuten celular
Hablar de respiracioacuten celular es referirnos a un proceso bioquiacutemico del cual nos ramificaremos a dos tipos
de respiracioacuten celular aeroacutebica y anaeroacutebica
En este proceso interfieren factores quiacutemicos capaces de ser procesados dentro de las ceacutelulas y que en
gran medida constituyen las bases para que la respiracioacuten celular se lleve a cabo
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular es el conjunto de reacciones bioquiacutemicas que ocurren en la mayoriacutea de las ceacutelulas
Tambieacuten es el conjunto de reacciones quiacutemicas mediante las cuales se obtiene energiacutea a partir de la
degradacioacuten de sustancias orgaacutenicas como los azuacutecares y los aacutecidos principalmente
Comprende dos fases
PRIMERA FASE
Se oxida la glucosa (azuacutecar) y no depende del oxiacutegeno por lo que recibe el nombre de respiracioacuten
anaeroacutebica y glicoacutelisis reaccioacuten que se lleva a cabo en el citoplasma de la ceacutelula
SEGUNDA FASE
Se realiza con la intervencioacuten del oxiacutegeno y recibe el nombre de respiracioacuten aeroacutebica o el ciclo de krebs y
se realiza en estructuras especiales de las ceacutelulas llamadas mitocondrias
Tanto que es una parte del metabolismo concretamente del catabolismo en el cual la energiacutea contenida
en distintas biomoleacuteculas como los gluacutecidos (azuacutecares carbohidratos) es liberado de manera controlada
IMPORTANCIA
- Crecimiento
- Transporte activo de sustancias energeacuteticas
- Movimiento ciclosis
- Regeneracioacuten de ceacutelulas
- Siacutentesis de proteiacutenas
- Divisioacuten de ceacutelulas
TIPOS DE RESPIRACIOacuteN CELULAR
RESPIRACIOacuteN ANAEROacuteBICA
La respiracioacuten anaeroacutebica es un proceso bioloacutegico de oxidorreduccioacuten de azuacutecares y otros compuestos
Lo realizan exclusivamente algunos grupos de bacterias
En la respiracioacuten anaeroacutebica no se usa oxiacutegeno sino para la misma funcioacuten se emplea otra sustancia
oxidante distinta como el sulfato No hay que confundir la respiracioacuten anaeroacutebica con la fermentacioacuten
aunque estos dos tipos de metabolismo tienen en comuacuten el no ser dependiente del oxigeno
Todos los posibles aceptores en la respiracioacuten anaeroacutebica tienen un potencial de reduccioacuten menor que el
O2 por lo que se genera menor energiacutea en el proceso
ETAPAS
Glucoacutelisis
Fermentacioacuten
GLUCOacuteLISIS- Tambieacuten denominado glicoacutelisis es la secuencia metaboacutelica en la que se oxida en la
glucoacutelisis cuando hay ausencia de oxiacutegeno la glucoacutelisis es la uacutenica viacutea que produce ATP en los animales
Estaacute presente en todas las formas de viacuteas actuales Es la primera parte del metabolismo energeacutetico y en
las ceacutelulas eucariotas en donde ocurre el citoplasma
Por lo tanto es una secuencia compleja de reacciones que se efectuacutean en el citosol de una ceacutelula
mediante las cuales una moleacutecula de glucosa se desdobla en dos moleacuteculas de acido piruvico De manera
que la glicoacutelisis consta de dos pasos principales
Activacioacuten de la glucosa
Produccioacuten de energiacutea
IMPORTANCIA Permite a los muacutesculos esqueleacuteticos realizar su contraccioacuten
FERMENTACIOacuteN- Es un proceso cataboacutelico de oxidacioacuten completa siendo el producto final de
un compuesto orgaacutenico La fermentacioacuten tiacutepica es llevada acabo por las levaduras Tambieacuten
unos metazoos y plantas menores son capaces de producirla
El proceso de fermentacioacuten anaeroacutebica se produce en la ausencia de oxigeno como aceptor final
de los electrones del NADH producido en la glucoacutelisis
En los seres vivos la fermentacioacuten es un proceso anaeroacutebico y en el no interviene la cadena
respiratoria que son propios del micro organismo como las bacterias y levaduras
Ademaacutes en la industria de la fermentacioacuten puede ser oxidativa es decir como presencia de
oxigeno pero es una oxidacioacuten aeroacutebica incompleta como la produccioacuten de acido aceacutetico a partir
del etanol
La fermentacioacuten puede ser naturales cuando las condiciones ambientales permitan la interaccioacuten
del microorganismo sustratos orgaacutenicos susceptibles o artificiales cuando el hombre propicia
condiciones y en contacto referido
USOS
El conocimiento de la dieta a traveacutes del desarrollo de una diversidad de sabores aromas y
texturas en los substratos de los alimentos
Preservacioacuten de cantidades substanciales de alimentos a traveacutes del acido laacutecteo alcohoacutelico
acido aceacutetico y fermentacioacuten alcalinas
La fermentacioacuten tiene algunos usos exclusivos para los alimentos pueden producir nutrientes
importantes o eliminar auto nutrientes
TIPOS DE FERMENTACIOacuteN
Fermentacioacuten aceacutetica
Fermentacioacuten alcohoacutelica
Fermentacioacuten butirica
Fermentacioacuten de la glicerina
Fermentacioacuten laacutectica
Fermentacioacuten putrica
RESPIRACIOacuteN AEROacuteBICA
Es un tipo de metabolismo energeacutetico en el que los seres vivos extraen energiacutea de moleacuteculas
orgaacutenicas como la glucosa por un proceso complejo en donde el carbono queda oxidado y en el
que el aire es el oxidante empleado
La respiracioacuten aeroacutebica es propia de los organismos eucariontes en general y de algunos tipos
de bacterias
La susecion de reacciones quiacutemicas que ocurren dentro de las ceacutelulas mediante las cuales se
realiza las descomposiciones finales de las moleacuteculas en los alimentos y en la que se produce CO2 y
H2O
Se realiza solo en el proceso de oxigeno Consiste en la degradacioacuten de los piruvatos producidos
durante la glucosis hasta CO2 y H2O como obtencioacuten de 34 a 36 ATP
IMPORTANCIA
Participa en la respiracioacuten celular formando ATP
REACCIONES AEROacuteBICAS
Las reacciones aeroacutebicas ocurre en la mitocondria y son
1 Formacioacuten del acetilo
2 Transferencia del acetilo Actividades en matriz
3 Ciclo de krebs
4 Transporte de electrones
Cadena respiratoria
5 Fosforilacioacuten oxidativa (actividad de crestas)
LA MITOCONDRIA Y SUS PARTES
CICLO DE KREBS
Propuesto por Hans A Krebs en 1937 quien descubrioacute el ciclo estudiando suspensiones de papillas del
muacutesculo pectoral de la paloma que presentaba un elevado ritmo respiratorio
El ciclo de krebs (tambieacuten llamado ciclo del acido ciacutetrico o ciclo de lso aacutecidos tricarboxilicos) es una serie
de reacciones quiacutemicos de gran importancia que forman parte de la respiracioacuten celular en toda las ceacutelulas
aeroacutebicas es decir que utilizan oxigeno En organismo aeroacutebico el ciclo de krebs es parte de la viacutea
cataboacutelica que realizan oxidacioacuten de hidratos de carbono aacutecidos graos y aminoaacutecidos hasta producir CO2
y H2O liberando energiacutea en forma utilizable
El ciclo de krebs tambieacuten proporciona recurso para muchas biomoleculas tales como ciertos aacutenimos
aacutecidos Por ello se considera una viacutea anfibolica es decir que es cataboacutelico y anaboacutelica al mismo tiempo
UBICACIOacuteN
Tiene lugar en tres partes
Matriz mitocondrial
En las eucariotas
En el citoplasma de eucariotas
CICLO DE KREBS
Una macromoleacutecula puede estar formada por unidades sencillas todas iguales como es el caso del almidoacuten formado por cientos o miles de moleacuteculas de glucosa Pero otras veces las macromoleacuteculas estaacuten formadas por distintos tipos de unidades que pueden repetirse en determinado orden tal es el caso de las proteiacutenas formadas por la unioacuten de una treintena de aminoaacutecidos distintos y de los aacutecidos nucleicos formados por la unioacuten de cuatro nucleoacutetidos distintos
44 Principales moleacuteculas orgaacutenicas gluacutecidos liacutepidos proacutetidos y aacutecidos nucleicos
Los gluacutecidos son en su mayoriacutea utilizados por los seres vivos como fuente de energiacutea Algunos de ellos son pequentildeas moleacuteculas de sabor dulce razoacuten por la cual se les llama azuacutecares como por ejemplo la glucosa mientras que otros son grandes moleacuteculas formadas por la unioacuten de unidades menores como es el caso del almidoacuten o la celulosa
Los liacutepidos incluyen una gran variedad de moleacuteculas que tienen en comuacuten ser insolubles en agua Entre los maacutes frecuentes y conocidos estaacuten las grasas que actuacutean como reserva de energiacutea
Los proacutetidos realizan una gran variedad de funciones debido a que las proteiacutenas pueden ser muy diversas entre siacute Destacaremos sus importancias como constituyentes estructurales fundamentales de los seres vivos
Los aacutecidos nucleicos (ADN y ARN) se encuentran en el nuacutecleo de la ceacutelula Podemos decir que son las moleacuteculas maacutes importantes de los seres vivos porque contienen las instrucciones que determinan todo el ser vivo Son macromoleacuteculas formadas por soacutelo cuatro unidades (nucleoacutetidos) que se repiten cientos de miles de veces en un cierto orden El orden en que estaacuten colocadas estas unidades determinan el coacutedigo geneacutetico
45 Moleacuteculas inorgaacutenicas presentes en los seres vivos
Las reacciones quiacutemicas propias de la vida que se dan entre las moleacuteculas orgaacutenicas no seriacutean posibles sin la presencia y la participacioacuten de una moleacutecula sencilla el agua (H2O) que ademaacutes es la moleacutecula maacutes abundante en los seres vivos
Otro componente inorgaacutenico de los seres vivos aunque se encuentra en cantidades pequentildeas son las sales minerales Entre las maacutes importantes podemos citar los cloruros (Cl-) fosfatos (PO4-) y carbonatos (CO3-2) A pesar de su pequentildea proporcioacuten su funcioacuten es muy importante por lo que son imprescindibles
La ceacutelula
El primero en observar ceacutelulas fue el cientiacutefico ingleacutes Robert Hooke en 1665 al examinar una laacutemina de corcho en un microscopio que el mismo habiacutea construido El corcho observado en aumento pareciacutea estar constituido por pequentildeas celdillas rodeadas por una pared riacutegida por lo que asignoacute el teacutermino ceacutelula para referirse a estas estructuras
Dos siglos despueacutes de la primera observacioacuten de ceacutelulas (en 1839) dos cientiacuteficos alemanes (Schleiden y Schwann) elaboraron la teoriacutea celular de los seres vivos
Caracteriacutesticas generales de las ceacutelulas
Hay ceacutelulas de formas y tamantildeos muy variados Algunas de las ceacutelulas bacterianas maacutes pequentildeas tienen forma ciliacutendrica (la forma de las ceacutelulas estaacute relacionada con la funcioacuten que desempentildean) de menos de una micra o microm (1 microm es igual a una milloneacutesima de metro) de longitud En el extremo opuesto se encuentran las ceacutelulas nerviosas corpuacutesculos de forma compleja con numerosas prolongaciones delgadas que pueden alcanzar varios metros de longitud (las del cuello de la jirafa constituyen un ejemplo espectacular) Casi todas las ceacutelulas vegetales tienen entre 20 y 30 microm de longitud forma poligonal y pared celular riacutegida Las ceacutelulas de los tejidos animales suelen ser compactas entre 10 y 20 microm de diaacutemetro y con una membrana superficial deformable y casi siempre muy plegada
Pese a las muchas diferencias de aspecto y funcioacuten todas las ceacutelulas estaacuten envueltas en una membrana mdashllamada membrana plasmaacuteticamdash que encierra una sustancia rica en agua llamada citoplasma
En el interior de las ceacutelulas tienen lugar numerosas reacciones quiacutemicas que les permiten crecer producir energiacutea y eliminar residuos El conjunto de estas reacciones se llama metabolismo (teacutermino que proviene
de una palabra griega que significa cambio) Todas las ceacutelulas contienen informacioacuten hereditaria codificada en moleacuteculas de aacutecido desoxirribonucleico (ADN) esta informacioacuten dirige la actividad de la ceacutelula y asegura la reproduccioacuten y el paso de los caracteres a la descendencia
Estas y otras numerosas similitudes (entre ellas muchas moleacuteculas ideacutenticas o casi ideacutenticas) demuestran que hay una relacioacuten evolutiva entre las ceacutelulas actuales y las primeras que aparecieron sobre la Tierra
Diferentes formas de las ceacutelulas
Esfeacuterica las no especializadas y libres
Estrelladas las neuronas
Fusiformes fibras musculares
Prismaacuteticas epiacuteteto intestinal
Teoriacutea celular de los seres vivos
Se puede resumir en tres principios
1- Todos los organismos vivos estaacuten constituidos por una o varias ceacutelulas la ceacutelula es por tanto la unidad vital de los seres vivos
2- Las ceacutelulas son capaces de una existencia independiente las ceacutelulas son por tanto la unidad anatoacutemica y fisioloacutegica de los seres vivos
3- Toda nueva ceacutelula proviene de otra ceacutelula ya existente la ceacutelula es por tanto la unidad geneacutetica de los seres vivos
Tipos de organizacioacuten celular
Todos los seres vivos estaacuten formados por ceacutelulas a veces se trata de seres unicelulares (con una sola ceacutelula) como una ameba una bacteria o una levadura Otras veces son seres pluricelulares como un pino un leoacuten o nosotros mismos Un ser pluricelular puede llegar a tener mucho millones de ceacutelulas
En todas las ceacutelulas podemos distinguir tres partes una envoltura o membrana plasmaacutetica un contenido o citoplasma que posee diversos orgaacutenulos y un material hereditario en forma de ADN Pero con estas caracteriacutesticas comunes pueden presentarse dos tipos de organizacioacuten celular procariota y eucariota
Ceacutelula eucarioacutetica
Las ceacutelulas eucarioacuteticas son mucho mayores y maacutes complejas Su material geneacutetico estaacute rodeado por una membrana nuclear formando un nuacutecleo y de igual modo se diferencian otros orgaacutenulos muchos de ellos rodeados por una membrana
Ceacutelula animal
Las estructuras internas de la ceacutelula animal estaacuten separadas por membranas Destacan las mitocondrias orgaacutenulos productores de energiacutea asiacute como las membranas apiladas del retiacuteculo endoplasmaacutetico liso (productor de liacutepidos) y rugoso (productor de proteiacutenas) El aparato de Golgi agrupa las proteiacutenas para exportarlas a traveacutes de la membrana plasmaacutetica mientras que los lisosomas contienen enzimas que descomponen algunas de las moleacuteculas que penetran en la ceacutelula La membrana nuclear envuelve el material geneacutetico celular
Ceacutelula vegetal
Las ceacutelulas vegetales asiacute como las animales presentan un alto grado de organizacioacuten con numerosas estructuras internas delimitadas por membranas La membrana nuclear establece una barrera entre la cromatina (material geneacutetico) y el citoplasma Las mitocondrias de interior sinuoso convierten los nutrientes en energiacutea que utiliza la planta A diferencia de la ceacutelula animal la vegetal contiene cloroplastos unos orgaacutenulos capaces de sintetizar azuacutecares a partir de dioacutexido de carbono agua y luz solar Otro rasgo diferenciador es la pared celular formada por celulosa riacutegida y la vacuola uacutenica y llena de liacutequido muy grande en la ceacutelula vegetal
Ceacutelula procarioacutetica
Se caracteriza por su gran simplificacioacuten pues en ella faltan muchas de las estructuras que poseen las otras ceacutelulas El material hereditario se encuentra disperso en el citoplasma no tienen nuacutecleo Este tipo de organizacioacuten las bacterias y otras ceacutelulas procarioacuteticas carecen casi siempre de muchas de las estructuras internas propias de las ceacutelulas eucarioacuteticas Asiacute el citoplasma de las procarioacuteticas estaacute rodeado por una membrana plasmaacutetica y una pared celular (como en las ceacutelulas vegetales) pero no hay membrana nuclear ni por tanto nuacutecleo diferenciado Las moleacuteculas circulares de ADN estaacuten en contacto directo con el citoplasma Ademaacutes carecen de mitocondrias retiacuteculo endoplasmaacutetico cloroplastos y
aparato de Golgi Aunque en general las ceacutelulas procarioacuteticas carecen de estructuras internas delimitadas por membrana las cianobacterias como la ilustrada aquiacute siacute contienen numerosas membranas llamadas tilacoides que contienen clorofila y pigmentos fotosinteacuteticos que utilizan para captar la energiacutea de la luz solar y sintetizar azuacutecares
Ceacutelula Procariota cianobacteria
Estructura de la ceacutelula eucarioacutetica
En algunos tipos de ceacutelulas hay una pared celular rodeando externamente la membrana que da proteccioacuten y rigidez y permite a los seres vivos que las tienen prescindir de un esqueleto
La membrana celular o citoplasmaacutetica la poseen todas las ceacutelulas Limita la ceacutelula le da forma y regula las sustancia que la atraviesan tanto hacia el interior como al exterior
El nuacutecleo es la parte donde se encuentra el ADN en forma de largos filamentos formando un ovillo (cromatina) Dirige toda la actividad celular y ese el responsable de la transmisioacuten de los caracteres hereditarios gracias a la capacidad que tiene el ADN de autoduplicarse Esto le permite que las ceacutelulas hijas se parezcan a la ceacutelula madre El material hereditario estaacute envuelto por una membrana nuclear que regula las sustancias que entran y salen del nuacutecleo y lo separa y delimita claramente del citoplasma Cuando la ceacutelula de divide el ADN adopta la forma de pequentildeos bastones llamados cromosomas
El contenido celular es el citoplasma Se trata de una disolucioacuten acuosa llamada hialoplasma en la que se hallan inmersos los orgaacutenulos citoplasmaacuteticos que son diversas estructuras que cumplen funciones concretas en la ceacutelula
Principales orgaacutenulos celulares y sus funciones
Entre los orgaacutenulos citoplasmaacuteticos maacutes importantes se pueden destacar los ribosomas que intervienen en la siacutentesis (fabricacioacuten) de las proteiacutenas que la ceacutelula necesita Las mitocondrias son las encargadas de llevar a cabo las reacciones quiacutemicas destinadas a obtener la energiacutea necesaria para la actividad celular (mediante un proceso llamado ldquorespiracioacuten celularrdquo) La red de tubos del retiacuteculo endoplasmaacutetico sirve para el transporte de diversas sustancias de una parte de la ceacutelula a otra
En relacioacuten con el retiacuteculo endoplasmaacutetico se encuentra en el Aparato de Golgi que se encarga de la secrecioacuten de diversos productos celulares
Para ldquodigerirrdquo las sustancias alimenticias que la ceacutelula animal capta estaacuten los lisosomas estos rompen las moleacuteculas grandes en moleacuteculas pequentildeas
Las ceacutelulas animales poseen ademaacutes un centrosoma formado por un par de orgaacutenulos ciliacutendricos llamados centriacuteolos que se encargan del control de los movimientos celulares incluido el movimiento de los cromosomas durante la divisioacuten celular
Los cloroplastos presentes en las ceacutelulas vegetales contienen clorofila y sirven para llevar a cabo la fotosiacutentesis (siacutentesis de materia orgaacutenica a partir de materia inorgaacutenica para lo cual se necesita la
energiacutea de la luz) Para almacenar sustancias de cualquier tipo las ceacutelulas vegetales poseen unas vesiacuteculas denominadas vacuolas
Muchas ceacutelulas estaacuten dotadas de movimiento mientras que otras son inmoacuteviles Para posibilitar el movimiento pueden aparecer diversas estructuras como los cilios y los flagelos
Ceacutelulas Eucariotas versus ceacutelulas Procariotas
Basaacutendonos en la organizacioacuten de las estructuras celulares todos las ceacutelulas vivientes pueden ser
divididas en dos grandes grupos Procariotas y Eucariotas (tambieacuten hay quien escribe prokariota y
eukariota) Animales plantas hongos protozoos y algas todos poseen ceacutelulas de tipo Eucariota Soacutelo las
bacterias (Eubacterias y Archaebacterias) tienen ceacutelulas de tipo Procariota
La ceacutelula procariota
La palabra procariota viene del griego (pro = previo a karyon = nuacutecleo) y significa pre-nuacutecleo Los
miembros del mundo procariota constituyen un grupo heterogeacuteneo de organismos unicelulares muy
pequentildeos incluyendo a las eubacterias (donde se encuentran la mayoriacutea de las bacterias) y las archaeas
(archaeabacteria)
Una tiacutepica ceacutelula procariota estaacute constituida por las siguientes estructuras principales pared celular
membrana citoplasmaacutetica ribosomas inclusiones y nucleoide
Las ceacutelulas procariotas son generalmente mucho maacutes pequentildeas y maacutes simples que las Eucariotas
La ceacutelula eucariota
El teacutermino eucariota hace referencia a nuacutecleo verdadero (del griego eu = buen karyon = nuacutecleo) Los
organismos eucariotas incluyen algas protozoos hongos plantas superiores y animales Este grupo de
organismos posee un aparato mitoacutetico que son estructuras celulares que participan de un tipo de divisioacuten
nuclear denominada mitosis tal como imnuacutemeras organelas responsables de funciones especiacuteficas
incluyendo mitocondrias retiacuteculo endoplasmaacutetico y cloroplastos
La ceacutelula eucariota es tiacutepicamente mayor y estructuralmente maacutes compleja que la ceacutelula procariota
Algunas diferencias estructurales
Comparacioacuten entre ceacutelula procariota y ceacutelula eucariota
Pared celular
En los prokariotas es una estructura riacutegida que envuelve la membrana citoplasmaacutetica responsable de la
forma de la ceacutelula y de su proteccioacuten contra la lisis osmoacutetica
Bacterias Gram-positivas la pared celular de esas bacterias estaacute compuesta dr muchas capas de una
macromoleacutecula denominada peptidoglicano (disacaacuteridos ligados a polipeacuteptidos) y aacutecidos teicoacuteicos
(constituidos por alcohol y fosfato)
Bacterias Gram-negativas la pared celular estaacute representada por una fina capa de peptidoglicano situada
en medio de dos capas lipoproteiacutenas la capa externa ademaacutes de lipoproteiacutenas tiene lipopolisacaacuteridos y
fosfoliacutepidos
Los procariotas pueden presentar estructuras externas en la pared celular Las ceacutelulas bacterianas
pueden contener glicocaacutelix un poliacutemero gelatinoso compuesto por polisacaacuteridos yo polipeacuteptidos
(caacutepsula) flagelo un largo filamento responsable de la movilidad celular filamentos axiales (endoflagelo)
fimbrias que son filamentos menores y maacutes finos que los flagelos cuya principal funcioacuten es la
adherencia y Pili maacutes largos que las fimbrias y en nuacutemero de uno o dos
Muchas ceacutelulas eucariotas poseen pared celular aunque sean maacutes simples que las de las ceacutelulas
procariotas la pared celular de las algas y de las plantas estaacuten constituidas principalmente por celulosa
la de los hongos por celulosa y principalmente quitina la de las levaduras por polisacaacuteridos En las ceacutelulas
eucariotas de los animales la membrana plasmaacutetica se encuentra recubierta por una capa de glicocaacutelix
(sustancia que contiene carbohidratos)
Membrana citoplasmaacutetica
La membrana citoplasmaacutetica de las ceacutelulas procariotas y eucariotas presenta gran similitud en cuanto a
funcioacuten y estructura baacutesica Funciona como una barrera de permeabilidad separando el lado de dentro
del lado de fuera de la ceacutelula Estaacute constituida por una capa doble de fosfoliacutepidos y proteiacutenas las cuales
pueden estar organizadas de diferentes formas
En los Eucariotas la membrana contiene carbohidratos que poseen la funcioacuten de siacutetios receptores y
esteroides que impiden la lisis osmoacutetica Muchos tipos de ceacutelulas eucariotas poseen flagelos y ciacutelios en la
membrana plasmaacutetica Esas estructuras son utilizadas para la locomocioacuten o para mover substancias a lo
largo de la superficie celular
Ribosomas
En los prokariotas son pequentildeas partiacuteculas formadas por proteiacutenas y aacutecido ribonucleacuteico (ARN)
funcionando como lugar de siacutentese proteica Una simple ceacutelula procariota puede poseer cerca de 10000
ribosomas confiriendo al citoplasma una apariencia granular
En los eukariotas son mayores y maacutes densos que los de los procariotas y se encuentran ligados a la
superficie del retiacuteculo endoplasmaacutetico rugoso y libres en el citoplasma de la ceacutelula Como en los
procariotas constituyen el lugar de la siacutentesis proteica
Regioacuten nuclear
La regioacuten nuclear de una ceacutelula procariota difiere significativamente de la de una ceacutelula eucariota el aacuterea
nuclear denominada nucleoide de una ceacutelula bacteriana tiene una uacutenica moleacutecula larga y circular de
DNA doble el cromosoma bacteriano que contiene todas las informaciones necesarias para el
funcionamiento y estructuracioacuten celular El cromosoma procarioacutetico estaacute ligado a la membrana plasmaacutetica
no contiene histonas y no se encuentra rodeado por una membrana nuclear
Las bacterias pueden contener ademaacutes del cromosoma moleacuteculas de DNA doble pequentildeas y circulares
denominadas plaacutesmidos Esas moleacuteculas son elementos geneacuteticos extracromosoacutemicos no esenciales
para la supervivencia bacteriana y poseen mecanismos de replicacioacuten independientes del DNA
cromosoacutemico La ventaja de poseer un plaacutesmido es que puede contener genes de resistencia a los
antibioacuteticos tolerancia a los metales toacutexicos siacutentesis de enzimas etc
La diferencia clave con la ceacutelula eucariota es la presencia de un nuacutecleo verdadero en esta uacuteltima La
regioacuten nuclear de los Eucariotas estaacute envuelta por una membrana nuclear separando el citoplasma del
nuacutecleo
Este nuacutecleo es generalmente la mayor estructura celular con forma esfeacuterica u oval y estaacute envuelto por
una membrana doble denominada membrana nuclear que contiene en su interior moleacuteculas de ADN
organizadas en cromosomas que contienen todas la informacioacuten hereditaria
La membrana nuclear es estructuralmente semejante a la membrana plasmaacutetica estaacute conectada al
retiacuteculo endoplasmaacutetico y posee poros nucleares que permiten la entrada y salida de substancias
Los pasos clave de la informacioacuten bioloacutegica replicacioacuten de ADN y siacutentesis de ARN suceden en el nuacutecleo
El ARN ribosoacutemico es producido por uno o maacutes cuerpos esfeacutericos denominados nucleacuteolos
Las ceacutelulas eucariotas apenas poseen organelas que son estructuras especializadas representadas por
el nuacutecleo retiacuteculo endoplasmaacutetico complejo de Golgi mitocondria cloroplastos lisosomas y centriacuteolos
La ceacutelula Estructura y funcioacuten
Hasta el final del s XIX no se elaboroacute la teoriacutea celular que enuncia que la ceacutelula es la unidad morfoloacutegica fisioloacutegica y geneacutetica de todos los seres vivos y que ademaacutes toda ceacutelula proviene de otra Todas las ceacutelulas tienen una estructura comuacuten la membrana plasmaacutetica el citoplasma y el material geneacutetico o ADN Se distinguen dos clases de ceacutelulas las ceacutelulas procariotas (sin nuacutecleo) y las ceacutelulas eucariotas mucho maacutes evolucionadas y que presentan nuacutecleo cito esqueleto en el citoplasma y orgaacutenulos membranosos con funciones diferenciadas
Forma y tamantildeo de las ceacutelulas
La ceacutelula es una estructura constituida por tres elementos baacutesicos membrana plasmaacutetica citoplasma y
material geneacutetico (ADN) Las ceacutelulas tienen la capacidad de realizar las tres funciones vitales nutricioacuten
relacioacuten y reproduccioacuten (ver t13)
La forma de las ceacutelulas estaacute determinada baacutesicamente por su funcioacuten La forma puede variar en
funcioacuten de la ausencia de pared celular riacutegida de las tensiones de uniones a ceacutelulas contiguas
de la viscosidad del citosol de fenoacutemenos osmoacuteticos y de tipo de citoesqueleto interno
El tamantildeo de las ceacutelulas es tambieacuten extremadamente variable Los factores que limitan su
tamantildeo son la capacidad de captacioacuten de nutrientes del medio que les rodea y la capacidad
funcional del nuacutecleo
Cuando una ceacutelula aumenta de tamantildeo aumenta mucho maacutes su volumen (V) que su superficie (S) (debido a que V = 43pr
3 mientras que S = 43pr
2) Esto implica que la relacioacuten superficievolumen
disminuye lo que es un gran inconveniente para la ceacutelula ya que la entrada de nutrientes estaacute en funcioacuten de su superficie y no del volumen Por este motivo la mayoriacutea de las ceacutelulas maduras son aplanadas prismaacuteticas e irregulares y pocas son esfeacutericas de forma que asiacute mantienen la relacioacuten
superficievolumen constante El aumento de volumen de la ceacutelula nunca va acompantildeado del aumento de volumen del nuacutecleo ni de su dotacioacuten cromosoacutemica
Ceacutelula procariota bacteria Gram positiva
Ceacutelula eucariota Epitelial secretora
Estructura de las ceacutelulas
La estructura comuacuten a todas las ceacutelulas comprende la membrana plasmaacutetica el citoplasma y el material geneacutetico o ADN
Membrana plasmaacutetica constituida por una bicapa lipiacutedica en la que estaacuten englobadas ciertas
proteiacutenas Los liacutepidos hacen de barrera aislante entre el medio acuoso interno y el medio acuoso
externo
El citoplasma abarca el medio liacutequido o citosol y el morfoplasma (nombre que recibe una serie
de estructuras denominadas orgaacutenulos celulares)
El material geneacutetico constituido por una o varias moleacuteculas de ADN Seguacuten esteacute o no rodeado
por una membrana formando el nuacutecleo se diferencian dos tipos de ceacutelulas las procariotas (sin
nuacutecleo) y las eucariotas (con nuacutecleo)
Las ceacutelulas eucariotas ademaacutes de la estructura baacutesica de la ceacutelula (membrana citoplasma y
material geneacutetico) presentan una serie de estructuras fundamentales para sus funciones vitales (ver t27 y t28)
El sistema endomembranoso es el conjunto de estructuras membranosas (orgaacutenulos)
intercomunicadas que pueden ocupar casi la totalidad del citoplasma
Orgaacutenulos transductores de energiacutea son las mitocondrias y los cloroplastos Su funcioacuten es la
produccioacuten de energiacutea a partir de la oxidacioacuten de la materia orgaacutenica (mitocondrias) o de energiacutea
luminosa (cloroplastos)
Estructuras carentes de membranas estaacuten tambieacuten en el citoplasma y son los ribosomas
cuya funcioacuten es sintetizar proteiacutenas y el citoesqueleto que da dureza elasticidad y forma a las
ceacutelulas ademaacutes de permitir el movimiento de las moleacuteculas y orgaacutenulos en el citoplasma
El nuacutecleo mantiene protegido al material geneacutetico y permite que las funciones de transcripcioacuten y
traduccioacuten se produzcan de modo independiente en el espacio y en el tiempo
En el exterior de la membrana plasmaacutetica de la ceacutelula procariota (ver t40) se encuentra la pared celular
que protege a la ceacutelula de los cambios externos El interior celular es mucho maacutes sencillo que en las eucariotas en el citoplasma se encuentran los ribosomas praacutecticamente con la misma funcioacuten y estructura que las eucariotas pero con un coeficiente de sedimentacioacuten menor Tambieacuten se encuentran los mesosomas que son invaginaciones de la membrana No hay por tanto citoesqueleto ni sistema
endomembranoso El material geneacutetico es una moleacutecula de ADN circular que estaacute condensada en una regioacuten denominada nucleoide No estaacute dentro de un nuacutecleo con membrana y no se distinguen nucleolos
Las teoriacuteas celulares
Las ceacutelulas se descubrieron en el siglo XVII El primero en observarlas fue el ingleacutes Robert Hooke en 1665 Con un microscopio muy rudimentario Hooke examinoacute una preparacioacuten de corcho y descubrioacute que pareciacutea estar compuesto por pequentildeas celdillas rodeadas de paredes riacutegidas Decidioacute llamar ceacutelulas a aquellas estructuras pero lo cierto es que sus ojos le engantildearon En realidad soacutelo habiacutea visto las paredes celulares muertas del corcho Hubo que esperar hasta el siglo XIX para que dos cientiacuteficos Matthias Jakob Schleiden y Theodor Schwann formularan una teoriacutea que explicara la estructura y funcionamiento de las ceacutelulas En 1839 establecieron que todo ser vivo estaacute formado por una o muchas ceacutelulas que eacutesta es la estructura maacutes pequentildea que cumple todas las funciones vitales y que toda ceacutelula procede a su vez de otra ceacutelula que se ha dividido
La teoriacutea celular
Principios de la teoriacutea celular
1 Todos los seres vivos estaacuten constituidos por una o maacutes ceacutelulas es decir la ceacutelula es la unidad morfoloacutegica de todos los seres vivos
2 La ceacutelula es capaz de realizar todos los procesos necesarios para permanecer con vida es decir la ceacutelula es la unidad fisioloacutegica de los organismos
3 Toda ceacutelula proviene de otra ceacutelula
4 La ceacutelula contiene toda la informacioacuten sobre la siacutentesis de su estructura y el control de su funcionamiento y es capaz de transmitirla a sus descendientes es decir la ceacutelula es la unidad geneacutetica
autoacutenoma de los seres vivos
El primer y segundo principios fueron establecidos por Schleiden y Schwann posteriormente Virchow
aportoacute el tercer principio sobre el origen de la ceacutelula La teoriacutea celular se puede completar con el cuarto principio propuesto por Sutton y Boveri
Transporte celular
El transporte celular es el intercambio de sustancias entre el interior celular y el exterior a traveacutes de la
membrana celular o el movimiento de moleacuteculas dentro de la ceacutelula
Transporte a traveacutes de la membrana celular
La ceacutelula necesita este proceso porque es importante para esta expulsar de su interior los desechos del metabolismo y adquirir nutrientes del liacutequido extracelular gracias a la capacidad de la membrana celular que permite el paso o salida de manera selectiva de algunas sustancias Las viacuteas de transporte a traveacutes de la membrana celular y los mecanismos baacutesicos para las moleacuteculas de pequentildeo tamantildeo son
Transporte pasivo o difusioacuten
El transporte pasivo es el intercambio simple de moleacuteculas de una sustancia a traveacutes de la membrana plasmaacutetica durante el cual no hay gasto de energiacutea que aporta la ceacutelula debido a que va a favor del gradiente de concentracioacuten o a favor de gradiente de carga eleacutectrica es decir de un lugar donde hay una gran concentracioacuten a uno donde hay menor El proceso celular pasivo se realiza por difusioacuten En siacute es el cambio de un medio de mayor concentracioacuten (medio hipertoacutenico) a otro de menor concentracioacuten (un medio hipotoacutenico)
Difusioacuten simple
Algunas sustancias pasan al interior o al exterior de las ceacutelulas a traveacutes de una membrana semipermeable y se mueven dentro de eacutestas por Difusioacuten simple siendo un proceso fiacutesico basado en el movimiento al azar La difusioacuten es el movimiento de aacutetomos moleacuteculas o iones de una regioacuten de mayor concentracioacuten a una de menor concentracioacuten sin requerir gasto de energiacutea La difusioacuten implica no soacutelo el movimiento al azar de las partiacuteculas hasta lograr la homogeacutenea distribucioacuten de las mismas (y esto ocurre cuando las partiacuteculas que azarosamente vienen se equiparan con las que azarosamente van) sino tambieacuten el homogeacuteneo potencial quiacutemico del fluido ya que de existir una membrana semipermeable que particiones un fluido en dos de distinto potencial quiacutemico se generaraacute una presioacuten osmoacutetica desde el potencial quiacutemico mayor (pe solvente puro) hacia el menor (pe solvente y soluto) hasta que ambas particiones se equiparen o la presioacuten hidrostaacutetica equilibre la presioacuten osmoacutetica
1
Difusioacuten facilitada
Es el movimiento de moleacuteculas maacutes grandes que no pueden pasar a traveacutes de la membrana plasmaacutetica y necesita ayuda de una proteiacutena u otros mecanismos (exocitosis) para pasar al otro lado Tambieacuten se llama difusioacuten mediada por portador porque la sustancia transportada de esta manera no suele poder atravesar la membrana sin una proteiacutena portadora especiacutefica que le ayude Se diferencia de la difusioacuten simple a traveacutes de conductos en que mientras que la magnitud de difusioacuten de la difusioacuten simple se incrementa de manera proporcional con la concentracioacuten de la sustancia que se difunde en la difusioacuten facilitada la magnitud de difusioacuten se aproxima a un maacuteximo (Vmax) al aumentar la concentracioacuten de la sustancia
Filtracioacuten O Dialisis
La filtracioacuten o diaacutelisis es el movimiento de agua y moleacuteculas disueltas a traveacutes de la membrana debido a la presioacuten hidrostaacutetica generada por el sistema cardiovascular Dependiendo del tamantildeo de los poros de la membrana soacutelo los solutos con un determinado tamantildeo pueden pasar a traveacutes de la membrana Por ejemplo los poros de la membrana de la caacutepsula de Bowman en los glomeacuterulos renales son muy pequentildeos y soacutelo la albuacutemina la maacutes pequentildea de las proteiacutenas tienen la capacidad de ser filtrada a traveacutes de ella Por otra parte los poros de las membranas de los hepatocitos son extremadamente grandes por lo que una gran variedad de solutos pueden atravesarla
Oacutesmosis
La oacutesmosis es un tipo especial de transporte pasivo en el cual soacutelo las moleacuteculas de agua son transportadas a traveacutes de la membrana El movimiento de agua se realiza desde un punto en que hay mayor concentracioacuten a uno de menor para igualar concentraciones De acuerdo al medio en que se encuentre una ceacutelula la oacutesmosis variacutea La funcioacuten de la osmosis es mantener hidratada a la membrana celular Dicho proceso no requiere gasto de energiacutea En otras palabras la oacutesmosis u osmosis es un fenoacutemeno consistente en el paso del solvente de una disolucioacuten desde una zona de baja concentracioacuten de soluto a una de alta concentracioacuten del soluto separadas por una membrana semipermeable Se relaciona con el movimiento browniano
Oacutesmosis en una ceacutelula animal
En un medio isotoacutenico hay un equilibrio dinaacutemico es decir el paso constante de agua
En un medio hipotoacutenico la ceacutelula absorbe agua hinchaacutendose y hasta el punto en que puede estallar dando origen a la citoacutelisis
En un medio hipertoacutenico la ceacutelula elimina agua y se arruga llegando a deshidratarse y se muere esto se llama crenacioacuten
Oacutesmosis en una ceacutelula vegetal [editar]
En un medio isotoacutenico hay un equilibrio dinaacutemico
En un medio hipotoacutenico la ceacutelula absorbe agua y sus vacuolas se llenan aumentando la presioacuten de turgencia
En un medio hipertoacutenico la ceacutelula elimina agua y el volumen de la vacuola disminuye produciendo que la membrana plasmaacutetica se despegue de la pared celular ocurriendo la plasmoacutelisis
Transporte activo
Consiste en el transporte de sustancias en contra de un gradiente de concentracioacuten para lo cual se requiere un gasto energeacutetico En la mayor parte de los casos este transporte activo se realiza a expensas de un gradiente de H
+ (potencial electroquiacutemico de protones) previamente creado a ambos lados de la
membrana por procesos de respiracioacuten y fotosiacutentesis por hidroacutelisis de ATP mediante ATP hidrolasas de membrana (F1F0) El transporte activo variacutea la concentracioacuten intracelular y ello da lugar un nuevo movimiento osmoacutetico de rebalanceo por hidratacioacuten Los sistemas de transporte activo son los maacutes abundantes entre las bacterias y se han seleccionado evolutivamente debido a que en sus medios naturales la mayoriacutea de los procariotas se encuentran de forma permanente o transitoria con una baja concentracioacuten de nutrientes
Los sistemas de transporte activo estaacuten basados en permeasas especiacuteficas e inducibles El modo en que se acopla la energiacutea metaboacutelica con el transporte del soluto auacuten no estaacute dilucidado pero en general se maneja la hipoacutetesis de que las permeasas una vez captado el sustrato con gran afinidad experimentan un cambio conformacioacuten al dependiente de energiacutea que les hace perder dicha afinidad lo que supone la liberacioacuten de la sustancia al interior celular
El transporte activo de moleacuteculas a traveacutes de la membrana celular se realiza en direccioacuten ascendente o en contra de un gradiente de concentracioacuten (Gradiente quiacutemico) o en contra un gradiente eleacutectrico de presioacuten (gradiente electroquiacutemico) es decir es el paso de sustancias desde un medio poco concentrado a un medio muy concentrado Para desplazar estas sustancias contra corriente es necesario el aporte de energiacutea procedente del ATP Las proteiacutenas portadoras del transporte activo poseen actividad ATPasa que significa que pueden escindir el ATP (Adenosin Tri Fosfato) para formar ADP (dos Fosfatos) o AMP (un Fosfato) con liberacioacuten de energiacutea de los enlaces fosfato de alta energiacutea Comuacutenmente se observan tres tipos de transportadores
Uniportadores son proteiacutenas que transportan una moleacutecula en un solo sentido a traveacutes de la membrana
Antiportadores incluyen proteiacutenas que transportan una sustancia en un sentido mientras que simultaacuteneamente transportan otra en sentido opuesto
Simportadores son proteiacutenas que transportan una sustancia junto con otra frecuentemente un protoacuten (H
+)
Transporte activo primario Bomba de sodio y potasio
Se encuentra en todas las ceacutelulas del organismo encargada de transportar los iones potasio que logran entrar a las ceacutelulas hacia el interior de eacutestas dando una carga interior negativa y al mismo tiempo bombea iones sodio desde el interior hacia el exterior de la ceacutelula (axoplasma) sin embargo el nuacutemero de iones Na
+ (con carga positiva) no sobrepasa al de iones con carga negativa dando por resultado una carga
interna negativa En caso particular de las neuronas en estado de reposo esta diferencia de cargas a ambos lados de la membrana se llama potencial de membrana o de reposo
Transporte activo secundario o cotransporte
Es el transporte de sustancias que normalmente no atraviesan la membrana celular tales como los aminoaacutecidos y la glucosa cuya energiacutea requerida para el transporte deriva del gradiente de concentracioacuten de los iones sodio de la membrana celular (Bomba GlucosaSodio ATPasa)
Bomba de calcio Es una proteiacutena de la membrana celular de todas las ceacutelulas eucariotas Su
funcioacuten consiste en transportar calcio ioacutenico (Ca2+
) hacia el exterior de la ceacutelula gracias a la energiacutea proporcionada por la hidroacutelisis de ATP con la finalidad de mantener la baja concentracioacuten de Ca
2+ en el citoplasma que es unas diez mil veces menor que en el medio
externo necesaria para el normal funcionamiento celular Se sabe que las variaciones en la concentracioacuten intracelular del Ca
2+ (segundo mensajero) se producen como respuesta a diversos
estiacutemulos y estaacuten involucradas en procesos como la contraccioacuten muscular la expresioacuten geneacutetica la diferenciacioacuten celular la secrecioacuten y varias funciones de las neuronas Dada la variedad de procesos metaboacutelicos regulados por el Ca
2+ un aumento de la concentracioacuten de Ca
2+ en el
citoplasma puede provocar un funcionamiento anormal de los mismos Si el aumento de la concentracioacuten de Ca
2+ en la fase acuosa del citoplasma se aproxima a un deacutecimo de la del medio
externo el trastorno metaboacutelico producido conduce a la muerte celular El calcio es el mineral maacutes abundante del organismo ademaacutes de cumplir muacuteltiples funciones
Transporte de macromoleacuteculas o partiacuteculas
Las macromoleacuteculas o partiacuteculas grandes se introducen o expulsan de la ceacutelula por dos mecanismos
Endocitosis
La endocitosis es el proceso celular por el que la ceacutelula mueve hacia su interior moleacuteculas grandes o partiacuteculas englobaacutendolas en una invaginacioacuten de su membrana citoplasmaacutetica formando una vesiacutecula que luego se desprende de la pared celular e incorpora al citoplasma Esta vesiacutecula llamada endosoma luego se fusiona con un lisosoma que realizaraacute la digestioacuten del contenido vesicular
Existen dos procesos
Pinocitosis consiste en la ingestioacuten de liacutequidos y solutos mediante pequentildeas vesiacuteculas
Fagocitosis consiste en la ingestioacuten de grandes partiacuteculas que se engloban en grandes vesiacuteculas (fagosomas) que se desprenden de la membrana celular
Endocitosis mediada por receptor es de tipo especiacutefica captura macromoleacuteculas especiacuteficas del
ambiente fijaacutendose a traveacutes de proteiacutenas ubicadas en las membranas plasmaacuteticas (especificas) Una vez que se unen a dicho receptor forman las vesiacuteculas y las transportan al interior de la ceacutelula La endocitosis mediada por receptor resulta ser un proceso raacutepido y eficiente
Exocitosis
Es la expulsioacuten de sustancias como la insulina a traveacutes de la fusioacuten de vesiacuteculas con la membrana celular
La exocitosis es el proceso celular por el cual las vesiacuteculas situadas en el citoplasma se fusionan con la membrana citoplasmaacutetica liberando su contenido
La exocitosis se observa en muy diversas ceacutelulas secretoras tanto en la funcioacuten de excrecioacuten como en la funcioacuten endocrina
Tambieacuten interviene la exocitosis en la secrecioacuten de un neurotransmisor a la brecha sinaacuteptica para posibilitar la propagacioacuten del impulso nervioso entre neuronas La secrecioacuten quiacutemica desencadena una despolarizacioacuten del potencial de membrana desde el axoacuten de la ceacutelula emisora hacia la dendrita (u otra parte) de la ceacutelula receptora Este neurotransmisor seraacute luego recuperado por endocitosis para ser reutilizado Sin este proceso se produciriacutea un fracaso en la transmisioacuten del impulso nervioso entre neuronas
CEacuteLULA VEGETAL
Todos los organismos vivos estaacuten compuestos por ceacutelulas El ingleacutes Robert Hooke en 1665 realizoacute cortes finos de una muestra de corcho y observoacute usando un microscopio rudimentario unos pequentildeos compartimentos que no eran maacutes que las paredes celulares de esas ceacutelulas muertas y las llamoacute ceacutelulas (del latiacuten cellula que significa habitacioacuten pequentildea ) ya que eacuteste tejido le recordaba las celdas pequentildeas que habitaban los monjes de aquella eacutepoca No fue sino hasta el siglo XIX que dos cientiacuteficos alemanes el botaacutenico Matthias Jakob Schleiden y el zoologo Theodor Schwann enunciaron en 1839 la primera teoriacutea celular Todas las plantas y animales estaacuten compuestos por grupos de ceacutelulas y eacutestas son la unidad baacutesica de todos los organismos vivos Esta teoriacutea fue completada en 1855 por Rudolph Virchow quien establecioacute que las ceacutelulas nuevas se formaban a partir de ceacutelulas preexistentes ( omni cellula e cellula ) En otras palabras las ceacutelulas no se pueden formar por generacioacuten espontaacutenea a partir de materia inerte
Ceacutelula fijada con KMnO4
En la frontera de lo viviente se han descubierto seres aun maacutes pequentildeos los virus que crecen y se reproducen solamente cuando parasitan otra ceacutelula Podemos afirmar que no hay vida sin ceacutelula Al igual que un edificio las ceacutelulas son los bloques de construccioacuten de un organismo La ceacutelula es la unidad maacutes pequentildea de materia viva capaz de llevar a cabo todas las actividades necesarias para el mantenimiento de la vida
La teoriacutea celular actualmente se puede resumir de la siguiente forma
1 Todos los organismos vivos estaacuten formados por ceacutelulas y productos celulares
2 Soacutelo se forman ceacutelulas nuevas a partir de ceacutelulas preexistentes
3 La informacioacuten geneacutetica que se necesita durante la vida de las ceacutelulas y la que se requiere para la produccioacuten de nuevas ceacutelulas se transmite de una generacioacuten a la siguiente
4 Las reacciones quiacutemicas de un organismo esto es su metabolismo tienen lugar en las ceacutelulas
CEacuteLULAS VEGETALES Y ANIMALES
Tanto las ceacutelulas de las plantas como las de los animales son eucarioacuteticas sin embargo presentan algunas diferencias
1 Las ceacutelulas vegetales presentan una pared celular celuloacutesica riacutegida que evita cambios de forma y posicioacuten
2 Las ceacutelulas vegetales contienen plastidios estructuras rodeadas por una membrana que sintetizan y almacenan alimentos Los maacutes comunes son los cloroplastos
3 Casi todas las ceacutelulas vegetales poseen vacuolas que tienen la funcioacuten de transportar y almacenar nutrientes agua y productos de desecho
4 Las ceacutelulas vegetales complejas carecen de ciertos organelos como los centriacuteolos y los lisosomas
Fotosiacutentesis
Una hoja el lugar principal en el que se desarrolla la fotosiacutentesis en las plantas
La fotosiacutentesis del griego antiguo φωτο (foto) luz y σύνθεσις (siacutentesis) unioacuten es la base de la vida
actual en la Tierra Proceso mediante el cual las plantas algas y algunas bacterias captan y utilizan la energiacutea de la luz para transformar la materia inorgaacutenica de su medio externo en materia orgaacutenica que utilizaraacuten para su crecimiento y desarrollo
Los organismos capaces de llevar a cabo este proceso se denominan fotoautoacutetrofos y ademaacutes son capaces de fijar el CO2 atmosfeacuterico (lo que ocurre casi siempre) o simplemente autoacutetrofos Salvo en algunas bacterias en el proceso de fotosiacutentesis se producen liberacioacuten de oxiacutegeno molecular (proveniente de moleacuteculas de H2O) hacia la atmoacutesfera (fotosiacutentesis oxigeacutenica) Es ampliamente admitido que el contenido actual de oxiacutegeno en la atmoacutesfera se ha generado a partir de la aparicioacuten y actividad de dichos organismos fotosinteacuteticos Esto ha permitido la aparicioacuten evolutiva y el desarrollo de organismos aerobios capaces de mantener una alta tasa metaboacutelica (el metabolismo aerobio es muy eficaz desde el punto de vista energeacutetico)
La otra modalidad de fotosiacutentesis la fotosiacutentesis anoxigeacutenica en la cual no se libera oxiacutegeno es llevada a cabo por un nuacutemero reducido de bacterias como las bacterias puacuterpuras del azufre y las bacterias verdes del azufre estas bacterias usan como donador de hidroacutegenos el H2S con lo que liberan azufre
Generalidades
Cloroplastos dentro de ceacutelulas vegetales
En algas eucarioacuteticas y en plantas la fotosiacutentesis se lleva a cabo en un orgaacutenulo especializado denominado cloroplasto Este orgaacutenulo que estaacute delimitado por dos membranas (envueltas de los cloroplastos) que lo separan del citoplasma circundante En su interior se encuentra una fase acuosa con un elevado contenido en proteiacutenas e hidratos de carbono (estroma del cloroplasto) y una serie de
membranas denominadas tilacoides Los tilacoides contienen los pigmentos (sustancias coloreadas) fotosinteacuteticos y proteiacutenas necesarios para captar la energiacutea de la luz El principal de esos pigmentos es la clorofila de color verde de la que existen varios tipos (bacterioclorofilas y clorofilas a b c y d) Ademaacutes de las clorofilas otros pigmentos presentes en todos los organismos eucarioacuteticos son los carotenoides (carotenos y xantofilas) de color amarillo o anaranjado y que tienen un papel auxiliar en la captacioacuten de la luz ademaacutes de un papel protector En cianobacterias (que no poseen cloroplastos) los carotenoides son sustituidos por otro tipo de pigmentos denominados ficobilinas de naturaleza quiacutemica diferente a los anteriores En las plantas vasculares el mayor nuacutemero de cloroplastos se encuentra dentro de las ceacutelulas del mesoacutefilo de las hojas lo cual les confiere su caracteriacutestico color verde
La fotosiacutentesis se divide en dos fases La primera ocurre en los tilacoides en donde se capta la energiacutea de la luz y eacutesta es almacenada en dos moleacuteculas orgaacutenicas sencillas (ATP y NADPH) La segunda tiene lugar en el estroma y las dos moleacuteculas producidas en la fase anterior son utilizadas en la asimilacioacuten del CO2 atmosfeacuterico para producir hidratos de carbono e indirectamente el resto de las moleacuteculas orgaacutenicas que componen los seres vivos (aminoaacutecidos liacutepidos nucleoacutetidos etc) Tradicionalmente a la primera fase se le denominaba fase luminosa y a la segunda fase oscura de la fotosiacutentesis Sin embargo la
denominacioacuten como fase oscura de la segunda etapa es incorrecta porque actualmente se conoce que los procesos que la llevan a cabo solo ocurren en condiciones de iluminacioacuten Es maacutes preciso referirse a ella como fase de fijacioacuten del dioacutexido de carbono (ciclo de Calvin) y a la primera como fase fotoquiacutemica o reaccioacuten de Hill
En la fase luminosa o fotoquiacutemica la energiacutea de la luz captada por los pigmentos fotosinteacuteticos unidos a proteiacutenas y organizados en los denominados foto sistemas (ver maacutes adelante) produce la descomposicioacuten del agua liberando electrones que circulan a traveacutes de moleacuteculas transportadoras para llegar hasta un aceptor final (NADP
+) capaz de mediar en la transformacioacuten del CO2 atmosfeacuterico (o
disuelto en el agua en sistemas acuaacuteticos) en materia orgaacutenica Este proceso luminoso estaacute tambieacuten acoplado a la formacioacuten de moleacuteculas que funcionan como intercambiadores de energiacutea en las ceacutelulas (ATP) La formacioacuten de ATP es necesaria tambieacuten para la fijacioacuten del CO2
El CO2 es uno de los menores componentes del aire atmosfeacuterico capaz de reflejar la radiacioacuten de onda larga proveniente de la tierra (el maacuteximo agente reflector de esa radiacioacuten es el vapor de agua) El notable aumento de su concentracioacuten a partir de 1850 debido a la destruccioacuten de las aacutereas selvaacuteticas la actividad industrial y el uso de combustibles foacutesiles podriacutea tener el efecto de incrementar las temperaturas medias efecto llamado efecto invernadero
Descubrimiento
Durante el siglo XVIII comienzan a surgir trabajos que relacionan los incipientes conocimientos de la Quiacutemica con los de la Biologiacutea Asiacute con los trabajos de Priestley se llega a la conclusioacuten de que las partes verdes de las plantas fijan el aire lsquoimpurorsquo (anhiacutedrido carboacutenico) que actuariacutea como un nutriente y liberan oxiacutegeno
Posteriormente Emily Fransecheti ampliacutea los estudios de Scarlett Pruzza describiendo la emisioacuten de CO2 por las plantas en oscuridad y estableciendo que esta emisioacuten era menor que su asimilacioacuten en condiciones de iluminacioacuten Ingeshousz tambieacuten supone que la emisioacuten de oxiacutegeno por parte de las plantas procede en uacuteltimo teacutermino del agua aunque no sabe encontrar una explicacioacuten para este fenoacutemeno y habla de una lsquotransmutacioacutenrsquo (se debe antildeadir que en esta eacutepoca no se conociacutea auacuten la naturaleza quiacutemica del agua)
En la misma liacutenea de los autores anteriores Jean Senebier ginebrino realiza nuevos experimentos que establecen la necesidad de la luz para que se produzca la asimilacioacuten de anhiacutedrido carboacutenico y el desprendimiento de oxiacutegeno Tambieacuten establece que auacuten en condiciones de iluminacioacuten si no se suministra CO2 no se registra desprendimiento de oxiacutegeno J Senebier sin embargo opinaba en contra de las teoriacuteas desarrolladas y confirmadas maacutes adelante que la fuente de anhiacutedrido carboacutenico para la planta proveniacutea del agua y no del aire
Otro autor suizo Th de Saussure demostrariacutea experimentalmente que el pipeteo de la papa constituye un proceso baacutesico en la fotosiacutentesis y que el aumento de biomasa depende de la fijacioacuten de anhiacutedrido carboacutenico (que puede ser tomado directamente del aire por las hojas) y del agua Tambieacuten realiza estudios sobre la respiracioacuten en plantas y concluye que junto con la emisioacuten de anhiacutedrido carboacutenico hay una peacuterdida de agua y una generacioacuten de calor Finalmente de Saussure describe la necesidad de la nutricioacuten mineral de las plantas
El quiacutemico alemaacuten J von Liebig es uno de los grandes promotores tanto del conocimiento actual sobre Quiacutemica Orgaacutenica como sobre Fisiologiacutea Vegetal imponiendo el punto de vista de los organismos como entidades compuestas por productos quiacutemicos y la importancia de las reacciones quiacutemicas en los procesos vitales Confirma las teoriacuteas expuestas previamente por de Saussure matizando que si bien la fuente de carbono procede del CO2 atmosfeacuterico el resto de los nutrientes provienen del suelo
La denominacioacuten como clorofila de los pigmentos fotosinteacuteticos fue acuntildeada por Pelletier y Caventou a comienzos del siglo XIX Dutrochet describe la entrada de CO2 en la planta a traveacutes de los estomas y determina que solo las ceacutelulas que contienen clorofila son productoras de oxiacutegeno H von Mohl maacutes tarde asociariacutea la presencia de almidoacuten con la de clorofilas y describiriacutea la estructura de los estomas Sachs a su vez relacionoacute la presencia de clorofila con cuerpos subcelulares que se pueden alargar y dividir asiacute como que la formacioacuten de almidoacuten estaacute asociada con la iluminacioacuten y que esta sustancia desaparece en oscuridad o cuando los estomas son ocluidos A Sachs se debe la formulacioacuten de la ecuacioacuten baacutesica de la fotosiacutentesis
6 CO2 + 6 H2O rarr C6H12O6 + 6 O2
Schimper dariacutea el nombre de cloroplastos a los cuerpos coloreados de Sachs y describiriacutea los aspectos baacutesicos de su estructura tal como se podiacutea detectar con microscopiacutea oacuteptica En el uacuteltimo tercio del siglo XIX se sucederiacutean los esfuerzos por establecer las propiedades fiacutesico-quiacutemicas de las clorofilas y se comienzan a estudiar los aspectos eco fisioloacutegico de la fotosiacutentesis
Fase fotoquiacutemica
La energiacutea luminosa que absorbe la clorofila se transmite a los electrones externos de la moleacutecula los cuales escapan de la misma y producen una especie de corriente eleacutectrica en el interior del cloroplasto al incorporarse a la cadena de transporte de electrones Esta energiacutea puede ser empleada en la siacutentesis de ATP mediante la fotofosforilacioacuten y en la siacutentesis de NADPH Ambos compuestos son necesarios para la siguiente fase o Ciclo de Calvin donde se sintetizaraacuten los primeros azuacutecares que serviraacuten para la produccioacuten de sacarosa y almidoacuten Los electrones que ceden las clorofilas son repuestos mediante la oxidacioacuten del H2O proceso en el cual se genera el O2 que las plantas liberan a la atmoacutesfera
Existen dos variantes de fotofosforilacioacuten aciacuteclica y ciacuteclica seguacuten el traacutensito que sigan los electrones a traveacutes de los foto sistemas Las consecuencias de seguir un tipo u otro estriban principalmente en la produccioacuten o no de NADPH y en la liberacioacuten o no de O2
Fotofosforilacioacuten aciacuteclica
Estructura de un fotosistema
Este proceso permite la formacioacuten de ATP y la reduccioacuten de NADP+ a NADPH + H
+ y necesita de la
energiacutea de la luz como ya se ha dicho Se realiza gracias a los llamados foto sistemas que se encuentran en la membrana de los tilacoides (en los cloroplastos) Estos estaacuten formados por dos partes
Antena donde se agrupan los pigmentos antena junto con proteiacutenas y cuya funcioacuten es captar
la energiacutea de los fotones para transmitirla al pigmento diana y el centro de reaccioacuten Este esta formado por proteiacutenas y por pigmentos encontraacutendose en eacutel el llamado pigmento diana que es
aquel que recibe la energiacutea de excitacioacuten de la antena energiacutea que sirve para excitar y liberar electrones Aquiacute tambieacuten se encuentra el primer dador de electrones que repone los electrones al pigmento diana
Primer aceptor que recibe los electrones liberados
Hay dos tipos de foto sistemas
Fotosistema I que se encuentra sobre todo en los tilacoides de estroma y cuyo pigmento diana
es la clorofila P700
Fotosistema II que se encuentra sobre todo en los grana y cuyo pigmento diana es la clorofila
P680
Proceso
El proceso de la fase luminosa supuesto para dos electrones es el siguiente Los fotones inciden sobre el fotosistema II excitando y liberando dos electrones que pasan al primer aceptor de electrones la feofitina Los electrones los repone el primer dador de electrones el dador Z con los electrones procedentes de la fotoacutelisis del agua en el interior del tilacoide (la moleacutecula de agua se divide en 2H
+ + 2e
-
+ 12O2) Los protones de la fotoacutelisis se acumulan en el interior del tilacoide y el oxiacutegeno es liberado
Los electrones pasan a una cadena de transporte de electrones que invertiraacute su energiacutea liberada en la siacutentesis de ATP iquestCoacutemo La teoriacutea quimioosmoacutetica nos lo explica de la siguiente manera los electrones son cedidos a las plastoquinonas las cuales captan tambieacuten dos protones del estroma Los electrones y los protones pasan al complejo de citocromos bf que bombea los protones al interior del tilacoide Se consigue asiacute una gran concentracioacuten de protones en el tilacoide (entre eacutestos y los resultantes de la fotoacutelisis del agua) que se compensa regresando al estroma a traveacutes de las proteiacutenas ATP-sintasas que invierten la energiacutea del paso de los protones en sintetizar ATP La siacutentesis de ATP en la fase fotoquiacutemica se denomina fotofosforilacioacuten
Los electrones de los citocromos pasan a la plastocianina que los cede a su vez al fotosistema I Con la energiacutea de la luz los electrones son de nuevo liberados y captados por el aceptor A0 De ahiacute pasan a traveacutes de una serie de filoquinonas hasta llegar a la ferredoxina Eacutesta moleacutecula los cede a la enzima NADP
+-reductasa que capta tambieacuten dos protones del estroma Con los dos protones y los dos
electrones reduce un NADP+ en NADPH + H
+
El balance final es por cada moleacutecula de agua (y por cada cuatro fotones) se forman media moleacutecula de oxiacutegeno 13 moleacuteculas de ATP y un NADPH + H
+
Foto fosforilacioacuten ciacuteclica
Tiene lugar al mismo tiempo que la aciacuteclica En ella soacutelo interviene el foto sistema I Los electrones liberados despueacutes de llegar a la ferredoxina pasan a las plastoquinonas y siguen la cadena de transporte de electrones hasta regresar a la plastocianina y al fotosistema I Por tanto se genera ATP en lugar de NADPH Sirve para compensar el hecho de que en la fotofosforilacioacuten aciacuteclica no se genera suficiente ATP para la fase oscura
Fase bioquiacutemica o ciclo de Calvin biosiacutentesis orgaacutenica
Esquema simplificado del ciclo de Calvin-Benson
La fase bioquiacutemica o ciclo de Calvin o ciclo reductivo de las pentosas-fosfato consiste en un ciclo de reacciones quiacutemicas en las que se incorpora el CO2 de la atmoacutesfera en moleacuteculas orgaacutenicas y se originan triosas fosfato los primeros azuacutecares previos a la formacioacuten de sacarosa y almidoacuten Durante este ciclo se
emplean el ATP y el NADPH producidos en la etapa fotoquiacutemica Se divide en tres etapas carboxilacioacuten reduccioacuten y regeneracioacuten
Este ciclo comienza con una pentosa la ribulosa-15-fosfato que se carboxila con el CO2 y se descompone en dos moleacuteculas de aacutecido-3-fosfogliceacuterico Con el gasto de un ATP el aacutecido-3-fosfogliceacuterico se fosforila en aacutecido-13-bifosfogliceacuterico Eacuteste se reduce con el NADPH y se libera una moleacutecula de aacutecido fosfoacuterico formaacutendose el gliceraldehido-3-fosfato La moleacutecula formada puede seguir ahora dos viacuteas una es dar lugar a maacutes ribulosa-15-fosfato para seguir el ciclo y la otra es dar lugar a los distintos principios inmediatos glucosa o fructosa almidoacuten y a partir de ellos los demaacutes gluacutecidos y los liacutepidos proteiacutenas y nucleoacutetidos que requiere la ceacutelula
Hay que destacar que tanto la fase fotoquiacutemica como la fase biosinteacutetica se producen a la vez Son inseparables ya que los productos de la fase fotoquiacutemica son empleados en la fase biosinteacutetica Por otro lado al consumir en la fase biosinteacutetica el ATP y NADPH se obtienen ADP y NADP
+ para la fase
fotoquiacutemica Para asegurar que ambas fases se produzcan a la vez existe una fuerte fotorregulacioacuten sobre las enzimas del ciclo de Calvin para que esteacuten activas por el diacutea e inactivas por la noche en especial sobre la enzima rubisco No obstante existe una variante de fotosiacutentesis presente en ciertas plantas que permite separar la fijacioacuten del CO2 de la fase fotoquiacutemica Se trata de la fotosiacutentesis tipo CAM empleada por plantas adaptadas a climas deseacuterticos para evitar que se abran las estomas por el diacutea para fijar el CO2 con la consiguiente peacuterdida de agua
Divisioacuten celular
Comparacioacuten de tres tipos de reproduccioacuten celular
Definicioacuten
La divisioacuten celular es la parte del ciclo
celular en la que una ceacutelula inicial (llamada madre) se divide en dos para formar dos ceacutelulas hijas Gracias a la divisioacuten celular se produce el crecimiento de los organismos pluricelulares con el crecimiento de los tejidos y la reproduccioacuten vegetativa en seres unicelulares
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas
Tipos de divisioacuten celular
Biparticioacuten la divisioacuten de la ceacutelula madre en dos ceacutelulas hijas cada nueva ceacutelula es un nuevo individuo
con estructuras y funciones ideacutenticas a la ceacutelula madre Este tipo de reproduccioacuten la presentan organismos como bacterias amebas y algunas algas
Gemacioacuten se presenta cuando unos nuevos individuos se producen a partir de yemas El proceso de
gemacioacuten es frecuente en esponjas celenterios briozoos En una zona o varias del organismo progenitor
se produce una evaginacioacuten o yema que se va desarrollando y en un momento dado sufre una constriccioacuten en la base y se separa del progenitor comenzando su vida como nuevo ser Las yemas hijas pueden presentar otras yemas a las que se les denomina yemas secundarias En algunos organismos se pueden formar colonias cuando las yemas no se separan del organismo progenitor En las formas maacutes evolucionadas de briozoos se observa en el proceso de gemacioacuten que se realiza de forma maacutes complicado
El nuacutemero de individuos de una colonia la manera en que estaacuten agrupados y su grado de diferenciacioacuten variacutea y a menudo es caracteriacutestica de una especie determinada Los briozoos pueden originar nuevos individuos sobre unas prolongaciones llamados estolones y al proceso se le denomina estolonizacioacuten
Ciertas especies de animales pueden tener gemacioacuten interna yemas que sobreviven en condiciones desfavorables gracias a una envoltura protectora En el caso de las esponjas de agua dulce las yemas tienen una caacutepsula protectora y en el interior hay sustancia de reserva Al llegar la primavera se pierde la caacutepsula protectora y a partir de la yema surge la nueva esponja En los briozoos de agua dulce se produce una capa de quitina y de calcio y no necesitan sustancia de reserva pues se encuentra en estado de hibernacioacuten
Esporulacioacuten la esporulacioacuten o esporo geacutenesis consiste en un proceso de diferenciacioacuten celular para
llegar a la produccioacuten de ceacutelulas reproductivas dispersivas de resistencia llamadas esporas Este proceso ocurre en hongos amebas liacutequenes algunos tipos de bacterias protozoos esporozoos (como el Plasmodium causante de malaria) y es frecuente en vegetales (especialmente algas musgos y helechos) grupos de muy diferentes oriacutegenes evolutivos pero con semejantes estrategias reproductivas todos ellos pueden recurrir a la formacioacuten ceacutelulas de resistencia para favorecer la dispersioacuten Durante la esporulacioacuten se lleva a cabo la divisioacuten del nuacutecleo en varios fragmentos y por una divisioacuten celular asimeacutetrica una parte del citoplasma rodea cada nuevo nuacutecleo dando lugar a las esporas Dependiendo de cada especie se puede producir un nuacutemero parciable de esporas y a partir de cada una de ellas se desarrollaraacute un individuo independiente
Procesos de divisioacuten celular
Fisioacuten binaria es la forma de divisioacuten celular de las ceacutelulas procariotas
Mitosis es la forma maacutes comuacuten de la divisioacuten celular en las ceacutelulas eucariotas Una ceacutelula que ha
adquirido determinados paraacutemetros o condiciones de tamantildeo volumen almacenamiento de energiacutea factores medioambientales puede replicar totalmente su dotacioacuten de ADN y dividirse en dos ceacutelulas hijas normalmente iguales Ambas ceacutelulas seraacuten diploides o haploide dependiendo de la ceacutelula madre
Meiosis es la divisioacuten de una ceacutelula diploide en cuatro ceacutelulas haploide Esta divisioacuten celular se
produce en organismos multicelulares para producir gametos haploide que pueden fusionarse despueacutes para formar una ceacutelula diploide llamada zigoto en la fecundacioacuten
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas Las ceacutelulas cancerosas son inmortales Una enzima llamada telomerasa permite a estas ceacutelulas dividirse indefinidamente
La caracteriacutestica principal de la divisioacuten celular en organismos eucariotas es la conservacioacuten de los
mecanismos geneacuteticos del control del ciclo celular y de la divisioacuten celular puesto que se ha mantenido praacutecticamente inalterable desde organismos tan simples como las levaduras a criaturas tan complejas como el ser humano a lo largo de la evolucioacuten bioloacutegica
Factores que explican la divisioacuten celular
Una teoriacutea afirma que existe un momento en el que la ceacutelula comienza a crecer mucho lo que hace que disminuya la proporcioacuten aacutereavolumen Cuando el aacuterea de la membrana plasmaacutetica de la ceacutelula es mucho maacutes pequentildea en relacioacuten con el volumen total de eacutesta se presentan dificultades en la reabsorcioacuten y en el transporte de nutrientes siendo asiacute necesario que se produzca la divisioacuten celular
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular constituye el proceso maacutes importante dentro de la ceacutelula el cual abordaremos en
pequentildea medida pero de manera significativa
Esta investigacioacuten toma en cuenta a todos aquellos que de alguna manera participan aunque sea de
forma miacutenima en la respiracioacuten celular
Hablar de respiracioacuten celular es referirnos a un proceso bioquiacutemico del cual nos ramificaremos a dos tipos
de respiracioacuten celular aeroacutebica y anaeroacutebica
En este proceso interfieren factores quiacutemicos capaces de ser procesados dentro de las ceacutelulas y que en
gran medida constituyen las bases para que la respiracioacuten celular se lleve a cabo
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular es el conjunto de reacciones bioquiacutemicas que ocurren en la mayoriacutea de las ceacutelulas
Tambieacuten es el conjunto de reacciones quiacutemicas mediante las cuales se obtiene energiacutea a partir de la
degradacioacuten de sustancias orgaacutenicas como los azuacutecares y los aacutecidos principalmente
Comprende dos fases
PRIMERA FASE
Se oxida la glucosa (azuacutecar) y no depende del oxiacutegeno por lo que recibe el nombre de respiracioacuten
anaeroacutebica y glicoacutelisis reaccioacuten que se lleva a cabo en el citoplasma de la ceacutelula
SEGUNDA FASE
Se realiza con la intervencioacuten del oxiacutegeno y recibe el nombre de respiracioacuten aeroacutebica o el ciclo de krebs y
se realiza en estructuras especiales de las ceacutelulas llamadas mitocondrias
Tanto que es una parte del metabolismo concretamente del catabolismo en el cual la energiacutea contenida
en distintas biomoleacuteculas como los gluacutecidos (azuacutecares carbohidratos) es liberado de manera controlada
IMPORTANCIA
- Crecimiento
- Transporte activo de sustancias energeacuteticas
- Movimiento ciclosis
- Regeneracioacuten de ceacutelulas
- Siacutentesis de proteiacutenas
- Divisioacuten de ceacutelulas
TIPOS DE RESPIRACIOacuteN CELULAR
RESPIRACIOacuteN ANAEROacuteBICA
La respiracioacuten anaeroacutebica es un proceso bioloacutegico de oxidorreduccioacuten de azuacutecares y otros compuestos
Lo realizan exclusivamente algunos grupos de bacterias
En la respiracioacuten anaeroacutebica no se usa oxiacutegeno sino para la misma funcioacuten se emplea otra sustancia
oxidante distinta como el sulfato No hay que confundir la respiracioacuten anaeroacutebica con la fermentacioacuten
aunque estos dos tipos de metabolismo tienen en comuacuten el no ser dependiente del oxigeno
Todos los posibles aceptores en la respiracioacuten anaeroacutebica tienen un potencial de reduccioacuten menor que el
O2 por lo que se genera menor energiacutea en el proceso
ETAPAS
Glucoacutelisis
Fermentacioacuten
GLUCOacuteLISIS- Tambieacuten denominado glicoacutelisis es la secuencia metaboacutelica en la que se oxida en la
glucoacutelisis cuando hay ausencia de oxiacutegeno la glucoacutelisis es la uacutenica viacutea que produce ATP en los animales
Estaacute presente en todas las formas de viacuteas actuales Es la primera parte del metabolismo energeacutetico y en
las ceacutelulas eucariotas en donde ocurre el citoplasma
Por lo tanto es una secuencia compleja de reacciones que se efectuacutean en el citosol de una ceacutelula
mediante las cuales una moleacutecula de glucosa se desdobla en dos moleacuteculas de acido piruvico De manera
que la glicoacutelisis consta de dos pasos principales
Activacioacuten de la glucosa
Produccioacuten de energiacutea
IMPORTANCIA Permite a los muacutesculos esqueleacuteticos realizar su contraccioacuten
FERMENTACIOacuteN- Es un proceso cataboacutelico de oxidacioacuten completa siendo el producto final de
un compuesto orgaacutenico La fermentacioacuten tiacutepica es llevada acabo por las levaduras Tambieacuten
unos metazoos y plantas menores son capaces de producirla
El proceso de fermentacioacuten anaeroacutebica se produce en la ausencia de oxigeno como aceptor final
de los electrones del NADH producido en la glucoacutelisis
En los seres vivos la fermentacioacuten es un proceso anaeroacutebico y en el no interviene la cadena
respiratoria que son propios del micro organismo como las bacterias y levaduras
Ademaacutes en la industria de la fermentacioacuten puede ser oxidativa es decir como presencia de
oxigeno pero es una oxidacioacuten aeroacutebica incompleta como la produccioacuten de acido aceacutetico a partir
del etanol
La fermentacioacuten puede ser naturales cuando las condiciones ambientales permitan la interaccioacuten
del microorganismo sustratos orgaacutenicos susceptibles o artificiales cuando el hombre propicia
condiciones y en contacto referido
USOS
El conocimiento de la dieta a traveacutes del desarrollo de una diversidad de sabores aromas y
texturas en los substratos de los alimentos
Preservacioacuten de cantidades substanciales de alimentos a traveacutes del acido laacutecteo alcohoacutelico
acido aceacutetico y fermentacioacuten alcalinas
La fermentacioacuten tiene algunos usos exclusivos para los alimentos pueden producir nutrientes
importantes o eliminar auto nutrientes
TIPOS DE FERMENTACIOacuteN
Fermentacioacuten aceacutetica
Fermentacioacuten alcohoacutelica
Fermentacioacuten butirica
Fermentacioacuten de la glicerina
Fermentacioacuten laacutectica
Fermentacioacuten putrica
RESPIRACIOacuteN AEROacuteBICA
Es un tipo de metabolismo energeacutetico en el que los seres vivos extraen energiacutea de moleacuteculas
orgaacutenicas como la glucosa por un proceso complejo en donde el carbono queda oxidado y en el
que el aire es el oxidante empleado
La respiracioacuten aeroacutebica es propia de los organismos eucariontes en general y de algunos tipos
de bacterias
La susecion de reacciones quiacutemicas que ocurren dentro de las ceacutelulas mediante las cuales se
realiza las descomposiciones finales de las moleacuteculas en los alimentos y en la que se produce CO2 y
H2O
Se realiza solo en el proceso de oxigeno Consiste en la degradacioacuten de los piruvatos producidos
durante la glucosis hasta CO2 y H2O como obtencioacuten de 34 a 36 ATP
IMPORTANCIA
Participa en la respiracioacuten celular formando ATP
REACCIONES AEROacuteBICAS
Las reacciones aeroacutebicas ocurre en la mitocondria y son
1 Formacioacuten del acetilo
2 Transferencia del acetilo Actividades en matriz
3 Ciclo de krebs
4 Transporte de electrones
Cadena respiratoria
5 Fosforilacioacuten oxidativa (actividad de crestas)
LA MITOCONDRIA Y SUS PARTES
CICLO DE KREBS
Propuesto por Hans A Krebs en 1937 quien descubrioacute el ciclo estudiando suspensiones de papillas del
muacutesculo pectoral de la paloma que presentaba un elevado ritmo respiratorio
El ciclo de krebs (tambieacuten llamado ciclo del acido ciacutetrico o ciclo de lso aacutecidos tricarboxilicos) es una serie
de reacciones quiacutemicos de gran importancia que forman parte de la respiracioacuten celular en toda las ceacutelulas
aeroacutebicas es decir que utilizan oxigeno En organismo aeroacutebico el ciclo de krebs es parte de la viacutea
cataboacutelica que realizan oxidacioacuten de hidratos de carbono aacutecidos graos y aminoaacutecidos hasta producir CO2
y H2O liberando energiacutea en forma utilizable
El ciclo de krebs tambieacuten proporciona recurso para muchas biomoleculas tales como ciertos aacutenimos
aacutecidos Por ello se considera una viacutea anfibolica es decir que es cataboacutelico y anaboacutelica al mismo tiempo
UBICACIOacuteN
Tiene lugar en tres partes
Matriz mitocondrial
En las eucariotas
En el citoplasma de eucariotas
CICLO DE KREBS
de una palabra griega que significa cambio) Todas las ceacutelulas contienen informacioacuten hereditaria codificada en moleacuteculas de aacutecido desoxirribonucleico (ADN) esta informacioacuten dirige la actividad de la ceacutelula y asegura la reproduccioacuten y el paso de los caracteres a la descendencia
Estas y otras numerosas similitudes (entre ellas muchas moleacuteculas ideacutenticas o casi ideacutenticas) demuestran que hay una relacioacuten evolutiva entre las ceacutelulas actuales y las primeras que aparecieron sobre la Tierra
Diferentes formas de las ceacutelulas
Esfeacuterica las no especializadas y libres
Estrelladas las neuronas
Fusiformes fibras musculares
Prismaacuteticas epiacuteteto intestinal
Teoriacutea celular de los seres vivos
Se puede resumir en tres principios
1- Todos los organismos vivos estaacuten constituidos por una o varias ceacutelulas la ceacutelula es por tanto la unidad vital de los seres vivos
2- Las ceacutelulas son capaces de una existencia independiente las ceacutelulas son por tanto la unidad anatoacutemica y fisioloacutegica de los seres vivos
3- Toda nueva ceacutelula proviene de otra ceacutelula ya existente la ceacutelula es por tanto la unidad geneacutetica de los seres vivos
Tipos de organizacioacuten celular
Todos los seres vivos estaacuten formados por ceacutelulas a veces se trata de seres unicelulares (con una sola ceacutelula) como una ameba una bacteria o una levadura Otras veces son seres pluricelulares como un pino un leoacuten o nosotros mismos Un ser pluricelular puede llegar a tener mucho millones de ceacutelulas
En todas las ceacutelulas podemos distinguir tres partes una envoltura o membrana plasmaacutetica un contenido o citoplasma que posee diversos orgaacutenulos y un material hereditario en forma de ADN Pero con estas caracteriacutesticas comunes pueden presentarse dos tipos de organizacioacuten celular procariota y eucariota
Ceacutelula eucarioacutetica
Las ceacutelulas eucarioacuteticas son mucho mayores y maacutes complejas Su material geneacutetico estaacute rodeado por una membrana nuclear formando un nuacutecleo y de igual modo se diferencian otros orgaacutenulos muchos de ellos rodeados por una membrana
Ceacutelula animal
Las estructuras internas de la ceacutelula animal estaacuten separadas por membranas Destacan las mitocondrias orgaacutenulos productores de energiacutea asiacute como las membranas apiladas del retiacuteculo endoplasmaacutetico liso (productor de liacutepidos) y rugoso (productor de proteiacutenas) El aparato de Golgi agrupa las proteiacutenas para exportarlas a traveacutes de la membrana plasmaacutetica mientras que los lisosomas contienen enzimas que descomponen algunas de las moleacuteculas que penetran en la ceacutelula La membrana nuclear envuelve el material geneacutetico celular
Ceacutelula vegetal
Las ceacutelulas vegetales asiacute como las animales presentan un alto grado de organizacioacuten con numerosas estructuras internas delimitadas por membranas La membrana nuclear establece una barrera entre la cromatina (material geneacutetico) y el citoplasma Las mitocondrias de interior sinuoso convierten los nutrientes en energiacutea que utiliza la planta A diferencia de la ceacutelula animal la vegetal contiene cloroplastos unos orgaacutenulos capaces de sintetizar azuacutecares a partir de dioacutexido de carbono agua y luz solar Otro rasgo diferenciador es la pared celular formada por celulosa riacutegida y la vacuola uacutenica y llena de liacutequido muy grande en la ceacutelula vegetal
Ceacutelula procarioacutetica
Se caracteriza por su gran simplificacioacuten pues en ella faltan muchas de las estructuras que poseen las otras ceacutelulas El material hereditario se encuentra disperso en el citoplasma no tienen nuacutecleo Este tipo de organizacioacuten las bacterias y otras ceacutelulas procarioacuteticas carecen casi siempre de muchas de las estructuras internas propias de las ceacutelulas eucarioacuteticas Asiacute el citoplasma de las procarioacuteticas estaacute rodeado por una membrana plasmaacutetica y una pared celular (como en las ceacutelulas vegetales) pero no hay membrana nuclear ni por tanto nuacutecleo diferenciado Las moleacuteculas circulares de ADN estaacuten en contacto directo con el citoplasma Ademaacutes carecen de mitocondrias retiacuteculo endoplasmaacutetico cloroplastos y
aparato de Golgi Aunque en general las ceacutelulas procarioacuteticas carecen de estructuras internas delimitadas por membrana las cianobacterias como la ilustrada aquiacute siacute contienen numerosas membranas llamadas tilacoides que contienen clorofila y pigmentos fotosinteacuteticos que utilizan para captar la energiacutea de la luz solar y sintetizar azuacutecares
Ceacutelula Procariota cianobacteria
Estructura de la ceacutelula eucarioacutetica
En algunos tipos de ceacutelulas hay una pared celular rodeando externamente la membrana que da proteccioacuten y rigidez y permite a los seres vivos que las tienen prescindir de un esqueleto
La membrana celular o citoplasmaacutetica la poseen todas las ceacutelulas Limita la ceacutelula le da forma y regula las sustancia que la atraviesan tanto hacia el interior como al exterior
El nuacutecleo es la parte donde se encuentra el ADN en forma de largos filamentos formando un ovillo (cromatina) Dirige toda la actividad celular y ese el responsable de la transmisioacuten de los caracteres hereditarios gracias a la capacidad que tiene el ADN de autoduplicarse Esto le permite que las ceacutelulas hijas se parezcan a la ceacutelula madre El material hereditario estaacute envuelto por una membrana nuclear que regula las sustancias que entran y salen del nuacutecleo y lo separa y delimita claramente del citoplasma Cuando la ceacutelula de divide el ADN adopta la forma de pequentildeos bastones llamados cromosomas
El contenido celular es el citoplasma Se trata de una disolucioacuten acuosa llamada hialoplasma en la que se hallan inmersos los orgaacutenulos citoplasmaacuteticos que son diversas estructuras que cumplen funciones concretas en la ceacutelula
Principales orgaacutenulos celulares y sus funciones
Entre los orgaacutenulos citoplasmaacuteticos maacutes importantes se pueden destacar los ribosomas que intervienen en la siacutentesis (fabricacioacuten) de las proteiacutenas que la ceacutelula necesita Las mitocondrias son las encargadas de llevar a cabo las reacciones quiacutemicas destinadas a obtener la energiacutea necesaria para la actividad celular (mediante un proceso llamado ldquorespiracioacuten celularrdquo) La red de tubos del retiacuteculo endoplasmaacutetico sirve para el transporte de diversas sustancias de una parte de la ceacutelula a otra
En relacioacuten con el retiacuteculo endoplasmaacutetico se encuentra en el Aparato de Golgi que se encarga de la secrecioacuten de diversos productos celulares
Para ldquodigerirrdquo las sustancias alimenticias que la ceacutelula animal capta estaacuten los lisosomas estos rompen las moleacuteculas grandes en moleacuteculas pequentildeas
Las ceacutelulas animales poseen ademaacutes un centrosoma formado por un par de orgaacutenulos ciliacutendricos llamados centriacuteolos que se encargan del control de los movimientos celulares incluido el movimiento de los cromosomas durante la divisioacuten celular
Los cloroplastos presentes en las ceacutelulas vegetales contienen clorofila y sirven para llevar a cabo la fotosiacutentesis (siacutentesis de materia orgaacutenica a partir de materia inorgaacutenica para lo cual se necesita la
energiacutea de la luz) Para almacenar sustancias de cualquier tipo las ceacutelulas vegetales poseen unas vesiacuteculas denominadas vacuolas
Muchas ceacutelulas estaacuten dotadas de movimiento mientras que otras son inmoacuteviles Para posibilitar el movimiento pueden aparecer diversas estructuras como los cilios y los flagelos
Ceacutelulas Eucariotas versus ceacutelulas Procariotas
Basaacutendonos en la organizacioacuten de las estructuras celulares todos las ceacutelulas vivientes pueden ser
divididas en dos grandes grupos Procariotas y Eucariotas (tambieacuten hay quien escribe prokariota y
eukariota) Animales plantas hongos protozoos y algas todos poseen ceacutelulas de tipo Eucariota Soacutelo las
bacterias (Eubacterias y Archaebacterias) tienen ceacutelulas de tipo Procariota
La ceacutelula procariota
La palabra procariota viene del griego (pro = previo a karyon = nuacutecleo) y significa pre-nuacutecleo Los
miembros del mundo procariota constituyen un grupo heterogeacuteneo de organismos unicelulares muy
pequentildeos incluyendo a las eubacterias (donde se encuentran la mayoriacutea de las bacterias) y las archaeas
(archaeabacteria)
Una tiacutepica ceacutelula procariota estaacute constituida por las siguientes estructuras principales pared celular
membrana citoplasmaacutetica ribosomas inclusiones y nucleoide
Las ceacutelulas procariotas son generalmente mucho maacutes pequentildeas y maacutes simples que las Eucariotas
La ceacutelula eucariota
El teacutermino eucariota hace referencia a nuacutecleo verdadero (del griego eu = buen karyon = nuacutecleo) Los
organismos eucariotas incluyen algas protozoos hongos plantas superiores y animales Este grupo de
organismos posee un aparato mitoacutetico que son estructuras celulares que participan de un tipo de divisioacuten
nuclear denominada mitosis tal como imnuacutemeras organelas responsables de funciones especiacuteficas
incluyendo mitocondrias retiacuteculo endoplasmaacutetico y cloroplastos
La ceacutelula eucariota es tiacutepicamente mayor y estructuralmente maacutes compleja que la ceacutelula procariota
Algunas diferencias estructurales
Comparacioacuten entre ceacutelula procariota y ceacutelula eucariota
Pared celular
En los prokariotas es una estructura riacutegida que envuelve la membrana citoplasmaacutetica responsable de la
forma de la ceacutelula y de su proteccioacuten contra la lisis osmoacutetica
Bacterias Gram-positivas la pared celular de esas bacterias estaacute compuesta dr muchas capas de una
macromoleacutecula denominada peptidoglicano (disacaacuteridos ligados a polipeacuteptidos) y aacutecidos teicoacuteicos
(constituidos por alcohol y fosfato)
Bacterias Gram-negativas la pared celular estaacute representada por una fina capa de peptidoglicano situada
en medio de dos capas lipoproteiacutenas la capa externa ademaacutes de lipoproteiacutenas tiene lipopolisacaacuteridos y
fosfoliacutepidos
Los procariotas pueden presentar estructuras externas en la pared celular Las ceacutelulas bacterianas
pueden contener glicocaacutelix un poliacutemero gelatinoso compuesto por polisacaacuteridos yo polipeacuteptidos
(caacutepsula) flagelo un largo filamento responsable de la movilidad celular filamentos axiales (endoflagelo)
fimbrias que son filamentos menores y maacutes finos que los flagelos cuya principal funcioacuten es la
adherencia y Pili maacutes largos que las fimbrias y en nuacutemero de uno o dos
Muchas ceacutelulas eucariotas poseen pared celular aunque sean maacutes simples que las de las ceacutelulas
procariotas la pared celular de las algas y de las plantas estaacuten constituidas principalmente por celulosa
la de los hongos por celulosa y principalmente quitina la de las levaduras por polisacaacuteridos En las ceacutelulas
eucariotas de los animales la membrana plasmaacutetica se encuentra recubierta por una capa de glicocaacutelix
(sustancia que contiene carbohidratos)
Membrana citoplasmaacutetica
La membrana citoplasmaacutetica de las ceacutelulas procariotas y eucariotas presenta gran similitud en cuanto a
funcioacuten y estructura baacutesica Funciona como una barrera de permeabilidad separando el lado de dentro
del lado de fuera de la ceacutelula Estaacute constituida por una capa doble de fosfoliacutepidos y proteiacutenas las cuales
pueden estar organizadas de diferentes formas
En los Eucariotas la membrana contiene carbohidratos que poseen la funcioacuten de siacutetios receptores y
esteroides que impiden la lisis osmoacutetica Muchos tipos de ceacutelulas eucariotas poseen flagelos y ciacutelios en la
membrana plasmaacutetica Esas estructuras son utilizadas para la locomocioacuten o para mover substancias a lo
largo de la superficie celular
Ribosomas
En los prokariotas son pequentildeas partiacuteculas formadas por proteiacutenas y aacutecido ribonucleacuteico (ARN)
funcionando como lugar de siacutentese proteica Una simple ceacutelula procariota puede poseer cerca de 10000
ribosomas confiriendo al citoplasma una apariencia granular
En los eukariotas son mayores y maacutes densos que los de los procariotas y se encuentran ligados a la
superficie del retiacuteculo endoplasmaacutetico rugoso y libres en el citoplasma de la ceacutelula Como en los
procariotas constituyen el lugar de la siacutentesis proteica
Regioacuten nuclear
La regioacuten nuclear de una ceacutelula procariota difiere significativamente de la de una ceacutelula eucariota el aacuterea
nuclear denominada nucleoide de una ceacutelula bacteriana tiene una uacutenica moleacutecula larga y circular de
DNA doble el cromosoma bacteriano que contiene todas las informaciones necesarias para el
funcionamiento y estructuracioacuten celular El cromosoma procarioacutetico estaacute ligado a la membrana plasmaacutetica
no contiene histonas y no se encuentra rodeado por una membrana nuclear
Las bacterias pueden contener ademaacutes del cromosoma moleacuteculas de DNA doble pequentildeas y circulares
denominadas plaacutesmidos Esas moleacuteculas son elementos geneacuteticos extracromosoacutemicos no esenciales
para la supervivencia bacteriana y poseen mecanismos de replicacioacuten independientes del DNA
cromosoacutemico La ventaja de poseer un plaacutesmido es que puede contener genes de resistencia a los
antibioacuteticos tolerancia a los metales toacutexicos siacutentesis de enzimas etc
La diferencia clave con la ceacutelula eucariota es la presencia de un nuacutecleo verdadero en esta uacuteltima La
regioacuten nuclear de los Eucariotas estaacute envuelta por una membrana nuclear separando el citoplasma del
nuacutecleo
Este nuacutecleo es generalmente la mayor estructura celular con forma esfeacuterica u oval y estaacute envuelto por
una membrana doble denominada membrana nuclear que contiene en su interior moleacuteculas de ADN
organizadas en cromosomas que contienen todas la informacioacuten hereditaria
La membrana nuclear es estructuralmente semejante a la membrana plasmaacutetica estaacute conectada al
retiacuteculo endoplasmaacutetico y posee poros nucleares que permiten la entrada y salida de substancias
Los pasos clave de la informacioacuten bioloacutegica replicacioacuten de ADN y siacutentesis de ARN suceden en el nuacutecleo
El ARN ribosoacutemico es producido por uno o maacutes cuerpos esfeacutericos denominados nucleacuteolos
Las ceacutelulas eucariotas apenas poseen organelas que son estructuras especializadas representadas por
el nuacutecleo retiacuteculo endoplasmaacutetico complejo de Golgi mitocondria cloroplastos lisosomas y centriacuteolos
La ceacutelula Estructura y funcioacuten
Hasta el final del s XIX no se elaboroacute la teoriacutea celular que enuncia que la ceacutelula es la unidad morfoloacutegica fisioloacutegica y geneacutetica de todos los seres vivos y que ademaacutes toda ceacutelula proviene de otra Todas las ceacutelulas tienen una estructura comuacuten la membrana plasmaacutetica el citoplasma y el material geneacutetico o ADN Se distinguen dos clases de ceacutelulas las ceacutelulas procariotas (sin nuacutecleo) y las ceacutelulas eucariotas mucho maacutes evolucionadas y que presentan nuacutecleo cito esqueleto en el citoplasma y orgaacutenulos membranosos con funciones diferenciadas
Forma y tamantildeo de las ceacutelulas
La ceacutelula es una estructura constituida por tres elementos baacutesicos membrana plasmaacutetica citoplasma y
material geneacutetico (ADN) Las ceacutelulas tienen la capacidad de realizar las tres funciones vitales nutricioacuten
relacioacuten y reproduccioacuten (ver t13)
La forma de las ceacutelulas estaacute determinada baacutesicamente por su funcioacuten La forma puede variar en
funcioacuten de la ausencia de pared celular riacutegida de las tensiones de uniones a ceacutelulas contiguas
de la viscosidad del citosol de fenoacutemenos osmoacuteticos y de tipo de citoesqueleto interno
El tamantildeo de las ceacutelulas es tambieacuten extremadamente variable Los factores que limitan su
tamantildeo son la capacidad de captacioacuten de nutrientes del medio que les rodea y la capacidad
funcional del nuacutecleo
Cuando una ceacutelula aumenta de tamantildeo aumenta mucho maacutes su volumen (V) que su superficie (S) (debido a que V = 43pr
3 mientras que S = 43pr
2) Esto implica que la relacioacuten superficievolumen
disminuye lo que es un gran inconveniente para la ceacutelula ya que la entrada de nutrientes estaacute en funcioacuten de su superficie y no del volumen Por este motivo la mayoriacutea de las ceacutelulas maduras son aplanadas prismaacuteticas e irregulares y pocas son esfeacutericas de forma que asiacute mantienen la relacioacuten
superficievolumen constante El aumento de volumen de la ceacutelula nunca va acompantildeado del aumento de volumen del nuacutecleo ni de su dotacioacuten cromosoacutemica
Ceacutelula procariota bacteria Gram positiva
Ceacutelula eucariota Epitelial secretora
Estructura de las ceacutelulas
La estructura comuacuten a todas las ceacutelulas comprende la membrana plasmaacutetica el citoplasma y el material geneacutetico o ADN
Membrana plasmaacutetica constituida por una bicapa lipiacutedica en la que estaacuten englobadas ciertas
proteiacutenas Los liacutepidos hacen de barrera aislante entre el medio acuoso interno y el medio acuoso
externo
El citoplasma abarca el medio liacutequido o citosol y el morfoplasma (nombre que recibe una serie
de estructuras denominadas orgaacutenulos celulares)
El material geneacutetico constituido por una o varias moleacuteculas de ADN Seguacuten esteacute o no rodeado
por una membrana formando el nuacutecleo se diferencian dos tipos de ceacutelulas las procariotas (sin
nuacutecleo) y las eucariotas (con nuacutecleo)
Las ceacutelulas eucariotas ademaacutes de la estructura baacutesica de la ceacutelula (membrana citoplasma y
material geneacutetico) presentan una serie de estructuras fundamentales para sus funciones vitales (ver t27 y t28)
El sistema endomembranoso es el conjunto de estructuras membranosas (orgaacutenulos)
intercomunicadas que pueden ocupar casi la totalidad del citoplasma
Orgaacutenulos transductores de energiacutea son las mitocondrias y los cloroplastos Su funcioacuten es la
produccioacuten de energiacutea a partir de la oxidacioacuten de la materia orgaacutenica (mitocondrias) o de energiacutea
luminosa (cloroplastos)
Estructuras carentes de membranas estaacuten tambieacuten en el citoplasma y son los ribosomas
cuya funcioacuten es sintetizar proteiacutenas y el citoesqueleto que da dureza elasticidad y forma a las
ceacutelulas ademaacutes de permitir el movimiento de las moleacuteculas y orgaacutenulos en el citoplasma
El nuacutecleo mantiene protegido al material geneacutetico y permite que las funciones de transcripcioacuten y
traduccioacuten se produzcan de modo independiente en el espacio y en el tiempo
En el exterior de la membrana plasmaacutetica de la ceacutelula procariota (ver t40) se encuentra la pared celular
que protege a la ceacutelula de los cambios externos El interior celular es mucho maacutes sencillo que en las eucariotas en el citoplasma se encuentran los ribosomas praacutecticamente con la misma funcioacuten y estructura que las eucariotas pero con un coeficiente de sedimentacioacuten menor Tambieacuten se encuentran los mesosomas que son invaginaciones de la membrana No hay por tanto citoesqueleto ni sistema
endomembranoso El material geneacutetico es una moleacutecula de ADN circular que estaacute condensada en una regioacuten denominada nucleoide No estaacute dentro de un nuacutecleo con membrana y no se distinguen nucleolos
Las teoriacuteas celulares
Las ceacutelulas se descubrieron en el siglo XVII El primero en observarlas fue el ingleacutes Robert Hooke en 1665 Con un microscopio muy rudimentario Hooke examinoacute una preparacioacuten de corcho y descubrioacute que pareciacutea estar compuesto por pequentildeas celdillas rodeadas de paredes riacutegidas Decidioacute llamar ceacutelulas a aquellas estructuras pero lo cierto es que sus ojos le engantildearon En realidad soacutelo habiacutea visto las paredes celulares muertas del corcho Hubo que esperar hasta el siglo XIX para que dos cientiacuteficos Matthias Jakob Schleiden y Theodor Schwann formularan una teoriacutea que explicara la estructura y funcionamiento de las ceacutelulas En 1839 establecieron que todo ser vivo estaacute formado por una o muchas ceacutelulas que eacutesta es la estructura maacutes pequentildea que cumple todas las funciones vitales y que toda ceacutelula procede a su vez de otra ceacutelula que se ha dividido
La teoriacutea celular
Principios de la teoriacutea celular
1 Todos los seres vivos estaacuten constituidos por una o maacutes ceacutelulas es decir la ceacutelula es la unidad morfoloacutegica de todos los seres vivos
2 La ceacutelula es capaz de realizar todos los procesos necesarios para permanecer con vida es decir la ceacutelula es la unidad fisioloacutegica de los organismos
3 Toda ceacutelula proviene de otra ceacutelula
4 La ceacutelula contiene toda la informacioacuten sobre la siacutentesis de su estructura y el control de su funcionamiento y es capaz de transmitirla a sus descendientes es decir la ceacutelula es la unidad geneacutetica
autoacutenoma de los seres vivos
El primer y segundo principios fueron establecidos por Schleiden y Schwann posteriormente Virchow
aportoacute el tercer principio sobre el origen de la ceacutelula La teoriacutea celular se puede completar con el cuarto principio propuesto por Sutton y Boveri
Transporte celular
El transporte celular es el intercambio de sustancias entre el interior celular y el exterior a traveacutes de la
membrana celular o el movimiento de moleacuteculas dentro de la ceacutelula
Transporte a traveacutes de la membrana celular
La ceacutelula necesita este proceso porque es importante para esta expulsar de su interior los desechos del metabolismo y adquirir nutrientes del liacutequido extracelular gracias a la capacidad de la membrana celular que permite el paso o salida de manera selectiva de algunas sustancias Las viacuteas de transporte a traveacutes de la membrana celular y los mecanismos baacutesicos para las moleacuteculas de pequentildeo tamantildeo son
Transporte pasivo o difusioacuten
El transporte pasivo es el intercambio simple de moleacuteculas de una sustancia a traveacutes de la membrana plasmaacutetica durante el cual no hay gasto de energiacutea que aporta la ceacutelula debido a que va a favor del gradiente de concentracioacuten o a favor de gradiente de carga eleacutectrica es decir de un lugar donde hay una gran concentracioacuten a uno donde hay menor El proceso celular pasivo se realiza por difusioacuten En siacute es el cambio de un medio de mayor concentracioacuten (medio hipertoacutenico) a otro de menor concentracioacuten (un medio hipotoacutenico)
Difusioacuten simple
Algunas sustancias pasan al interior o al exterior de las ceacutelulas a traveacutes de una membrana semipermeable y se mueven dentro de eacutestas por Difusioacuten simple siendo un proceso fiacutesico basado en el movimiento al azar La difusioacuten es el movimiento de aacutetomos moleacuteculas o iones de una regioacuten de mayor concentracioacuten a una de menor concentracioacuten sin requerir gasto de energiacutea La difusioacuten implica no soacutelo el movimiento al azar de las partiacuteculas hasta lograr la homogeacutenea distribucioacuten de las mismas (y esto ocurre cuando las partiacuteculas que azarosamente vienen se equiparan con las que azarosamente van) sino tambieacuten el homogeacuteneo potencial quiacutemico del fluido ya que de existir una membrana semipermeable que particiones un fluido en dos de distinto potencial quiacutemico se generaraacute una presioacuten osmoacutetica desde el potencial quiacutemico mayor (pe solvente puro) hacia el menor (pe solvente y soluto) hasta que ambas particiones se equiparen o la presioacuten hidrostaacutetica equilibre la presioacuten osmoacutetica
1
Difusioacuten facilitada
Es el movimiento de moleacuteculas maacutes grandes que no pueden pasar a traveacutes de la membrana plasmaacutetica y necesita ayuda de una proteiacutena u otros mecanismos (exocitosis) para pasar al otro lado Tambieacuten se llama difusioacuten mediada por portador porque la sustancia transportada de esta manera no suele poder atravesar la membrana sin una proteiacutena portadora especiacutefica que le ayude Se diferencia de la difusioacuten simple a traveacutes de conductos en que mientras que la magnitud de difusioacuten de la difusioacuten simple se incrementa de manera proporcional con la concentracioacuten de la sustancia que se difunde en la difusioacuten facilitada la magnitud de difusioacuten se aproxima a un maacuteximo (Vmax) al aumentar la concentracioacuten de la sustancia
Filtracioacuten O Dialisis
La filtracioacuten o diaacutelisis es el movimiento de agua y moleacuteculas disueltas a traveacutes de la membrana debido a la presioacuten hidrostaacutetica generada por el sistema cardiovascular Dependiendo del tamantildeo de los poros de la membrana soacutelo los solutos con un determinado tamantildeo pueden pasar a traveacutes de la membrana Por ejemplo los poros de la membrana de la caacutepsula de Bowman en los glomeacuterulos renales son muy pequentildeos y soacutelo la albuacutemina la maacutes pequentildea de las proteiacutenas tienen la capacidad de ser filtrada a traveacutes de ella Por otra parte los poros de las membranas de los hepatocitos son extremadamente grandes por lo que una gran variedad de solutos pueden atravesarla
Oacutesmosis
La oacutesmosis es un tipo especial de transporte pasivo en el cual soacutelo las moleacuteculas de agua son transportadas a traveacutes de la membrana El movimiento de agua se realiza desde un punto en que hay mayor concentracioacuten a uno de menor para igualar concentraciones De acuerdo al medio en que se encuentre una ceacutelula la oacutesmosis variacutea La funcioacuten de la osmosis es mantener hidratada a la membrana celular Dicho proceso no requiere gasto de energiacutea En otras palabras la oacutesmosis u osmosis es un fenoacutemeno consistente en el paso del solvente de una disolucioacuten desde una zona de baja concentracioacuten de soluto a una de alta concentracioacuten del soluto separadas por una membrana semipermeable Se relaciona con el movimiento browniano
Oacutesmosis en una ceacutelula animal
En un medio isotoacutenico hay un equilibrio dinaacutemico es decir el paso constante de agua
En un medio hipotoacutenico la ceacutelula absorbe agua hinchaacutendose y hasta el punto en que puede estallar dando origen a la citoacutelisis
En un medio hipertoacutenico la ceacutelula elimina agua y se arruga llegando a deshidratarse y se muere esto se llama crenacioacuten
Oacutesmosis en una ceacutelula vegetal [editar]
En un medio isotoacutenico hay un equilibrio dinaacutemico
En un medio hipotoacutenico la ceacutelula absorbe agua y sus vacuolas se llenan aumentando la presioacuten de turgencia
En un medio hipertoacutenico la ceacutelula elimina agua y el volumen de la vacuola disminuye produciendo que la membrana plasmaacutetica se despegue de la pared celular ocurriendo la plasmoacutelisis
Transporte activo
Consiste en el transporte de sustancias en contra de un gradiente de concentracioacuten para lo cual se requiere un gasto energeacutetico En la mayor parte de los casos este transporte activo se realiza a expensas de un gradiente de H
+ (potencial electroquiacutemico de protones) previamente creado a ambos lados de la
membrana por procesos de respiracioacuten y fotosiacutentesis por hidroacutelisis de ATP mediante ATP hidrolasas de membrana (F1F0) El transporte activo variacutea la concentracioacuten intracelular y ello da lugar un nuevo movimiento osmoacutetico de rebalanceo por hidratacioacuten Los sistemas de transporte activo son los maacutes abundantes entre las bacterias y se han seleccionado evolutivamente debido a que en sus medios naturales la mayoriacutea de los procariotas se encuentran de forma permanente o transitoria con una baja concentracioacuten de nutrientes
Los sistemas de transporte activo estaacuten basados en permeasas especiacuteficas e inducibles El modo en que se acopla la energiacutea metaboacutelica con el transporte del soluto auacuten no estaacute dilucidado pero en general se maneja la hipoacutetesis de que las permeasas una vez captado el sustrato con gran afinidad experimentan un cambio conformacioacuten al dependiente de energiacutea que les hace perder dicha afinidad lo que supone la liberacioacuten de la sustancia al interior celular
El transporte activo de moleacuteculas a traveacutes de la membrana celular se realiza en direccioacuten ascendente o en contra de un gradiente de concentracioacuten (Gradiente quiacutemico) o en contra un gradiente eleacutectrico de presioacuten (gradiente electroquiacutemico) es decir es el paso de sustancias desde un medio poco concentrado a un medio muy concentrado Para desplazar estas sustancias contra corriente es necesario el aporte de energiacutea procedente del ATP Las proteiacutenas portadoras del transporte activo poseen actividad ATPasa que significa que pueden escindir el ATP (Adenosin Tri Fosfato) para formar ADP (dos Fosfatos) o AMP (un Fosfato) con liberacioacuten de energiacutea de los enlaces fosfato de alta energiacutea Comuacutenmente se observan tres tipos de transportadores
Uniportadores son proteiacutenas que transportan una moleacutecula en un solo sentido a traveacutes de la membrana
Antiportadores incluyen proteiacutenas que transportan una sustancia en un sentido mientras que simultaacuteneamente transportan otra en sentido opuesto
Simportadores son proteiacutenas que transportan una sustancia junto con otra frecuentemente un protoacuten (H
+)
Transporte activo primario Bomba de sodio y potasio
Se encuentra en todas las ceacutelulas del organismo encargada de transportar los iones potasio que logran entrar a las ceacutelulas hacia el interior de eacutestas dando una carga interior negativa y al mismo tiempo bombea iones sodio desde el interior hacia el exterior de la ceacutelula (axoplasma) sin embargo el nuacutemero de iones Na
+ (con carga positiva) no sobrepasa al de iones con carga negativa dando por resultado una carga
interna negativa En caso particular de las neuronas en estado de reposo esta diferencia de cargas a ambos lados de la membrana se llama potencial de membrana o de reposo
Transporte activo secundario o cotransporte
Es el transporte de sustancias que normalmente no atraviesan la membrana celular tales como los aminoaacutecidos y la glucosa cuya energiacutea requerida para el transporte deriva del gradiente de concentracioacuten de los iones sodio de la membrana celular (Bomba GlucosaSodio ATPasa)
Bomba de calcio Es una proteiacutena de la membrana celular de todas las ceacutelulas eucariotas Su
funcioacuten consiste en transportar calcio ioacutenico (Ca2+
) hacia el exterior de la ceacutelula gracias a la energiacutea proporcionada por la hidroacutelisis de ATP con la finalidad de mantener la baja concentracioacuten de Ca
2+ en el citoplasma que es unas diez mil veces menor que en el medio
externo necesaria para el normal funcionamiento celular Se sabe que las variaciones en la concentracioacuten intracelular del Ca
2+ (segundo mensajero) se producen como respuesta a diversos
estiacutemulos y estaacuten involucradas en procesos como la contraccioacuten muscular la expresioacuten geneacutetica la diferenciacioacuten celular la secrecioacuten y varias funciones de las neuronas Dada la variedad de procesos metaboacutelicos regulados por el Ca
2+ un aumento de la concentracioacuten de Ca
2+ en el
citoplasma puede provocar un funcionamiento anormal de los mismos Si el aumento de la concentracioacuten de Ca
2+ en la fase acuosa del citoplasma se aproxima a un deacutecimo de la del medio
externo el trastorno metaboacutelico producido conduce a la muerte celular El calcio es el mineral maacutes abundante del organismo ademaacutes de cumplir muacuteltiples funciones
Transporte de macromoleacuteculas o partiacuteculas
Las macromoleacuteculas o partiacuteculas grandes se introducen o expulsan de la ceacutelula por dos mecanismos
Endocitosis
La endocitosis es el proceso celular por el que la ceacutelula mueve hacia su interior moleacuteculas grandes o partiacuteculas englobaacutendolas en una invaginacioacuten de su membrana citoplasmaacutetica formando una vesiacutecula que luego se desprende de la pared celular e incorpora al citoplasma Esta vesiacutecula llamada endosoma luego se fusiona con un lisosoma que realizaraacute la digestioacuten del contenido vesicular
Existen dos procesos
Pinocitosis consiste en la ingestioacuten de liacutequidos y solutos mediante pequentildeas vesiacuteculas
Fagocitosis consiste en la ingestioacuten de grandes partiacuteculas que se engloban en grandes vesiacuteculas (fagosomas) que se desprenden de la membrana celular
Endocitosis mediada por receptor es de tipo especiacutefica captura macromoleacuteculas especiacuteficas del
ambiente fijaacutendose a traveacutes de proteiacutenas ubicadas en las membranas plasmaacuteticas (especificas) Una vez que se unen a dicho receptor forman las vesiacuteculas y las transportan al interior de la ceacutelula La endocitosis mediada por receptor resulta ser un proceso raacutepido y eficiente
Exocitosis
Es la expulsioacuten de sustancias como la insulina a traveacutes de la fusioacuten de vesiacuteculas con la membrana celular
La exocitosis es el proceso celular por el cual las vesiacuteculas situadas en el citoplasma se fusionan con la membrana citoplasmaacutetica liberando su contenido
La exocitosis se observa en muy diversas ceacutelulas secretoras tanto en la funcioacuten de excrecioacuten como en la funcioacuten endocrina
Tambieacuten interviene la exocitosis en la secrecioacuten de un neurotransmisor a la brecha sinaacuteptica para posibilitar la propagacioacuten del impulso nervioso entre neuronas La secrecioacuten quiacutemica desencadena una despolarizacioacuten del potencial de membrana desde el axoacuten de la ceacutelula emisora hacia la dendrita (u otra parte) de la ceacutelula receptora Este neurotransmisor seraacute luego recuperado por endocitosis para ser reutilizado Sin este proceso se produciriacutea un fracaso en la transmisioacuten del impulso nervioso entre neuronas
CEacuteLULA VEGETAL
Todos los organismos vivos estaacuten compuestos por ceacutelulas El ingleacutes Robert Hooke en 1665 realizoacute cortes finos de una muestra de corcho y observoacute usando un microscopio rudimentario unos pequentildeos compartimentos que no eran maacutes que las paredes celulares de esas ceacutelulas muertas y las llamoacute ceacutelulas (del latiacuten cellula que significa habitacioacuten pequentildea ) ya que eacuteste tejido le recordaba las celdas pequentildeas que habitaban los monjes de aquella eacutepoca No fue sino hasta el siglo XIX que dos cientiacuteficos alemanes el botaacutenico Matthias Jakob Schleiden y el zoologo Theodor Schwann enunciaron en 1839 la primera teoriacutea celular Todas las plantas y animales estaacuten compuestos por grupos de ceacutelulas y eacutestas son la unidad baacutesica de todos los organismos vivos Esta teoriacutea fue completada en 1855 por Rudolph Virchow quien establecioacute que las ceacutelulas nuevas se formaban a partir de ceacutelulas preexistentes ( omni cellula e cellula ) En otras palabras las ceacutelulas no se pueden formar por generacioacuten espontaacutenea a partir de materia inerte
Ceacutelula fijada con KMnO4
En la frontera de lo viviente se han descubierto seres aun maacutes pequentildeos los virus que crecen y se reproducen solamente cuando parasitan otra ceacutelula Podemos afirmar que no hay vida sin ceacutelula Al igual que un edificio las ceacutelulas son los bloques de construccioacuten de un organismo La ceacutelula es la unidad maacutes pequentildea de materia viva capaz de llevar a cabo todas las actividades necesarias para el mantenimiento de la vida
La teoriacutea celular actualmente se puede resumir de la siguiente forma
1 Todos los organismos vivos estaacuten formados por ceacutelulas y productos celulares
2 Soacutelo se forman ceacutelulas nuevas a partir de ceacutelulas preexistentes
3 La informacioacuten geneacutetica que se necesita durante la vida de las ceacutelulas y la que se requiere para la produccioacuten de nuevas ceacutelulas se transmite de una generacioacuten a la siguiente
4 Las reacciones quiacutemicas de un organismo esto es su metabolismo tienen lugar en las ceacutelulas
CEacuteLULAS VEGETALES Y ANIMALES
Tanto las ceacutelulas de las plantas como las de los animales son eucarioacuteticas sin embargo presentan algunas diferencias
1 Las ceacutelulas vegetales presentan una pared celular celuloacutesica riacutegida que evita cambios de forma y posicioacuten
2 Las ceacutelulas vegetales contienen plastidios estructuras rodeadas por una membrana que sintetizan y almacenan alimentos Los maacutes comunes son los cloroplastos
3 Casi todas las ceacutelulas vegetales poseen vacuolas que tienen la funcioacuten de transportar y almacenar nutrientes agua y productos de desecho
4 Las ceacutelulas vegetales complejas carecen de ciertos organelos como los centriacuteolos y los lisosomas
Fotosiacutentesis
Una hoja el lugar principal en el que se desarrolla la fotosiacutentesis en las plantas
La fotosiacutentesis del griego antiguo φωτο (foto) luz y σύνθεσις (siacutentesis) unioacuten es la base de la vida
actual en la Tierra Proceso mediante el cual las plantas algas y algunas bacterias captan y utilizan la energiacutea de la luz para transformar la materia inorgaacutenica de su medio externo en materia orgaacutenica que utilizaraacuten para su crecimiento y desarrollo
Los organismos capaces de llevar a cabo este proceso se denominan fotoautoacutetrofos y ademaacutes son capaces de fijar el CO2 atmosfeacuterico (lo que ocurre casi siempre) o simplemente autoacutetrofos Salvo en algunas bacterias en el proceso de fotosiacutentesis se producen liberacioacuten de oxiacutegeno molecular (proveniente de moleacuteculas de H2O) hacia la atmoacutesfera (fotosiacutentesis oxigeacutenica) Es ampliamente admitido que el contenido actual de oxiacutegeno en la atmoacutesfera se ha generado a partir de la aparicioacuten y actividad de dichos organismos fotosinteacuteticos Esto ha permitido la aparicioacuten evolutiva y el desarrollo de organismos aerobios capaces de mantener una alta tasa metaboacutelica (el metabolismo aerobio es muy eficaz desde el punto de vista energeacutetico)
La otra modalidad de fotosiacutentesis la fotosiacutentesis anoxigeacutenica en la cual no se libera oxiacutegeno es llevada a cabo por un nuacutemero reducido de bacterias como las bacterias puacuterpuras del azufre y las bacterias verdes del azufre estas bacterias usan como donador de hidroacutegenos el H2S con lo que liberan azufre
Generalidades
Cloroplastos dentro de ceacutelulas vegetales
En algas eucarioacuteticas y en plantas la fotosiacutentesis se lleva a cabo en un orgaacutenulo especializado denominado cloroplasto Este orgaacutenulo que estaacute delimitado por dos membranas (envueltas de los cloroplastos) que lo separan del citoplasma circundante En su interior se encuentra una fase acuosa con un elevado contenido en proteiacutenas e hidratos de carbono (estroma del cloroplasto) y una serie de
membranas denominadas tilacoides Los tilacoides contienen los pigmentos (sustancias coloreadas) fotosinteacuteticos y proteiacutenas necesarios para captar la energiacutea de la luz El principal de esos pigmentos es la clorofila de color verde de la que existen varios tipos (bacterioclorofilas y clorofilas a b c y d) Ademaacutes de las clorofilas otros pigmentos presentes en todos los organismos eucarioacuteticos son los carotenoides (carotenos y xantofilas) de color amarillo o anaranjado y que tienen un papel auxiliar en la captacioacuten de la luz ademaacutes de un papel protector En cianobacterias (que no poseen cloroplastos) los carotenoides son sustituidos por otro tipo de pigmentos denominados ficobilinas de naturaleza quiacutemica diferente a los anteriores En las plantas vasculares el mayor nuacutemero de cloroplastos se encuentra dentro de las ceacutelulas del mesoacutefilo de las hojas lo cual les confiere su caracteriacutestico color verde
La fotosiacutentesis se divide en dos fases La primera ocurre en los tilacoides en donde se capta la energiacutea de la luz y eacutesta es almacenada en dos moleacuteculas orgaacutenicas sencillas (ATP y NADPH) La segunda tiene lugar en el estroma y las dos moleacuteculas producidas en la fase anterior son utilizadas en la asimilacioacuten del CO2 atmosfeacuterico para producir hidratos de carbono e indirectamente el resto de las moleacuteculas orgaacutenicas que componen los seres vivos (aminoaacutecidos liacutepidos nucleoacutetidos etc) Tradicionalmente a la primera fase se le denominaba fase luminosa y a la segunda fase oscura de la fotosiacutentesis Sin embargo la
denominacioacuten como fase oscura de la segunda etapa es incorrecta porque actualmente se conoce que los procesos que la llevan a cabo solo ocurren en condiciones de iluminacioacuten Es maacutes preciso referirse a ella como fase de fijacioacuten del dioacutexido de carbono (ciclo de Calvin) y a la primera como fase fotoquiacutemica o reaccioacuten de Hill
En la fase luminosa o fotoquiacutemica la energiacutea de la luz captada por los pigmentos fotosinteacuteticos unidos a proteiacutenas y organizados en los denominados foto sistemas (ver maacutes adelante) produce la descomposicioacuten del agua liberando electrones que circulan a traveacutes de moleacuteculas transportadoras para llegar hasta un aceptor final (NADP
+) capaz de mediar en la transformacioacuten del CO2 atmosfeacuterico (o
disuelto en el agua en sistemas acuaacuteticos) en materia orgaacutenica Este proceso luminoso estaacute tambieacuten acoplado a la formacioacuten de moleacuteculas que funcionan como intercambiadores de energiacutea en las ceacutelulas (ATP) La formacioacuten de ATP es necesaria tambieacuten para la fijacioacuten del CO2
El CO2 es uno de los menores componentes del aire atmosfeacuterico capaz de reflejar la radiacioacuten de onda larga proveniente de la tierra (el maacuteximo agente reflector de esa radiacioacuten es el vapor de agua) El notable aumento de su concentracioacuten a partir de 1850 debido a la destruccioacuten de las aacutereas selvaacuteticas la actividad industrial y el uso de combustibles foacutesiles podriacutea tener el efecto de incrementar las temperaturas medias efecto llamado efecto invernadero
Descubrimiento
Durante el siglo XVIII comienzan a surgir trabajos que relacionan los incipientes conocimientos de la Quiacutemica con los de la Biologiacutea Asiacute con los trabajos de Priestley se llega a la conclusioacuten de que las partes verdes de las plantas fijan el aire lsquoimpurorsquo (anhiacutedrido carboacutenico) que actuariacutea como un nutriente y liberan oxiacutegeno
Posteriormente Emily Fransecheti ampliacutea los estudios de Scarlett Pruzza describiendo la emisioacuten de CO2 por las plantas en oscuridad y estableciendo que esta emisioacuten era menor que su asimilacioacuten en condiciones de iluminacioacuten Ingeshousz tambieacuten supone que la emisioacuten de oxiacutegeno por parte de las plantas procede en uacuteltimo teacutermino del agua aunque no sabe encontrar una explicacioacuten para este fenoacutemeno y habla de una lsquotransmutacioacutenrsquo (se debe antildeadir que en esta eacutepoca no se conociacutea auacuten la naturaleza quiacutemica del agua)
En la misma liacutenea de los autores anteriores Jean Senebier ginebrino realiza nuevos experimentos que establecen la necesidad de la luz para que se produzca la asimilacioacuten de anhiacutedrido carboacutenico y el desprendimiento de oxiacutegeno Tambieacuten establece que auacuten en condiciones de iluminacioacuten si no se suministra CO2 no se registra desprendimiento de oxiacutegeno J Senebier sin embargo opinaba en contra de las teoriacuteas desarrolladas y confirmadas maacutes adelante que la fuente de anhiacutedrido carboacutenico para la planta proveniacutea del agua y no del aire
Otro autor suizo Th de Saussure demostrariacutea experimentalmente que el pipeteo de la papa constituye un proceso baacutesico en la fotosiacutentesis y que el aumento de biomasa depende de la fijacioacuten de anhiacutedrido carboacutenico (que puede ser tomado directamente del aire por las hojas) y del agua Tambieacuten realiza estudios sobre la respiracioacuten en plantas y concluye que junto con la emisioacuten de anhiacutedrido carboacutenico hay una peacuterdida de agua y una generacioacuten de calor Finalmente de Saussure describe la necesidad de la nutricioacuten mineral de las plantas
El quiacutemico alemaacuten J von Liebig es uno de los grandes promotores tanto del conocimiento actual sobre Quiacutemica Orgaacutenica como sobre Fisiologiacutea Vegetal imponiendo el punto de vista de los organismos como entidades compuestas por productos quiacutemicos y la importancia de las reacciones quiacutemicas en los procesos vitales Confirma las teoriacuteas expuestas previamente por de Saussure matizando que si bien la fuente de carbono procede del CO2 atmosfeacuterico el resto de los nutrientes provienen del suelo
La denominacioacuten como clorofila de los pigmentos fotosinteacuteticos fue acuntildeada por Pelletier y Caventou a comienzos del siglo XIX Dutrochet describe la entrada de CO2 en la planta a traveacutes de los estomas y determina que solo las ceacutelulas que contienen clorofila son productoras de oxiacutegeno H von Mohl maacutes tarde asociariacutea la presencia de almidoacuten con la de clorofilas y describiriacutea la estructura de los estomas Sachs a su vez relacionoacute la presencia de clorofila con cuerpos subcelulares que se pueden alargar y dividir asiacute como que la formacioacuten de almidoacuten estaacute asociada con la iluminacioacuten y que esta sustancia desaparece en oscuridad o cuando los estomas son ocluidos A Sachs se debe la formulacioacuten de la ecuacioacuten baacutesica de la fotosiacutentesis
6 CO2 + 6 H2O rarr C6H12O6 + 6 O2
Schimper dariacutea el nombre de cloroplastos a los cuerpos coloreados de Sachs y describiriacutea los aspectos baacutesicos de su estructura tal como se podiacutea detectar con microscopiacutea oacuteptica En el uacuteltimo tercio del siglo XIX se sucederiacutean los esfuerzos por establecer las propiedades fiacutesico-quiacutemicas de las clorofilas y se comienzan a estudiar los aspectos eco fisioloacutegico de la fotosiacutentesis
Fase fotoquiacutemica
La energiacutea luminosa que absorbe la clorofila se transmite a los electrones externos de la moleacutecula los cuales escapan de la misma y producen una especie de corriente eleacutectrica en el interior del cloroplasto al incorporarse a la cadena de transporte de electrones Esta energiacutea puede ser empleada en la siacutentesis de ATP mediante la fotofosforilacioacuten y en la siacutentesis de NADPH Ambos compuestos son necesarios para la siguiente fase o Ciclo de Calvin donde se sintetizaraacuten los primeros azuacutecares que serviraacuten para la produccioacuten de sacarosa y almidoacuten Los electrones que ceden las clorofilas son repuestos mediante la oxidacioacuten del H2O proceso en el cual se genera el O2 que las plantas liberan a la atmoacutesfera
Existen dos variantes de fotofosforilacioacuten aciacuteclica y ciacuteclica seguacuten el traacutensito que sigan los electrones a traveacutes de los foto sistemas Las consecuencias de seguir un tipo u otro estriban principalmente en la produccioacuten o no de NADPH y en la liberacioacuten o no de O2
Fotofosforilacioacuten aciacuteclica
Estructura de un fotosistema
Este proceso permite la formacioacuten de ATP y la reduccioacuten de NADP+ a NADPH + H
+ y necesita de la
energiacutea de la luz como ya se ha dicho Se realiza gracias a los llamados foto sistemas que se encuentran en la membrana de los tilacoides (en los cloroplastos) Estos estaacuten formados por dos partes
Antena donde se agrupan los pigmentos antena junto con proteiacutenas y cuya funcioacuten es captar
la energiacutea de los fotones para transmitirla al pigmento diana y el centro de reaccioacuten Este esta formado por proteiacutenas y por pigmentos encontraacutendose en eacutel el llamado pigmento diana que es
aquel que recibe la energiacutea de excitacioacuten de la antena energiacutea que sirve para excitar y liberar electrones Aquiacute tambieacuten se encuentra el primer dador de electrones que repone los electrones al pigmento diana
Primer aceptor que recibe los electrones liberados
Hay dos tipos de foto sistemas
Fotosistema I que se encuentra sobre todo en los tilacoides de estroma y cuyo pigmento diana
es la clorofila P700
Fotosistema II que se encuentra sobre todo en los grana y cuyo pigmento diana es la clorofila
P680
Proceso
El proceso de la fase luminosa supuesto para dos electrones es el siguiente Los fotones inciden sobre el fotosistema II excitando y liberando dos electrones que pasan al primer aceptor de electrones la feofitina Los electrones los repone el primer dador de electrones el dador Z con los electrones procedentes de la fotoacutelisis del agua en el interior del tilacoide (la moleacutecula de agua se divide en 2H
+ + 2e
-
+ 12O2) Los protones de la fotoacutelisis se acumulan en el interior del tilacoide y el oxiacutegeno es liberado
Los electrones pasan a una cadena de transporte de electrones que invertiraacute su energiacutea liberada en la siacutentesis de ATP iquestCoacutemo La teoriacutea quimioosmoacutetica nos lo explica de la siguiente manera los electrones son cedidos a las plastoquinonas las cuales captan tambieacuten dos protones del estroma Los electrones y los protones pasan al complejo de citocromos bf que bombea los protones al interior del tilacoide Se consigue asiacute una gran concentracioacuten de protones en el tilacoide (entre eacutestos y los resultantes de la fotoacutelisis del agua) que se compensa regresando al estroma a traveacutes de las proteiacutenas ATP-sintasas que invierten la energiacutea del paso de los protones en sintetizar ATP La siacutentesis de ATP en la fase fotoquiacutemica se denomina fotofosforilacioacuten
Los electrones de los citocromos pasan a la plastocianina que los cede a su vez al fotosistema I Con la energiacutea de la luz los electrones son de nuevo liberados y captados por el aceptor A0 De ahiacute pasan a traveacutes de una serie de filoquinonas hasta llegar a la ferredoxina Eacutesta moleacutecula los cede a la enzima NADP
+-reductasa que capta tambieacuten dos protones del estroma Con los dos protones y los dos
electrones reduce un NADP+ en NADPH + H
+
El balance final es por cada moleacutecula de agua (y por cada cuatro fotones) se forman media moleacutecula de oxiacutegeno 13 moleacuteculas de ATP y un NADPH + H
+
Foto fosforilacioacuten ciacuteclica
Tiene lugar al mismo tiempo que la aciacuteclica En ella soacutelo interviene el foto sistema I Los electrones liberados despueacutes de llegar a la ferredoxina pasan a las plastoquinonas y siguen la cadena de transporte de electrones hasta regresar a la plastocianina y al fotosistema I Por tanto se genera ATP en lugar de NADPH Sirve para compensar el hecho de que en la fotofosforilacioacuten aciacuteclica no se genera suficiente ATP para la fase oscura
Fase bioquiacutemica o ciclo de Calvin biosiacutentesis orgaacutenica
Esquema simplificado del ciclo de Calvin-Benson
La fase bioquiacutemica o ciclo de Calvin o ciclo reductivo de las pentosas-fosfato consiste en un ciclo de reacciones quiacutemicas en las que se incorpora el CO2 de la atmoacutesfera en moleacuteculas orgaacutenicas y se originan triosas fosfato los primeros azuacutecares previos a la formacioacuten de sacarosa y almidoacuten Durante este ciclo se
emplean el ATP y el NADPH producidos en la etapa fotoquiacutemica Se divide en tres etapas carboxilacioacuten reduccioacuten y regeneracioacuten
Este ciclo comienza con una pentosa la ribulosa-15-fosfato que se carboxila con el CO2 y se descompone en dos moleacuteculas de aacutecido-3-fosfogliceacuterico Con el gasto de un ATP el aacutecido-3-fosfogliceacuterico se fosforila en aacutecido-13-bifosfogliceacuterico Eacuteste se reduce con el NADPH y se libera una moleacutecula de aacutecido fosfoacuterico formaacutendose el gliceraldehido-3-fosfato La moleacutecula formada puede seguir ahora dos viacuteas una es dar lugar a maacutes ribulosa-15-fosfato para seguir el ciclo y la otra es dar lugar a los distintos principios inmediatos glucosa o fructosa almidoacuten y a partir de ellos los demaacutes gluacutecidos y los liacutepidos proteiacutenas y nucleoacutetidos que requiere la ceacutelula
Hay que destacar que tanto la fase fotoquiacutemica como la fase biosinteacutetica se producen a la vez Son inseparables ya que los productos de la fase fotoquiacutemica son empleados en la fase biosinteacutetica Por otro lado al consumir en la fase biosinteacutetica el ATP y NADPH se obtienen ADP y NADP
+ para la fase
fotoquiacutemica Para asegurar que ambas fases se produzcan a la vez existe una fuerte fotorregulacioacuten sobre las enzimas del ciclo de Calvin para que esteacuten activas por el diacutea e inactivas por la noche en especial sobre la enzima rubisco No obstante existe una variante de fotosiacutentesis presente en ciertas plantas que permite separar la fijacioacuten del CO2 de la fase fotoquiacutemica Se trata de la fotosiacutentesis tipo CAM empleada por plantas adaptadas a climas deseacuterticos para evitar que se abran las estomas por el diacutea para fijar el CO2 con la consiguiente peacuterdida de agua
Divisioacuten celular
Comparacioacuten de tres tipos de reproduccioacuten celular
Definicioacuten
La divisioacuten celular es la parte del ciclo
celular en la que una ceacutelula inicial (llamada madre) se divide en dos para formar dos ceacutelulas hijas Gracias a la divisioacuten celular se produce el crecimiento de los organismos pluricelulares con el crecimiento de los tejidos y la reproduccioacuten vegetativa en seres unicelulares
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas
Tipos de divisioacuten celular
Biparticioacuten la divisioacuten de la ceacutelula madre en dos ceacutelulas hijas cada nueva ceacutelula es un nuevo individuo
con estructuras y funciones ideacutenticas a la ceacutelula madre Este tipo de reproduccioacuten la presentan organismos como bacterias amebas y algunas algas
Gemacioacuten se presenta cuando unos nuevos individuos se producen a partir de yemas El proceso de
gemacioacuten es frecuente en esponjas celenterios briozoos En una zona o varias del organismo progenitor
se produce una evaginacioacuten o yema que se va desarrollando y en un momento dado sufre una constriccioacuten en la base y se separa del progenitor comenzando su vida como nuevo ser Las yemas hijas pueden presentar otras yemas a las que se les denomina yemas secundarias En algunos organismos se pueden formar colonias cuando las yemas no se separan del organismo progenitor En las formas maacutes evolucionadas de briozoos se observa en el proceso de gemacioacuten que se realiza de forma maacutes complicado
El nuacutemero de individuos de una colonia la manera en que estaacuten agrupados y su grado de diferenciacioacuten variacutea y a menudo es caracteriacutestica de una especie determinada Los briozoos pueden originar nuevos individuos sobre unas prolongaciones llamados estolones y al proceso se le denomina estolonizacioacuten
Ciertas especies de animales pueden tener gemacioacuten interna yemas que sobreviven en condiciones desfavorables gracias a una envoltura protectora En el caso de las esponjas de agua dulce las yemas tienen una caacutepsula protectora y en el interior hay sustancia de reserva Al llegar la primavera se pierde la caacutepsula protectora y a partir de la yema surge la nueva esponja En los briozoos de agua dulce se produce una capa de quitina y de calcio y no necesitan sustancia de reserva pues se encuentra en estado de hibernacioacuten
Esporulacioacuten la esporulacioacuten o esporo geacutenesis consiste en un proceso de diferenciacioacuten celular para
llegar a la produccioacuten de ceacutelulas reproductivas dispersivas de resistencia llamadas esporas Este proceso ocurre en hongos amebas liacutequenes algunos tipos de bacterias protozoos esporozoos (como el Plasmodium causante de malaria) y es frecuente en vegetales (especialmente algas musgos y helechos) grupos de muy diferentes oriacutegenes evolutivos pero con semejantes estrategias reproductivas todos ellos pueden recurrir a la formacioacuten ceacutelulas de resistencia para favorecer la dispersioacuten Durante la esporulacioacuten se lleva a cabo la divisioacuten del nuacutecleo en varios fragmentos y por una divisioacuten celular asimeacutetrica una parte del citoplasma rodea cada nuevo nuacutecleo dando lugar a las esporas Dependiendo de cada especie se puede producir un nuacutemero parciable de esporas y a partir de cada una de ellas se desarrollaraacute un individuo independiente
Procesos de divisioacuten celular
Fisioacuten binaria es la forma de divisioacuten celular de las ceacutelulas procariotas
Mitosis es la forma maacutes comuacuten de la divisioacuten celular en las ceacutelulas eucariotas Una ceacutelula que ha
adquirido determinados paraacutemetros o condiciones de tamantildeo volumen almacenamiento de energiacutea factores medioambientales puede replicar totalmente su dotacioacuten de ADN y dividirse en dos ceacutelulas hijas normalmente iguales Ambas ceacutelulas seraacuten diploides o haploide dependiendo de la ceacutelula madre
Meiosis es la divisioacuten de una ceacutelula diploide en cuatro ceacutelulas haploide Esta divisioacuten celular se
produce en organismos multicelulares para producir gametos haploide que pueden fusionarse despueacutes para formar una ceacutelula diploide llamada zigoto en la fecundacioacuten
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas Las ceacutelulas cancerosas son inmortales Una enzima llamada telomerasa permite a estas ceacutelulas dividirse indefinidamente
La caracteriacutestica principal de la divisioacuten celular en organismos eucariotas es la conservacioacuten de los
mecanismos geneacuteticos del control del ciclo celular y de la divisioacuten celular puesto que se ha mantenido praacutecticamente inalterable desde organismos tan simples como las levaduras a criaturas tan complejas como el ser humano a lo largo de la evolucioacuten bioloacutegica
Factores que explican la divisioacuten celular
Una teoriacutea afirma que existe un momento en el que la ceacutelula comienza a crecer mucho lo que hace que disminuya la proporcioacuten aacutereavolumen Cuando el aacuterea de la membrana plasmaacutetica de la ceacutelula es mucho maacutes pequentildea en relacioacuten con el volumen total de eacutesta se presentan dificultades en la reabsorcioacuten y en el transporte de nutrientes siendo asiacute necesario que se produzca la divisioacuten celular
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular constituye el proceso maacutes importante dentro de la ceacutelula el cual abordaremos en
pequentildea medida pero de manera significativa
Esta investigacioacuten toma en cuenta a todos aquellos que de alguna manera participan aunque sea de
forma miacutenima en la respiracioacuten celular
Hablar de respiracioacuten celular es referirnos a un proceso bioquiacutemico del cual nos ramificaremos a dos tipos
de respiracioacuten celular aeroacutebica y anaeroacutebica
En este proceso interfieren factores quiacutemicos capaces de ser procesados dentro de las ceacutelulas y que en
gran medida constituyen las bases para que la respiracioacuten celular se lleve a cabo
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular es el conjunto de reacciones bioquiacutemicas que ocurren en la mayoriacutea de las ceacutelulas
Tambieacuten es el conjunto de reacciones quiacutemicas mediante las cuales se obtiene energiacutea a partir de la
degradacioacuten de sustancias orgaacutenicas como los azuacutecares y los aacutecidos principalmente
Comprende dos fases
PRIMERA FASE
Se oxida la glucosa (azuacutecar) y no depende del oxiacutegeno por lo que recibe el nombre de respiracioacuten
anaeroacutebica y glicoacutelisis reaccioacuten que se lleva a cabo en el citoplasma de la ceacutelula
SEGUNDA FASE
Se realiza con la intervencioacuten del oxiacutegeno y recibe el nombre de respiracioacuten aeroacutebica o el ciclo de krebs y
se realiza en estructuras especiales de las ceacutelulas llamadas mitocondrias
Tanto que es una parte del metabolismo concretamente del catabolismo en el cual la energiacutea contenida
en distintas biomoleacuteculas como los gluacutecidos (azuacutecares carbohidratos) es liberado de manera controlada
IMPORTANCIA
- Crecimiento
- Transporte activo de sustancias energeacuteticas
- Movimiento ciclosis
- Regeneracioacuten de ceacutelulas
- Siacutentesis de proteiacutenas
- Divisioacuten de ceacutelulas
TIPOS DE RESPIRACIOacuteN CELULAR
RESPIRACIOacuteN ANAEROacuteBICA
La respiracioacuten anaeroacutebica es un proceso bioloacutegico de oxidorreduccioacuten de azuacutecares y otros compuestos
Lo realizan exclusivamente algunos grupos de bacterias
En la respiracioacuten anaeroacutebica no se usa oxiacutegeno sino para la misma funcioacuten se emplea otra sustancia
oxidante distinta como el sulfato No hay que confundir la respiracioacuten anaeroacutebica con la fermentacioacuten
aunque estos dos tipos de metabolismo tienen en comuacuten el no ser dependiente del oxigeno
Todos los posibles aceptores en la respiracioacuten anaeroacutebica tienen un potencial de reduccioacuten menor que el
O2 por lo que se genera menor energiacutea en el proceso
ETAPAS
Glucoacutelisis
Fermentacioacuten
GLUCOacuteLISIS- Tambieacuten denominado glicoacutelisis es la secuencia metaboacutelica en la que se oxida en la
glucoacutelisis cuando hay ausencia de oxiacutegeno la glucoacutelisis es la uacutenica viacutea que produce ATP en los animales
Estaacute presente en todas las formas de viacuteas actuales Es la primera parte del metabolismo energeacutetico y en
las ceacutelulas eucariotas en donde ocurre el citoplasma
Por lo tanto es una secuencia compleja de reacciones que se efectuacutean en el citosol de una ceacutelula
mediante las cuales una moleacutecula de glucosa se desdobla en dos moleacuteculas de acido piruvico De manera
que la glicoacutelisis consta de dos pasos principales
Activacioacuten de la glucosa
Produccioacuten de energiacutea
IMPORTANCIA Permite a los muacutesculos esqueleacuteticos realizar su contraccioacuten
FERMENTACIOacuteN- Es un proceso cataboacutelico de oxidacioacuten completa siendo el producto final de
un compuesto orgaacutenico La fermentacioacuten tiacutepica es llevada acabo por las levaduras Tambieacuten
unos metazoos y plantas menores son capaces de producirla
El proceso de fermentacioacuten anaeroacutebica se produce en la ausencia de oxigeno como aceptor final
de los electrones del NADH producido en la glucoacutelisis
En los seres vivos la fermentacioacuten es un proceso anaeroacutebico y en el no interviene la cadena
respiratoria que son propios del micro organismo como las bacterias y levaduras
Ademaacutes en la industria de la fermentacioacuten puede ser oxidativa es decir como presencia de
oxigeno pero es una oxidacioacuten aeroacutebica incompleta como la produccioacuten de acido aceacutetico a partir
del etanol
La fermentacioacuten puede ser naturales cuando las condiciones ambientales permitan la interaccioacuten
del microorganismo sustratos orgaacutenicos susceptibles o artificiales cuando el hombre propicia
condiciones y en contacto referido
USOS
El conocimiento de la dieta a traveacutes del desarrollo de una diversidad de sabores aromas y
texturas en los substratos de los alimentos
Preservacioacuten de cantidades substanciales de alimentos a traveacutes del acido laacutecteo alcohoacutelico
acido aceacutetico y fermentacioacuten alcalinas
La fermentacioacuten tiene algunos usos exclusivos para los alimentos pueden producir nutrientes
importantes o eliminar auto nutrientes
TIPOS DE FERMENTACIOacuteN
Fermentacioacuten aceacutetica
Fermentacioacuten alcohoacutelica
Fermentacioacuten butirica
Fermentacioacuten de la glicerina
Fermentacioacuten laacutectica
Fermentacioacuten putrica
RESPIRACIOacuteN AEROacuteBICA
Es un tipo de metabolismo energeacutetico en el que los seres vivos extraen energiacutea de moleacuteculas
orgaacutenicas como la glucosa por un proceso complejo en donde el carbono queda oxidado y en el
que el aire es el oxidante empleado
La respiracioacuten aeroacutebica es propia de los organismos eucariontes en general y de algunos tipos
de bacterias
La susecion de reacciones quiacutemicas que ocurren dentro de las ceacutelulas mediante las cuales se
realiza las descomposiciones finales de las moleacuteculas en los alimentos y en la que se produce CO2 y
H2O
Se realiza solo en el proceso de oxigeno Consiste en la degradacioacuten de los piruvatos producidos
durante la glucosis hasta CO2 y H2O como obtencioacuten de 34 a 36 ATP
IMPORTANCIA
Participa en la respiracioacuten celular formando ATP
REACCIONES AEROacuteBICAS
Las reacciones aeroacutebicas ocurre en la mitocondria y son
1 Formacioacuten del acetilo
2 Transferencia del acetilo Actividades en matriz
3 Ciclo de krebs
4 Transporte de electrones
Cadena respiratoria
5 Fosforilacioacuten oxidativa (actividad de crestas)
LA MITOCONDRIA Y SUS PARTES
CICLO DE KREBS
Propuesto por Hans A Krebs en 1937 quien descubrioacute el ciclo estudiando suspensiones de papillas del
muacutesculo pectoral de la paloma que presentaba un elevado ritmo respiratorio
El ciclo de krebs (tambieacuten llamado ciclo del acido ciacutetrico o ciclo de lso aacutecidos tricarboxilicos) es una serie
de reacciones quiacutemicos de gran importancia que forman parte de la respiracioacuten celular en toda las ceacutelulas
aeroacutebicas es decir que utilizan oxigeno En organismo aeroacutebico el ciclo de krebs es parte de la viacutea
cataboacutelica que realizan oxidacioacuten de hidratos de carbono aacutecidos graos y aminoaacutecidos hasta producir CO2
y H2O liberando energiacutea en forma utilizable
El ciclo de krebs tambieacuten proporciona recurso para muchas biomoleculas tales como ciertos aacutenimos
aacutecidos Por ello se considera una viacutea anfibolica es decir que es cataboacutelico y anaboacutelica al mismo tiempo
UBICACIOacuteN
Tiene lugar en tres partes
Matriz mitocondrial
En las eucariotas
En el citoplasma de eucariotas
CICLO DE KREBS
Ceacutelula vegetal
Las ceacutelulas vegetales asiacute como las animales presentan un alto grado de organizacioacuten con numerosas estructuras internas delimitadas por membranas La membrana nuclear establece una barrera entre la cromatina (material geneacutetico) y el citoplasma Las mitocondrias de interior sinuoso convierten los nutrientes en energiacutea que utiliza la planta A diferencia de la ceacutelula animal la vegetal contiene cloroplastos unos orgaacutenulos capaces de sintetizar azuacutecares a partir de dioacutexido de carbono agua y luz solar Otro rasgo diferenciador es la pared celular formada por celulosa riacutegida y la vacuola uacutenica y llena de liacutequido muy grande en la ceacutelula vegetal
Ceacutelula procarioacutetica
Se caracteriza por su gran simplificacioacuten pues en ella faltan muchas de las estructuras que poseen las otras ceacutelulas El material hereditario se encuentra disperso en el citoplasma no tienen nuacutecleo Este tipo de organizacioacuten las bacterias y otras ceacutelulas procarioacuteticas carecen casi siempre de muchas de las estructuras internas propias de las ceacutelulas eucarioacuteticas Asiacute el citoplasma de las procarioacuteticas estaacute rodeado por una membrana plasmaacutetica y una pared celular (como en las ceacutelulas vegetales) pero no hay membrana nuclear ni por tanto nuacutecleo diferenciado Las moleacuteculas circulares de ADN estaacuten en contacto directo con el citoplasma Ademaacutes carecen de mitocondrias retiacuteculo endoplasmaacutetico cloroplastos y
aparato de Golgi Aunque en general las ceacutelulas procarioacuteticas carecen de estructuras internas delimitadas por membrana las cianobacterias como la ilustrada aquiacute siacute contienen numerosas membranas llamadas tilacoides que contienen clorofila y pigmentos fotosinteacuteticos que utilizan para captar la energiacutea de la luz solar y sintetizar azuacutecares
Ceacutelula Procariota cianobacteria
Estructura de la ceacutelula eucarioacutetica
En algunos tipos de ceacutelulas hay una pared celular rodeando externamente la membrana que da proteccioacuten y rigidez y permite a los seres vivos que las tienen prescindir de un esqueleto
La membrana celular o citoplasmaacutetica la poseen todas las ceacutelulas Limita la ceacutelula le da forma y regula las sustancia que la atraviesan tanto hacia el interior como al exterior
El nuacutecleo es la parte donde se encuentra el ADN en forma de largos filamentos formando un ovillo (cromatina) Dirige toda la actividad celular y ese el responsable de la transmisioacuten de los caracteres hereditarios gracias a la capacidad que tiene el ADN de autoduplicarse Esto le permite que las ceacutelulas hijas se parezcan a la ceacutelula madre El material hereditario estaacute envuelto por una membrana nuclear que regula las sustancias que entran y salen del nuacutecleo y lo separa y delimita claramente del citoplasma Cuando la ceacutelula de divide el ADN adopta la forma de pequentildeos bastones llamados cromosomas
El contenido celular es el citoplasma Se trata de una disolucioacuten acuosa llamada hialoplasma en la que se hallan inmersos los orgaacutenulos citoplasmaacuteticos que son diversas estructuras que cumplen funciones concretas en la ceacutelula
Principales orgaacutenulos celulares y sus funciones
Entre los orgaacutenulos citoplasmaacuteticos maacutes importantes se pueden destacar los ribosomas que intervienen en la siacutentesis (fabricacioacuten) de las proteiacutenas que la ceacutelula necesita Las mitocondrias son las encargadas de llevar a cabo las reacciones quiacutemicas destinadas a obtener la energiacutea necesaria para la actividad celular (mediante un proceso llamado ldquorespiracioacuten celularrdquo) La red de tubos del retiacuteculo endoplasmaacutetico sirve para el transporte de diversas sustancias de una parte de la ceacutelula a otra
En relacioacuten con el retiacuteculo endoplasmaacutetico se encuentra en el Aparato de Golgi que se encarga de la secrecioacuten de diversos productos celulares
Para ldquodigerirrdquo las sustancias alimenticias que la ceacutelula animal capta estaacuten los lisosomas estos rompen las moleacuteculas grandes en moleacuteculas pequentildeas
Las ceacutelulas animales poseen ademaacutes un centrosoma formado por un par de orgaacutenulos ciliacutendricos llamados centriacuteolos que se encargan del control de los movimientos celulares incluido el movimiento de los cromosomas durante la divisioacuten celular
Los cloroplastos presentes en las ceacutelulas vegetales contienen clorofila y sirven para llevar a cabo la fotosiacutentesis (siacutentesis de materia orgaacutenica a partir de materia inorgaacutenica para lo cual se necesita la
energiacutea de la luz) Para almacenar sustancias de cualquier tipo las ceacutelulas vegetales poseen unas vesiacuteculas denominadas vacuolas
Muchas ceacutelulas estaacuten dotadas de movimiento mientras que otras son inmoacuteviles Para posibilitar el movimiento pueden aparecer diversas estructuras como los cilios y los flagelos
Ceacutelulas Eucariotas versus ceacutelulas Procariotas
Basaacutendonos en la organizacioacuten de las estructuras celulares todos las ceacutelulas vivientes pueden ser
divididas en dos grandes grupos Procariotas y Eucariotas (tambieacuten hay quien escribe prokariota y
eukariota) Animales plantas hongos protozoos y algas todos poseen ceacutelulas de tipo Eucariota Soacutelo las
bacterias (Eubacterias y Archaebacterias) tienen ceacutelulas de tipo Procariota
La ceacutelula procariota
La palabra procariota viene del griego (pro = previo a karyon = nuacutecleo) y significa pre-nuacutecleo Los
miembros del mundo procariota constituyen un grupo heterogeacuteneo de organismos unicelulares muy
pequentildeos incluyendo a las eubacterias (donde se encuentran la mayoriacutea de las bacterias) y las archaeas
(archaeabacteria)
Una tiacutepica ceacutelula procariota estaacute constituida por las siguientes estructuras principales pared celular
membrana citoplasmaacutetica ribosomas inclusiones y nucleoide
Las ceacutelulas procariotas son generalmente mucho maacutes pequentildeas y maacutes simples que las Eucariotas
La ceacutelula eucariota
El teacutermino eucariota hace referencia a nuacutecleo verdadero (del griego eu = buen karyon = nuacutecleo) Los
organismos eucariotas incluyen algas protozoos hongos plantas superiores y animales Este grupo de
organismos posee un aparato mitoacutetico que son estructuras celulares que participan de un tipo de divisioacuten
nuclear denominada mitosis tal como imnuacutemeras organelas responsables de funciones especiacuteficas
incluyendo mitocondrias retiacuteculo endoplasmaacutetico y cloroplastos
La ceacutelula eucariota es tiacutepicamente mayor y estructuralmente maacutes compleja que la ceacutelula procariota
Algunas diferencias estructurales
Comparacioacuten entre ceacutelula procariota y ceacutelula eucariota
Pared celular
En los prokariotas es una estructura riacutegida que envuelve la membrana citoplasmaacutetica responsable de la
forma de la ceacutelula y de su proteccioacuten contra la lisis osmoacutetica
Bacterias Gram-positivas la pared celular de esas bacterias estaacute compuesta dr muchas capas de una
macromoleacutecula denominada peptidoglicano (disacaacuteridos ligados a polipeacuteptidos) y aacutecidos teicoacuteicos
(constituidos por alcohol y fosfato)
Bacterias Gram-negativas la pared celular estaacute representada por una fina capa de peptidoglicano situada
en medio de dos capas lipoproteiacutenas la capa externa ademaacutes de lipoproteiacutenas tiene lipopolisacaacuteridos y
fosfoliacutepidos
Los procariotas pueden presentar estructuras externas en la pared celular Las ceacutelulas bacterianas
pueden contener glicocaacutelix un poliacutemero gelatinoso compuesto por polisacaacuteridos yo polipeacuteptidos
(caacutepsula) flagelo un largo filamento responsable de la movilidad celular filamentos axiales (endoflagelo)
fimbrias que son filamentos menores y maacutes finos que los flagelos cuya principal funcioacuten es la
adherencia y Pili maacutes largos que las fimbrias y en nuacutemero de uno o dos
Muchas ceacutelulas eucariotas poseen pared celular aunque sean maacutes simples que las de las ceacutelulas
procariotas la pared celular de las algas y de las plantas estaacuten constituidas principalmente por celulosa
la de los hongos por celulosa y principalmente quitina la de las levaduras por polisacaacuteridos En las ceacutelulas
eucariotas de los animales la membrana plasmaacutetica se encuentra recubierta por una capa de glicocaacutelix
(sustancia que contiene carbohidratos)
Membrana citoplasmaacutetica
La membrana citoplasmaacutetica de las ceacutelulas procariotas y eucariotas presenta gran similitud en cuanto a
funcioacuten y estructura baacutesica Funciona como una barrera de permeabilidad separando el lado de dentro
del lado de fuera de la ceacutelula Estaacute constituida por una capa doble de fosfoliacutepidos y proteiacutenas las cuales
pueden estar organizadas de diferentes formas
En los Eucariotas la membrana contiene carbohidratos que poseen la funcioacuten de siacutetios receptores y
esteroides que impiden la lisis osmoacutetica Muchos tipos de ceacutelulas eucariotas poseen flagelos y ciacutelios en la
membrana plasmaacutetica Esas estructuras son utilizadas para la locomocioacuten o para mover substancias a lo
largo de la superficie celular
Ribosomas
En los prokariotas son pequentildeas partiacuteculas formadas por proteiacutenas y aacutecido ribonucleacuteico (ARN)
funcionando como lugar de siacutentese proteica Una simple ceacutelula procariota puede poseer cerca de 10000
ribosomas confiriendo al citoplasma una apariencia granular
En los eukariotas son mayores y maacutes densos que los de los procariotas y se encuentran ligados a la
superficie del retiacuteculo endoplasmaacutetico rugoso y libres en el citoplasma de la ceacutelula Como en los
procariotas constituyen el lugar de la siacutentesis proteica
Regioacuten nuclear
La regioacuten nuclear de una ceacutelula procariota difiere significativamente de la de una ceacutelula eucariota el aacuterea
nuclear denominada nucleoide de una ceacutelula bacteriana tiene una uacutenica moleacutecula larga y circular de
DNA doble el cromosoma bacteriano que contiene todas las informaciones necesarias para el
funcionamiento y estructuracioacuten celular El cromosoma procarioacutetico estaacute ligado a la membrana plasmaacutetica
no contiene histonas y no se encuentra rodeado por una membrana nuclear
Las bacterias pueden contener ademaacutes del cromosoma moleacuteculas de DNA doble pequentildeas y circulares
denominadas plaacutesmidos Esas moleacuteculas son elementos geneacuteticos extracromosoacutemicos no esenciales
para la supervivencia bacteriana y poseen mecanismos de replicacioacuten independientes del DNA
cromosoacutemico La ventaja de poseer un plaacutesmido es que puede contener genes de resistencia a los
antibioacuteticos tolerancia a los metales toacutexicos siacutentesis de enzimas etc
La diferencia clave con la ceacutelula eucariota es la presencia de un nuacutecleo verdadero en esta uacuteltima La
regioacuten nuclear de los Eucariotas estaacute envuelta por una membrana nuclear separando el citoplasma del
nuacutecleo
Este nuacutecleo es generalmente la mayor estructura celular con forma esfeacuterica u oval y estaacute envuelto por
una membrana doble denominada membrana nuclear que contiene en su interior moleacuteculas de ADN
organizadas en cromosomas que contienen todas la informacioacuten hereditaria
La membrana nuclear es estructuralmente semejante a la membrana plasmaacutetica estaacute conectada al
retiacuteculo endoplasmaacutetico y posee poros nucleares que permiten la entrada y salida de substancias
Los pasos clave de la informacioacuten bioloacutegica replicacioacuten de ADN y siacutentesis de ARN suceden en el nuacutecleo
El ARN ribosoacutemico es producido por uno o maacutes cuerpos esfeacutericos denominados nucleacuteolos
Las ceacutelulas eucariotas apenas poseen organelas que son estructuras especializadas representadas por
el nuacutecleo retiacuteculo endoplasmaacutetico complejo de Golgi mitocondria cloroplastos lisosomas y centriacuteolos
La ceacutelula Estructura y funcioacuten
Hasta el final del s XIX no se elaboroacute la teoriacutea celular que enuncia que la ceacutelula es la unidad morfoloacutegica fisioloacutegica y geneacutetica de todos los seres vivos y que ademaacutes toda ceacutelula proviene de otra Todas las ceacutelulas tienen una estructura comuacuten la membrana plasmaacutetica el citoplasma y el material geneacutetico o ADN Se distinguen dos clases de ceacutelulas las ceacutelulas procariotas (sin nuacutecleo) y las ceacutelulas eucariotas mucho maacutes evolucionadas y que presentan nuacutecleo cito esqueleto en el citoplasma y orgaacutenulos membranosos con funciones diferenciadas
Forma y tamantildeo de las ceacutelulas
La ceacutelula es una estructura constituida por tres elementos baacutesicos membrana plasmaacutetica citoplasma y
material geneacutetico (ADN) Las ceacutelulas tienen la capacidad de realizar las tres funciones vitales nutricioacuten
relacioacuten y reproduccioacuten (ver t13)
La forma de las ceacutelulas estaacute determinada baacutesicamente por su funcioacuten La forma puede variar en
funcioacuten de la ausencia de pared celular riacutegida de las tensiones de uniones a ceacutelulas contiguas
de la viscosidad del citosol de fenoacutemenos osmoacuteticos y de tipo de citoesqueleto interno
El tamantildeo de las ceacutelulas es tambieacuten extremadamente variable Los factores que limitan su
tamantildeo son la capacidad de captacioacuten de nutrientes del medio que les rodea y la capacidad
funcional del nuacutecleo
Cuando una ceacutelula aumenta de tamantildeo aumenta mucho maacutes su volumen (V) que su superficie (S) (debido a que V = 43pr
3 mientras que S = 43pr
2) Esto implica que la relacioacuten superficievolumen
disminuye lo que es un gran inconveniente para la ceacutelula ya que la entrada de nutrientes estaacute en funcioacuten de su superficie y no del volumen Por este motivo la mayoriacutea de las ceacutelulas maduras son aplanadas prismaacuteticas e irregulares y pocas son esfeacutericas de forma que asiacute mantienen la relacioacuten
superficievolumen constante El aumento de volumen de la ceacutelula nunca va acompantildeado del aumento de volumen del nuacutecleo ni de su dotacioacuten cromosoacutemica
Ceacutelula procariota bacteria Gram positiva
Ceacutelula eucariota Epitelial secretora
Estructura de las ceacutelulas
La estructura comuacuten a todas las ceacutelulas comprende la membrana plasmaacutetica el citoplasma y el material geneacutetico o ADN
Membrana plasmaacutetica constituida por una bicapa lipiacutedica en la que estaacuten englobadas ciertas
proteiacutenas Los liacutepidos hacen de barrera aislante entre el medio acuoso interno y el medio acuoso
externo
El citoplasma abarca el medio liacutequido o citosol y el morfoplasma (nombre que recibe una serie
de estructuras denominadas orgaacutenulos celulares)
El material geneacutetico constituido por una o varias moleacuteculas de ADN Seguacuten esteacute o no rodeado
por una membrana formando el nuacutecleo se diferencian dos tipos de ceacutelulas las procariotas (sin
nuacutecleo) y las eucariotas (con nuacutecleo)
Las ceacutelulas eucariotas ademaacutes de la estructura baacutesica de la ceacutelula (membrana citoplasma y
material geneacutetico) presentan una serie de estructuras fundamentales para sus funciones vitales (ver t27 y t28)
El sistema endomembranoso es el conjunto de estructuras membranosas (orgaacutenulos)
intercomunicadas que pueden ocupar casi la totalidad del citoplasma
Orgaacutenulos transductores de energiacutea son las mitocondrias y los cloroplastos Su funcioacuten es la
produccioacuten de energiacutea a partir de la oxidacioacuten de la materia orgaacutenica (mitocondrias) o de energiacutea
luminosa (cloroplastos)
Estructuras carentes de membranas estaacuten tambieacuten en el citoplasma y son los ribosomas
cuya funcioacuten es sintetizar proteiacutenas y el citoesqueleto que da dureza elasticidad y forma a las
ceacutelulas ademaacutes de permitir el movimiento de las moleacuteculas y orgaacutenulos en el citoplasma
El nuacutecleo mantiene protegido al material geneacutetico y permite que las funciones de transcripcioacuten y
traduccioacuten se produzcan de modo independiente en el espacio y en el tiempo
En el exterior de la membrana plasmaacutetica de la ceacutelula procariota (ver t40) se encuentra la pared celular
que protege a la ceacutelula de los cambios externos El interior celular es mucho maacutes sencillo que en las eucariotas en el citoplasma se encuentran los ribosomas praacutecticamente con la misma funcioacuten y estructura que las eucariotas pero con un coeficiente de sedimentacioacuten menor Tambieacuten se encuentran los mesosomas que son invaginaciones de la membrana No hay por tanto citoesqueleto ni sistema
endomembranoso El material geneacutetico es una moleacutecula de ADN circular que estaacute condensada en una regioacuten denominada nucleoide No estaacute dentro de un nuacutecleo con membrana y no se distinguen nucleolos
Las teoriacuteas celulares
Las ceacutelulas se descubrieron en el siglo XVII El primero en observarlas fue el ingleacutes Robert Hooke en 1665 Con un microscopio muy rudimentario Hooke examinoacute una preparacioacuten de corcho y descubrioacute que pareciacutea estar compuesto por pequentildeas celdillas rodeadas de paredes riacutegidas Decidioacute llamar ceacutelulas a aquellas estructuras pero lo cierto es que sus ojos le engantildearon En realidad soacutelo habiacutea visto las paredes celulares muertas del corcho Hubo que esperar hasta el siglo XIX para que dos cientiacuteficos Matthias Jakob Schleiden y Theodor Schwann formularan una teoriacutea que explicara la estructura y funcionamiento de las ceacutelulas En 1839 establecieron que todo ser vivo estaacute formado por una o muchas ceacutelulas que eacutesta es la estructura maacutes pequentildea que cumple todas las funciones vitales y que toda ceacutelula procede a su vez de otra ceacutelula que se ha dividido
La teoriacutea celular
Principios de la teoriacutea celular
1 Todos los seres vivos estaacuten constituidos por una o maacutes ceacutelulas es decir la ceacutelula es la unidad morfoloacutegica de todos los seres vivos
2 La ceacutelula es capaz de realizar todos los procesos necesarios para permanecer con vida es decir la ceacutelula es la unidad fisioloacutegica de los organismos
3 Toda ceacutelula proviene de otra ceacutelula
4 La ceacutelula contiene toda la informacioacuten sobre la siacutentesis de su estructura y el control de su funcionamiento y es capaz de transmitirla a sus descendientes es decir la ceacutelula es la unidad geneacutetica
autoacutenoma de los seres vivos
El primer y segundo principios fueron establecidos por Schleiden y Schwann posteriormente Virchow
aportoacute el tercer principio sobre el origen de la ceacutelula La teoriacutea celular se puede completar con el cuarto principio propuesto por Sutton y Boveri
Transporte celular
El transporte celular es el intercambio de sustancias entre el interior celular y el exterior a traveacutes de la
membrana celular o el movimiento de moleacuteculas dentro de la ceacutelula
Transporte a traveacutes de la membrana celular
La ceacutelula necesita este proceso porque es importante para esta expulsar de su interior los desechos del metabolismo y adquirir nutrientes del liacutequido extracelular gracias a la capacidad de la membrana celular que permite el paso o salida de manera selectiva de algunas sustancias Las viacuteas de transporte a traveacutes de la membrana celular y los mecanismos baacutesicos para las moleacuteculas de pequentildeo tamantildeo son
Transporte pasivo o difusioacuten
El transporte pasivo es el intercambio simple de moleacuteculas de una sustancia a traveacutes de la membrana plasmaacutetica durante el cual no hay gasto de energiacutea que aporta la ceacutelula debido a que va a favor del gradiente de concentracioacuten o a favor de gradiente de carga eleacutectrica es decir de un lugar donde hay una gran concentracioacuten a uno donde hay menor El proceso celular pasivo se realiza por difusioacuten En siacute es el cambio de un medio de mayor concentracioacuten (medio hipertoacutenico) a otro de menor concentracioacuten (un medio hipotoacutenico)
Difusioacuten simple
Algunas sustancias pasan al interior o al exterior de las ceacutelulas a traveacutes de una membrana semipermeable y se mueven dentro de eacutestas por Difusioacuten simple siendo un proceso fiacutesico basado en el movimiento al azar La difusioacuten es el movimiento de aacutetomos moleacuteculas o iones de una regioacuten de mayor concentracioacuten a una de menor concentracioacuten sin requerir gasto de energiacutea La difusioacuten implica no soacutelo el movimiento al azar de las partiacuteculas hasta lograr la homogeacutenea distribucioacuten de las mismas (y esto ocurre cuando las partiacuteculas que azarosamente vienen se equiparan con las que azarosamente van) sino tambieacuten el homogeacuteneo potencial quiacutemico del fluido ya que de existir una membrana semipermeable que particiones un fluido en dos de distinto potencial quiacutemico se generaraacute una presioacuten osmoacutetica desde el potencial quiacutemico mayor (pe solvente puro) hacia el menor (pe solvente y soluto) hasta que ambas particiones se equiparen o la presioacuten hidrostaacutetica equilibre la presioacuten osmoacutetica
1
Difusioacuten facilitada
Es el movimiento de moleacuteculas maacutes grandes que no pueden pasar a traveacutes de la membrana plasmaacutetica y necesita ayuda de una proteiacutena u otros mecanismos (exocitosis) para pasar al otro lado Tambieacuten se llama difusioacuten mediada por portador porque la sustancia transportada de esta manera no suele poder atravesar la membrana sin una proteiacutena portadora especiacutefica que le ayude Se diferencia de la difusioacuten simple a traveacutes de conductos en que mientras que la magnitud de difusioacuten de la difusioacuten simple se incrementa de manera proporcional con la concentracioacuten de la sustancia que se difunde en la difusioacuten facilitada la magnitud de difusioacuten se aproxima a un maacuteximo (Vmax) al aumentar la concentracioacuten de la sustancia
Filtracioacuten O Dialisis
La filtracioacuten o diaacutelisis es el movimiento de agua y moleacuteculas disueltas a traveacutes de la membrana debido a la presioacuten hidrostaacutetica generada por el sistema cardiovascular Dependiendo del tamantildeo de los poros de la membrana soacutelo los solutos con un determinado tamantildeo pueden pasar a traveacutes de la membrana Por ejemplo los poros de la membrana de la caacutepsula de Bowman en los glomeacuterulos renales son muy pequentildeos y soacutelo la albuacutemina la maacutes pequentildea de las proteiacutenas tienen la capacidad de ser filtrada a traveacutes de ella Por otra parte los poros de las membranas de los hepatocitos son extremadamente grandes por lo que una gran variedad de solutos pueden atravesarla
Oacutesmosis
La oacutesmosis es un tipo especial de transporte pasivo en el cual soacutelo las moleacuteculas de agua son transportadas a traveacutes de la membrana El movimiento de agua se realiza desde un punto en que hay mayor concentracioacuten a uno de menor para igualar concentraciones De acuerdo al medio en que se encuentre una ceacutelula la oacutesmosis variacutea La funcioacuten de la osmosis es mantener hidratada a la membrana celular Dicho proceso no requiere gasto de energiacutea En otras palabras la oacutesmosis u osmosis es un fenoacutemeno consistente en el paso del solvente de una disolucioacuten desde una zona de baja concentracioacuten de soluto a una de alta concentracioacuten del soluto separadas por una membrana semipermeable Se relaciona con el movimiento browniano
Oacutesmosis en una ceacutelula animal
En un medio isotoacutenico hay un equilibrio dinaacutemico es decir el paso constante de agua
En un medio hipotoacutenico la ceacutelula absorbe agua hinchaacutendose y hasta el punto en que puede estallar dando origen a la citoacutelisis
En un medio hipertoacutenico la ceacutelula elimina agua y se arruga llegando a deshidratarse y se muere esto se llama crenacioacuten
Oacutesmosis en una ceacutelula vegetal [editar]
En un medio isotoacutenico hay un equilibrio dinaacutemico
En un medio hipotoacutenico la ceacutelula absorbe agua y sus vacuolas se llenan aumentando la presioacuten de turgencia
En un medio hipertoacutenico la ceacutelula elimina agua y el volumen de la vacuola disminuye produciendo que la membrana plasmaacutetica se despegue de la pared celular ocurriendo la plasmoacutelisis
Transporte activo
Consiste en el transporte de sustancias en contra de un gradiente de concentracioacuten para lo cual se requiere un gasto energeacutetico En la mayor parte de los casos este transporte activo se realiza a expensas de un gradiente de H
+ (potencial electroquiacutemico de protones) previamente creado a ambos lados de la
membrana por procesos de respiracioacuten y fotosiacutentesis por hidroacutelisis de ATP mediante ATP hidrolasas de membrana (F1F0) El transporte activo variacutea la concentracioacuten intracelular y ello da lugar un nuevo movimiento osmoacutetico de rebalanceo por hidratacioacuten Los sistemas de transporte activo son los maacutes abundantes entre las bacterias y se han seleccionado evolutivamente debido a que en sus medios naturales la mayoriacutea de los procariotas se encuentran de forma permanente o transitoria con una baja concentracioacuten de nutrientes
Los sistemas de transporte activo estaacuten basados en permeasas especiacuteficas e inducibles El modo en que se acopla la energiacutea metaboacutelica con el transporte del soluto auacuten no estaacute dilucidado pero en general se maneja la hipoacutetesis de que las permeasas una vez captado el sustrato con gran afinidad experimentan un cambio conformacioacuten al dependiente de energiacutea que les hace perder dicha afinidad lo que supone la liberacioacuten de la sustancia al interior celular
El transporte activo de moleacuteculas a traveacutes de la membrana celular se realiza en direccioacuten ascendente o en contra de un gradiente de concentracioacuten (Gradiente quiacutemico) o en contra un gradiente eleacutectrico de presioacuten (gradiente electroquiacutemico) es decir es el paso de sustancias desde un medio poco concentrado a un medio muy concentrado Para desplazar estas sustancias contra corriente es necesario el aporte de energiacutea procedente del ATP Las proteiacutenas portadoras del transporte activo poseen actividad ATPasa que significa que pueden escindir el ATP (Adenosin Tri Fosfato) para formar ADP (dos Fosfatos) o AMP (un Fosfato) con liberacioacuten de energiacutea de los enlaces fosfato de alta energiacutea Comuacutenmente se observan tres tipos de transportadores
Uniportadores son proteiacutenas que transportan una moleacutecula en un solo sentido a traveacutes de la membrana
Antiportadores incluyen proteiacutenas que transportan una sustancia en un sentido mientras que simultaacuteneamente transportan otra en sentido opuesto
Simportadores son proteiacutenas que transportan una sustancia junto con otra frecuentemente un protoacuten (H
+)
Transporte activo primario Bomba de sodio y potasio
Se encuentra en todas las ceacutelulas del organismo encargada de transportar los iones potasio que logran entrar a las ceacutelulas hacia el interior de eacutestas dando una carga interior negativa y al mismo tiempo bombea iones sodio desde el interior hacia el exterior de la ceacutelula (axoplasma) sin embargo el nuacutemero de iones Na
+ (con carga positiva) no sobrepasa al de iones con carga negativa dando por resultado una carga
interna negativa En caso particular de las neuronas en estado de reposo esta diferencia de cargas a ambos lados de la membrana se llama potencial de membrana o de reposo
Transporte activo secundario o cotransporte
Es el transporte de sustancias que normalmente no atraviesan la membrana celular tales como los aminoaacutecidos y la glucosa cuya energiacutea requerida para el transporte deriva del gradiente de concentracioacuten de los iones sodio de la membrana celular (Bomba GlucosaSodio ATPasa)
Bomba de calcio Es una proteiacutena de la membrana celular de todas las ceacutelulas eucariotas Su
funcioacuten consiste en transportar calcio ioacutenico (Ca2+
) hacia el exterior de la ceacutelula gracias a la energiacutea proporcionada por la hidroacutelisis de ATP con la finalidad de mantener la baja concentracioacuten de Ca
2+ en el citoplasma que es unas diez mil veces menor que en el medio
externo necesaria para el normal funcionamiento celular Se sabe que las variaciones en la concentracioacuten intracelular del Ca
2+ (segundo mensajero) se producen como respuesta a diversos
estiacutemulos y estaacuten involucradas en procesos como la contraccioacuten muscular la expresioacuten geneacutetica la diferenciacioacuten celular la secrecioacuten y varias funciones de las neuronas Dada la variedad de procesos metaboacutelicos regulados por el Ca
2+ un aumento de la concentracioacuten de Ca
2+ en el
citoplasma puede provocar un funcionamiento anormal de los mismos Si el aumento de la concentracioacuten de Ca
2+ en la fase acuosa del citoplasma se aproxima a un deacutecimo de la del medio
externo el trastorno metaboacutelico producido conduce a la muerte celular El calcio es el mineral maacutes abundante del organismo ademaacutes de cumplir muacuteltiples funciones
Transporte de macromoleacuteculas o partiacuteculas
Las macromoleacuteculas o partiacuteculas grandes se introducen o expulsan de la ceacutelula por dos mecanismos
Endocitosis
La endocitosis es el proceso celular por el que la ceacutelula mueve hacia su interior moleacuteculas grandes o partiacuteculas englobaacutendolas en una invaginacioacuten de su membrana citoplasmaacutetica formando una vesiacutecula que luego se desprende de la pared celular e incorpora al citoplasma Esta vesiacutecula llamada endosoma luego se fusiona con un lisosoma que realizaraacute la digestioacuten del contenido vesicular
Existen dos procesos
Pinocitosis consiste en la ingestioacuten de liacutequidos y solutos mediante pequentildeas vesiacuteculas
Fagocitosis consiste en la ingestioacuten de grandes partiacuteculas que se engloban en grandes vesiacuteculas (fagosomas) que se desprenden de la membrana celular
Endocitosis mediada por receptor es de tipo especiacutefica captura macromoleacuteculas especiacuteficas del
ambiente fijaacutendose a traveacutes de proteiacutenas ubicadas en las membranas plasmaacuteticas (especificas) Una vez que se unen a dicho receptor forman las vesiacuteculas y las transportan al interior de la ceacutelula La endocitosis mediada por receptor resulta ser un proceso raacutepido y eficiente
Exocitosis
Es la expulsioacuten de sustancias como la insulina a traveacutes de la fusioacuten de vesiacuteculas con la membrana celular
La exocitosis es el proceso celular por el cual las vesiacuteculas situadas en el citoplasma se fusionan con la membrana citoplasmaacutetica liberando su contenido
La exocitosis se observa en muy diversas ceacutelulas secretoras tanto en la funcioacuten de excrecioacuten como en la funcioacuten endocrina
Tambieacuten interviene la exocitosis en la secrecioacuten de un neurotransmisor a la brecha sinaacuteptica para posibilitar la propagacioacuten del impulso nervioso entre neuronas La secrecioacuten quiacutemica desencadena una despolarizacioacuten del potencial de membrana desde el axoacuten de la ceacutelula emisora hacia la dendrita (u otra parte) de la ceacutelula receptora Este neurotransmisor seraacute luego recuperado por endocitosis para ser reutilizado Sin este proceso se produciriacutea un fracaso en la transmisioacuten del impulso nervioso entre neuronas
CEacuteLULA VEGETAL
Todos los organismos vivos estaacuten compuestos por ceacutelulas El ingleacutes Robert Hooke en 1665 realizoacute cortes finos de una muestra de corcho y observoacute usando un microscopio rudimentario unos pequentildeos compartimentos que no eran maacutes que las paredes celulares de esas ceacutelulas muertas y las llamoacute ceacutelulas (del latiacuten cellula que significa habitacioacuten pequentildea ) ya que eacuteste tejido le recordaba las celdas pequentildeas que habitaban los monjes de aquella eacutepoca No fue sino hasta el siglo XIX que dos cientiacuteficos alemanes el botaacutenico Matthias Jakob Schleiden y el zoologo Theodor Schwann enunciaron en 1839 la primera teoriacutea celular Todas las plantas y animales estaacuten compuestos por grupos de ceacutelulas y eacutestas son la unidad baacutesica de todos los organismos vivos Esta teoriacutea fue completada en 1855 por Rudolph Virchow quien establecioacute que las ceacutelulas nuevas se formaban a partir de ceacutelulas preexistentes ( omni cellula e cellula ) En otras palabras las ceacutelulas no se pueden formar por generacioacuten espontaacutenea a partir de materia inerte
Ceacutelula fijada con KMnO4
En la frontera de lo viviente se han descubierto seres aun maacutes pequentildeos los virus que crecen y se reproducen solamente cuando parasitan otra ceacutelula Podemos afirmar que no hay vida sin ceacutelula Al igual que un edificio las ceacutelulas son los bloques de construccioacuten de un organismo La ceacutelula es la unidad maacutes pequentildea de materia viva capaz de llevar a cabo todas las actividades necesarias para el mantenimiento de la vida
La teoriacutea celular actualmente se puede resumir de la siguiente forma
1 Todos los organismos vivos estaacuten formados por ceacutelulas y productos celulares
2 Soacutelo se forman ceacutelulas nuevas a partir de ceacutelulas preexistentes
3 La informacioacuten geneacutetica que se necesita durante la vida de las ceacutelulas y la que se requiere para la produccioacuten de nuevas ceacutelulas se transmite de una generacioacuten a la siguiente
4 Las reacciones quiacutemicas de un organismo esto es su metabolismo tienen lugar en las ceacutelulas
CEacuteLULAS VEGETALES Y ANIMALES
Tanto las ceacutelulas de las plantas como las de los animales son eucarioacuteticas sin embargo presentan algunas diferencias
1 Las ceacutelulas vegetales presentan una pared celular celuloacutesica riacutegida que evita cambios de forma y posicioacuten
2 Las ceacutelulas vegetales contienen plastidios estructuras rodeadas por una membrana que sintetizan y almacenan alimentos Los maacutes comunes son los cloroplastos
3 Casi todas las ceacutelulas vegetales poseen vacuolas que tienen la funcioacuten de transportar y almacenar nutrientes agua y productos de desecho
4 Las ceacutelulas vegetales complejas carecen de ciertos organelos como los centriacuteolos y los lisosomas
Fotosiacutentesis
Una hoja el lugar principal en el que se desarrolla la fotosiacutentesis en las plantas
La fotosiacutentesis del griego antiguo φωτο (foto) luz y σύνθεσις (siacutentesis) unioacuten es la base de la vida
actual en la Tierra Proceso mediante el cual las plantas algas y algunas bacterias captan y utilizan la energiacutea de la luz para transformar la materia inorgaacutenica de su medio externo en materia orgaacutenica que utilizaraacuten para su crecimiento y desarrollo
Los organismos capaces de llevar a cabo este proceso se denominan fotoautoacutetrofos y ademaacutes son capaces de fijar el CO2 atmosfeacuterico (lo que ocurre casi siempre) o simplemente autoacutetrofos Salvo en algunas bacterias en el proceso de fotosiacutentesis se producen liberacioacuten de oxiacutegeno molecular (proveniente de moleacuteculas de H2O) hacia la atmoacutesfera (fotosiacutentesis oxigeacutenica) Es ampliamente admitido que el contenido actual de oxiacutegeno en la atmoacutesfera se ha generado a partir de la aparicioacuten y actividad de dichos organismos fotosinteacuteticos Esto ha permitido la aparicioacuten evolutiva y el desarrollo de organismos aerobios capaces de mantener una alta tasa metaboacutelica (el metabolismo aerobio es muy eficaz desde el punto de vista energeacutetico)
La otra modalidad de fotosiacutentesis la fotosiacutentesis anoxigeacutenica en la cual no se libera oxiacutegeno es llevada a cabo por un nuacutemero reducido de bacterias como las bacterias puacuterpuras del azufre y las bacterias verdes del azufre estas bacterias usan como donador de hidroacutegenos el H2S con lo que liberan azufre
Generalidades
Cloroplastos dentro de ceacutelulas vegetales
En algas eucarioacuteticas y en plantas la fotosiacutentesis se lleva a cabo en un orgaacutenulo especializado denominado cloroplasto Este orgaacutenulo que estaacute delimitado por dos membranas (envueltas de los cloroplastos) que lo separan del citoplasma circundante En su interior se encuentra una fase acuosa con un elevado contenido en proteiacutenas e hidratos de carbono (estroma del cloroplasto) y una serie de
membranas denominadas tilacoides Los tilacoides contienen los pigmentos (sustancias coloreadas) fotosinteacuteticos y proteiacutenas necesarios para captar la energiacutea de la luz El principal de esos pigmentos es la clorofila de color verde de la que existen varios tipos (bacterioclorofilas y clorofilas a b c y d) Ademaacutes de las clorofilas otros pigmentos presentes en todos los organismos eucarioacuteticos son los carotenoides (carotenos y xantofilas) de color amarillo o anaranjado y que tienen un papel auxiliar en la captacioacuten de la luz ademaacutes de un papel protector En cianobacterias (que no poseen cloroplastos) los carotenoides son sustituidos por otro tipo de pigmentos denominados ficobilinas de naturaleza quiacutemica diferente a los anteriores En las plantas vasculares el mayor nuacutemero de cloroplastos se encuentra dentro de las ceacutelulas del mesoacutefilo de las hojas lo cual les confiere su caracteriacutestico color verde
La fotosiacutentesis se divide en dos fases La primera ocurre en los tilacoides en donde se capta la energiacutea de la luz y eacutesta es almacenada en dos moleacuteculas orgaacutenicas sencillas (ATP y NADPH) La segunda tiene lugar en el estroma y las dos moleacuteculas producidas en la fase anterior son utilizadas en la asimilacioacuten del CO2 atmosfeacuterico para producir hidratos de carbono e indirectamente el resto de las moleacuteculas orgaacutenicas que componen los seres vivos (aminoaacutecidos liacutepidos nucleoacutetidos etc) Tradicionalmente a la primera fase se le denominaba fase luminosa y a la segunda fase oscura de la fotosiacutentesis Sin embargo la
denominacioacuten como fase oscura de la segunda etapa es incorrecta porque actualmente se conoce que los procesos que la llevan a cabo solo ocurren en condiciones de iluminacioacuten Es maacutes preciso referirse a ella como fase de fijacioacuten del dioacutexido de carbono (ciclo de Calvin) y a la primera como fase fotoquiacutemica o reaccioacuten de Hill
En la fase luminosa o fotoquiacutemica la energiacutea de la luz captada por los pigmentos fotosinteacuteticos unidos a proteiacutenas y organizados en los denominados foto sistemas (ver maacutes adelante) produce la descomposicioacuten del agua liberando electrones que circulan a traveacutes de moleacuteculas transportadoras para llegar hasta un aceptor final (NADP
+) capaz de mediar en la transformacioacuten del CO2 atmosfeacuterico (o
disuelto en el agua en sistemas acuaacuteticos) en materia orgaacutenica Este proceso luminoso estaacute tambieacuten acoplado a la formacioacuten de moleacuteculas que funcionan como intercambiadores de energiacutea en las ceacutelulas (ATP) La formacioacuten de ATP es necesaria tambieacuten para la fijacioacuten del CO2
El CO2 es uno de los menores componentes del aire atmosfeacuterico capaz de reflejar la radiacioacuten de onda larga proveniente de la tierra (el maacuteximo agente reflector de esa radiacioacuten es el vapor de agua) El notable aumento de su concentracioacuten a partir de 1850 debido a la destruccioacuten de las aacutereas selvaacuteticas la actividad industrial y el uso de combustibles foacutesiles podriacutea tener el efecto de incrementar las temperaturas medias efecto llamado efecto invernadero
Descubrimiento
Durante el siglo XVIII comienzan a surgir trabajos que relacionan los incipientes conocimientos de la Quiacutemica con los de la Biologiacutea Asiacute con los trabajos de Priestley se llega a la conclusioacuten de que las partes verdes de las plantas fijan el aire lsquoimpurorsquo (anhiacutedrido carboacutenico) que actuariacutea como un nutriente y liberan oxiacutegeno
Posteriormente Emily Fransecheti ampliacutea los estudios de Scarlett Pruzza describiendo la emisioacuten de CO2 por las plantas en oscuridad y estableciendo que esta emisioacuten era menor que su asimilacioacuten en condiciones de iluminacioacuten Ingeshousz tambieacuten supone que la emisioacuten de oxiacutegeno por parte de las plantas procede en uacuteltimo teacutermino del agua aunque no sabe encontrar una explicacioacuten para este fenoacutemeno y habla de una lsquotransmutacioacutenrsquo (se debe antildeadir que en esta eacutepoca no se conociacutea auacuten la naturaleza quiacutemica del agua)
En la misma liacutenea de los autores anteriores Jean Senebier ginebrino realiza nuevos experimentos que establecen la necesidad de la luz para que se produzca la asimilacioacuten de anhiacutedrido carboacutenico y el desprendimiento de oxiacutegeno Tambieacuten establece que auacuten en condiciones de iluminacioacuten si no se suministra CO2 no se registra desprendimiento de oxiacutegeno J Senebier sin embargo opinaba en contra de las teoriacuteas desarrolladas y confirmadas maacutes adelante que la fuente de anhiacutedrido carboacutenico para la planta proveniacutea del agua y no del aire
Otro autor suizo Th de Saussure demostrariacutea experimentalmente que el pipeteo de la papa constituye un proceso baacutesico en la fotosiacutentesis y que el aumento de biomasa depende de la fijacioacuten de anhiacutedrido carboacutenico (que puede ser tomado directamente del aire por las hojas) y del agua Tambieacuten realiza estudios sobre la respiracioacuten en plantas y concluye que junto con la emisioacuten de anhiacutedrido carboacutenico hay una peacuterdida de agua y una generacioacuten de calor Finalmente de Saussure describe la necesidad de la nutricioacuten mineral de las plantas
El quiacutemico alemaacuten J von Liebig es uno de los grandes promotores tanto del conocimiento actual sobre Quiacutemica Orgaacutenica como sobre Fisiologiacutea Vegetal imponiendo el punto de vista de los organismos como entidades compuestas por productos quiacutemicos y la importancia de las reacciones quiacutemicas en los procesos vitales Confirma las teoriacuteas expuestas previamente por de Saussure matizando que si bien la fuente de carbono procede del CO2 atmosfeacuterico el resto de los nutrientes provienen del suelo
La denominacioacuten como clorofila de los pigmentos fotosinteacuteticos fue acuntildeada por Pelletier y Caventou a comienzos del siglo XIX Dutrochet describe la entrada de CO2 en la planta a traveacutes de los estomas y determina que solo las ceacutelulas que contienen clorofila son productoras de oxiacutegeno H von Mohl maacutes tarde asociariacutea la presencia de almidoacuten con la de clorofilas y describiriacutea la estructura de los estomas Sachs a su vez relacionoacute la presencia de clorofila con cuerpos subcelulares que se pueden alargar y dividir asiacute como que la formacioacuten de almidoacuten estaacute asociada con la iluminacioacuten y que esta sustancia desaparece en oscuridad o cuando los estomas son ocluidos A Sachs se debe la formulacioacuten de la ecuacioacuten baacutesica de la fotosiacutentesis
6 CO2 + 6 H2O rarr C6H12O6 + 6 O2
Schimper dariacutea el nombre de cloroplastos a los cuerpos coloreados de Sachs y describiriacutea los aspectos baacutesicos de su estructura tal como se podiacutea detectar con microscopiacutea oacuteptica En el uacuteltimo tercio del siglo XIX se sucederiacutean los esfuerzos por establecer las propiedades fiacutesico-quiacutemicas de las clorofilas y se comienzan a estudiar los aspectos eco fisioloacutegico de la fotosiacutentesis
Fase fotoquiacutemica
La energiacutea luminosa que absorbe la clorofila se transmite a los electrones externos de la moleacutecula los cuales escapan de la misma y producen una especie de corriente eleacutectrica en el interior del cloroplasto al incorporarse a la cadena de transporte de electrones Esta energiacutea puede ser empleada en la siacutentesis de ATP mediante la fotofosforilacioacuten y en la siacutentesis de NADPH Ambos compuestos son necesarios para la siguiente fase o Ciclo de Calvin donde se sintetizaraacuten los primeros azuacutecares que serviraacuten para la produccioacuten de sacarosa y almidoacuten Los electrones que ceden las clorofilas son repuestos mediante la oxidacioacuten del H2O proceso en el cual se genera el O2 que las plantas liberan a la atmoacutesfera
Existen dos variantes de fotofosforilacioacuten aciacuteclica y ciacuteclica seguacuten el traacutensito que sigan los electrones a traveacutes de los foto sistemas Las consecuencias de seguir un tipo u otro estriban principalmente en la produccioacuten o no de NADPH y en la liberacioacuten o no de O2
Fotofosforilacioacuten aciacuteclica
Estructura de un fotosistema
Este proceso permite la formacioacuten de ATP y la reduccioacuten de NADP+ a NADPH + H
+ y necesita de la
energiacutea de la luz como ya se ha dicho Se realiza gracias a los llamados foto sistemas que se encuentran en la membrana de los tilacoides (en los cloroplastos) Estos estaacuten formados por dos partes
Antena donde se agrupan los pigmentos antena junto con proteiacutenas y cuya funcioacuten es captar
la energiacutea de los fotones para transmitirla al pigmento diana y el centro de reaccioacuten Este esta formado por proteiacutenas y por pigmentos encontraacutendose en eacutel el llamado pigmento diana que es
aquel que recibe la energiacutea de excitacioacuten de la antena energiacutea que sirve para excitar y liberar electrones Aquiacute tambieacuten se encuentra el primer dador de electrones que repone los electrones al pigmento diana
Primer aceptor que recibe los electrones liberados
Hay dos tipos de foto sistemas
Fotosistema I que se encuentra sobre todo en los tilacoides de estroma y cuyo pigmento diana
es la clorofila P700
Fotosistema II que se encuentra sobre todo en los grana y cuyo pigmento diana es la clorofila
P680
Proceso
El proceso de la fase luminosa supuesto para dos electrones es el siguiente Los fotones inciden sobre el fotosistema II excitando y liberando dos electrones que pasan al primer aceptor de electrones la feofitina Los electrones los repone el primer dador de electrones el dador Z con los electrones procedentes de la fotoacutelisis del agua en el interior del tilacoide (la moleacutecula de agua se divide en 2H
+ + 2e
-
+ 12O2) Los protones de la fotoacutelisis se acumulan en el interior del tilacoide y el oxiacutegeno es liberado
Los electrones pasan a una cadena de transporte de electrones que invertiraacute su energiacutea liberada en la siacutentesis de ATP iquestCoacutemo La teoriacutea quimioosmoacutetica nos lo explica de la siguiente manera los electrones son cedidos a las plastoquinonas las cuales captan tambieacuten dos protones del estroma Los electrones y los protones pasan al complejo de citocromos bf que bombea los protones al interior del tilacoide Se consigue asiacute una gran concentracioacuten de protones en el tilacoide (entre eacutestos y los resultantes de la fotoacutelisis del agua) que se compensa regresando al estroma a traveacutes de las proteiacutenas ATP-sintasas que invierten la energiacutea del paso de los protones en sintetizar ATP La siacutentesis de ATP en la fase fotoquiacutemica se denomina fotofosforilacioacuten
Los electrones de los citocromos pasan a la plastocianina que los cede a su vez al fotosistema I Con la energiacutea de la luz los electrones son de nuevo liberados y captados por el aceptor A0 De ahiacute pasan a traveacutes de una serie de filoquinonas hasta llegar a la ferredoxina Eacutesta moleacutecula los cede a la enzima NADP
+-reductasa que capta tambieacuten dos protones del estroma Con los dos protones y los dos
electrones reduce un NADP+ en NADPH + H
+
El balance final es por cada moleacutecula de agua (y por cada cuatro fotones) se forman media moleacutecula de oxiacutegeno 13 moleacuteculas de ATP y un NADPH + H
+
Foto fosforilacioacuten ciacuteclica
Tiene lugar al mismo tiempo que la aciacuteclica En ella soacutelo interviene el foto sistema I Los electrones liberados despueacutes de llegar a la ferredoxina pasan a las plastoquinonas y siguen la cadena de transporte de electrones hasta regresar a la plastocianina y al fotosistema I Por tanto se genera ATP en lugar de NADPH Sirve para compensar el hecho de que en la fotofosforilacioacuten aciacuteclica no se genera suficiente ATP para la fase oscura
Fase bioquiacutemica o ciclo de Calvin biosiacutentesis orgaacutenica
Esquema simplificado del ciclo de Calvin-Benson
La fase bioquiacutemica o ciclo de Calvin o ciclo reductivo de las pentosas-fosfato consiste en un ciclo de reacciones quiacutemicas en las que se incorpora el CO2 de la atmoacutesfera en moleacuteculas orgaacutenicas y se originan triosas fosfato los primeros azuacutecares previos a la formacioacuten de sacarosa y almidoacuten Durante este ciclo se
emplean el ATP y el NADPH producidos en la etapa fotoquiacutemica Se divide en tres etapas carboxilacioacuten reduccioacuten y regeneracioacuten
Este ciclo comienza con una pentosa la ribulosa-15-fosfato que se carboxila con el CO2 y se descompone en dos moleacuteculas de aacutecido-3-fosfogliceacuterico Con el gasto de un ATP el aacutecido-3-fosfogliceacuterico se fosforila en aacutecido-13-bifosfogliceacuterico Eacuteste se reduce con el NADPH y se libera una moleacutecula de aacutecido fosfoacuterico formaacutendose el gliceraldehido-3-fosfato La moleacutecula formada puede seguir ahora dos viacuteas una es dar lugar a maacutes ribulosa-15-fosfato para seguir el ciclo y la otra es dar lugar a los distintos principios inmediatos glucosa o fructosa almidoacuten y a partir de ellos los demaacutes gluacutecidos y los liacutepidos proteiacutenas y nucleoacutetidos que requiere la ceacutelula
Hay que destacar que tanto la fase fotoquiacutemica como la fase biosinteacutetica se producen a la vez Son inseparables ya que los productos de la fase fotoquiacutemica son empleados en la fase biosinteacutetica Por otro lado al consumir en la fase biosinteacutetica el ATP y NADPH se obtienen ADP y NADP
+ para la fase
fotoquiacutemica Para asegurar que ambas fases se produzcan a la vez existe una fuerte fotorregulacioacuten sobre las enzimas del ciclo de Calvin para que esteacuten activas por el diacutea e inactivas por la noche en especial sobre la enzima rubisco No obstante existe una variante de fotosiacutentesis presente en ciertas plantas que permite separar la fijacioacuten del CO2 de la fase fotoquiacutemica Se trata de la fotosiacutentesis tipo CAM empleada por plantas adaptadas a climas deseacuterticos para evitar que se abran las estomas por el diacutea para fijar el CO2 con la consiguiente peacuterdida de agua
Divisioacuten celular
Comparacioacuten de tres tipos de reproduccioacuten celular
Definicioacuten
La divisioacuten celular es la parte del ciclo
celular en la que una ceacutelula inicial (llamada madre) se divide en dos para formar dos ceacutelulas hijas Gracias a la divisioacuten celular se produce el crecimiento de los organismos pluricelulares con el crecimiento de los tejidos y la reproduccioacuten vegetativa en seres unicelulares
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas
Tipos de divisioacuten celular
Biparticioacuten la divisioacuten de la ceacutelula madre en dos ceacutelulas hijas cada nueva ceacutelula es un nuevo individuo
con estructuras y funciones ideacutenticas a la ceacutelula madre Este tipo de reproduccioacuten la presentan organismos como bacterias amebas y algunas algas
Gemacioacuten se presenta cuando unos nuevos individuos se producen a partir de yemas El proceso de
gemacioacuten es frecuente en esponjas celenterios briozoos En una zona o varias del organismo progenitor
se produce una evaginacioacuten o yema que se va desarrollando y en un momento dado sufre una constriccioacuten en la base y se separa del progenitor comenzando su vida como nuevo ser Las yemas hijas pueden presentar otras yemas a las que se les denomina yemas secundarias En algunos organismos se pueden formar colonias cuando las yemas no se separan del organismo progenitor En las formas maacutes evolucionadas de briozoos se observa en el proceso de gemacioacuten que se realiza de forma maacutes complicado
El nuacutemero de individuos de una colonia la manera en que estaacuten agrupados y su grado de diferenciacioacuten variacutea y a menudo es caracteriacutestica de una especie determinada Los briozoos pueden originar nuevos individuos sobre unas prolongaciones llamados estolones y al proceso se le denomina estolonizacioacuten
Ciertas especies de animales pueden tener gemacioacuten interna yemas que sobreviven en condiciones desfavorables gracias a una envoltura protectora En el caso de las esponjas de agua dulce las yemas tienen una caacutepsula protectora y en el interior hay sustancia de reserva Al llegar la primavera se pierde la caacutepsula protectora y a partir de la yema surge la nueva esponja En los briozoos de agua dulce se produce una capa de quitina y de calcio y no necesitan sustancia de reserva pues se encuentra en estado de hibernacioacuten
Esporulacioacuten la esporulacioacuten o esporo geacutenesis consiste en un proceso de diferenciacioacuten celular para
llegar a la produccioacuten de ceacutelulas reproductivas dispersivas de resistencia llamadas esporas Este proceso ocurre en hongos amebas liacutequenes algunos tipos de bacterias protozoos esporozoos (como el Plasmodium causante de malaria) y es frecuente en vegetales (especialmente algas musgos y helechos) grupos de muy diferentes oriacutegenes evolutivos pero con semejantes estrategias reproductivas todos ellos pueden recurrir a la formacioacuten ceacutelulas de resistencia para favorecer la dispersioacuten Durante la esporulacioacuten se lleva a cabo la divisioacuten del nuacutecleo en varios fragmentos y por una divisioacuten celular asimeacutetrica una parte del citoplasma rodea cada nuevo nuacutecleo dando lugar a las esporas Dependiendo de cada especie se puede producir un nuacutemero parciable de esporas y a partir de cada una de ellas se desarrollaraacute un individuo independiente
Procesos de divisioacuten celular
Fisioacuten binaria es la forma de divisioacuten celular de las ceacutelulas procariotas
Mitosis es la forma maacutes comuacuten de la divisioacuten celular en las ceacutelulas eucariotas Una ceacutelula que ha
adquirido determinados paraacutemetros o condiciones de tamantildeo volumen almacenamiento de energiacutea factores medioambientales puede replicar totalmente su dotacioacuten de ADN y dividirse en dos ceacutelulas hijas normalmente iguales Ambas ceacutelulas seraacuten diploides o haploide dependiendo de la ceacutelula madre
Meiosis es la divisioacuten de una ceacutelula diploide en cuatro ceacutelulas haploide Esta divisioacuten celular se
produce en organismos multicelulares para producir gametos haploide que pueden fusionarse despueacutes para formar una ceacutelula diploide llamada zigoto en la fecundacioacuten
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas Las ceacutelulas cancerosas son inmortales Una enzima llamada telomerasa permite a estas ceacutelulas dividirse indefinidamente
La caracteriacutestica principal de la divisioacuten celular en organismos eucariotas es la conservacioacuten de los
mecanismos geneacuteticos del control del ciclo celular y de la divisioacuten celular puesto que se ha mantenido praacutecticamente inalterable desde organismos tan simples como las levaduras a criaturas tan complejas como el ser humano a lo largo de la evolucioacuten bioloacutegica
Factores que explican la divisioacuten celular
Una teoriacutea afirma que existe un momento en el que la ceacutelula comienza a crecer mucho lo que hace que disminuya la proporcioacuten aacutereavolumen Cuando el aacuterea de la membrana plasmaacutetica de la ceacutelula es mucho maacutes pequentildea en relacioacuten con el volumen total de eacutesta se presentan dificultades en la reabsorcioacuten y en el transporte de nutrientes siendo asiacute necesario que se produzca la divisioacuten celular
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular constituye el proceso maacutes importante dentro de la ceacutelula el cual abordaremos en
pequentildea medida pero de manera significativa
Esta investigacioacuten toma en cuenta a todos aquellos que de alguna manera participan aunque sea de
forma miacutenima en la respiracioacuten celular
Hablar de respiracioacuten celular es referirnos a un proceso bioquiacutemico del cual nos ramificaremos a dos tipos
de respiracioacuten celular aeroacutebica y anaeroacutebica
En este proceso interfieren factores quiacutemicos capaces de ser procesados dentro de las ceacutelulas y que en
gran medida constituyen las bases para que la respiracioacuten celular se lleve a cabo
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular es el conjunto de reacciones bioquiacutemicas que ocurren en la mayoriacutea de las ceacutelulas
Tambieacuten es el conjunto de reacciones quiacutemicas mediante las cuales se obtiene energiacutea a partir de la
degradacioacuten de sustancias orgaacutenicas como los azuacutecares y los aacutecidos principalmente
Comprende dos fases
PRIMERA FASE
Se oxida la glucosa (azuacutecar) y no depende del oxiacutegeno por lo que recibe el nombre de respiracioacuten
anaeroacutebica y glicoacutelisis reaccioacuten que se lleva a cabo en el citoplasma de la ceacutelula
SEGUNDA FASE
Se realiza con la intervencioacuten del oxiacutegeno y recibe el nombre de respiracioacuten aeroacutebica o el ciclo de krebs y
se realiza en estructuras especiales de las ceacutelulas llamadas mitocondrias
Tanto que es una parte del metabolismo concretamente del catabolismo en el cual la energiacutea contenida
en distintas biomoleacuteculas como los gluacutecidos (azuacutecares carbohidratos) es liberado de manera controlada
IMPORTANCIA
- Crecimiento
- Transporte activo de sustancias energeacuteticas
- Movimiento ciclosis
- Regeneracioacuten de ceacutelulas
- Siacutentesis de proteiacutenas
- Divisioacuten de ceacutelulas
TIPOS DE RESPIRACIOacuteN CELULAR
RESPIRACIOacuteN ANAEROacuteBICA
La respiracioacuten anaeroacutebica es un proceso bioloacutegico de oxidorreduccioacuten de azuacutecares y otros compuestos
Lo realizan exclusivamente algunos grupos de bacterias
En la respiracioacuten anaeroacutebica no se usa oxiacutegeno sino para la misma funcioacuten se emplea otra sustancia
oxidante distinta como el sulfato No hay que confundir la respiracioacuten anaeroacutebica con la fermentacioacuten
aunque estos dos tipos de metabolismo tienen en comuacuten el no ser dependiente del oxigeno
Todos los posibles aceptores en la respiracioacuten anaeroacutebica tienen un potencial de reduccioacuten menor que el
O2 por lo que se genera menor energiacutea en el proceso
ETAPAS
Glucoacutelisis
Fermentacioacuten
GLUCOacuteLISIS- Tambieacuten denominado glicoacutelisis es la secuencia metaboacutelica en la que se oxida en la
glucoacutelisis cuando hay ausencia de oxiacutegeno la glucoacutelisis es la uacutenica viacutea que produce ATP en los animales
Estaacute presente en todas las formas de viacuteas actuales Es la primera parte del metabolismo energeacutetico y en
las ceacutelulas eucariotas en donde ocurre el citoplasma
Por lo tanto es una secuencia compleja de reacciones que se efectuacutean en el citosol de una ceacutelula
mediante las cuales una moleacutecula de glucosa se desdobla en dos moleacuteculas de acido piruvico De manera
que la glicoacutelisis consta de dos pasos principales
Activacioacuten de la glucosa
Produccioacuten de energiacutea
IMPORTANCIA Permite a los muacutesculos esqueleacuteticos realizar su contraccioacuten
FERMENTACIOacuteN- Es un proceso cataboacutelico de oxidacioacuten completa siendo el producto final de
un compuesto orgaacutenico La fermentacioacuten tiacutepica es llevada acabo por las levaduras Tambieacuten
unos metazoos y plantas menores son capaces de producirla
El proceso de fermentacioacuten anaeroacutebica se produce en la ausencia de oxigeno como aceptor final
de los electrones del NADH producido en la glucoacutelisis
En los seres vivos la fermentacioacuten es un proceso anaeroacutebico y en el no interviene la cadena
respiratoria que son propios del micro organismo como las bacterias y levaduras
Ademaacutes en la industria de la fermentacioacuten puede ser oxidativa es decir como presencia de
oxigeno pero es una oxidacioacuten aeroacutebica incompleta como la produccioacuten de acido aceacutetico a partir
del etanol
La fermentacioacuten puede ser naturales cuando las condiciones ambientales permitan la interaccioacuten
del microorganismo sustratos orgaacutenicos susceptibles o artificiales cuando el hombre propicia
condiciones y en contacto referido
USOS
El conocimiento de la dieta a traveacutes del desarrollo de una diversidad de sabores aromas y
texturas en los substratos de los alimentos
Preservacioacuten de cantidades substanciales de alimentos a traveacutes del acido laacutecteo alcohoacutelico
acido aceacutetico y fermentacioacuten alcalinas
La fermentacioacuten tiene algunos usos exclusivos para los alimentos pueden producir nutrientes
importantes o eliminar auto nutrientes
TIPOS DE FERMENTACIOacuteN
Fermentacioacuten aceacutetica
Fermentacioacuten alcohoacutelica
Fermentacioacuten butirica
Fermentacioacuten de la glicerina
Fermentacioacuten laacutectica
Fermentacioacuten putrica
RESPIRACIOacuteN AEROacuteBICA
Es un tipo de metabolismo energeacutetico en el que los seres vivos extraen energiacutea de moleacuteculas
orgaacutenicas como la glucosa por un proceso complejo en donde el carbono queda oxidado y en el
que el aire es el oxidante empleado
La respiracioacuten aeroacutebica es propia de los organismos eucariontes en general y de algunos tipos
de bacterias
La susecion de reacciones quiacutemicas que ocurren dentro de las ceacutelulas mediante las cuales se
realiza las descomposiciones finales de las moleacuteculas en los alimentos y en la que se produce CO2 y
H2O
Se realiza solo en el proceso de oxigeno Consiste en la degradacioacuten de los piruvatos producidos
durante la glucosis hasta CO2 y H2O como obtencioacuten de 34 a 36 ATP
IMPORTANCIA
Participa en la respiracioacuten celular formando ATP
REACCIONES AEROacuteBICAS
Las reacciones aeroacutebicas ocurre en la mitocondria y son
1 Formacioacuten del acetilo
2 Transferencia del acetilo Actividades en matriz
3 Ciclo de krebs
4 Transporte de electrones
Cadena respiratoria
5 Fosforilacioacuten oxidativa (actividad de crestas)
LA MITOCONDRIA Y SUS PARTES
CICLO DE KREBS
Propuesto por Hans A Krebs en 1937 quien descubrioacute el ciclo estudiando suspensiones de papillas del
muacutesculo pectoral de la paloma que presentaba un elevado ritmo respiratorio
El ciclo de krebs (tambieacuten llamado ciclo del acido ciacutetrico o ciclo de lso aacutecidos tricarboxilicos) es una serie
de reacciones quiacutemicos de gran importancia que forman parte de la respiracioacuten celular en toda las ceacutelulas
aeroacutebicas es decir que utilizan oxigeno En organismo aeroacutebico el ciclo de krebs es parte de la viacutea
cataboacutelica que realizan oxidacioacuten de hidratos de carbono aacutecidos graos y aminoaacutecidos hasta producir CO2
y H2O liberando energiacutea en forma utilizable
El ciclo de krebs tambieacuten proporciona recurso para muchas biomoleculas tales como ciertos aacutenimos
aacutecidos Por ello se considera una viacutea anfibolica es decir que es cataboacutelico y anaboacutelica al mismo tiempo
UBICACIOacuteN
Tiene lugar en tres partes
Matriz mitocondrial
En las eucariotas
En el citoplasma de eucariotas
CICLO DE KREBS
aparato de Golgi Aunque en general las ceacutelulas procarioacuteticas carecen de estructuras internas delimitadas por membrana las cianobacterias como la ilustrada aquiacute siacute contienen numerosas membranas llamadas tilacoides que contienen clorofila y pigmentos fotosinteacuteticos que utilizan para captar la energiacutea de la luz solar y sintetizar azuacutecares
Ceacutelula Procariota cianobacteria
Estructura de la ceacutelula eucarioacutetica
En algunos tipos de ceacutelulas hay una pared celular rodeando externamente la membrana que da proteccioacuten y rigidez y permite a los seres vivos que las tienen prescindir de un esqueleto
La membrana celular o citoplasmaacutetica la poseen todas las ceacutelulas Limita la ceacutelula le da forma y regula las sustancia que la atraviesan tanto hacia el interior como al exterior
El nuacutecleo es la parte donde se encuentra el ADN en forma de largos filamentos formando un ovillo (cromatina) Dirige toda la actividad celular y ese el responsable de la transmisioacuten de los caracteres hereditarios gracias a la capacidad que tiene el ADN de autoduplicarse Esto le permite que las ceacutelulas hijas se parezcan a la ceacutelula madre El material hereditario estaacute envuelto por una membrana nuclear que regula las sustancias que entran y salen del nuacutecleo y lo separa y delimita claramente del citoplasma Cuando la ceacutelula de divide el ADN adopta la forma de pequentildeos bastones llamados cromosomas
El contenido celular es el citoplasma Se trata de una disolucioacuten acuosa llamada hialoplasma en la que se hallan inmersos los orgaacutenulos citoplasmaacuteticos que son diversas estructuras que cumplen funciones concretas en la ceacutelula
Principales orgaacutenulos celulares y sus funciones
Entre los orgaacutenulos citoplasmaacuteticos maacutes importantes se pueden destacar los ribosomas que intervienen en la siacutentesis (fabricacioacuten) de las proteiacutenas que la ceacutelula necesita Las mitocondrias son las encargadas de llevar a cabo las reacciones quiacutemicas destinadas a obtener la energiacutea necesaria para la actividad celular (mediante un proceso llamado ldquorespiracioacuten celularrdquo) La red de tubos del retiacuteculo endoplasmaacutetico sirve para el transporte de diversas sustancias de una parte de la ceacutelula a otra
En relacioacuten con el retiacuteculo endoplasmaacutetico se encuentra en el Aparato de Golgi que se encarga de la secrecioacuten de diversos productos celulares
Para ldquodigerirrdquo las sustancias alimenticias que la ceacutelula animal capta estaacuten los lisosomas estos rompen las moleacuteculas grandes en moleacuteculas pequentildeas
Las ceacutelulas animales poseen ademaacutes un centrosoma formado por un par de orgaacutenulos ciliacutendricos llamados centriacuteolos que se encargan del control de los movimientos celulares incluido el movimiento de los cromosomas durante la divisioacuten celular
Los cloroplastos presentes en las ceacutelulas vegetales contienen clorofila y sirven para llevar a cabo la fotosiacutentesis (siacutentesis de materia orgaacutenica a partir de materia inorgaacutenica para lo cual se necesita la
energiacutea de la luz) Para almacenar sustancias de cualquier tipo las ceacutelulas vegetales poseen unas vesiacuteculas denominadas vacuolas
Muchas ceacutelulas estaacuten dotadas de movimiento mientras que otras son inmoacuteviles Para posibilitar el movimiento pueden aparecer diversas estructuras como los cilios y los flagelos
Ceacutelulas Eucariotas versus ceacutelulas Procariotas
Basaacutendonos en la organizacioacuten de las estructuras celulares todos las ceacutelulas vivientes pueden ser
divididas en dos grandes grupos Procariotas y Eucariotas (tambieacuten hay quien escribe prokariota y
eukariota) Animales plantas hongos protozoos y algas todos poseen ceacutelulas de tipo Eucariota Soacutelo las
bacterias (Eubacterias y Archaebacterias) tienen ceacutelulas de tipo Procariota
La ceacutelula procariota
La palabra procariota viene del griego (pro = previo a karyon = nuacutecleo) y significa pre-nuacutecleo Los
miembros del mundo procariota constituyen un grupo heterogeacuteneo de organismos unicelulares muy
pequentildeos incluyendo a las eubacterias (donde se encuentran la mayoriacutea de las bacterias) y las archaeas
(archaeabacteria)
Una tiacutepica ceacutelula procariota estaacute constituida por las siguientes estructuras principales pared celular
membrana citoplasmaacutetica ribosomas inclusiones y nucleoide
Las ceacutelulas procariotas son generalmente mucho maacutes pequentildeas y maacutes simples que las Eucariotas
La ceacutelula eucariota
El teacutermino eucariota hace referencia a nuacutecleo verdadero (del griego eu = buen karyon = nuacutecleo) Los
organismos eucariotas incluyen algas protozoos hongos plantas superiores y animales Este grupo de
organismos posee un aparato mitoacutetico que son estructuras celulares que participan de un tipo de divisioacuten
nuclear denominada mitosis tal como imnuacutemeras organelas responsables de funciones especiacuteficas
incluyendo mitocondrias retiacuteculo endoplasmaacutetico y cloroplastos
La ceacutelula eucariota es tiacutepicamente mayor y estructuralmente maacutes compleja que la ceacutelula procariota
Algunas diferencias estructurales
Comparacioacuten entre ceacutelula procariota y ceacutelula eucariota
Pared celular
En los prokariotas es una estructura riacutegida que envuelve la membrana citoplasmaacutetica responsable de la
forma de la ceacutelula y de su proteccioacuten contra la lisis osmoacutetica
Bacterias Gram-positivas la pared celular de esas bacterias estaacute compuesta dr muchas capas de una
macromoleacutecula denominada peptidoglicano (disacaacuteridos ligados a polipeacuteptidos) y aacutecidos teicoacuteicos
(constituidos por alcohol y fosfato)
Bacterias Gram-negativas la pared celular estaacute representada por una fina capa de peptidoglicano situada
en medio de dos capas lipoproteiacutenas la capa externa ademaacutes de lipoproteiacutenas tiene lipopolisacaacuteridos y
fosfoliacutepidos
Los procariotas pueden presentar estructuras externas en la pared celular Las ceacutelulas bacterianas
pueden contener glicocaacutelix un poliacutemero gelatinoso compuesto por polisacaacuteridos yo polipeacuteptidos
(caacutepsula) flagelo un largo filamento responsable de la movilidad celular filamentos axiales (endoflagelo)
fimbrias que son filamentos menores y maacutes finos que los flagelos cuya principal funcioacuten es la
adherencia y Pili maacutes largos que las fimbrias y en nuacutemero de uno o dos
Muchas ceacutelulas eucariotas poseen pared celular aunque sean maacutes simples que las de las ceacutelulas
procariotas la pared celular de las algas y de las plantas estaacuten constituidas principalmente por celulosa
la de los hongos por celulosa y principalmente quitina la de las levaduras por polisacaacuteridos En las ceacutelulas
eucariotas de los animales la membrana plasmaacutetica se encuentra recubierta por una capa de glicocaacutelix
(sustancia que contiene carbohidratos)
Membrana citoplasmaacutetica
La membrana citoplasmaacutetica de las ceacutelulas procariotas y eucariotas presenta gran similitud en cuanto a
funcioacuten y estructura baacutesica Funciona como una barrera de permeabilidad separando el lado de dentro
del lado de fuera de la ceacutelula Estaacute constituida por una capa doble de fosfoliacutepidos y proteiacutenas las cuales
pueden estar organizadas de diferentes formas
En los Eucariotas la membrana contiene carbohidratos que poseen la funcioacuten de siacutetios receptores y
esteroides que impiden la lisis osmoacutetica Muchos tipos de ceacutelulas eucariotas poseen flagelos y ciacutelios en la
membrana plasmaacutetica Esas estructuras son utilizadas para la locomocioacuten o para mover substancias a lo
largo de la superficie celular
Ribosomas
En los prokariotas son pequentildeas partiacuteculas formadas por proteiacutenas y aacutecido ribonucleacuteico (ARN)
funcionando como lugar de siacutentese proteica Una simple ceacutelula procariota puede poseer cerca de 10000
ribosomas confiriendo al citoplasma una apariencia granular
En los eukariotas son mayores y maacutes densos que los de los procariotas y se encuentran ligados a la
superficie del retiacuteculo endoplasmaacutetico rugoso y libres en el citoplasma de la ceacutelula Como en los
procariotas constituyen el lugar de la siacutentesis proteica
Regioacuten nuclear
La regioacuten nuclear de una ceacutelula procariota difiere significativamente de la de una ceacutelula eucariota el aacuterea
nuclear denominada nucleoide de una ceacutelula bacteriana tiene una uacutenica moleacutecula larga y circular de
DNA doble el cromosoma bacteriano que contiene todas las informaciones necesarias para el
funcionamiento y estructuracioacuten celular El cromosoma procarioacutetico estaacute ligado a la membrana plasmaacutetica
no contiene histonas y no se encuentra rodeado por una membrana nuclear
Las bacterias pueden contener ademaacutes del cromosoma moleacuteculas de DNA doble pequentildeas y circulares
denominadas plaacutesmidos Esas moleacuteculas son elementos geneacuteticos extracromosoacutemicos no esenciales
para la supervivencia bacteriana y poseen mecanismos de replicacioacuten independientes del DNA
cromosoacutemico La ventaja de poseer un plaacutesmido es que puede contener genes de resistencia a los
antibioacuteticos tolerancia a los metales toacutexicos siacutentesis de enzimas etc
La diferencia clave con la ceacutelula eucariota es la presencia de un nuacutecleo verdadero en esta uacuteltima La
regioacuten nuclear de los Eucariotas estaacute envuelta por una membrana nuclear separando el citoplasma del
nuacutecleo
Este nuacutecleo es generalmente la mayor estructura celular con forma esfeacuterica u oval y estaacute envuelto por
una membrana doble denominada membrana nuclear que contiene en su interior moleacuteculas de ADN
organizadas en cromosomas que contienen todas la informacioacuten hereditaria
La membrana nuclear es estructuralmente semejante a la membrana plasmaacutetica estaacute conectada al
retiacuteculo endoplasmaacutetico y posee poros nucleares que permiten la entrada y salida de substancias
Los pasos clave de la informacioacuten bioloacutegica replicacioacuten de ADN y siacutentesis de ARN suceden en el nuacutecleo
El ARN ribosoacutemico es producido por uno o maacutes cuerpos esfeacutericos denominados nucleacuteolos
Las ceacutelulas eucariotas apenas poseen organelas que son estructuras especializadas representadas por
el nuacutecleo retiacuteculo endoplasmaacutetico complejo de Golgi mitocondria cloroplastos lisosomas y centriacuteolos
La ceacutelula Estructura y funcioacuten
Hasta el final del s XIX no se elaboroacute la teoriacutea celular que enuncia que la ceacutelula es la unidad morfoloacutegica fisioloacutegica y geneacutetica de todos los seres vivos y que ademaacutes toda ceacutelula proviene de otra Todas las ceacutelulas tienen una estructura comuacuten la membrana plasmaacutetica el citoplasma y el material geneacutetico o ADN Se distinguen dos clases de ceacutelulas las ceacutelulas procariotas (sin nuacutecleo) y las ceacutelulas eucariotas mucho maacutes evolucionadas y que presentan nuacutecleo cito esqueleto en el citoplasma y orgaacutenulos membranosos con funciones diferenciadas
Forma y tamantildeo de las ceacutelulas
La ceacutelula es una estructura constituida por tres elementos baacutesicos membrana plasmaacutetica citoplasma y
material geneacutetico (ADN) Las ceacutelulas tienen la capacidad de realizar las tres funciones vitales nutricioacuten
relacioacuten y reproduccioacuten (ver t13)
La forma de las ceacutelulas estaacute determinada baacutesicamente por su funcioacuten La forma puede variar en
funcioacuten de la ausencia de pared celular riacutegida de las tensiones de uniones a ceacutelulas contiguas
de la viscosidad del citosol de fenoacutemenos osmoacuteticos y de tipo de citoesqueleto interno
El tamantildeo de las ceacutelulas es tambieacuten extremadamente variable Los factores que limitan su
tamantildeo son la capacidad de captacioacuten de nutrientes del medio que les rodea y la capacidad
funcional del nuacutecleo
Cuando una ceacutelula aumenta de tamantildeo aumenta mucho maacutes su volumen (V) que su superficie (S) (debido a que V = 43pr
3 mientras que S = 43pr
2) Esto implica que la relacioacuten superficievolumen
disminuye lo que es un gran inconveniente para la ceacutelula ya que la entrada de nutrientes estaacute en funcioacuten de su superficie y no del volumen Por este motivo la mayoriacutea de las ceacutelulas maduras son aplanadas prismaacuteticas e irregulares y pocas son esfeacutericas de forma que asiacute mantienen la relacioacuten
superficievolumen constante El aumento de volumen de la ceacutelula nunca va acompantildeado del aumento de volumen del nuacutecleo ni de su dotacioacuten cromosoacutemica
Ceacutelula procariota bacteria Gram positiva
Ceacutelula eucariota Epitelial secretora
Estructura de las ceacutelulas
La estructura comuacuten a todas las ceacutelulas comprende la membrana plasmaacutetica el citoplasma y el material geneacutetico o ADN
Membrana plasmaacutetica constituida por una bicapa lipiacutedica en la que estaacuten englobadas ciertas
proteiacutenas Los liacutepidos hacen de barrera aislante entre el medio acuoso interno y el medio acuoso
externo
El citoplasma abarca el medio liacutequido o citosol y el morfoplasma (nombre que recibe una serie
de estructuras denominadas orgaacutenulos celulares)
El material geneacutetico constituido por una o varias moleacuteculas de ADN Seguacuten esteacute o no rodeado
por una membrana formando el nuacutecleo se diferencian dos tipos de ceacutelulas las procariotas (sin
nuacutecleo) y las eucariotas (con nuacutecleo)
Las ceacutelulas eucariotas ademaacutes de la estructura baacutesica de la ceacutelula (membrana citoplasma y
material geneacutetico) presentan una serie de estructuras fundamentales para sus funciones vitales (ver t27 y t28)
El sistema endomembranoso es el conjunto de estructuras membranosas (orgaacutenulos)
intercomunicadas que pueden ocupar casi la totalidad del citoplasma
Orgaacutenulos transductores de energiacutea son las mitocondrias y los cloroplastos Su funcioacuten es la
produccioacuten de energiacutea a partir de la oxidacioacuten de la materia orgaacutenica (mitocondrias) o de energiacutea
luminosa (cloroplastos)
Estructuras carentes de membranas estaacuten tambieacuten en el citoplasma y son los ribosomas
cuya funcioacuten es sintetizar proteiacutenas y el citoesqueleto que da dureza elasticidad y forma a las
ceacutelulas ademaacutes de permitir el movimiento de las moleacuteculas y orgaacutenulos en el citoplasma
El nuacutecleo mantiene protegido al material geneacutetico y permite que las funciones de transcripcioacuten y
traduccioacuten se produzcan de modo independiente en el espacio y en el tiempo
En el exterior de la membrana plasmaacutetica de la ceacutelula procariota (ver t40) se encuentra la pared celular
que protege a la ceacutelula de los cambios externos El interior celular es mucho maacutes sencillo que en las eucariotas en el citoplasma se encuentran los ribosomas praacutecticamente con la misma funcioacuten y estructura que las eucariotas pero con un coeficiente de sedimentacioacuten menor Tambieacuten se encuentran los mesosomas que son invaginaciones de la membrana No hay por tanto citoesqueleto ni sistema
endomembranoso El material geneacutetico es una moleacutecula de ADN circular que estaacute condensada en una regioacuten denominada nucleoide No estaacute dentro de un nuacutecleo con membrana y no se distinguen nucleolos
Las teoriacuteas celulares
Las ceacutelulas se descubrieron en el siglo XVII El primero en observarlas fue el ingleacutes Robert Hooke en 1665 Con un microscopio muy rudimentario Hooke examinoacute una preparacioacuten de corcho y descubrioacute que pareciacutea estar compuesto por pequentildeas celdillas rodeadas de paredes riacutegidas Decidioacute llamar ceacutelulas a aquellas estructuras pero lo cierto es que sus ojos le engantildearon En realidad soacutelo habiacutea visto las paredes celulares muertas del corcho Hubo que esperar hasta el siglo XIX para que dos cientiacuteficos Matthias Jakob Schleiden y Theodor Schwann formularan una teoriacutea que explicara la estructura y funcionamiento de las ceacutelulas En 1839 establecieron que todo ser vivo estaacute formado por una o muchas ceacutelulas que eacutesta es la estructura maacutes pequentildea que cumple todas las funciones vitales y que toda ceacutelula procede a su vez de otra ceacutelula que se ha dividido
La teoriacutea celular
Principios de la teoriacutea celular
1 Todos los seres vivos estaacuten constituidos por una o maacutes ceacutelulas es decir la ceacutelula es la unidad morfoloacutegica de todos los seres vivos
2 La ceacutelula es capaz de realizar todos los procesos necesarios para permanecer con vida es decir la ceacutelula es la unidad fisioloacutegica de los organismos
3 Toda ceacutelula proviene de otra ceacutelula
4 La ceacutelula contiene toda la informacioacuten sobre la siacutentesis de su estructura y el control de su funcionamiento y es capaz de transmitirla a sus descendientes es decir la ceacutelula es la unidad geneacutetica
autoacutenoma de los seres vivos
El primer y segundo principios fueron establecidos por Schleiden y Schwann posteriormente Virchow
aportoacute el tercer principio sobre el origen de la ceacutelula La teoriacutea celular se puede completar con el cuarto principio propuesto por Sutton y Boveri
Transporte celular
El transporte celular es el intercambio de sustancias entre el interior celular y el exterior a traveacutes de la
membrana celular o el movimiento de moleacuteculas dentro de la ceacutelula
Transporte a traveacutes de la membrana celular
La ceacutelula necesita este proceso porque es importante para esta expulsar de su interior los desechos del metabolismo y adquirir nutrientes del liacutequido extracelular gracias a la capacidad de la membrana celular que permite el paso o salida de manera selectiva de algunas sustancias Las viacuteas de transporte a traveacutes de la membrana celular y los mecanismos baacutesicos para las moleacuteculas de pequentildeo tamantildeo son
Transporte pasivo o difusioacuten
El transporte pasivo es el intercambio simple de moleacuteculas de una sustancia a traveacutes de la membrana plasmaacutetica durante el cual no hay gasto de energiacutea que aporta la ceacutelula debido a que va a favor del gradiente de concentracioacuten o a favor de gradiente de carga eleacutectrica es decir de un lugar donde hay una gran concentracioacuten a uno donde hay menor El proceso celular pasivo se realiza por difusioacuten En siacute es el cambio de un medio de mayor concentracioacuten (medio hipertoacutenico) a otro de menor concentracioacuten (un medio hipotoacutenico)
Difusioacuten simple
Algunas sustancias pasan al interior o al exterior de las ceacutelulas a traveacutes de una membrana semipermeable y se mueven dentro de eacutestas por Difusioacuten simple siendo un proceso fiacutesico basado en el movimiento al azar La difusioacuten es el movimiento de aacutetomos moleacuteculas o iones de una regioacuten de mayor concentracioacuten a una de menor concentracioacuten sin requerir gasto de energiacutea La difusioacuten implica no soacutelo el movimiento al azar de las partiacuteculas hasta lograr la homogeacutenea distribucioacuten de las mismas (y esto ocurre cuando las partiacuteculas que azarosamente vienen se equiparan con las que azarosamente van) sino tambieacuten el homogeacuteneo potencial quiacutemico del fluido ya que de existir una membrana semipermeable que particiones un fluido en dos de distinto potencial quiacutemico se generaraacute una presioacuten osmoacutetica desde el potencial quiacutemico mayor (pe solvente puro) hacia el menor (pe solvente y soluto) hasta que ambas particiones se equiparen o la presioacuten hidrostaacutetica equilibre la presioacuten osmoacutetica
1
Difusioacuten facilitada
Es el movimiento de moleacuteculas maacutes grandes que no pueden pasar a traveacutes de la membrana plasmaacutetica y necesita ayuda de una proteiacutena u otros mecanismos (exocitosis) para pasar al otro lado Tambieacuten se llama difusioacuten mediada por portador porque la sustancia transportada de esta manera no suele poder atravesar la membrana sin una proteiacutena portadora especiacutefica que le ayude Se diferencia de la difusioacuten simple a traveacutes de conductos en que mientras que la magnitud de difusioacuten de la difusioacuten simple se incrementa de manera proporcional con la concentracioacuten de la sustancia que se difunde en la difusioacuten facilitada la magnitud de difusioacuten se aproxima a un maacuteximo (Vmax) al aumentar la concentracioacuten de la sustancia
Filtracioacuten O Dialisis
La filtracioacuten o diaacutelisis es el movimiento de agua y moleacuteculas disueltas a traveacutes de la membrana debido a la presioacuten hidrostaacutetica generada por el sistema cardiovascular Dependiendo del tamantildeo de los poros de la membrana soacutelo los solutos con un determinado tamantildeo pueden pasar a traveacutes de la membrana Por ejemplo los poros de la membrana de la caacutepsula de Bowman en los glomeacuterulos renales son muy pequentildeos y soacutelo la albuacutemina la maacutes pequentildea de las proteiacutenas tienen la capacidad de ser filtrada a traveacutes de ella Por otra parte los poros de las membranas de los hepatocitos son extremadamente grandes por lo que una gran variedad de solutos pueden atravesarla
Oacutesmosis
La oacutesmosis es un tipo especial de transporte pasivo en el cual soacutelo las moleacuteculas de agua son transportadas a traveacutes de la membrana El movimiento de agua se realiza desde un punto en que hay mayor concentracioacuten a uno de menor para igualar concentraciones De acuerdo al medio en que se encuentre una ceacutelula la oacutesmosis variacutea La funcioacuten de la osmosis es mantener hidratada a la membrana celular Dicho proceso no requiere gasto de energiacutea En otras palabras la oacutesmosis u osmosis es un fenoacutemeno consistente en el paso del solvente de una disolucioacuten desde una zona de baja concentracioacuten de soluto a una de alta concentracioacuten del soluto separadas por una membrana semipermeable Se relaciona con el movimiento browniano
Oacutesmosis en una ceacutelula animal
En un medio isotoacutenico hay un equilibrio dinaacutemico es decir el paso constante de agua
En un medio hipotoacutenico la ceacutelula absorbe agua hinchaacutendose y hasta el punto en que puede estallar dando origen a la citoacutelisis
En un medio hipertoacutenico la ceacutelula elimina agua y se arruga llegando a deshidratarse y se muere esto se llama crenacioacuten
Oacutesmosis en una ceacutelula vegetal [editar]
En un medio isotoacutenico hay un equilibrio dinaacutemico
En un medio hipotoacutenico la ceacutelula absorbe agua y sus vacuolas se llenan aumentando la presioacuten de turgencia
En un medio hipertoacutenico la ceacutelula elimina agua y el volumen de la vacuola disminuye produciendo que la membrana plasmaacutetica se despegue de la pared celular ocurriendo la plasmoacutelisis
Transporte activo
Consiste en el transporte de sustancias en contra de un gradiente de concentracioacuten para lo cual se requiere un gasto energeacutetico En la mayor parte de los casos este transporte activo se realiza a expensas de un gradiente de H
+ (potencial electroquiacutemico de protones) previamente creado a ambos lados de la
membrana por procesos de respiracioacuten y fotosiacutentesis por hidroacutelisis de ATP mediante ATP hidrolasas de membrana (F1F0) El transporte activo variacutea la concentracioacuten intracelular y ello da lugar un nuevo movimiento osmoacutetico de rebalanceo por hidratacioacuten Los sistemas de transporte activo son los maacutes abundantes entre las bacterias y se han seleccionado evolutivamente debido a que en sus medios naturales la mayoriacutea de los procariotas se encuentran de forma permanente o transitoria con una baja concentracioacuten de nutrientes
Los sistemas de transporte activo estaacuten basados en permeasas especiacuteficas e inducibles El modo en que se acopla la energiacutea metaboacutelica con el transporte del soluto auacuten no estaacute dilucidado pero en general se maneja la hipoacutetesis de que las permeasas una vez captado el sustrato con gran afinidad experimentan un cambio conformacioacuten al dependiente de energiacutea que les hace perder dicha afinidad lo que supone la liberacioacuten de la sustancia al interior celular
El transporte activo de moleacuteculas a traveacutes de la membrana celular se realiza en direccioacuten ascendente o en contra de un gradiente de concentracioacuten (Gradiente quiacutemico) o en contra un gradiente eleacutectrico de presioacuten (gradiente electroquiacutemico) es decir es el paso de sustancias desde un medio poco concentrado a un medio muy concentrado Para desplazar estas sustancias contra corriente es necesario el aporte de energiacutea procedente del ATP Las proteiacutenas portadoras del transporte activo poseen actividad ATPasa que significa que pueden escindir el ATP (Adenosin Tri Fosfato) para formar ADP (dos Fosfatos) o AMP (un Fosfato) con liberacioacuten de energiacutea de los enlaces fosfato de alta energiacutea Comuacutenmente se observan tres tipos de transportadores
Uniportadores son proteiacutenas que transportan una moleacutecula en un solo sentido a traveacutes de la membrana
Antiportadores incluyen proteiacutenas que transportan una sustancia en un sentido mientras que simultaacuteneamente transportan otra en sentido opuesto
Simportadores son proteiacutenas que transportan una sustancia junto con otra frecuentemente un protoacuten (H
+)
Transporte activo primario Bomba de sodio y potasio
Se encuentra en todas las ceacutelulas del organismo encargada de transportar los iones potasio que logran entrar a las ceacutelulas hacia el interior de eacutestas dando una carga interior negativa y al mismo tiempo bombea iones sodio desde el interior hacia el exterior de la ceacutelula (axoplasma) sin embargo el nuacutemero de iones Na
+ (con carga positiva) no sobrepasa al de iones con carga negativa dando por resultado una carga
interna negativa En caso particular de las neuronas en estado de reposo esta diferencia de cargas a ambos lados de la membrana se llama potencial de membrana o de reposo
Transporte activo secundario o cotransporte
Es el transporte de sustancias que normalmente no atraviesan la membrana celular tales como los aminoaacutecidos y la glucosa cuya energiacutea requerida para el transporte deriva del gradiente de concentracioacuten de los iones sodio de la membrana celular (Bomba GlucosaSodio ATPasa)
Bomba de calcio Es una proteiacutena de la membrana celular de todas las ceacutelulas eucariotas Su
funcioacuten consiste en transportar calcio ioacutenico (Ca2+
) hacia el exterior de la ceacutelula gracias a la energiacutea proporcionada por la hidroacutelisis de ATP con la finalidad de mantener la baja concentracioacuten de Ca
2+ en el citoplasma que es unas diez mil veces menor que en el medio
externo necesaria para el normal funcionamiento celular Se sabe que las variaciones en la concentracioacuten intracelular del Ca
2+ (segundo mensajero) se producen como respuesta a diversos
estiacutemulos y estaacuten involucradas en procesos como la contraccioacuten muscular la expresioacuten geneacutetica la diferenciacioacuten celular la secrecioacuten y varias funciones de las neuronas Dada la variedad de procesos metaboacutelicos regulados por el Ca
2+ un aumento de la concentracioacuten de Ca
2+ en el
citoplasma puede provocar un funcionamiento anormal de los mismos Si el aumento de la concentracioacuten de Ca
2+ en la fase acuosa del citoplasma se aproxima a un deacutecimo de la del medio
externo el trastorno metaboacutelico producido conduce a la muerte celular El calcio es el mineral maacutes abundante del organismo ademaacutes de cumplir muacuteltiples funciones
Transporte de macromoleacuteculas o partiacuteculas
Las macromoleacuteculas o partiacuteculas grandes se introducen o expulsan de la ceacutelula por dos mecanismos
Endocitosis
La endocitosis es el proceso celular por el que la ceacutelula mueve hacia su interior moleacuteculas grandes o partiacuteculas englobaacutendolas en una invaginacioacuten de su membrana citoplasmaacutetica formando una vesiacutecula que luego se desprende de la pared celular e incorpora al citoplasma Esta vesiacutecula llamada endosoma luego se fusiona con un lisosoma que realizaraacute la digestioacuten del contenido vesicular
Existen dos procesos
Pinocitosis consiste en la ingestioacuten de liacutequidos y solutos mediante pequentildeas vesiacuteculas
Fagocitosis consiste en la ingestioacuten de grandes partiacuteculas que se engloban en grandes vesiacuteculas (fagosomas) que se desprenden de la membrana celular
Endocitosis mediada por receptor es de tipo especiacutefica captura macromoleacuteculas especiacuteficas del
ambiente fijaacutendose a traveacutes de proteiacutenas ubicadas en las membranas plasmaacuteticas (especificas) Una vez que se unen a dicho receptor forman las vesiacuteculas y las transportan al interior de la ceacutelula La endocitosis mediada por receptor resulta ser un proceso raacutepido y eficiente
Exocitosis
Es la expulsioacuten de sustancias como la insulina a traveacutes de la fusioacuten de vesiacuteculas con la membrana celular
La exocitosis es el proceso celular por el cual las vesiacuteculas situadas en el citoplasma se fusionan con la membrana citoplasmaacutetica liberando su contenido
La exocitosis se observa en muy diversas ceacutelulas secretoras tanto en la funcioacuten de excrecioacuten como en la funcioacuten endocrina
Tambieacuten interviene la exocitosis en la secrecioacuten de un neurotransmisor a la brecha sinaacuteptica para posibilitar la propagacioacuten del impulso nervioso entre neuronas La secrecioacuten quiacutemica desencadena una despolarizacioacuten del potencial de membrana desde el axoacuten de la ceacutelula emisora hacia la dendrita (u otra parte) de la ceacutelula receptora Este neurotransmisor seraacute luego recuperado por endocitosis para ser reutilizado Sin este proceso se produciriacutea un fracaso en la transmisioacuten del impulso nervioso entre neuronas
CEacuteLULA VEGETAL
Todos los organismos vivos estaacuten compuestos por ceacutelulas El ingleacutes Robert Hooke en 1665 realizoacute cortes finos de una muestra de corcho y observoacute usando un microscopio rudimentario unos pequentildeos compartimentos que no eran maacutes que las paredes celulares de esas ceacutelulas muertas y las llamoacute ceacutelulas (del latiacuten cellula que significa habitacioacuten pequentildea ) ya que eacuteste tejido le recordaba las celdas pequentildeas que habitaban los monjes de aquella eacutepoca No fue sino hasta el siglo XIX que dos cientiacuteficos alemanes el botaacutenico Matthias Jakob Schleiden y el zoologo Theodor Schwann enunciaron en 1839 la primera teoriacutea celular Todas las plantas y animales estaacuten compuestos por grupos de ceacutelulas y eacutestas son la unidad baacutesica de todos los organismos vivos Esta teoriacutea fue completada en 1855 por Rudolph Virchow quien establecioacute que las ceacutelulas nuevas se formaban a partir de ceacutelulas preexistentes ( omni cellula e cellula ) En otras palabras las ceacutelulas no se pueden formar por generacioacuten espontaacutenea a partir de materia inerte
Ceacutelula fijada con KMnO4
En la frontera de lo viviente se han descubierto seres aun maacutes pequentildeos los virus que crecen y se reproducen solamente cuando parasitan otra ceacutelula Podemos afirmar que no hay vida sin ceacutelula Al igual que un edificio las ceacutelulas son los bloques de construccioacuten de un organismo La ceacutelula es la unidad maacutes pequentildea de materia viva capaz de llevar a cabo todas las actividades necesarias para el mantenimiento de la vida
La teoriacutea celular actualmente se puede resumir de la siguiente forma
1 Todos los organismos vivos estaacuten formados por ceacutelulas y productos celulares
2 Soacutelo se forman ceacutelulas nuevas a partir de ceacutelulas preexistentes
3 La informacioacuten geneacutetica que se necesita durante la vida de las ceacutelulas y la que se requiere para la produccioacuten de nuevas ceacutelulas se transmite de una generacioacuten a la siguiente
4 Las reacciones quiacutemicas de un organismo esto es su metabolismo tienen lugar en las ceacutelulas
CEacuteLULAS VEGETALES Y ANIMALES
Tanto las ceacutelulas de las plantas como las de los animales son eucarioacuteticas sin embargo presentan algunas diferencias
1 Las ceacutelulas vegetales presentan una pared celular celuloacutesica riacutegida que evita cambios de forma y posicioacuten
2 Las ceacutelulas vegetales contienen plastidios estructuras rodeadas por una membrana que sintetizan y almacenan alimentos Los maacutes comunes son los cloroplastos
3 Casi todas las ceacutelulas vegetales poseen vacuolas que tienen la funcioacuten de transportar y almacenar nutrientes agua y productos de desecho
4 Las ceacutelulas vegetales complejas carecen de ciertos organelos como los centriacuteolos y los lisosomas
Fotosiacutentesis
Una hoja el lugar principal en el que se desarrolla la fotosiacutentesis en las plantas
La fotosiacutentesis del griego antiguo φωτο (foto) luz y σύνθεσις (siacutentesis) unioacuten es la base de la vida
actual en la Tierra Proceso mediante el cual las plantas algas y algunas bacterias captan y utilizan la energiacutea de la luz para transformar la materia inorgaacutenica de su medio externo en materia orgaacutenica que utilizaraacuten para su crecimiento y desarrollo
Los organismos capaces de llevar a cabo este proceso se denominan fotoautoacutetrofos y ademaacutes son capaces de fijar el CO2 atmosfeacuterico (lo que ocurre casi siempre) o simplemente autoacutetrofos Salvo en algunas bacterias en el proceso de fotosiacutentesis se producen liberacioacuten de oxiacutegeno molecular (proveniente de moleacuteculas de H2O) hacia la atmoacutesfera (fotosiacutentesis oxigeacutenica) Es ampliamente admitido que el contenido actual de oxiacutegeno en la atmoacutesfera se ha generado a partir de la aparicioacuten y actividad de dichos organismos fotosinteacuteticos Esto ha permitido la aparicioacuten evolutiva y el desarrollo de organismos aerobios capaces de mantener una alta tasa metaboacutelica (el metabolismo aerobio es muy eficaz desde el punto de vista energeacutetico)
La otra modalidad de fotosiacutentesis la fotosiacutentesis anoxigeacutenica en la cual no se libera oxiacutegeno es llevada a cabo por un nuacutemero reducido de bacterias como las bacterias puacuterpuras del azufre y las bacterias verdes del azufre estas bacterias usan como donador de hidroacutegenos el H2S con lo que liberan azufre
Generalidades
Cloroplastos dentro de ceacutelulas vegetales
En algas eucarioacuteticas y en plantas la fotosiacutentesis se lleva a cabo en un orgaacutenulo especializado denominado cloroplasto Este orgaacutenulo que estaacute delimitado por dos membranas (envueltas de los cloroplastos) que lo separan del citoplasma circundante En su interior se encuentra una fase acuosa con un elevado contenido en proteiacutenas e hidratos de carbono (estroma del cloroplasto) y una serie de
membranas denominadas tilacoides Los tilacoides contienen los pigmentos (sustancias coloreadas) fotosinteacuteticos y proteiacutenas necesarios para captar la energiacutea de la luz El principal de esos pigmentos es la clorofila de color verde de la que existen varios tipos (bacterioclorofilas y clorofilas a b c y d) Ademaacutes de las clorofilas otros pigmentos presentes en todos los organismos eucarioacuteticos son los carotenoides (carotenos y xantofilas) de color amarillo o anaranjado y que tienen un papel auxiliar en la captacioacuten de la luz ademaacutes de un papel protector En cianobacterias (que no poseen cloroplastos) los carotenoides son sustituidos por otro tipo de pigmentos denominados ficobilinas de naturaleza quiacutemica diferente a los anteriores En las plantas vasculares el mayor nuacutemero de cloroplastos se encuentra dentro de las ceacutelulas del mesoacutefilo de las hojas lo cual les confiere su caracteriacutestico color verde
La fotosiacutentesis se divide en dos fases La primera ocurre en los tilacoides en donde se capta la energiacutea de la luz y eacutesta es almacenada en dos moleacuteculas orgaacutenicas sencillas (ATP y NADPH) La segunda tiene lugar en el estroma y las dos moleacuteculas producidas en la fase anterior son utilizadas en la asimilacioacuten del CO2 atmosfeacuterico para producir hidratos de carbono e indirectamente el resto de las moleacuteculas orgaacutenicas que componen los seres vivos (aminoaacutecidos liacutepidos nucleoacutetidos etc) Tradicionalmente a la primera fase se le denominaba fase luminosa y a la segunda fase oscura de la fotosiacutentesis Sin embargo la
denominacioacuten como fase oscura de la segunda etapa es incorrecta porque actualmente se conoce que los procesos que la llevan a cabo solo ocurren en condiciones de iluminacioacuten Es maacutes preciso referirse a ella como fase de fijacioacuten del dioacutexido de carbono (ciclo de Calvin) y a la primera como fase fotoquiacutemica o reaccioacuten de Hill
En la fase luminosa o fotoquiacutemica la energiacutea de la luz captada por los pigmentos fotosinteacuteticos unidos a proteiacutenas y organizados en los denominados foto sistemas (ver maacutes adelante) produce la descomposicioacuten del agua liberando electrones que circulan a traveacutes de moleacuteculas transportadoras para llegar hasta un aceptor final (NADP
+) capaz de mediar en la transformacioacuten del CO2 atmosfeacuterico (o
disuelto en el agua en sistemas acuaacuteticos) en materia orgaacutenica Este proceso luminoso estaacute tambieacuten acoplado a la formacioacuten de moleacuteculas que funcionan como intercambiadores de energiacutea en las ceacutelulas (ATP) La formacioacuten de ATP es necesaria tambieacuten para la fijacioacuten del CO2
El CO2 es uno de los menores componentes del aire atmosfeacuterico capaz de reflejar la radiacioacuten de onda larga proveniente de la tierra (el maacuteximo agente reflector de esa radiacioacuten es el vapor de agua) El notable aumento de su concentracioacuten a partir de 1850 debido a la destruccioacuten de las aacutereas selvaacuteticas la actividad industrial y el uso de combustibles foacutesiles podriacutea tener el efecto de incrementar las temperaturas medias efecto llamado efecto invernadero
Descubrimiento
Durante el siglo XVIII comienzan a surgir trabajos que relacionan los incipientes conocimientos de la Quiacutemica con los de la Biologiacutea Asiacute con los trabajos de Priestley se llega a la conclusioacuten de que las partes verdes de las plantas fijan el aire lsquoimpurorsquo (anhiacutedrido carboacutenico) que actuariacutea como un nutriente y liberan oxiacutegeno
Posteriormente Emily Fransecheti ampliacutea los estudios de Scarlett Pruzza describiendo la emisioacuten de CO2 por las plantas en oscuridad y estableciendo que esta emisioacuten era menor que su asimilacioacuten en condiciones de iluminacioacuten Ingeshousz tambieacuten supone que la emisioacuten de oxiacutegeno por parte de las plantas procede en uacuteltimo teacutermino del agua aunque no sabe encontrar una explicacioacuten para este fenoacutemeno y habla de una lsquotransmutacioacutenrsquo (se debe antildeadir que en esta eacutepoca no se conociacutea auacuten la naturaleza quiacutemica del agua)
En la misma liacutenea de los autores anteriores Jean Senebier ginebrino realiza nuevos experimentos que establecen la necesidad de la luz para que se produzca la asimilacioacuten de anhiacutedrido carboacutenico y el desprendimiento de oxiacutegeno Tambieacuten establece que auacuten en condiciones de iluminacioacuten si no se suministra CO2 no se registra desprendimiento de oxiacutegeno J Senebier sin embargo opinaba en contra de las teoriacuteas desarrolladas y confirmadas maacutes adelante que la fuente de anhiacutedrido carboacutenico para la planta proveniacutea del agua y no del aire
Otro autor suizo Th de Saussure demostrariacutea experimentalmente que el pipeteo de la papa constituye un proceso baacutesico en la fotosiacutentesis y que el aumento de biomasa depende de la fijacioacuten de anhiacutedrido carboacutenico (que puede ser tomado directamente del aire por las hojas) y del agua Tambieacuten realiza estudios sobre la respiracioacuten en plantas y concluye que junto con la emisioacuten de anhiacutedrido carboacutenico hay una peacuterdida de agua y una generacioacuten de calor Finalmente de Saussure describe la necesidad de la nutricioacuten mineral de las plantas
El quiacutemico alemaacuten J von Liebig es uno de los grandes promotores tanto del conocimiento actual sobre Quiacutemica Orgaacutenica como sobre Fisiologiacutea Vegetal imponiendo el punto de vista de los organismos como entidades compuestas por productos quiacutemicos y la importancia de las reacciones quiacutemicas en los procesos vitales Confirma las teoriacuteas expuestas previamente por de Saussure matizando que si bien la fuente de carbono procede del CO2 atmosfeacuterico el resto de los nutrientes provienen del suelo
La denominacioacuten como clorofila de los pigmentos fotosinteacuteticos fue acuntildeada por Pelletier y Caventou a comienzos del siglo XIX Dutrochet describe la entrada de CO2 en la planta a traveacutes de los estomas y determina que solo las ceacutelulas que contienen clorofila son productoras de oxiacutegeno H von Mohl maacutes tarde asociariacutea la presencia de almidoacuten con la de clorofilas y describiriacutea la estructura de los estomas Sachs a su vez relacionoacute la presencia de clorofila con cuerpos subcelulares que se pueden alargar y dividir asiacute como que la formacioacuten de almidoacuten estaacute asociada con la iluminacioacuten y que esta sustancia desaparece en oscuridad o cuando los estomas son ocluidos A Sachs se debe la formulacioacuten de la ecuacioacuten baacutesica de la fotosiacutentesis
6 CO2 + 6 H2O rarr C6H12O6 + 6 O2
Schimper dariacutea el nombre de cloroplastos a los cuerpos coloreados de Sachs y describiriacutea los aspectos baacutesicos de su estructura tal como se podiacutea detectar con microscopiacutea oacuteptica En el uacuteltimo tercio del siglo XIX se sucederiacutean los esfuerzos por establecer las propiedades fiacutesico-quiacutemicas de las clorofilas y se comienzan a estudiar los aspectos eco fisioloacutegico de la fotosiacutentesis
Fase fotoquiacutemica
La energiacutea luminosa que absorbe la clorofila se transmite a los electrones externos de la moleacutecula los cuales escapan de la misma y producen una especie de corriente eleacutectrica en el interior del cloroplasto al incorporarse a la cadena de transporte de electrones Esta energiacutea puede ser empleada en la siacutentesis de ATP mediante la fotofosforilacioacuten y en la siacutentesis de NADPH Ambos compuestos son necesarios para la siguiente fase o Ciclo de Calvin donde se sintetizaraacuten los primeros azuacutecares que serviraacuten para la produccioacuten de sacarosa y almidoacuten Los electrones que ceden las clorofilas son repuestos mediante la oxidacioacuten del H2O proceso en el cual se genera el O2 que las plantas liberan a la atmoacutesfera
Existen dos variantes de fotofosforilacioacuten aciacuteclica y ciacuteclica seguacuten el traacutensito que sigan los electrones a traveacutes de los foto sistemas Las consecuencias de seguir un tipo u otro estriban principalmente en la produccioacuten o no de NADPH y en la liberacioacuten o no de O2
Fotofosforilacioacuten aciacuteclica
Estructura de un fotosistema
Este proceso permite la formacioacuten de ATP y la reduccioacuten de NADP+ a NADPH + H
+ y necesita de la
energiacutea de la luz como ya se ha dicho Se realiza gracias a los llamados foto sistemas que se encuentran en la membrana de los tilacoides (en los cloroplastos) Estos estaacuten formados por dos partes
Antena donde se agrupan los pigmentos antena junto con proteiacutenas y cuya funcioacuten es captar
la energiacutea de los fotones para transmitirla al pigmento diana y el centro de reaccioacuten Este esta formado por proteiacutenas y por pigmentos encontraacutendose en eacutel el llamado pigmento diana que es
aquel que recibe la energiacutea de excitacioacuten de la antena energiacutea que sirve para excitar y liberar electrones Aquiacute tambieacuten se encuentra el primer dador de electrones que repone los electrones al pigmento diana
Primer aceptor que recibe los electrones liberados
Hay dos tipos de foto sistemas
Fotosistema I que se encuentra sobre todo en los tilacoides de estroma y cuyo pigmento diana
es la clorofila P700
Fotosistema II que se encuentra sobre todo en los grana y cuyo pigmento diana es la clorofila
P680
Proceso
El proceso de la fase luminosa supuesto para dos electrones es el siguiente Los fotones inciden sobre el fotosistema II excitando y liberando dos electrones que pasan al primer aceptor de electrones la feofitina Los electrones los repone el primer dador de electrones el dador Z con los electrones procedentes de la fotoacutelisis del agua en el interior del tilacoide (la moleacutecula de agua se divide en 2H
+ + 2e
-
+ 12O2) Los protones de la fotoacutelisis se acumulan en el interior del tilacoide y el oxiacutegeno es liberado
Los electrones pasan a una cadena de transporte de electrones que invertiraacute su energiacutea liberada en la siacutentesis de ATP iquestCoacutemo La teoriacutea quimioosmoacutetica nos lo explica de la siguiente manera los electrones son cedidos a las plastoquinonas las cuales captan tambieacuten dos protones del estroma Los electrones y los protones pasan al complejo de citocromos bf que bombea los protones al interior del tilacoide Se consigue asiacute una gran concentracioacuten de protones en el tilacoide (entre eacutestos y los resultantes de la fotoacutelisis del agua) que se compensa regresando al estroma a traveacutes de las proteiacutenas ATP-sintasas que invierten la energiacutea del paso de los protones en sintetizar ATP La siacutentesis de ATP en la fase fotoquiacutemica se denomina fotofosforilacioacuten
Los electrones de los citocromos pasan a la plastocianina que los cede a su vez al fotosistema I Con la energiacutea de la luz los electrones son de nuevo liberados y captados por el aceptor A0 De ahiacute pasan a traveacutes de una serie de filoquinonas hasta llegar a la ferredoxina Eacutesta moleacutecula los cede a la enzima NADP
+-reductasa que capta tambieacuten dos protones del estroma Con los dos protones y los dos
electrones reduce un NADP+ en NADPH + H
+
El balance final es por cada moleacutecula de agua (y por cada cuatro fotones) se forman media moleacutecula de oxiacutegeno 13 moleacuteculas de ATP y un NADPH + H
+
Foto fosforilacioacuten ciacuteclica
Tiene lugar al mismo tiempo que la aciacuteclica En ella soacutelo interviene el foto sistema I Los electrones liberados despueacutes de llegar a la ferredoxina pasan a las plastoquinonas y siguen la cadena de transporte de electrones hasta regresar a la plastocianina y al fotosistema I Por tanto se genera ATP en lugar de NADPH Sirve para compensar el hecho de que en la fotofosforilacioacuten aciacuteclica no se genera suficiente ATP para la fase oscura
Fase bioquiacutemica o ciclo de Calvin biosiacutentesis orgaacutenica
Esquema simplificado del ciclo de Calvin-Benson
La fase bioquiacutemica o ciclo de Calvin o ciclo reductivo de las pentosas-fosfato consiste en un ciclo de reacciones quiacutemicas en las que se incorpora el CO2 de la atmoacutesfera en moleacuteculas orgaacutenicas y se originan triosas fosfato los primeros azuacutecares previos a la formacioacuten de sacarosa y almidoacuten Durante este ciclo se
emplean el ATP y el NADPH producidos en la etapa fotoquiacutemica Se divide en tres etapas carboxilacioacuten reduccioacuten y regeneracioacuten
Este ciclo comienza con una pentosa la ribulosa-15-fosfato que se carboxila con el CO2 y se descompone en dos moleacuteculas de aacutecido-3-fosfogliceacuterico Con el gasto de un ATP el aacutecido-3-fosfogliceacuterico se fosforila en aacutecido-13-bifosfogliceacuterico Eacuteste se reduce con el NADPH y se libera una moleacutecula de aacutecido fosfoacuterico formaacutendose el gliceraldehido-3-fosfato La moleacutecula formada puede seguir ahora dos viacuteas una es dar lugar a maacutes ribulosa-15-fosfato para seguir el ciclo y la otra es dar lugar a los distintos principios inmediatos glucosa o fructosa almidoacuten y a partir de ellos los demaacutes gluacutecidos y los liacutepidos proteiacutenas y nucleoacutetidos que requiere la ceacutelula
Hay que destacar que tanto la fase fotoquiacutemica como la fase biosinteacutetica se producen a la vez Son inseparables ya que los productos de la fase fotoquiacutemica son empleados en la fase biosinteacutetica Por otro lado al consumir en la fase biosinteacutetica el ATP y NADPH se obtienen ADP y NADP
+ para la fase
fotoquiacutemica Para asegurar que ambas fases se produzcan a la vez existe una fuerte fotorregulacioacuten sobre las enzimas del ciclo de Calvin para que esteacuten activas por el diacutea e inactivas por la noche en especial sobre la enzima rubisco No obstante existe una variante de fotosiacutentesis presente en ciertas plantas que permite separar la fijacioacuten del CO2 de la fase fotoquiacutemica Se trata de la fotosiacutentesis tipo CAM empleada por plantas adaptadas a climas deseacuterticos para evitar que se abran las estomas por el diacutea para fijar el CO2 con la consiguiente peacuterdida de agua
Divisioacuten celular
Comparacioacuten de tres tipos de reproduccioacuten celular
Definicioacuten
La divisioacuten celular es la parte del ciclo
celular en la que una ceacutelula inicial (llamada madre) se divide en dos para formar dos ceacutelulas hijas Gracias a la divisioacuten celular se produce el crecimiento de los organismos pluricelulares con el crecimiento de los tejidos y la reproduccioacuten vegetativa en seres unicelulares
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas
Tipos de divisioacuten celular
Biparticioacuten la divisioacuten de la ceacutelula madre en dos ceacutelulas hijas cada nueva ceacutelula es un nuevo individuo
con estructuras y funciones ideacutenticas a la ceacutelula madre Este tipo de reproduccioacuten la presentan organismos como bacterias amebas y algunas algas
Gemacioacuten se presenta cuando unos nuevos individuos se producen a partir de yemas El proceso de
gemacioacuten es frecuente en esponjas celenterios briozoos En una zona o varias del organismo progenitor
se produce una evaginacioacuten o yema que se va desarrollando y en un momento dado sufre una constriccioacuten en la base y se separa del progenitor comenzando su vida como nuevo ser Las yemas hijas pueden presentar otras yemas a las que se les denomina yemas secundarias En algunos organismos se pueden formar colonias cuando las yemas no se separan del organismo progenitor En las formas maacutes evolucionadas de briozoos se observa en el proceso de gemacioacuten que se realiza de forma maacutes complicado
El nuacutemero de individuos de una colonia la manera en que estaacuten agrupados y su grado de diferenciacioacuten variacutea y a menudo es caracteriacutestica de una especie determinada Los briozoos pueden originar nuevos individuos sobre unas prolongaciones llamados estolones y al proceso se le denomina estolonizacioacuten
Ciertas especies de animales pueden tener gemacioacuten interna yemas que sobreviven en condiciones desfavorables gracias a una envoltura protectora En el caso de las esponjas de agua dulce las yemas tienen una caacutepsula protectora y en el interior hay sustancia de reserva Al llegar la primavera se pierde la caacutepsula protectora y a partir de la yema surge la nueva esponja En los briozoos de agua dulce se produce una capa de quitina y de calcio y no necesitan sustancia de reserva pues se encuentra en estado de hibernacioacuten
Esporulacioacuten la esporulacioacuten o esporo geacutenesis consiste en un proceso de diferenciacioacuten celular para
llegar a la produccioacuten de ceacutelulas reproductivas dispersivas de resistencia llamadas esporas Este proceso ocurre en hongos amebas liacutequenes algunos tipos de bacterias protozoos esporozoos (como el Plasmodium causante de malaria) y es frecuente en vegetales (especialmente algas musgos y helechos) grupos de muy diferentes oriacutegenes evolutivos pero con semejantes estrategias reproductivas todos ellos pueden recurrir a la formacioacuten ceacutelulas de resistencia para favorecer la dispersioacuten Durante la esporulacioacuten se lleva a cabo la divisioacuten del nuacutecleo en varios fragmentos y por una divisioacuten celular asimeacutetrica una parte del citoplasma rodea cada nuevo nuacutecleo dando lugar a las esporas Dependiendo de cada especie se puede producir un nuacutemero parciable de esporas y a partir de cada una de ellas se desarrollaraacute un individuo independiente
Procesos de divisioacuten celular
Fisioacuten binaria es la forma de divisioacuten celular de las ceacutelulas procariotas
Mitosis es la forma maacutes comuacuten de la divisioacuten celular en las ceacutelulas eucariotas Una ceacutelula que ha
adquirido determinados paraacutemetros o condiciones de tamantildeo volumen almacenamiento de energiacutea factores medioambientales puede replicar totalmente su dotacioacuten de ADN y dividirse en dos ceacutelulas hijas normalmente iguales Ambas ceacutelulas seraacuten diploides o haploide dependiendo de la ceacutelula madre
Meiosis es la divisioacuten de una ceacutelula diploide en cuatro ceacutelulas haploide Esta divisioacuten celular se
produce en organismos multicelulares para producir gametos haploide que pueden fusionarse despueacutes para formar una ceacutelula diploide llamada zigoto en la fecundacioacuten
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas Las ceacutelulas cancerosas son inmortales Una enzima llamada telomerasa permite a estas ceacutelulas dividirse indefinidamente
La caracteriacutestica principal de la divisioacuten celular en organismos eucariotas es la conservacioacuten de los
mecanismos geneacuteticos del control del ciclo celular y de la divisioacuten celular puesto que se ha mantenido praacutecticamente inalterable desde organismos tan simples como las levaduras a criaturas tan complejas como el ser humano a lo largo de la evolucioacuten bioloacutegica
Factores que explican la divisioacuten celular
Una teoriacutea afirma que existe un momento en el que la ceacutelula comienza a crecer mucho lo que hace que disminuya la proporcioacuten aacutereavolumen Cuando el aacuterea de la membrana plasmaacutetica de la ceacutelula es mucho maacutes pequentildea en relacioacuten con el volumen total de eacutesta se presentan dificultades en la reabsorcioacuten y en el transporte de nutrientes siendo asiacute necesario que se produzca la divisioacuten celular
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular constituye el proceso maacutes importante dentro de la ceacutelula el cual abordaremos en
pequentildea medida pero de manera significativa
Esta investigacioacuten toma en cuenta a todos aquellos que de alguna manera participan aunque sea de
forma miacutenima en la respiracioacuten celular
Hablar de respiracioacuten celular es referirnos a un proceso bioquiacutemico del cual nos ramificaremos a dos tipos
de respiracioacuten celular aeroacutebica y anaeroacutebica
En este proceso interfieren factores quiacutemicos capaces de ser procesados dentro de las ceacutelulas y que en
gran medida constituyen las bases para que la respiracioacuten celular se lleve a cabo
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular es el conjunto de reacciones bioquiacutemicas que ocurren en la mayoriacutea de las ceacutelulas
Tambieacuten es el conjunto de reacciones quiacutemicas mediante las cuales se obtiene energiacutea a partir de la
degradacioacuten de sustancias orgaacutenicas como los azuacutecares y los aacutecidos principalmente
Comprende dos fases
PRIMERA FASE
Se oxida la glucosa (azuacutecar) y no depende del oxiacutegeno por lo que recibe el nombre de respiracioacuten
anaeroacutebica y glicoacutelisis reaccioacuten que se lleva a cabo en el citoplasma de la ceacutelula
SEGUNDA FASE
Se realiza con la intervencioacuten del oxiacutegeno y recibe el nombre de respiracioacuten aeroacutebica o el ciclo de krebs y
se realiza en estructuras especiales de las ceacutelulas llamadas mitocondrias
Tanto que es una parte del metabolismo concretamente del catabolismo en el cual la energiacutea contenida
en distintas biomoleacuteculas como los gluacutecidos (azuacutecares carbohidratos) es liberado de manera controlada
IMPORTANCIA
- Crecimiento
- Transporte activo de sustancias energeacuteticas
- Movimiento ciclosis
- Regeneracioacuten de ceacutelulas
- Siacutentesis de proteiacutenas
- Divisioacuten de ceacutelulas
TIPOS DE RESPIRACIOacuteN CELULAR
RESPIRACIOacuteN ANAEROacuteBICA
La respiracioacuten anaeroacutebica es un proceso bioloacutegico de oxidorreduccioacuten de azuacutecares y otros compuestos
Lo realizan exclusivamente algunos grupos de bacterias
En la respiracioacuten anaeroacutebica no se usa oxiacutegeno sino para la misma funcioacuten se emplea otra sustancia
oxidante distinta como el sulfato No hay que confundir la respiracioacuten anaeroacutebica con la fermentacioacuten
aunque estos dos tipos de metabolismo tienen en comuacuten el no ser dependiente del oxigeno
Todos los posibles aceptores en la respiracioacuten anaeroacutebica tienen un potencial de reduccioacuten menor que el
O2 por lo que se genera menor energiacutea en el proceso
ETAPAS
Glucoacutelisis
Fermentacioacuten
GLUCOacuteLISIS- Tambieacuten denominado glicoacutelisis es la secuencia metaboacutelica en la que se oxida en la
glucoacutelisis cuando hay ausencia de oxiacutegeno la glucoacutelisis es la uacutenica viacutea que produce ATP en los animales
Estaacute presente en todas las formas de viacuteas actuales Es la primera parte del metabolismo energeacutetico y en
las ceacutelulas eucariotas en donde ocurre el citoplasma
Por lo tanto es una secuencia compleja de reacciones que se efectuacutean en el citosol de una ceacutelula
mediante las cuales una moleacutecula de glucosa se desdobla en dos moleacuteculas de acido piruvico De manera
que la glicoacutelisis consta de dos pasos principales
Activacioacuten de la glucosa
Produccioacuten de energiacutea
IMPORTANCIA Permite a los muacutesculos esqueleacuteticos realizar su contraccioacuten
FERMENTACIOacuteN- Es un proceso cataboacutelico de oxidacioacuten completa siendo el producto final de
un compuesto orgaacutenico La fermentacioacuten tiacutepica es llevada acabo por las levaduras Tambieacuten
unos metazoos y plantas menores son capaces de producirla
El proceso de fermentacioacuten anaeroacutebica se produce en la ausencia de oxigeno como aceptor final
de los electrones del NADH producido en la glucoacutelisis
En los seres vivos la fermentacioacuten es un proceso anaeroacutebico y en el no interviene la cadena
respiratoria que son propios del micro organismo como las bacterias y levaduras
Ademaacutes en la industria de la fermentacioacuten puede ser oxidativa es decir como presencia de
oxigeno pero es una oxidacioacuten aeroacutebica incompleta como la produccioacuten de acido aceacutetico a partir
del etanol
La fermentacioacuten puede ser naturales cuando las condiciones ambientales permitan la interaccioacuten
del microorganismo sustratos orgaacutenicos susceptibles o artificiales cuando el hombre propicia
condiciones y en contacto referido
USOS
El conocimiento de la dieta a traveacutes del desarrollo de una diversidad de sabores aromas y
texturas en los substratos de los alimentos
Preservacioacuten de cantidades substanciales de alimentos a traveacutes del acido laacutecteo alcohoacutelico
acido aceacutetico y fermentacioacuten alcalinas
La fermentacioacuten tiene algunos usos exclusivos para los alimentos pueden producir nutrientes
importantes o eliminar auto nutrientes
TIPOS DE FERMENTACIOacuteN
Fermentacioacuten aceacutetica
Fermentacioacuten alcohoacutelica
Fermentacioacuten butirica
Fermentacioacuten de la glicerina
Fermentacioacuten laacutectica
Fermentacioacuten putrica
RESPIRACIOacuteN AEROacuteBICA
Es un tipo de metabolismo energeacutetico en el que los seres vivos extraen energiacutea de moleacuteculas
orgaacutenicas como la glucosa por un proceso complejo en donde el carbono queda oxidado y en el
que el aire es el oxidante empleado
La respiracioacuten aeroacutebica es propia de los organismos eucariontes en general y de algunos tipos
de bacterias
La susecion de reacciones quiacutemicas que ocurren dentro de las ceacutelulas mediante las cuales se
realiza las descomposiciones finales de las moleacuteculas en los alimentos y en la que se produce CO2 y
H2O
Se realiza solo en el proceso de oxigeno Consiste en la degradacioacuten de los piruvatos producidos
durante la glucosis hasta CO2 y H2O como obtencioacuten de 34 a 36 ATP
IMPORTANCIA
Participa en la respiracioacuten celular formando ATP
REACCIONES AEROacuteBICAS
Las reacciones aeroacutebicas ocurre en la mitocondria y son
1 Formacioacuten del acetilo
2 Transferencia del acetilo Actividades en matriz
3 Ciclo de krebs
4 Transporte de electrones
Cadena respiratoria
5 Fosforilacioacuten oxidativa (actividad de crestas)
LA MITOCONDRIA Y SUS PARTES
CICLO DE KREBS
Propuesto por Hans A Krebs en 1937 quien descubrioacute el ciclo estudiando suspensiones de papillas del
muacutesculo pectoral de la paloma que presentaba un elevado ritmo respiratorio
El ciclo de krebs (tambieacuten llamado ciclo del acido ciacutetrico o ciclo de lso aacutecidos tricarboxilicos) es una serie
de reacciones quiacutemicos de gran importancia que forman parte de la respiracioacuten celular en toda las ceacutelulas
aeroacutebicas es decir que utilizan oxigeno En organismo aeroacutebico el ciclo de krebs es parte de la viacutea
cataboacutelica que realizan oxidacioacuten de hidratos de carbono aacutecidos graos y aminoaacutecidos hasta producir CO2
y H2O liberando energiacutea en forma utilizable
El ciclo de krebs tambieacuten proporciona recurso para muchas biomoleculas tales como ciertos aacutenimos
aacutecidos Por ello se considera una viacutea anfibolica es decir que es cataboacutelico y anaboacutelica al mismo tiempo
UBICACIOacuteN
Tiene lugar en tres partes
Matriz mitocondrial
En las eucariotas
En el citoplasma de eucariotas
CICLO DE KREBS
energiacutea de la luz) Para almacenar sustancias de cualquier tipo las ceacutelulas vegetales poseen unas vesiacuteculas denominadas vacuolas
Muchas ceacutelulas estaacuten dotadas de movimiento mientras que otras son inmoacuteviles Para posibilitar el movimiento pueden aparecer diversas estructuras como los cilios y los flagelos
Ceacutelulas Eucariotas versus ceacutelulas Procariotas
Basaacutendonos en la organizacioacuten de las estructuras celulares todos las ceacutelulas vivientes pueden ser
divididas en dos grandes grupos Procariotas y Eucariotas (tambieacuten hay quien escribe prokariota y
eukariota) Animales plantas hongos protozoos y algas todos poseen ceacutelulas de tipo Eucariota Soacutelo las
bacterias (Eubacterias y Archaebacterias) tienen ceacutelulas de tipo Procariota
La ceacutelula procariota
La palabra procariota viene del griego (pro = previo a karyon = nuacutecleo) y significa pre-nuacutecleo Los
miembros del mundo procariota constituyen un grupo heterogeacuteneo de organismos unicelulares muy
pequentildeos incluyendo a las eubacterias (donde se encuentran la mayoriacutea de las bacterias) y las archaeas
(archaeabacteria)
Una tiacutepica ceacutelula procariota estaacute constituida por las siguientes estructuras principales pared celular
membrana citoplasmaacutetica ribosomas inclusiones y nucleoide
Las ceacutelulas procariotas son generalmente mucho maacutes pequentildeas y maacutes simples que las Eucariotas
La ceacutelula eucariota
El teacutermino eucariota hace referencia a nuacutecleo verdadero (del griego eu = buen karyon = nuacutecleo) Los
organismos eucariotas incluyen algas protozoos hongos plantas superiores y animales Este grupo de
organismos posee un aparato mitoacutetico que son estructuras celulares que participan de un tipo de divisioacuten
nuclear denominada mitosis tal como imnuacutemeras organelas responsables de funciones especiacuteficas
incluyendo mitocondrias retiacuteculo endoplasmaacutetico y cloroplastos
La ceacutelula eucariota es tiacutepicamente mayor y estructuralmente maacutes compleja que la ceacutelula procariota
Algunas diferencias estructurales
Comparacioacuten entre ceacutelula procariota y ceacutelula eucariota
Pared celular
En los prokariotas es una estructura riacutegida que envuelve la membrana citoplasmaacutetica responsable de la
forma de la ceacutelula y de su proteccioacuten contra la lisis osmoacutetica
Bacterias Gram-positivas la pared celular de esas bacterias estaacute compuesta dr muchas capas de una
macromoleacutecula denominada peptidoglicano (disacaacuteridos ligados a polipeacuteptidos) y aacutecidos teicoacuteicos
(constituidos por alcohol y fosfato)
Bacterias Gram-negativas la pared celular estaacute representada por una fina capa de peptidoglicano situada
en medio de dos capas lipoproteiacutenas la capa externa ademaacutes de lipoproteiacutenas tiene lipopolisacaacuteridos y
fosfoliacutepidos
Los procariotas pueden presentar estructuras externas en la pared celular Las ceacutelulas bacterianas
pueden contener glicocaacutelix un poliacutemero gelatinoso compuesto por polisacaacuteridos yo polipeacuteptidos
(caacutepsula) flagelo un largo filamento responsable de la movilidad celular filamentos axiales (endoflagelo)
fimbrias que son filamentos menores y maacutes finos que los flagelos cuya principal funcioacuten es la
adherencia y Pili maacutes largos que las fimbrias y en nuacutemero de uno o dos
Muchas ceacutelulas eucariotas poseen pared celular aunque sean maacutes simples que las de las ceacutelulas
procariotas la pared celular de las algas y de las plantas estaacuten constituidas principalmente por celulosa
la de los hongos por celulosa y principalmente quitina la de las levaduras por polisacaacuteridos En las ceacutelulas
eucariotas de los animales la membrana plasmaacutetica se encuentra recubierta por una capa de glicocaacutelix
(sustancia que contiene carbohidratos)
Membrana citoplasmaacutetica
La membrana citoplasmaacutetica de las ceacutelulas procariotas y eucariotas presenta gran similitud en cuanto a
funcioacuten y estructura baacutesica Funciona como una barrera de permeabilidad separando el lado de dentro
del lado de fuera de la ceacutelula Estaacute constituida por una capa doble de fosfoliacutepidos y proteiacutenas las cuales
pueden estar organizadas de diferentes formas
En los Eucariotas la membrana contiene carbohidratos que poseen la funcioacuten de siacutetios receptores y
esteroides que impiden la lisis osmoacutetica Muchos tipos de ceacutelulas eucariotas poseen flagelos y ciacutelios en la
membrana plasmaacutetica Esas estructuras son utilizadas para la locomocioacuten o para mover substancias a lo
largo de la superficie celular
Ribosomas
En los prokariotas son pequentildeas partiacuteculas formadas por proteiacutenas y aacutecido ribonucleacuteico (ARN)
funcionando como lugar de siacutentese proteica Una simple ceacutelula procariota puede poseer cerca de 10000
ribosomas confiriendo al citoplasma una apariencia granular
En los eukariotas son mayores y maacutes densos que los de los procariotas y se encuentran ligados a la
superficie del retiacuteculo endoplasmaacutetico rugoso y libres en el citoplasma de la ceacutelula Como en los
procariotas constituyen el lugar de la siacutentesis proteica
Regioacuten nuclear
La regioacuten nuclear de una ceacutelula procariota difiere significativamente de la de una ceacutelula eucariota el aacuterea
nuclear denominada nucleoide de una ceacutelula bacteriana tiene una uacutenica moleacutecula larga y circular de
DNA doble el cromosoma bacteriano que contiene todas las informaciones necesarias para el
funcionamiento y estructuracioacuten celular El cromosoma procarioacutetico estaacute ligado a la membrana plasmaacutetica
no contiene histonas y no se encuentra rodeado por una membrana nuclear
Las bacterias pueden contener ademaacutes del cromosoma moleacuteculas de DNA doble pequentildeas y circulares
denominadas plaacutesmidos Esas moleacuteculas son elementos geneacuteticos extracromosoacutemicos no esenciales
para la supervivencia bacteriana y poseen mecanismos de replicacioacuten independientes del DNA
cromosoacutemico La ventaja de poseer un plaacutesmido es que puede contener genes de resistencia a los
antibioacuteticos tolerancia a los metales toacutexicos siacutentesis de enzimas etc
La diferencia clave con la ceacutelula eucariota es la presencia de un nuacutecleo verdadero en esta uacuteltima La
regioacuten nuclear de los Eucariotas estaacute envuelta por una membrana nuclear separando el citoplasma del
nuacutecleo
Este nuacutecleo es generalmente la mayor estructura celular con forma esfeacuterica u oval y estaacute envuelto por
una membrana doble denominada membrana nuclear que contiene en su interior moleacuteculas de ADN
organizadas en cromosomas que contienen todas la informacioacuten hereditaria
La membrana nuclear es estructuralmente semejante a la membrana plasmaacutetica estaacute conectada al
retiacuteculo endoplasmaacutetico y posee poros nucleares que permiten la entrada y salida de substancias
Los pasos clave de la informacioacuten bioloacutegica replicacioacuten de ADN y siacutentesis de ARN suceden en el nuacutecleo
El ARN ribosoacutemico es producido por uno o maacutes cuerpos esfeacutericos denominados nucleacuteolos
Las ceacutelulas eucariotas apenas poseen organelas que son estructuras especializadas representadas por
el nuacutecleo retiacuteculo endoplasmaacutetico complejo de Golgi mitocondria cloroplastos lisosomas y centriacuteolos
La ceacutelula Estructura y funcioacuten
Hasta el final del s XIX no se elaboroacute la teoriacutea celular que enuncia que la ceacutelula es la unidad morfoloacutegica fisioloacutegica y geneacutetica de todos los seres vivos y que ademaacutes toda ceacutelula proviene de otra Todas las ceacutelulas tienen una estructura comuacuten la membrana plasmaacutetica el citoplasma y el material geneacutetico o ADN Se distinguen dos clases de ceacutelulas las ceacutelulas procariotas (sin nuacutecleo) y las ceacutelulas eucariotas mucho maacutes evolucionadas y que presentan nuacutecleo cito esqueleto en el citoplasma y orgaacutenulos membranosos con funciones diferenciadas
Forma y tamantildeo de las ceacutelulas
La ceacutelula es una estructura constituida por tres elementos baacutesicos membrana plasmaacutetica citoplasma y
material geneacutetico (ADN) Las ceacutelulas tienen la capacidad de realizar las tres funciones vitales nutricioacuten
relacioacuten y reproduccioacuten (ver t13)
La forma de las ceacutelulas estaacute determinada baacutesicamente por su funcioacuten La forma puede variar en
funcioacuten de la ausencia de pared celular riacutegida de las tensiones de uniones a ceacutelulas contiguas
de la viscosidad del citosol de fenoacutemenos osmoacuteticos y de tipo de citoesqueleto interno
El tamantildeo de las ceacutelulas es tambieacuten extremadamente variable Los factores que limitan su
tamantildeo son la capacidad de captacioacuten de nutrientes del medio que les rodea y la capacidad
funcional del nuacutecleo
Cuando una ceacutelula aumenta de tamantildeo aumenta mucho maacutes su volumen (V) que su superficie (S) (debido a que V = 43pr
3 mientras que S = 43pr
2) Esto implica que la relacioacuten superficievolumen
disminuye lo que es un gran inconveniente para la ceacutelula ya que la entrada de nutrientes estaacute en funcioacuten de su superficie y no del volumen Por este motivo la mayoriacutea de las ceacutelulas maduras son aplanadas prismaacuteticas e irregulares y pocas son esfeacutericas de forma que asiacute mantienen la relacioacuten
superficievolumen constante El aumento de volumen de la ceacutelula nunca va acompantildeado del aumento de volumen del nuacutecleo ni de su dotacioacuten cromosoacutemica
Ceacutelula procariota bacteria Gram positiva
Ceacutelula eucariota Epitelial secretora
Estructura de las ceacutelulas
La estructura comuacuten a todas las ceacutelulas comprende la membrana plasmaacutetica el citoplasma y el material geneacutetico o ADN
Membrana plasmaacutetica constituida por una bicapa lipiacutedica en la que estaacuten englobadas ciertas
proteiacutenas Los liacutepidos hacen de barrera aislante entre el medio acuoso interno y el medio acuoso
externo
El citoplasma abarca el medio liacutequido o citosol y el morfoplasma (nombre que recibe una serie
de estructuras denominadas orgaacutenulos celulares)
El material geneacutetico constituido por una o varias moleacuteculas de ADN Seguacuten esteacute o no rodeado
por una membrana formando el nuacutecleo se diferencian dos tipos de ceacutelulas las procariotas (sin
nuacutecleo) y las eucariotas (con nuacutecleo)
Las ceacutelulas eucariotas ademaacutes de la estructura baacutesica de la ceacutelula (membrana citoplasma y
material geneacutetico) presentan una serie de estructuras fundamentales para sus funciones vitales (ver t27 y t28)
El sistema endomembranoso es el conjunto de estructuras membranosas (orgaacutenulos)
intercomunicadas que pueden ocupar casi la totalidad del citoplasma
Orgaacutenulos transductores de energiacutea son las mitocondrias y los cloroplastos Su funcioacuten es la
produccioacuten de energiacutea a partir de la oxidacioacuten de la materia orgaacutenica (mitocondrias) o de energiacutea
luminosa (cloroplastos)
Estructuras carentes de membranas estaacuten tambieacuten en el citoplasma y son los ribosomas
cuya funcioacuten es sintetizar proteiacutenas y el citoesqueleto que da dureza elasticidad y forma a las
ceacutelulas ademaacutes de permitir el movimiento de las moleacuteculas y orgaacutenulos en el citoplasma
El nuacutecleo mantiene protegido al material geneacutetico y permite que las funciones de transcripcioacuten y
traduccioacuten se produzcan de modo independiente en el espacio y en el tiempo
En el exterior de la membrana plasmaacutetica de la ceacutelula procariota (ver t40) se encuentra la pared celular
que protege a la ceacutelula de los cambios externos El interior celular es mucho maacutes sencillo que en las eucariotas en el citoplasma se encuentran los ribosomas praacutecticamente con la misma funcioacuten y estructura que las eucariotas pero con un coeficiente de sedimentacioacuten menor Tambieacuten se encuentran los mesosomas que son invaginaciones de la membrana No hay por tanto citoesqueleto ni sistema
endomembranoso El material geneacutetico es una moleacutecula de ADN circular que estaacute condensada en una regioacuten denominada nucleoide No estaacute dentro de un nuacutecleo con membrana y no se distinguen nucleolos
Las teoriacuteas celulares
Las ceacutelulas se descubrieron en el siglo XVII El primero en observarlas fue el ingleacutes Robert Hooke en 1665 Con un microscopio muy rudimentario Hooke examinoacute una preparacioacuten de corcho y descubrioacute que pareciacutea estar compuesto por pequentildeas celdillas rodeadas de paredes riacutegidas Decidioacute llamar ceacutelulas a aquellas estructuras pero lo cierto es que sus ojos le engantildearon En realidad soacutelo habiacutea visto las paredes celulares muertas del corcho Hubo que esperar hasta el siglo XIX para que dos cientiacuteficos Matthias Jakob Schleiden y Theodor Schwann formularan una teoriacutea que explicara la estructura y funcionamiento de las ceacutelulas En 1839 establecieron que todo ser vivo estaacute formado por una o muchas ceacutelulas que eacutesta es la estructura maacutes pequentildea que cumple todas las funciones vitales y que toda ceacutelula procede a su vez de otra ceacutelula que se ha dividido
La teoriacutea celular
Principios de la teoriacutea celular
1 Todos los seres vivos estaacuten constituidos por una o maacutes ceacutelulas es decir la ceacutelula es la unidad morfoloacutegica de todos los seres vivos
2 La ceacutelula es capaz de realizar todos los procesos necesarios para permanecer con vida es decir la ceacutelula es la unidad fisioloacutegica de los organismos
3 Toda ceacutelula proviene de otra ceacutelula
4 La ceacutelula contiene toda la informacioacuten sobre la siacutentesis de su estructura y el control de su funcionamiento y es capaz de transmitirla a sus descendientes es decir la ceacutelula es la unidad geneacutetica
autoacutenoma de los seres vivos
El primer y segundo principios fueron establecidos por Schleiden y Schwann posteriormente Virchow
aportoacute el tercer principio sobre el origen de la ceacutelula La teoriacutea celular se puede completar con el cuarto principio propuesto por Sutton y Boveri
Transporte celular
El transporte celular es el intercambio de sustancias entre el interior celular y el exterior a traveacutes de la
membrana celular o el movimiento de moleacuteculas dentro de la ceacutelula
Transporte a traveacutes de la membrana celular
La ceacutelula necesita este proceso porque es importante para esta expulsar de su interior los desechos del metabolismo y adquirir nutrientes del liacutequido extracelular gracias a la capacidad de la membrana celular que permite el paso o salida de manera selectiva de algunas sustancias Las viacuteas de transporte a traveacutes de la membrana celular y los mecanismos baacutesicos para las moleacuteculas de pequentildeo tamantildeo son
Transporte pasivo o difusioacuten
El transporte pasivo es el intercambio simple de moleacuteculas de una sustancia a traveacutes de la membrana plasmaacutetica durante el cual no hay gasto de energiacutea que aporta la ceacutelula debido a que va a favor del gradiente de concentracioacuten o a favor de gradiente de carga eleacutectrica es decir de un lugar donde hay una gran concentracioacuten a uno donde hay menor El proceso celular pasivo se realiza por difusioacuten En siacute es el cambio de un medio de mayor concentracioacuten (medio hipertoacutenico) a otro de menor concentracioacuten (un medio hipotoacutenico)
Difusioacuten simple
Algunas sustancias pasan al interior o al exterior de las ceacutelulas a traveacutes de una membrana semipermeable y se mueven dentro de eacutestas por Difusioacuten simple siendo un proceso fiacutesico basado en el movimiento al azar La difusioacuten es el movimiento de aacutetomos moleacuteculas o iones de una regioacuten de mayor concentracioacuten a una de menor concentracioacuten sin requerir gasto de energiacutea La difusioacuten implica no soacutelo el movimiento al azar de las partiacuteculas hasta lograr la homogeacutenea distribucioacuten de las mismas (y esto ocurre cuando las partiacuteculas que azarosamente vienen se equiparan con las que azarosamente van) sino tambieacuten el homogeacuteneo potencial quiacutemico del fluido ya que de existir una membrana semipermeable que particiones un fluido en dos de distinto potencial quiacutemico se generaraacute una presioacuten osmoacutetica desde el potencial quiacutemico mayor (pe solvente puro) hacia el menor (pe solvente y soluto) hasta que ambas particiones se equiparen o la presioacuten hidrostaacutetica equilibre la presioacuten osmoacutetica
1
Difusioacuten facilitada
Es el movimiento de moleacuteculas maacutes grandes que no pueden pasar a traveacutes de la membrana plasmaacutetica y necesita ayuda de una proteiacutena u otros mecanismos (exocitosis) para pasar al otro lado Tambieacuten se llama difusioacuten mediada por portador porque la sustancia transportada de esta manera no suele poder atravesar la membrana sin una proteiacutena portadora especiacutefica que le ayude Se diferencia de la difusioacuten simple a traveacutes de conductos en que mientras que la magnitud de difusioacuten de la difusioacuten simple se incrementa de manera proporcional con la concentracioacuten de la sustancia que se difunde en la difusioacuten facilitada la magnitud de difusioacuten se aproxima a un maacuteximo (Vmax) al aumentar la concentracioacuten de la sustancia
Filtracioacuten O Dialisis
La filtracioacuten o diaacutelisis es el movimiento de agua y moleacuteculas disueltas a traveacutes de la membrana debido a la presioacuten hidrostaacutetica generada por el sistema cardiovascular Dependiendo del tamantildeo de los poros de la membrana soacutelo los solutos con un determinado tamantildeo pueden pasar a traveacutes de la membrana Por ejemplo los poros de la membrana de la caacutepsula de Bowman en los glomeacuterulos renales son muy pequentildeos y soacutelo la albuacutemina la maacutes pequentildea de las proteiacutenas tienen la capacidad de ser filtrada a traveacutes de ella Por otra parte los poros de las membranas de los hepatocitos son extremadamente grandes por lo que una gran variedad de solutos pueden atravesarla
Oacutesmosis
La oacutesmosis es un tipo especial de transporte pasivo en el cual soacutelo las moleacuteculas de agua son transportadas a traveacutes de la membrana El movimiento de agua se realiza desde un punto en que hay mayor concentracioacuten a uno de menor para igualar concentraciones De acuerdo al medio en que se encuentre una ceacutelula la oacutesmosis variacutea La funcioacuten de la osmosis es mantener hidratada a la membrana celular Dicho proceso no requiere gasto de energiacutea En otras palabras la oacutesmosis u osmosis es un fenoacutemeno consistente en el paso del solvente de una disolucioacuten desde una zona de baja concentracioacuten de soluto a una de alta concentracioacuten del soluto separadas por una membrana semipermeable Se relaciona con el movimiento browniano
Oacutesmosis en una ceacutelula animal
En un medio isotoacutenico hay un equilibrio dinaacutemico es decir el paso constante de agua
En un medio hipotoacutenico la ceacutelula absorbe agua hinchaacutendose y hasta el punto en que puede estallar dando origen a la citoacutelisis
En un medio hipertoacutenico la ceacutelula elimina agua y se arruga llegando a deshidratarse y se muere esto se llama crenacioacuten
Oacutesmosis en una ceacutelula vegetal [editar]
En un medio isotoacutenico hay un equilibrio dinaacutemico
En un medio hipotoacutenico la ceacutelula absorbe agua y sus vacuolas se llenan aumentando la presioacuten de turgencia
En un medio hipertoacutenico la ceacutelula elimina agua y el volumen de la vacuola disminuye produciendo que la membrana plasmaacutetica se despegue de la pared celular ocurriendo la plasmoacutelisis
Transporte activo
Consiste en el transporte de sustancias en contra de un gradiente de concentracioacuten para lo cual se requiere un gasto energeacutetico En la mayor parte de los casos este transporte activo se realiza a expensas de un gradiente de H
+ (potencial electroquiacutemico de protones) previamente creado a ambos lados de la
membrana por procesos de respiracioacuten y fotosiacutentesis por hidroacutelisis de ATP mediante ATP hidrolasas de membrana (F1F0) El transporte activo variacutea la concentracioacuten intracelular y ello da lugar un nuevo movimiento osmoacutetico de rebalanceo por hidratacioacuten Los sistemas de transporte activo son los maacutes abundantes entre las bacterias y se han seleccionado evolutivamente debido a que en sus medios naturales la mayoriacutea de los procariotas se encuentran de forma permanente o transitoria con una baja concentracioacuten de nutrientes
Los sistemas de transporte activo estaacuten basados en permeasas especiacuteficas e inducibles El modo en que se acopla la energiacutea metaboacutelica con el transporte del soluto auacuten no estaacute dilucidado pero en general se maneja la hipoacutetesis de que las permeasas una vez captado el sustrato con gran afinidad experimentan un cambio conformacioacuten al dependiente de energiacutea que les hace perder dicha afinidad lo que supone la liberacioacuten de la sustancia al interior celular
El transporte activo de moleacuteculas a traveacutes de la membrana celular se realiza en direccioacuten ascendente o en contra de un gradiente de concentracioacuten (Gradiente quiacutemico) o en contra un gradiente eleacutectrico de presioacuten (gradiente electroquiacutemico) es decir es el paso de sustancias desde un medio poco concentrado a un medio muy concentrado Para desplazar estas sustancias contra corriente es necesario el aporte de energiacutea procedente del ATP Las proteiacutenas portadoras del transporte activo poseen actividad ATPasa que significa que pueden escindir el ATP (Adenosin Tri Fosfato) para formar ADP (dos Fosfatos) o AMP (un Fosfato) con liberacioacuten de energiacutea de los enlaces fosfato de alta energiacutea Comuacutenmente se observan tres tipos de transportadores
Uniportadores son proteiacutenas que transportan una moleacutecula en un solo sentido a traveacutes de la membrana
Antiportadores incluyen proteiacutenas que transportan una sustancia en un sentido mientras que simultaacuteneamente transportan otra en sentido opuesto
Simportadores son proteiacutenas que transportan una sustancia junto con otra frecuentemente un protoacuten (H
+)
Transporte activo primario Bomba de sodio y potasio
Se encuentra en todas las ceacutelulas del organismo encargada de transportar los iones potasio que logran entrar a las ceacutelulas hacia el interior de eacutestas dando una carga interior negativa y al mismo tiempo bombea iones sodio desde el interior hacia el exterior de la ceacutelula (axoplasma) sin embargo el nuacutemero de iones Na
+ (con carga positiva) no sobrepasa al de iones con carga negativa dando por resultado una carga
interna negativa En caso particular de las neuronas en estado de reposo esta diferencia de cargas a ambos lados de la membrana se llama potencial de membrana o de reposo
Transporte activo secundario o cotransporte
Es el transporte de sustancias que normalmente no atraviesan la membrana celular tales como los aminoaacutecidos y la glucosa cuya energiacutea requerida para el transporte deriva del gradiente de concentracioacuten de los iones sodio de la membrana celular (Bomba GlucosaSodio ATPasa)
Bomba de calcio Es una proteiacutena de la membrana celular de todas las ceacutelulas eucariotas Su
funcioacuten consiste en transportar calcio ioacutenico (Ca2+
) hacia el exterior de la ceacutelula gracias a la energiacutea proporcionada por la hidroacutelisis de ATP con la finalidad de mantener la baja concentracioacuten de Ca
2+ en el citoplasma que es unas diez mil veces menor que en el medio
externo necesaria para el normal funcionamiento celular Se sabe que las variaciones en la concentracioacuten intracelular del Ca
2+ (segundo mensajero) se producen como respuesta a diversos
estiacutemulos y estaacuten involucradas en procesos como la contraccioacuten muscular la expresioacuten geneacutetica la diferenciacioacuten celular la secrecioacuten y varias funciones de las neuronas Dada la variedad de procesos metaboacutelicos regulados por el Ca
2+ un aumento de la concentracioacuten de Ca
2+ en el
citoplasma puede provocar un funcionamiento anormal de los mismos Si el aumento de la concentracioacuten de Ca
2+ en la fase acuosa del citoplasma se aproxima a un deacutecimo de la del medio
externo el trastorno metaboacutelico producido conduce a la muerte celular El calcio es el mineral maacutes abundante del organismo ademaacutes de cumplir muacuteltiples funciones
Transporte de macromoleacuteculas o partiacuteculas
Las macromoleacuteculas o partiacuteculas grandes se introducen o expulsan de la ceacutelula por dos mecanismos
Endocitosis
La endocitosis es el proceso celular por el que la ceacutelula mueve hacia su interior moleacuteculas grandes o partiacuteculas englobaacutendolas en una invaginacioacuten de su membrana citoplasmaacutetica formando una vesiacutecula que luego se desprende de la pared celular e incorpora al citoplasma Esta vesiacutecula llamada endosoma luego se fusiona con un lisosoma que realizaraacute la digestioacuten del contenido vesicular
Existen dos procesos
Pinocitosis consiste en la ingestioacuten de liacutequidos y solutos mediante pequentildeas vesiacuteculas
Fagocitosis consiste en la ingestioacuten de grandes partiacuteculas que se engloban en grandes vesiacuteculas (fagosomas) que se desprenden de la membrana celular
Endocitosis mediada por receptor es de tipo especiacutefica captura macromoleacuteculas especiacuteficas del
ambiente fijaacutendose a traveacutes de proteiacutenas ubicadas en las membranas plasmaacuteticas (especificas) Una vez que se unen a dicho receptor forman las vesiacuteculas y las transportan al interior de la ceacutelula La endocitosis mediada por receptor resulta ser un proceso raacutepido y eficiente
Exocitosis
Es la expulsioacuten de sustancias como la insulina a traveacutes de la fusioacuten de vesiacuteculas con la membrana celular
La exocitosis es el proceso celular por el cual las vesiacuteculas situadas en el citoplasma se fusionan con la membrana citoplasmaacutetica liberando su contenido
La exocitosis se observa en muy diversas ceacutelulas secretoras tanto en la funcioacuten de excrecioacuten como en la funcioacuten endocrina
Tambieacuten interviene la exocitosis en la secrecioacuten de un neurotransmisor a la brecha sinaacuteptica para posibilitar la propagacioacuten del impulso nervioso entre neuronas La secrecioacuten quiacutemica desencadena una despolarizacioacuten del potencial de membrana desde el axoacuten de la ceacutelula emisora hacia la dendrita (u otra parte) de la ceacutelula receptora Este neurotransmisor seraacute luego recuperado por endocitosis para ser reutilizado Sin este proceso se produciriacutea un fracaso en la transmisioacuten del impulso nervioso entre neuronas
CEacuteLULA VEGETAL
Todos los organismos vivos estaacuten compuestos por ceacutelulas El ingleacutes Robert Hooke en 1665 realizoacute cortes finos de una muestra de corcho y observoacute usando un microscopio rudimentario unos pequentildeos compartimentos que no eran maacutes que las paredes celulares de esas ceacutelulas muertas y las llamoacute ceacutelulas (del latiacuten cellula que significa habitacioacuten pequentildea ) ya que eacuteste tejido le recordaba las celdas pequentildeas que habitaban los monjes de aquella eacutepoca No fue sino hasta el siglo XIX que dos cientiacuteficos alemanes el botaacutenico Matthias Jakob Schleiden y el zoologo Theodor Schwann enunciaron en 1839 la primera teoriacutea celular Todas las plantas y animales estaacuten compuestos por grupos de ceacutelulas y eacutestas son la unidad baacutesica de todos los organismos vivos Esta teoriacutea fue completada en 1855 por Rudolph Virchow quien establecioacute que las ceacutelulas nuevas se formaban a partir de ceacutelulas preexistentes ( omni cellula e cellula ) En otras palabras las ceacutelulas no se pueden formar por generacioacuten espontaacutenea a partir de materia inerte
Ceacutelula fijada con KMnO4
En la frontera de lo viviente se han descubierto seres aun maacutes pequentildeos los virus que crecen y se reproducen solamente cuando parasitan otra ceacutelula Podemos afirmar que no hay vida sin ceacutelula Al igual que un edificio las ceacutelulas son los bloques de construccioacuten de un organismo La ceacutelula es la unidad maacutes pequentildea de materia viva capaz de llevar a cabo todas las actividades necesarias para el mantenimiento de la vida
La teoriacutea celular actualmente se puede resumir de la siguiente forma
1 Todos los organismos vivos estaacuten formados por ceacutelulas y productos celulares
2 Soacutelo se forman ceacutelulas nuevas a partir de ceacutelulas preexistentes
3 La informacioacuten geneacutetica que se necesita durante la vida de las ceacutelulas y la que se requiere para la produccioacuten de nuevas ceacutelulas se transmite de una generacioacuten a la siguiente
4 Las reacciones quiacutemicas de un organismo esto es su metabolismo tienen lugar en las ceacutelulas
CEacuteLULAS VEGETALES Y ANIMALES
Tanto las ceacutelulas de las plantas como las de los animales son eucarioacuteticas sin embargo presentan algunas diferencias
1 Las ceacutelulas vegetales presentan una pared celular celuloacutesica riacutegida que evita cambios de forma y posicioacuten
2 Las ceacutelulas vegetales contienen plastidios estructuras rodeadas por una membrana que sintetizan y almacenan alimentos Los maacutes comunes son los cloroplastos
3 Casi todas las ceacutelulas vegetales poseen vacuolas que tienen la funcioacuten de transportar y almacenar nutrientes agua y productos de desecho
4 Las ceacutelulas vegetales complejas carecen de ciertos organelos como los centriacuteolos y los lisosomas
Fotosiacutentesis
Una hoja el lugar principal en el que se desarrolla la fotosiacutentesis en las plantas
La fotosiacutentesis del griego antiguo φωτο (foto) luz y σύνθεσις (siacutentesis) unioacuten es la base de la vida
actual en la Tierra Proceso mediante el cual las plantas algas y algunas bacterias captan y utilizan la energiacutea de la luz para transformar la materia inorgaacutenica de su medio externo en materia orgaacutenica que utilizaraacuten para su crecimiento y desarrollo
Los organismos capaces de llevar a cabo este proceso se denominan fotoautoacutetrofos y ademaacutes son capaces de fijar el CO2 atmosfeacuterico (lo que ocurre casi siempre) o simplemente autoacutetrofos Salvo en algunas bacterias en el proceso de fotosiacutentesis se producen liberacioacuten de oxiacutegeno molecular (proveniente de moleacuteculas de H2O) hacia la atmoacutesfera (fotosiacutentesis oxigeacutenica) Es ampliamente admitido que el contenido actual de oxiacutegeno en la atmoacutesfera se ha generado a partir de la aparicioacuten y actividad de dichos organismos fotosinteacuteticos Esto ha permitido la aparicioacuten evolutiva y el desarrollo de organismos aerobios capaces de mantener una alta tasa metaboacutelica (el metabolismo aerobio es muy eficaz desde el punto de vista energeacutetico)
La otra modalidad de fotosiacutentesis la fotosiacutentesis anoxigeacutenica en la cual no se libera oxiacutegeno es llevada a cabo por un nuacutemero reducido de bacterias como las bacterias puacuterpuras del azufre y las bacterias verdes del azufre estas bacterias usan como donador de hidroacutegenos el H2S con lo que liberan azufre
Generalidades
Cloroplastos dentro de ceacutelulas vegetales
En algas eucarioacuteticas y en plantas la fotosiacutentesis se lleva a cabo en un orgaacutenulo especializado denominado cloroplasto Este orgaacutenulo que estaacute delimitado por dos membranas (envueltas de los cloroplastos) que lo separan del citoplasma circundante En su interior se encuentra una fase acuosa con un elevado contenido en proteiacutenas e hidratos de carbono (estroma del cloroplasto) y una serie de
membranas denominadas tilacoides Los tilacoides contienen los pigmentos (sustancias coloreadas) fotosinteacuteticos y proteiacutenas necesarios para captar la energiacutea de la luz El principal de esos pigmentos es la clorofila de color verde de la que existen varios tipos (bacterioclorofilas y clorofilas a b c y d) Ademaacutes de las clorofilas otros pigmentos presentes en todos los organismos eucarioacuteticos son los carotenoides (carotenos y xantofilas) de color amarillo o anaranjado y que tienen un papel auxiliar en la captacioacuten de la luz ademaacutes de un papel protector En cianobacterias (que no poseen cloroplastos) los carotenoides son sustituidos por otro tipo de pigmentos denominados ficobilinas de naturaleza quiacutemica diferente a los anteriores En las plantas vasculares el mayor nuacutemero de cloroplastos se encuentra dentro de las ceacutelulas del mesoacutefilo de las hojas lo cual les confiere su caracteriacutestico color verde
La fotosiacutentesis se divide en dos fases La primera ocurre en los tilacoides en donde se capta la energiacutea de la luz y eacutesta es almacenada en dos moleacuteculas orgaacutenicas sencillas (ATP y NADPH) La segunda tiene lugar en el estroma y las dos moleacuteculas producidas en la fase anterior son utilizadas en la asimilacioacuten del CO2 atmosfeacuterico para producir hidratos de carbono e indirectamente el resto de las moleacuteculas orgaacutenicas que componen los seres vivos (aminoaacutecidos liacutepidos nucleoacutetidos etc) Tradicionalmente a la primera fase se le denominaba fase luminosa y a la segunda fase oscura de la fotosiacutentesis Sin embargo la
denominacioacuten como fase oscura de la segunda etapa es incorrecta porque actualmente se conoce que los procesos que la llevan a cabo solo ocurren en condiciones de iluminacioacuten Es maacutes preciso referirse a ella como fase de fijacioacuten del dioacutexido de carbono (ciclo de Calvin) y a la primera como fase fotoquiacutemica o reaccioacuten de Hill
En la fase luminosa o fotoquiacutemica la energiacutea de la luz captada por los pigmentos fotosinteacuteticos unidos a proteiacutenas y organizados en los denominados foto sistemas (ver maacutes adelante) produce la descomposicioacuten del agua liberando electrones que circulan a traveacutes de moleacuteculas transportadoras para llegar hasta un aceptor final (NADP
+) capaz de mediar en la transformacioacuten del CO2 atmosfeacuterico (o
disuelto en el agua en sistemas acuaacuteticos) en materia orgaacutenica Este proceso luminoso estaacute tambieacuten acoplado a la formacioacuten de moleacuteculas que funcionan como intercambiadores de energiacutea en las ceacutelulas (ATP) La formacioacuten de ATP es necesaria tambieacuten para la fijacioacuten del CO2
El CO2 es uno de los menores componentes del aire atmosfeacuterico capaz de reflejar la radiacioacuten de onda larga proveniente de la tierra (el maacuteximo agente reflector de esa radiacioacuten es el vapor de agua) El notable aumento de su concentracioacuten a partir de 1850 debido a la destruccioacuten de las aacutereas selvaacuteticas la actividad industrial y el uso de combustibles foacutesiles podriacutea tener el efecto de incrementar las temperaturas medias efecto llamado efecto invernadero
Descubrimiento
Durante el siglo XVIII comienzan a surgir trabajos que relacionan los incipientes conocimientos de la Quiacutemica con los de la Biologiacutea Asiacute con los trabajos de Priestley se llega a la conclusioacuten de que las partes verdes de las plantas fijan el aire lsquoimpurorsquo (anhiacutedrido carboacutenico) que actuariacutea como un nutriente y liberan oxiacutegeno
Posteriormente Emily Fransecheti ampliacutea los estudios de Scarlett Pruzza describiendo la emisioacuten de CO2 por las plantas en oscuridad y estableciendo que esta emisioacuten era menor que su asimilacioacuten en condiciones de iluminacioacuten Ingeshousz tambieacuten supone que la emisioacuten de oxiacutegeno por parte de las plantas procede en uacuteltimo teacutermino del agua aunque no sabe encontrar una explicacioacuten para este fenoacutemeno y habla de una lsquotransmutacioacutenrsquo (se debe antildeadir que en esta eacutepoca no se conociacutea auacuten la naturaleza quiacutemica del agua)
En la misma liacutenea de los autores anteriores Jean Senebier ginebrino realiza nuevos experimentos que establecen la necesidad de la luz para que se produzca la asimilacioacuten de anhiacutedrido carboacutenico y el desprendimiento de oxiacutegeno Tambieacuten establece que auacuten en condiciones de iluminacioacuten si no se suministra CO2 no se registra desprendimiento de oxiacutegeno J Senebier sin embargo opinaba en contra de las teoriacuteas desarrolladas y confirmadas maacutes adelante que la fuente de anhiacutedrido carboacutenico para la planta proveniacutea del agua y no del aire
Otro autor suizo Th de Saussure demostrariacutea experimentalmente que el pipeteo de la papa constituye un proceso baacutesico en la fotosiacutentesis y que el aumento de biomasa depende de la fijacioacuten de anhiacutedrido carboacutenico (que puede ser tomado directamente del aire por las hojas) y del agua Tambieacuten realiza estudios sobre la respiracioacuten en plantas y concluye que junto con la emisioacuten de anhiacutedrido carboacutenico hay una peacuterdida de agua y una generacioacuten de calor Finalmente de Saussure describe la necesidad de la nutricioacuten mineral de las plantas
El quiacutemico alemaacuten J von Liebig es uno de los grandes promotores tanto del conocimiento actual sobre Quiacutemica Orgaacutenica como sobre Fisiologiacutea Vegetal imponiendo el punto de vista de los organismos como entidades compuestas por productos quiacutemicos y la importancia de las reacciones quiacutemicas en los procesos vitales Confirma las teoriacuteas expuestas previamente por de Saussure matizando que si bien la fuente de carbono procede del CO2 atmosfeacuterico el resto de los nutrientes provienen del suelo
La denominacioacuten como clorofila de los pigmentos fotosinteacuteticos fue acuntildeada por Pelletier y Caventou a comienzos del siglo XIX Dutrochet describe la entrada de CO2 en la planta a traveacutes de los estomas y determina que solo las ceacutelulas que contienen clorofila son productoras de oxiacutegeno H von Mohl maacutes tarde asociariacutea la presencia de almidoacuten con la de clorofilas y describiriacutea la estructura de los estomas Sachs a su vez relacionoacute la presencia de clorofila con cuerpos subcelulares que se pueden alargar y dividir asiacute como que la formacioacuten de almidoacuten estaacute asociada con la iluminacioacuten y que esta sustancia desaparece en oscuridad o cuando los estomas son ocluidos A Sachs se debe la formulacioacuten de la ecuacioacuten baacutesica de la fotosiacutentesis
6 CO2 + 6 H2O rarr C6H12O6 + 6 O2
Schimper dariacutea el nombre de cloroplastos a los cuerpos coloreados de Sachs y describiriacutea los aspectos baacutesicos de su estructura tal como se podiacutea detectar con microscopiacutea oacuteptica En el uacuteltimo tercio del siglo XIX se sucederiacutean los esfuerzos por establecer las propiedades fiacutesico-quiacutemicas de las clorofilas y se comienzan a estudiar los aspectos eco fisioloacutegico de la fotosiacutentesis
Fase fotoquiacutemica
La energiacutea luminosa que absorbe la clorofila se transmite a los electrones externos de la moleacutecula los cuales escapan de la misma y producen una especie de corriente eleacutectrica en el interior del cloroplasto al incorporarse a la cadena de transporte de electrones Esta energiacutea puede ser empleada en la siacutentesis de ATP mediante la fotofosforilacioacuten y en la siacutentesis de NADPH Ambos compuestos son necesarios para la siguiente fase o Ciclo de Calvin donde se sintetizaraacuten los primeros azuacutecares que serviraacuten para la produccioacuten de sacarosa y almidoacuten Los electrones que ceden las clorofilas son repuestos mediante la oxidacioacuten del H2O proceso en el cual se genera el O2 que las plantas liberan a la atmoacutesfera
Existen dos variantes de fotofosforilacioacuten aciacuteclica y ciacuteclica seguacuten el traacutensito que sigan los electrones a traveacutes de los foto sistemas Las consecuencias de seguir un tipo u otro estriban principalmente en la produccioacuten o no de NADPH y en la liberacioacuten o no de O2
Fotofosforilacioacuten aciacuteclica
Estructura de un fotosistema
Este proceso permite la formacioacuten de ATP y la reduccioacuten de NADP+ a NADPH + H
+ y necesita de la
energiacutea de la luz como ya se ha dicho Se realiza gracias a los llamados foto sistemas que se encuentran en la membrana de los tilacoides (en los cloroplastos) Estos estaacuten formados por dos partes
Antena donde se agrupan los pigmentos antena junto con proteiacutenas y cuya funcioacuten es captar
la energiacutea de los fotones para transmitirla al pigmento diana y el centro de reaccioacuten Este esta formado por proteiacutenas y por pigmentos encontraacutendose en eacutel el llamado pigmento diana que es
aquel que recibe la energiacutea de excitacioacuten de la antena energiacutea que sirve para excitar y liberar electrones Aquiacute tambieacuten se encuentra el primer dador de electrones que repone los electrones al pigmento diana
Primer aceptor que recibe los electrones liberados
Hay dos tipos de foto sistemas
Fotosistema I que se encuentra sobre todo en los tilacoides de estroma y cuyo pigmento diana
es la clorofila P700
Fotosistema II que se encuentra sobre todo en los grana y cuyo pigmento diana es la clorofila
P680
Proceso
El proceso de la fase luminosa supuesto para dos electrones es el siguiente Los fotones inciden sobre el fotosistema II excitando y liberando dos electrones que pasan al primer aceptor de electrones la feofitina Los electrones los repone el primer dador de electrones el dador Z con los electrones procedentes de la fotoacutelisis del agua en el interior del tilacoide (la moleacutecula de agua se divide en 2H
+ + 2e
-
+ 12O2) Los protones de la fotoacutelisis se acumulan en el interior del tilacoide y el oxiacutegeno es liberado
Los electrones pasan a una cadena de transporte de electrones que invertiraacute su energiacutea liberada en la siacutentesis de ATP iquestCoacutemo La teoriacutea quimioosmoacutetica nos lo explica de la siguiente manera los electrones son cedidos a las plastoquinonas las cuales captan tambieacuten dos protones del estroma Los electrones y los protones pasan al complejo de citocromos bf que bombea los protones al interior del tilacoide Se consigue asiacute una gran concentracioacuten de protones en el tilacoide (entre eacutestos y los resultantes de la fotoacutelisis del agua) que se compensa regresando al estroma a traveacutes de las proteiacutenas ATP-sintasas que invierten la energiacutea del paso de los protones en sintetizar ATP La siacutentesis de ATP en la fase fotoquiacutemica se denomina fotofosforilacioacuten
Los electrones de los citocromos pasan a la plastocianina que los cede a su vez al fotosistema I Con la energiacutea de la luz los electrones son de nuevo liberados y captados por el aceptor A0 De ahiacute pasan a traveacutes de una serie de filoquinonas hasta llegar a la ferredoxina Eacutesta moleacutecula los cede a la enzima NADP
+-reductasa que capta tambieacuten dos protones del estroma Con los dos protones y los dos
electrones reduce un NADP+ en NADPH + H
+
El balance final es por cada moleacutecula de agua (y por cada cuatro fotones) se forman media moleacutecula de oxiacutegeno 13 moleacuteculas de ATP y un NADPH + H
+
Foto fosforilacioacuten ciacuteclica
Tiene lugar al mismo tiempo que la aciacuteclica En ella soacutelo interviene el foto sistema I Los electrones liberados despueacutes de llegar a la ferredoxina pasan a las plastoquinonas y siguen la cadena de transporte de electrones hasta regresar a la plastocianina y al fotosistema I Por tanto se genera ATP en lugar de NADPH Sirve para compensar el hecho de que en la fotofosforilacioacuten aciacuteclica no se genera suficiente ATP para la fase oscura
Fase bioquiacutemica o ciclo de Calvin biosiacutentesis orgaacutenica
Esquema simplificado del ciclo de Calvin-Benson
La fase bioquiacutemica o ciclo de Calvin o ciclo reductivo de las pentosas-fosfato consiste en un ciclo de reacciones quiacutemicas en las que se incorpora el CO2 de la atmoacutesfera en moleacuteculas orgaacutenicas y se originan triosas fosfato los primeros azuacutecares previos a la formacioacuten de sacarosa y almidoacuten Durante este ciclo se
emplean el ATP y el NADPH producidos en la etapa fotoquiacutemica Se divide en tres etapas carboxilacioacuten reduccioacuten y regeneracioacuten
Este ciclo comienza con una pentosa la ribulosa-15-fosfato que se carboxila con el CO2 y se descompone en dos moleacuteculas de aacutecido-3-fosfogliceacuterico Con el gasto de un ATP el aacutecido-3-fosfogliceacuterico se fosforila en aacutecido-13-bifosfogliceacuterico Eacuteste se reduce con el NADPH y se libera una moleacutecula de aacutecido fosfoacuterico formaacutendose el gliceraldehido-3-fosfato La moleacutecula formada puede seguir ahora dos viacuteas una es dar lugar a maacutes ribulosa-15-fosfato para seguir el ciclo y la otra es dar lugar a los distintos principios inmediatos glucosa o fructosa almidoacuten y a partir de ellos los demaacutes gluacutecidos y los liacutepidos proteiacutenas y nucleoacutetidos que requiere la ceacutelula
Hay que destacar que tanto la fase fotoquiacutemica como la fase biosinteacutetica se producen a la vez Son inseparables ya que los productos de la fase fotoquiacutemica son empleados en la fase biosinteacutetica Por otro lado al consumir en la fase biosinteacutetica el ATP y NADPH se obtienen ADP y NADP
+ para la fase
fotoquiacutemica Para asegurar que ambas fases se produzcan a la vez existe una fuerte fotorregulacioacuten sobre las enzimas del ciclo de Calvin para que esteacuten activas por el diacutea e inactivas por la noche en especial sobre la enzima rubisco No obstante existe una variante de fotosiacutentesis presente en ciertas plantas que permite separar la fijacioacuten del CO2 de la fase fotoquiacutemica Se trata de la fotosiacutentesis tipo CAM empleada por plantas adaptadas a climas deseacuterticos para evitar que se abran las estomas por el diacutea para fijar el CO2 con la consiguiente peacuterdida de agua
Divisioacuten celular
Comparacioacuten de tres tipos de reproduccioacuten celular
Definicioacuten
La divisioacuten celular es la parte del ciclo
celular en la que una ceacutelula inicial (llamada madre) se divide en dos para formar dos ceacutelulas hijas Gracias a la divisioacuten celular se produce el crecimiento de los organismos pluricelulares con el crecimiento de los tejidos y la reproduccioacuten vegetativa en seres unicelulares
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas
Tipos de divisioacuten celular
Biparticioacuten la divisioacuten de la ceacutelula madre en dos ceacutelulas hijas cada nueva ceacutelula es un nuevo individuo
con estructuras y funciones ideacutenticas a la ceacutelula madre Este tipo de reproduccioacuten la presentan organismos como bacterias amebas y algunas algas
Gemacioacuten se presenta cuando unos nuevos individuos se producen a partir de yemas El proceso de
gemacioacuten es frecuente en esponjas celenterios briozoos En una zona o varias del organismo progenitor
se produce una evaginacioacuten o yema que se va desarrollando y en un momento dado sufre una constriccioacuten en la base y se separa del progenitor comenzando su vida como nuevo ser Las yemas hijas pueden presentar otras yemas a las que se les denomina yemas secundarias En algunos organismos se pueden formar colonias cuando las yemas no se separan del organismo progenitor En las formas maacutes evolucionadas de briozoos se observa en el proceso de gemacioacuten que se realiza de forma maacutes complicado
El nuacutemero de individuos de una colonia la manera en que estaacuten agrupados y su grado de diferenciacioacuten variacutea y a menudo es caracteriacutestica de una especie determinada Los briozoos pueden originar nuevos individuos sobre unas prolongaciones llamados estolones y al proceso se le denomina estolonizacioacuten
Ciertas especies de animales pueden tener gemacioacuten interna yemas que sobreviven en condiciones desfavorables gracias a una envoltura protectora En el caso de las esponjas de agua dulce las yemas tienen una caacutepsula protectora y en el interior hay sustancia de reserva Al llegar la primavera se pierde la caacutepsula protectora y a partir de la yema surge la nueva esponja En los briozoos de agua dulce se produce una capa de quitina y de calcio y no necesitan sustancia de reserva pues se encuentra en estado de hibernacioacuten
Esporulacioacuten la esporulacioacuten o esporo geacutenesis consiste en un proceso de diferenciacioacuten celular para
llegar a la produccioacuten de ceacutelulas reproductivas dispersivas de resistencia llamadas esporas Este proceso ocurre en hongos amebas liacutequenes algunos tipos de bacterias protozoos esporozoos (como el Plasmodium causante de malaria) y es frecuente en vegetales (especialmente algas musgos y helechos) grupos de muy diferentes oriacutegenes evolutivos pero con semejantes estrategias reproductivas todos ellos pueden recurrir a la formacioacuten ceacutelulas de resistencia para favorecer la dispersioacuten Durante la esporulacioacuten se lleva a cabo la divisioacuten del nuacutecleo en varios fragmentos y por una divisioacuten celular asimeacutetrica una parte del citoplasma rodea cada nuevo nuacutecleo dando lugar a las esporas Dependiendo de cada especie se puede producir un nuacutemero parciable de esporas y a partir de cada una de ellas se desarrollaraacute un individuo independiente
Procesos de divisioacuten celular
Fisioacuten binaria es la forma de divisioacuten celular de las ceacutelulas procariotas
Mitosis es la forma maacutes comuacuten de la divisioacuten celular en las ceacutelulas eucariotas Una ceacutelula que ha
adquirido determinados paraacutemetros o condiciones de tamantildeo volumen almacenamiento de energiacutea factores medioambientales puede replicar totalmente su dotacioacuten de ADN y dividirse en dos ceacutelulas hijas normalmente iguales Ambas ceacutelulas seraacuten diploides o haploide dependiendo de la ceacutelula madre
Meiosis es la divisioacuten de una ceacutelula diploide en cuatro ceacutelulas haploide Esta divisioacuten celular se
produce en organismos multicelulares para producir gametos haploide que pueden fusionarse despueacutes para formar una ceacutelula diploide llamada zigoto en la fecundacioacuten
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas Las ceacutelulas cancerosas son inmortales Una enzima llamada telomerasa permite a estas ceacutelulas dividirse indefinidamente
La caracteriacutestica principal de la divisioacuten celular en organismos eucariotas es la conservacioacuten de los
mecanismos geneacuteticos del control del ciclo celular y de la divisioacuten celular puesto que se ha mantenido praacutecticamente inalterable desde organismos tan simples como las levaduras a criaturas tan complejas como el ser humano a lo largo de la evolucioacuten bioloacutegica
Factores que explican la divisioacuten celular
Una teoriacutea afirma que existe un momento en el que la ceacutelula comienza a crecer mucho lo que hace que disminuya la proporcioacuten aacutereavolumen Cuando el aacuterea de la membrana plasmaacutetica de la ceacutelula es mucho maacutes pequentildea en relacioacuten con el volumen total de eacutesta se presentan dificultades en la reabsorcioacuten y en el transporte de nutrientes siendo asiacute necesario que se produzca la divisioacuten celular
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular constituye el proceso maacutes importante dentro de la ceacutelula el cual abordaremos en
pequentildea medida pero de manera significativa
Esta investigacioacuten toma en cuenta a todos aquellos que de alguna manera participan aunque sea de
forma miacutenima en la respiracioacuten celular
Hablar de respiracioacuten celular es referirnos a un proceso bioquiacutemico del cual nos ramificaremos a dos tipos
de respiracioacuten celular aeroacutebica y anaeroacutebica
En este proceso interfieren factores quiacutemicos capaces de ser procesados dentro de las ceacutelulas y que en
gran medida constituyen las bases para que la respiracioacuten celular se lleve a cabo
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular es el conjunto de reacciones bioquiacutemicas que ocurren en la mayoriacutea de las ceacutelulas
Tambieacuten es el conjunto de reacciones quiacutemicas mediante las cuales se obtiene energiacutea a partir de la
degradacioacuten de sustancias orgaacutenicas como los azuacutecares y los aacutecidos principalmente
Comprende dos fases
PRIMERA FASE
Se oxida la glucosa (azuacutecar) y no depende del oxiacutegeno por lo que recibe el nombre de respiracioacuten
anaeroacutebica y glicoacutelisis reaccioacuten que se lleva a cabo en el citoplasma de la ceacutelula
SEGUNDA FASE
Se realiza con la intervencioacuten del oxiacutegeno y recibe el nombre de respiracioacuten aeroacutebica o el ciclo de krebs y
se realiza en estructuras especiales de las ceacutelulas llamadas mitocondrias
Tanto que es una parte del metabolismo concretamente del catabolismo en el cual la energiacutea contenida
en distintas biomoleacuteculas como los gluacutecidos (azuacutecares carbohidratos) es liberado de manera controlada
IMPORTANCIA
- Crecimiento
- Transporte activo de sustancias energeacuteticas
- Movimiento ciclosis
- Regeneracioacuten de ceacutelulas
- Siacutentesis de proteiacutenas
- Divisioacuten de ceacutelulas
TIPOS DE RESPIRACIOacuteN CELULAR
RESPIRACIOacuteN ANAEROacuteBICA
La respiracioacuten anaeroacutebica es un proceso bioloacutegico de oxidorreduccioacuten de azuacutecares y otros compuestos
Lo realizan exclusivamente algunos grupos de bacterias
En la respiracioacuten anaeroacutebica no se usa oxiacutegeno sino para la misma funcioacuten se emplea otra sustancia
oxidante distinta como el sulfato No hay que confundir la respiracioacuten anaeroacutebica con la fermentacioacuten
aunque estos dos tipos de metabolismo tienen en comuacuten el no ser dependiente del oxigeno
Todos los posibles aceptores en la respiracioacuten anaeroacutebica tienen un potencial de reduccioacuten menor que el
O2 por lo que se genera menor energiacutea en el proceso
ETAPAS
Glucoacutelisis
Fermentacioacuten
GLUCOacuteLISIS- Tambieacuten denominado glicoacutelisis es la secuencia metaboacutelica en la que se oxida en la
glucoacutelisis cuando hay ausencia de oxiacutegeno la glucoacutelisis es la uacutenica viacutea que produce ATP en los animales
Estaacute presente en todas las formas de viacuteas actuales Es la primera parte del metabolismo energeacutetico y en
las ceacutelulas eucariotas en donde ocurre el citoplasma
Por lo tanto es una secuencia compleja de reacciones que se efectuacutean en el citosol de una ceacutelula
mediante las cuales una moleacutecula de glucosa se desdobla en dos moleacuteculas de acido piruvico De manera
que la glicoacutelisis consta de dos pasos principales
Activacioacuten de la glucosa
Produccioacuten de energiacutea
IMPORTANCIA Permite a los muacutesculos esqueleacuteticos realizar su contraccioacuten
FERMENTACIOacuteN- Es un proceso cataboacutelico de oxidacioacuten completa siendo el producto final de
un compuesto orgaacutenico La fermentacioacuten tiacutepica es llevada acabo por las levaduras Tambieacuten
unos metazoos y plantas menores son capaces de producirla
El proceso de fermentacioacuten anaeroacutebica se produce en la ausencia de oxigeno como aceptor final
de los electrones del NADH producido en la glucoacutelisis
En los seres vivos la fermentacioacuten es un proceso anaeroacutebico y en el no interviene la cadena
respiratoria que son propios del micro organismo como las bacterias y levaduras
Ademaacutes en la industria de la fermentacioacuten puede ser oxidativa es decir como presencia de
oxigeno pero es una oxidacioacuten aeroacutebica incompleta como la produccioacuten de acido aceacutetico a partir
del etanol
La fermentacioacuten puede ser naturales cuando las condiciones ambientales permitan la interaccioacuten
del microorganismo sustratos orgaacutenicos susceptibles o artificiales cuando el hombre propicia
condiciones y en contacto referido
USOS
El conocimiento de la dieta a traveacutes del desarrollo de una diversidad de sabores aromas y
texturas en los substratos de los alimentos
Preservacioacuten de cantidades substanciales de alimentos a traveacutes del acido laacutecteo alcohoacutelico
acido aceacutetico y fermentacioacuten alcalinas
La fermentacioacuten tiene algunos usos exclusivos para los alimentos pueden producir nutrientes
importantes o eliminar auto nutrientes
TIPOS DE FERMENTACIOacuteN
Fermentacioacuten aceacutetica
Fermentacioacuten alcohoacutelica
Fermentacioacuten butirica
Fermentacioacuten de la glicerina
Fermentacioacuten laacutectica
Fermentacioacuten putrica
RESPIRACIOacuteN AEROacuteBICA
Es un tipo de metabolismo energeacutetico en el que los seres vivos extraen energiacutea de moleacuteculas
orgaacutenicas como la glucosa por un proceso complejo en donde el carbono queda oxidado y en el
que el aire es el oxidante empleado
La respiracioacuten aeroacutebica es propia de los organismos eucariontes en general y de algunos tipos
de bacterias
La susecion de reacciones quiacutemicas que ocurren dentro de las ceacutelulas mediante las cuales se
realiza las descomposiciones finales de las moleacuteculas en los alimentos y en la que se produce CO2 y
H2O
Se realiza solo en el proceso de oxigeno Consiste en la degradacioacuten de los piruvatos producidos
durante la glucosis hasta CO2 y H2O como obtencioacuten de 34 a 36 ATP
IMPORTANCIA
Participa en la respiracioacuten celular formando ATP
REACCIONES AEROacuteBICAS
Las reacciones aeroacutebicas ocurre en la mitocondria y son
1 Formacioacuten del acetilo
2 Transferencia del acetilo Actividades en matriz
3 Ciclo de krebs
4 Transporte de electrones
Cadena respiratoria
5 Fosforilacioacuten oxidativa (actividad de crestas)
LA MITOCONDRIA Y SUS PARTES
CICLO DE KREBS
Propuesto por Hans A Krebs en 1937 quien descubrioacute el ciclo estudiando suspensiones de papillas del
muacutesculo pectoral de la paloma que presentaba un elevado ritmo respiratorio
El ciclo de krebs (tambieacuten llamado ciclo del acido ciacutetrico o ciclo de lso aacutecidos tricarboxilicos) es una serie
de reacciones quiacutemicos de gran importancia que forman parte de la respiracioacuten celular en toda las ceacutelulas
aeroacutebicas es decir que utilizan oxigeno En organismo aeroacutebico el ciclo de krebs es parte de la viacutea
cataboacutelica que realizan oxidacioacuten de hidratos de carbono aacutecidos graos y aminoaacutecidos hasta producir CO2
y H2O liberando energiacutea en forma utilizable
El ciclo de krebs tambieacuten proporciona recurso para muchas biomoleculas tales como ciertos aacutenimos
aacutecidos Por ello se considera una viacutea anfibolica es decir que es cataboacutelico y anaboacutelica al mismo tiempo
UBICACIOacuteN
Tiene lugar en tres partes
Matriz mitocondrial
En las eucariotas
En el citoplasma de eucariotas
CICLO DE KREBS
Pared celular
En los prokariotas es una estructura riacutegida que envuelve la membrana citoplasmaacutetica responsable de la
forma de la ceacutelula y de su proteccioacuten contra la lisis osmoacutetica
Bacterias Gram-positivas la pared celular de esas bacterias estaacute compuesta dr muchas capas de una
macromoleacutecula denominada peptidoglicano (disacaacuteridos ligados a polipeacuteptidos) y aacutecidos teicoacuteicos
(constituidos por alcohol y fosfato)
Bacterias Gram-negativas la pared celular estaacute representada por una fina capa de peptidoglicano situada
en medio de dos capas lipoproteiacutenas la capa externa ademaacutes de lipoproteiacutenas tiene lipopolisacaacuteridos y
fosfoliacutepidos
Los procariotas pueden presentar estructuras externas en la pared celular Las ceacutelulas bacterianas
pueden contener glicocaacutelix un poliacutemero gelatinoso compuesto por polisacaacuteridos yo polipeacuteptidos
(caacutepsula) flagelo un largo filamento responsable de la movilidad celular filamentos axiales (endoflagelo)
fimbrias que son filamentos menores y maacutes finos que los flagelos cuya principal funcioacuten es la
adherencia y Pili maacutes largos que las fimbrias y en nuacutemero de uno o dos
Muchas ceacutelulas eucariotas poseen pared celular aunque sean maacutes simples que las de las ceacutelulas
procariotas la pared celular de las algas y de las plantas estaacuten constituidas principalmente por celulosa
la de los hongos por celulosa y principalmente quitina la de las levaduras por polisacaacuteridos En las ceacutelulas
eucariotas de los animales la membrana plasmaacutetica se encuentra recubierta por una capa de glicocaacutelix
(sustancia que contiene carbohidratos)
Membrana citoplasmaacutetica
La membrana citoplasmaacutetica de las ceacutelulas procariotas y eucariotas presenta gran similitud en cuanto a
funcioacuten y estructura baacutesica Funciona como una barrera de permeabilidad separando el lado de dentro
del lado de fuera de la ceacutelula Estaacute constituida por una capa doble de fosfoliacutepidos y proteiacutenas las cuales
pueden estar organizadas de diferentes formas
En los Eucariotas la membrana contiene carbohidratos que poseen la funcioacuten de siacutetios receptores y
esteroides que impiden la lisis osmoacutetica Muchos tipos de ceacutelulas eucariotas poseen flagelos y ciacutelios en la
membrana plasmaacutetica Esas estructuras son utilizadas para la locomocioacuten o para mover substancias a lo
largo de la superficie celular
Ribosomas
En los prokariotas son pequentildeas partiacuteculas formadas por proteiacutenas y aacutecido ribonucleacuteico (ARN)
funcionando como lugar de siacutentese proteica Una simple ceacutelula procariota puede poseer cerca de 10000
ribosomas confiriendo al citoplasma una apariencia granular
En los eukariotas son mayores y maacutes densos que los de los procariotas y se encuentran ligados a la
superficie del retiacuteculo endoplasmaacutetico rugoso y libres en el citoplasma de la ceacutelula Como en los
procariotas constituyen el lugar de la siacutentesis proteica
Regioacuten nuclear
La regioacuten nuclear de una ceacutelula procariota difiere significativamente de la de una ceacutelula eucariota el aacuterea
nuclear denominada nucleoide de una ceacutelula bacteriana tiene una uacutenica moleacutecula larga y circular de
DNA doble el cromosoma bacteriano que contiene todas las informaciones necesarias para el
funcionamiento y estructuracioacuten celular El cromosoma procarioacutetico estaacute ligado a la membrana plasmaacutetica
no contiene histonas y no se encuentra rodeado por una membrana nuclear
Las bacterias pueden contener ademaacutes del cromosoma moleacuteculas de DNA doble pequentildeas y circulares
denominadas plaacutesmidos Esas moleacuteculas son elementos geneacuteticos extracromosoacutemicos no esenciales
para la supervivencia bacteriana y poseen mecanismos de replicacioacuten independientes del DNA
cromosoacutemico La ventaja de poseer un plaacutesmido es que puede contener genes de resistencia a los
antibioacuteticos tolerancia a los metales toacutexicos siacutentesis de enzimas etc
La diferencia clave con la ceacutelula eucariota es la presencia de un nuacutecleo verdadero en esta uacuteltima La
regioacuten nuclear de los Eucariotas estaacute envuelta por una membrana nuclear separando el citoplasma del
nuacutecleo
Este nuacutecleo es generalmente la mayor estructura celular con forma esfeacuterica u oval y estaacute envuelto por
una membrana doble denominada membrana nuclear que contiene en su interior moleacuteculas de ADN
organizadas en cromosomas que contienen todas la informacioacuten hereditaria
La membrana nuclear es estructuralmente semejante a la membrana plasmaacutetica estaacute conectada al
retiacuteculo endoplasmaacutetico y posee poros nucleares que permiten la entrada y salida de substancias
Los pasos clave de la informacioacuten bioloacutegica replicacioacuten de ADN y siacutentesis de ARN suceden en el nuacutecleo
El ARN ribosoacutemico es producido por uno o maacutes cuerpos esfeacutericos denominados nucleacuteolos
Las ceacutelulas eucariotas apenas poseen organelas que son estructuras especializadas representadas por
el nuacutecleo retiacuteculo endoplasmaacutetico complejo de Golgi mitocondria cloroplastos lisosomas y centriacuteolos
La ceacutelula Estructura y funcioacuten
Hasta el final del s XIX no se elaboroacute la teoriacutea celular que enuncia que la ceacutelula es la unidad morfoloacutegica fisioloacutegica y geneacutetica de todos los seres vivos y que ademaacutes toda ceacutelula proviene de otra Todas las ceacutelulas tienen una estructura comuacuten la membrana plasmaacutetica el citoplasma y el material geneacutetico o ADN Se distinguen dos clases de ceacutelulas las ceacutelulas procariotas (sin nuacutecleo) y las ceacutelulas eucariotas mucho maacutes evolucionadas y que presentan nuacutecleo cito esqueleto en el citoplasma y orgaacutenulos membranosos con funciones diferenciadas
Forma y tamantildeo de las ceacutelulas
La ceacutelula es una estructura constituida por tres elementos baacutesicos membrana plasmaacutetica citoplasma y
material geneacutetico (ADN) Las ceacutelulas tienen la capacidad de realizar las tres funciones vitales nutricioacuten
relacioacuten y reproduccioacuten (ver t13)
La forma de las ceacutelulas estaacute determinada baacutesicamente por su funcioacuten La forma puede variar en
funcioacuten de la ausencia de pared celular riacutegida de las tensiones de uniones a ceacutelulas contiguas
de la viscosidad del citosol de fenoacutemenos osmoacuteticos y de tipo de citoesqueleto interno
El tamantildeo de las ceacutelulas es tambieacuten extremadamente variable Los factores que limitan su
tamantildeo son la capacidad de captacioacuten de nutrientes del medio que les rodea y la capacidad
funcional del nuacutecleo
Cuando una ceacutelula aumenta de tamantildeo aumenta mucho maacutes su volumen (V) que su superficie (S) (debido a que V = 43pr
3 mientras que S = 43pr
2) Esto implica que la relacioacuten superficievolumen
disminuye lo que es un gran inconveniente para la ceacutelula ya que la entrada de nutrientes estaacute en funcioacuten de su superficie y no del volumen Por este motivo la mayoriacutea de las ceacutelulas maduras son aplanadas prismaacuteticas e irregulares y pocas son esfeacutericas de forma que asiacute mantienen la relacioacuten
superficievolumen constante El aumento de volumen de la ceacutelula nunca va acompantildeado del aumento de volumen del nuacutecleo ni de su dotacioacuten cromosoacutemica
Ceacutelula procariota bacteria Gram positiva
Ceacutelula eucariota Epitelial secretora
Estructura de las ceacutelulas
La estructura comuacuten a todas las ceacutelulas comprende la membrana plasmaacutetica el citoplasma y el material geneacutetico o ADN
Membrana plasmaacutetica constituida por una bicapa lipiacutedica en la que estaacuten englobadas ciertas
proteiacutenas Los liacutepidos hacen de barrera aislante entre el medio acuoso interno y el medio acuoso
externo
El citoplasma abarca el medio liacutequido o citosol y el morfoplasma (nombre que recibe una serie
de estructuras denominadas orgaacutenulos celulares)
El material geneacutetico constituido por una o varias moleacuteculas de ADN Seguacuten esteacute o no rodeado
por una membrana formando el nuacutecleo se diferencian dos tipos de ceacutelulas las procariotas (sin
nuacutecleo) y las eucariotas (con nuacutecleo)
Las ceacutelulas eucariotas ademaacutes de la estructura baacutesica de la ceacutelula (membrana citoplasma y
material geneacutetico) presentan una serie de estructuras fundamentales para sus funciones vitales (ver t27 y t28)
El sistema endomembranoso es el conjunto de estructuras membranosas (orgaacutenulos)
intercomunicadas que pueden ocupar casi la totalidad del citoplasma
Orgaacutenulos transductores de energiacutea son las mitocondrias y los cloroplastos Su funcioacuten es la
produccioacuten de energiacutea a partir de la oxidacioacuten de la materia orgaacutenica (mitocondrias) o de energiacutea
luminosa (cloroplastos)
Estructuras carentes de membranas estaacuten tambieacuten en el citoplasma y son los ribosomas
cuya funcioacuten es sintetizar proteiacutenas y el citoesqueleto que da dureza elasticidad y forma a las
ceacutelulas ademaacutes de permitir el movimiento de las moleacuteculas y orgaacutenulos en el citoplasma
El nuacutecleo mantiene protegido al material geneacutetico y permite que las funciones de transcripcioacuten y
traduccioacuten se produzcan de modo independiente en el espacio y en el tiempo
En el exterior de la membrana plasmaacutetica de la ceacutelula procariota (ver t40) se encuentra la pared celular
que protege a la ceacutelula de los cambios externos El interior celular es mucho maacutes sencillo que en las eucariotas en el citoplasma se encuentran los ribosomas praacutecticamente con la misma funcioacuten y estructura que las eucariotas pero con un coeficiente de sedimentacioacuten menor Tambieacuten se encuentran los mesosomas que son invaginaciones de la membrana No hay por tanto citoesqueleto ni sistema
endomembranoso El material geneacutetico es una moleacutecula de ADN circular que estaacute condensada en una regioacuten denominada nucleoide No estaacute dentro de un nuacutecleo con membrana y no se distinguen nucleolos
Las teoriacuteas celulares
Las ceacutelulas se descubrieron en el siglo XVII El primero en observarlas fue el ingleacutes Robert Hooke en 1665 Con un microscopio muy rudimentario Hooke examinoacute una preparacioacuten de corcho y descubrioacute que pareciacutea estar compuesto por pequentildeas celdillas rodeadas de paredes riacutegidas Decidioacute llamar ceacutelulas a aquellas estructuras pero lo cierto es que sus ojos le engantildearon En realidad soacutelo habiacutea visto las paredes celulares muertas del corcho Hubo que esperar hasta el siglo XIX para que dos cientiacuteficos Matthias Jakob Schleiden y Theodor Schwann formularan una teoriacutea que explicara la estructura y funcionamiento de las ceacutelulas En 1839 establecieron que todo ser vivo estaacute formado por una o muchas ceacutelulas que eacutesta es la estructura maacutes pequentildea que cumple todas las funciones vitales y que toda ceacutelula procede a su vez de otra ceacutelula que se ha dividido
La teoriacutea celular
Principios de la teoriacutea celular
1 Todos los seres vivos estaacuten constituidos por una o maacutes ceacutelulas es decir la ceacutelula es la unidad morfoloacutegica de todos los seres vivos
2 La ceacutelula es capaz de realizar todos los procesos necesarios para permanecer con vida es decir la ceacutelula es la unidad fisioloacutegica de los organismos
3 Toda ceacutelula proviene de otra ceacutelula
4 La ceacutelula contiene toda la informacioacuten sobre la siacutentesis de su estructura y el control de su funcionamiento y es capaz de transmitirla a sus descendientes es decir la ceacutelula es la unidad geneacutetica
autoacutenoma de los seres vivos
El primer y segundo principios fueron establecidos por Schleiden y Schwann posteriormente Virchow
aportoacute el tercer principio sobre el origen de la ceacutelula La teoriacutea celular se puede completar con el cuarto principio propuesto por Sutton y Boveri
Transporte celular
El transporte celular es el intercambio de sustancias entre el interior celular y el exterior a traveacutes de la
membrana celular o el movimiento de moleacuteculas dentro de la ceacutelula
Transporte a traveacutes de la membrana celular
La ceacutelula necesita este proceso porque es importante para esta expulsar de su interior los desechos del metabolismo y adquirir nutrientes del liacutequido extracelular gracias a la capacidad de la membrana celular que permite el paso o salida de manera selectiva de algunas sustancias Las viacuteas de transporte a traveacutes de la membrana celular y los mecanismos baacutesicos para las moleacuteculas de pequentildeo tamantildeo son
Transporte pasivo o difusioacuten
El transporte pasivo es el intercambio simple de moleacuteculas de una sustancia a traveacutes de la membrana plasmaacutetica durante el cual no hay gasto de energiacutea que aporta la ceacutelula debido a que va a favor del gradiente de concentracioacuten o a favor de gradiente de carga eleacutectrica es decir de un lugar donde hay una gran concentracioacuten a uno donde hay menor El proceso celular pasivo se realiza por difusioacuten En siacute es el cambio de un medio de mayor concentracioacuten (medio hipertoacutenico) a otro de menor concentracioacuten (un medio hipotoacutenico)
Difusioacuten simple
Algunas sustancias pasan al interior o al exterior de las ceacutelulas a traveacutes de una membrana semipermeable y se mueven dentro de eacutestas por Difusioacuten simple siendo un proceso fiacutesico basado en el movimiento al azar La difusioacuten es el movimiento de aacutetomos moleacuteculas o iones de una regioacuten de mayor concentracioacuten a una de menor concentracioacuten sin requerir gasto de energiacutea La difusioacuten implica no soacutelo el movimiento al azar de las partiacuteculas hasta lograr la homogeacutenea distribucioacuten de las mismas (y esto ocurre cuando las partiacuteculas que azarosamente vienen se equiparan con las que azarosamente van) sino tambieacuten el homogeacuteneo potencial quiacutemico del fluido ya que de existir una membrana semipermeable que particiones un fluido en dos de distinto potencial quiacutemico se generaraacute una presioacuten osmoacutetica desde el potencial quiacutemico mayor (pe solvente puro) hacia el menor (pe solvente y soluto) hasta que ambas particiones se equiparen o la presioacuten hidrostaacutetica equilibre la presioacuten osmoacutetica
1
Difusioacuten facilitada
Es el movimiento de moleacuteculas maacutes grandes que no pueden pasar a traveacutes de la membrana plasmaacutetica y necesita ayuda de una proteiacutena u otros mecanismos (exocitosis) para pasar al otro lado Tambieacuten se llama difusioacuten mediada por portador porque la sustancia transportada de esta manera no suele poder atravesar la membrana sin una proteiacutena portadora especiacutefica que le ayude Se diferencia de la difusioacuten simple a traveacutes de conductos en que mientras que la magnitud de difusioacuten de la difusioacuten simple se incrementa de manera proporcional con la concentracioacuten de la sustancia que se difunde en la difusioacuten facilitada la magnitud de difusioacuten se aproxima a un maacuteximo (Vmax) al aumentar la concentracioacuten de la sustancia
Filtracioacuten O Dialisis
La filtracioacuten o diaacutelisis es el movimiento de agua y moleacuteculas disueltas a traveacutes de la membrana debido a la presioacuten hidrostaacutetica generada por el sistema cardiovascular Dependiendo del tamantildeo de los poros de la membrana soacutelo los solutos con un determinado tamantildeo pueden pasar a traveacutes de la membrana Por ejemplo los poros de la membrana de la caacutepsula de Bowman en los glomeacuterulos renales son muy pequentildeos y soacutelo la albuacutemina la maacutes pequentildea de las proteiacutenas tienen la capacidad de ser filtrada a traveacutes de ella Por otra parte los poros de las membranas de los hepatocitos son extremadamente grandes por lo que una gran variedad de solutos pueden atravesarla
Oacutesmosis
La oacutesmosis es un tipo especial de transporte pasivo en el cual soacutelo las moleacuteculas de agua son transportadas a traveacutes de la membrana El movimiento de agua se realiza desde un punto en que hay mayor concentracioacuten a uno de menor para igualar concentraciones De acuerdo al medio en que se encuentre una ceacutelula la oacutesmosis variacutea La funcioacuten de la osmosis es mantener hidratada a la membrana celular Dicho proceso no requiere gasto de energiacutea En otras palabras la oacutesmosis u osmosis es un fenoacutemeno consistente en el paso del solvente de una disolucioacuten desde una zona de baja concentracioacuten de soluto a una de alta concentracioacuten del soluto separadas por una membrana semipermeable Se relaciona con el movimiento browniano
Oacutesmosis en una ceacutelula animal
En un medio isotoacutenico hay un equilibrio dinaacutemico es decir el paso constante de agua
En un medio hipotoacutenico la ceacutelula absorbe agua hinchaacutendose y hasta el punto en que puede estallar dando origen a la citoacutelisis
En un medio hipertoacutenico la ceacutelula elimina agua y se arruga llegando a deshidratarse y se muere esto se llama crenacioacuten
Oacutesmosis en una ceacutelula vegetal [editar]
En un medio isotoacutenico hay un equilibrio dinaacutemico
En un medio hipotoacutenico la ceacutelula absorbe agua y sus vacuolas se llenan aumentando la presioacuten de turgencia
En un medio hipertoacutenico la ceacutelula elimina agua y el volumen de la vacuola disminuye produciendo que la membrana plasmaacutetica se despegue de la pared celular ocurriendo la plasmoacutelisis
Transporte activo
Consiste en el transporte de sustancias en contra de un gradiente de concentracioacuten para lo cual se requiere un gasto energeacutetico En la mayor parte de los casos este transporte activo se realiza a expensas de un gradiente de H
+ (potencial electroquiacutemico de protones) previamente creado a ambos lados de la
membrana por procesos de respiracioacuten y fotosiacutentesis por hidroacutelisis de ATP mediante ATP hidrolasas de membrana (F1F0) El transporte activo variacutea la concentracioacuten intracelular y ello da lugar un nuevo movimiento osmoacutetico de rebalanceo por hidratacioacuten Los sistemas de transporte activo son los maacutes abundantes entre las bacterias y se han seleccionado evolutivamente debido a que en sus medios naturales la mayoriacutea de los procariotas se encuentran de forma permanente o transitoria con una baja concentracioacuten de nutrientes
Los sistemas de transporte activo estaacuten basados en permeasas especiacuteficas e inducibles El modo en que se acopla la energiacutea metaboacutelica con el transporte del soluto auacuten no estaacute dilucidado pero en general se maneja la hipoacutetesis de que las permeasas una vez captado el sustrato con gran afinidad experimentan un cambio conformacioacuten al dependiente de energiacutea que les hace perder dicha afinidad lo que supone la liberacioacuten de la sustancia al interior celular
El transporte activo de moleacuteculas a traveacutes de la membrana celular se realiza en direccioacuten ascendente o en contra de un gradiente de concentracioacuten (Gradiente quiacutemico) o en contra un gradiente eleacutectrico de presioacuten (gradiente electroquiacutemico) es decir es el paso de sustancias desde un medio poco concentrado a un medio muy concentrado Para desplazar estas sustancias contra corriente es necesario el aporte de energiacutea procedente del ATP Las proteiacutenas portadoras del transporte activo poseen actividad ATPasa que significa que pueden escindir el ATP (Adenosin Tri Fosfato) para formar ADP (dos Fosfatos) o AMP (un Fosfato) con liberacioacuten de energiacutea de los enlaces fosfato de alta energiacutea Comuacutenmente se observan tres tipos de transportadores
Uniportadores son proteiacutenas que transportan una moleacutecula en un solo sentido a traveacutes de la membrana
Antiportadores incluyen proteiacutenas que transportan una sustancia en un sentido mientras que simultaacuteneamente transportan otra en sentido opuesto
Simportadores son proteiacutenas que transportan una sustancia junto con otra frecuentemente un protoacuten (H
+)
Transporte activo primario Bomba de sodio y potasio
Se encuentra en todas las ceacutelulas del organismo encargada de transportar los iones potasio que logran entrar a las ceacutelulas hacia el interior de eacutestas dando una carga interior negativa y al mismo tiempo bombea iones sodio desde el interior hacia el exterior de la ceacutelula (axoplasma) sin embargo el nuacutemero de iones Na
+ (con carga positiva) no sobrepasa al de iones con carga negativa dando por resultado una carga
interna negativa En caso particular de las neuronas en estado de reposo esta diferencia de cargas a ambos lados de la membrana se llama potencial de membrana o de reposo
Transporte activo secundario o cotransporte
Es el transporte de sustancias que normalmente no atraviesan la membrana celular tales como los aminoaacutecidos y la glucosa cuya energiacutea requerida para el transporte deriva del gradiente de concentracioacuten de los iones sodio de la membrana celular (Bomba GlucosaSodio ATPasa)
Bomba de calcio Es una proteiacutena de la membrana celular de todas las ceacutelulas eucariotas Su
funcioacuten consiste en transportar calcio ioacutenico (Ca2+
) hacia el exterior de la ceacutelula gracias a la energiacutea proporcionada por la hidroacutelisis de ATP con la finalidad de mantener la baja concentracioacuten de Ca
2+ en el citoplasma que es unas diez mil veces menor que en el medio
externo necesaria para el normal funcionamiento celular Se sabe que las variaciones en la concentracioacuten intracelular del Ca
2+ (segundo mensajero) se producen como respuesta a diversos
estiacutemulos y estaacuten involucradas en procesos como la contraccioacuten muscular la expresioacuten geneacutetica la diferenciacioacuten celular la secrecioacuten y varias funciones de las neuronas Dada la variedad de procesos metaboacutelicos regulados por el Ca
2+ un aumento de la concentracioacuten de Ca
2+ en el
citoplasma puede provocar un funcionamiento anormal de los mismos Si el aumento de la concentracioacuten de Ca
2+ en la fase acuosa del citoplasma se aproxima a un deacutecimo de la del medio
externo el trastorno metaboacutelico producido conduce a la muerte celular El calcio es el mineral maacutes abundante del organismo ademaacutes de cumplir muacuteltiples funciones
Transporte de macromoleacuteculas o partiacuteculas
Las macromoleacuteculas o partiacuteculas grandes se introducen o expulsan de la ceacutelula por dos mecanismos
Endocitosis
La endocitosis es el proceso celular por el que la ceacutelula mueve hacia su interior moleacuteculas grandes o partiacuteculas englobaacutendolas en una invaginacioacuten de su membrana citoplasmaacutetica formando una vesiacutecula que luego se desprende de la pared celular e incorpora al citoplasma Esta vesiacutecula llamada endosoma luego se fusiona con un lisosoma que realizaraacute la digestioacuten del contenido vesicular
Existen dos procesos
Pinocitosis consiste en la ingestioacuten de liacutequidos y solutos mediante pequentildeas vesiacuteculas
Fagocitosis consiste en la ingestioacuten de grandes partiacuteculas que se engloban en grandes vesiacuteculas (fagosomas) que se desprenden de la membrana celular
Endocitosis mediada por receptor es de tipo especiacutefica captura macromoleacuteculas especiacuteficas del
ambiente fijaacutendose a traveacutes de proteiacutenas ubicadas en las membranas plasmaacuteticas (especificas) Una vez que se unen a dicho receptor forman las vesiacuteculas y las transportan al interior de la ceacutelula La endocitosis mediada por receptor resulta ser un proceso raacutepido y eficiente
Exocitosis
Es la expulsioacuten de sustancias como la insulina a traveacutes de la fusioacuten de vesiacuteculas con la membrana celular
La exocitosis es el proceso celular por el cual las vesiacuteculas situadas en el citoplasma se fusionan con la membrana citoplasmaacutetica liberando su contenido
La exocitosis se observa en muy diversas ceacutelulas secretoras tanto en la funcioacuten de excrecioacuten como en la funcioacuten endocrina
Tambieacuten interviene la exocitosis en la secrecioacuten de un neurotransmisor a la brecha sinaacuteptica para posibilitar la propagacioacuten del impulso nervioso entre neuronas La secrecioacuten quiacutemica desencadena una despolarizacioacuten del potencial de membrana desde el axoacuten de la ceacutelula emisora hacia la dendrita (u otra parte) de la ceacutelula receptora Este neurotransmisor seraacute luego recuperado por endocitosis para ser reutilizado Sin este proceso se produciriacutea un fracaso en la transmisioacuten del impulso nervioso entre neuronas
CEacuteLULA VEGETAL
Todos los organismos vivos estaacuten compuestos por ceacutelulas El ingleacutes Robert Hooke en 1665 realizoacute cortes finos de una muestra de corcho y observoacute usando un microscopio rudimentario unos pequentildeos compartimentos que no eran maacutes que las paredes celulares de esas ceacutelulas muertas y las llamoacute ceacutelulas (del latiacuten cellula que significa habitacioacuten pequentildea ) ya que eacuteste tejido le recordaba las celdas pequentildeas que habitaban los monjes de aquella eacutepoca No fue sino hasta el siglo XIX que dos cientiacuteficos alemanes el botaacutenico Matthias Jakob Schleiden y el zoologo Theodor Schwann enunciaron en 1839 la primera teoriacutea celular Todas las plantas y animales estaacuten compuestos por grupos de ceacutelulas y eacutestas son la unidad baacutesica de todos los organismos vivos Esta teoriacutea fue completada en 1855 por Rudolph Virchow quien establecioacute que las ceacutelulas nuevas se formaban a partir de ceacutelulas preexistentes ( omni cellula e cellula ) En otras palabras las ceacutelulas no se pueden formar por generacioacuten espontaacutenea a partir de materia inerte
Ceacutelula fijada con KMnO4
En la frontera de lo viviente se han descubierto seres aun maacutes pequentildeos los virus que crecen y se reproducen solamente cuando parasitan otra ceacutelula Podemos afirmar que no hay vida sin ceacutelula Al igual que un edificio las ceacutelulas son los bloques de construccioacuten de un organismo La ceacutelula es la unidad maacutes pequentildea de materia viva capaz de llevar a cabo todas las actividades necesarias para el mantenimiento de la vida
La teoriacutea celular actualmente se puede resumir de la siguiente forma
1 Todos los organismos vivos estaacuten formados por ceacutelulas y productos celulares
2 Soacutelo se forman ceacutelulas nuevas a partir de ceacutelulas preexistentes
3 La informacioacuten geneacutetica que se necesita durante la vida de las ceacutelulas y la que se requiere para la produccioacuten de nuevas ceacutelulas se transmite de una generacioacuten a la siguiente
4 Las reacciones quiacutemicas de un organismo esto es su metabolismo tienen lugar en las ceacutelulas
CEacuteLULAS VEGETALES Y ANIMALES
Tanto las ceacutelulas de las plantas como las de los animales son eucarioacuteticas sin embargo presentan algunas diferencias
1 Las ceacutelulas vegetales presentan una pared celular celuloacutesica riacutegida que evita cambios de forma y posicioacuten
2 Las ceacutelulas vegetales contienen plastidios estructuras rodeadas por una membrana que sintetizan y almacenan alimentos Los maacutes comunes son los cloroplastos
3 Casi todas las ceacutelulas vegetales poseen vacuolas que tienen la funcioacuten de transportar y almacenar nutrientes agua y productos de desecho
4 Las ceacutelulas vegetales complejas carecen de ciertos organelos como los centriacuteolos y los lisosomas
Fotosiacutentesis
Una hoja el lugar principal en el que se desarrolla la fotosiacutentesis en las plantas
La fotosiacutentesis del griego antiguo φωτο (foto) luz y σύνθεσις (siacutentesis) unioacuten es la base de la vida
actual en la Tierra Proceso mediante el cual las plantas algas y algunas bacterias captan y utilizan la energiacutea de la luz para transformar la materia inorgaacutenica de su medio externo en materia orgaacutenica que utilizaraacuten para su crecimiento y desarrollo
Los organismos capaces de llevar a cabo este proceso se denominan fotoautoacutetrofos y ademaacutes son capaces de fijar el CO2 atmosfeacuterico (lo que ocurre casi siempre) o simplemente autoacutetrofos Salvo en algunas bacterias en el proceso de fotosiacutentesis se producen liberacioacuten de oxiacutegeno molecular (proveniente de moleacuteculas de H2O) hacia la atmoacutesfera (fotosiacutentesis oxigeacutenica) Es ampliamente admitido que el contenido actual de oxiacutegeno en la atmoacutesfera se ha generado a partir de la aparicioacuten y actividad de dichos organismos fotosinteacuteticos Esto ha permitido la aparicioacuten evolutiva y el desarrollo de organismos aerobios capaces de mantener una alta tasa metaboacutelica (el metabolismo aerobio es muy eficaz desde el punto de vista energeacutetico)
La otra modalidad de fotosiacutentesis la fotosiacutentesis anoxigeacutenica en la cual no se libera oxiacutegeno es llevada a cabo por un nuacutemero reducido de bacterias como las bacterias puacuterpuras del azufre y las bacterias verdes del azufre estas bacterias usan como donador de hidroacutegenos el H2S con lo que liberan azufre
Generalidades
Cloroplastos dentro de ceacutelulas vegetales
En algas eucarioacuteticas y en plantas la fotosiacutentesis se lleva a cabo en un orgaacutenulo especializado denominado cloroplasto Este orgaacutenulo que estaacute delimitado por dos membranas (envueltas de los cloroplastos) que lo separan del citoplasma circundante En su interior se encuentra una fase acuosa con un elevado contenido en proteiacutenas e hidratos de carbono (estroma del cloroplasto) y una serie de
membranas denominadas tilacoides Los tilacoides contienen los pigmentos (sustancias coloreadas) fotosinteacuteticos y proteiacutenas necesarios para captar la energiacutea de la luz El principal de esos pigmentos es la clorofila de color verde de la que existen varios tipos (bacterioclorofilas y clorofilas a b c y d) Ademaacutes de las clorofilas otros pigmentos presentes en todos los organismos eucarioacuteticos son los carotenoides (carotenos y xantofilas) de color amarillo o anaranjado y que tienen un papel auxiliar en la captacioacuten de la luz ademaacutes de un papel protector En cianobacterias (que no poseen cloroplastos) los carotenoides son sustituidos por otro tipo de pigmentos denominados ficobilinas de naturaleza quiacutemica diferente a los anteriores En las plantas vasculares el mayor nuacutemero de cloroplastos se encuentra dentro de las ceacutelulas del mesoacutefilo de las hojas lo cual les confiere su caracteriacutestico color verde
La fotosiacutentesis se divide en dos fases La primera ocurre en los tilacoides en donde se capta la energiacutea de la luz y eacutesta es almacenada en dos moleacuteculas orgaacutenicas sencillas (ATP y NADPH) La segunda tiene lugar en el estroma y las dos moleacuteculas producidas en la fase anterior son utilizadas en la asimilacioacuten del CO2 atmosfeacuterico para producir hidratos de carbono e indirectamente el resto de las moleacuteculas orgaacutenicas que componen los seres vivos (aminoaacutecidos liacutepidos nucleoacutetidos etc) Tradicionalmente a la primera fase se le denominaba fase luminosa y a la segunda fase oscura de la fotosiacutentesis Sin embargo la
denominacioacuten como fase oscura de la segunda etapa es incorrecta porque actualmente se conoce que los procesos que la llevan a cabo solo ocurren en condiciones de iluminacioacuten Es maacutes preciso referirse a ella como fase de fijacioacuten del dioacutexido de carbono (ciclo de Calvin) y a la primera como fase fotoquiacutemica o reaccioacuten de Hill
En la fase luminosa o fotoquiacutemica la energiacutea de la luz captada por los pigmentos fotosinteacuteticos unidos a proteiacutenas y organizados en los denominados foto sistemas (ver maacutes adelante) produce la descomposicioacuten del agua liberando electrones que circulan a traveacutes de moleacuteculas transportadoras para llegar hasta un aceptor final (NADP
+) capaz de mediar en la transformacioacuten del CO2 atmosfeacuterico (o
disuelto en el agua en sistemas acuaacuteticos) en materia orgaacutenica Este proceso luminoso estaacute tambieacuten acoplado a la formacioacuten de moleacuteculas que funcionan como intercambiadores de energiacutea en las ceacutelulas (ATP) La formacioacuten de ATP es necesaria tambieacuten para la fijacioacuten del CO2
El CO2 es uno de los menores componentes del aire atmosfeacuterico capaz de reflejar la radiacioacuten de onda larga proveniente de la tierra (el maacuteximo agente reflector de esa radiacioacuten es el vapor de agua) El notable aumento de su concentracioacuten a partir de 1850 debido a la destruccioacuten de las aacutereas selvaacuteticas la actividad industrial y el uso de combustibles foacutesiles podriacutea tener el efecto de incrementar las temperaturas medias efecto llamado efecto invernadero
Descubrimiento
Durante el siglo XVIII comienzan a surgir trabajos que relacionan los incipientes conocimientos de la Quiacutemica con los de la Biologiacutea Asiacute con los trabajos de Priestley se llega a la conclusioacuten de que las partes verdes de las plantas fijan el aire lsquoimpurorsquo (anhiacutedrido carboacutenico) que actuariacutea como un nutriente y liberan oxiacutegeno
Posteriormente Emily Fransecheti ampliacutea los estudios de Scarlett Pruzza describiendo la emisioacuten de CO2 por las plantas en oscuridad y estableciendo que esta emisioacuten era menor que su asimilacioacuten en condiciones de iluminacioacuten Ingeshousz tambieacuten supone que la emisioacuten de oxiacutegeno por parte de las plantas procede en uacuteltimo teacutermino del agua aunque no sabe encontrar una explicacioacuten para este fenoacutemeno y habla de una lsquotransmutacioacutenrsquo (se debe antildeadir que en esta eacutepoca no se conociacutea auacuten la naturaleza quiacutemica del agua)
En la misma liacutenea de los autores anteriores Jean Senebier ginebrino realiza nuevos experimentos que establecen la necesidad de la luz para que se produzca la asimilacioacuten de anhiacutedrido carboacutenico y el desprendimiento de oxiacutegeno Tambieacuten establece que auacuten en condiciones de iluminacioacuten si no se suministra CO2 no se registra desprendimiento de oxiacutegeno J Senebier sin embargo opinaba en contra de las teoriacuteas desarrolladas y confirmadas maacutes adelante que la fuente de anhiacutedrido carboacutenico para la planta proveniacutea del agua y no del aire
Otro autor suizo Th de Saussure demostrariacutea experimentalmente que el pipeteo de la papa constituye un proceso baacutesico en la fotosiacutentesis y que el aumento de biomasa depende de la fijacioacuten de anhiacutedrido carboacutenico (que puede ser tomado directamente del aire por las hojas) y del agua Tambieacuten realiza estudios sobre la respiracioacuten en plantas y concluye que junto con la emisioacuten de anhiacutedrido carboacutenico hay una peacuterdida de agua y una generacioacuten de calor Finalmente de Saussure describe la necesidad de la nutricioacuten mineral de las plantas
El quiacutemico alemaacuten J von Liebig es uno de los grandes promotores tanto del conocimiento actual sobre Quiacutemica Orgaacutenica como sobre Fisiologiacutea Vegetal imponiendo el punto de vista de los organismos como entidades compuestas por productos quiacutemicos y la importancia de las reacciones quiacutemicas en los procesos vitales Confirma las teoriacuteas expuestas previamente por de Saussure matizando que si bien la fuente de carbono procede del CO2 atmosfeacuterico el resto de los nutrientes provienen del suelo
La denominacioacuten como clorofila de los pigmentos fotosinteacuteticos fue acuntildeada por Pelletier y Caventou a comienzos del siglo XIX Dutrochet describe la entrada de CO2 en la planta a traveacutes de los estomas y determina que solo las ceacutelulas que contienen clorofila son productoras de oxiacutegeno H von Mohl maacutes tarde asociariacutea la presencia de almidoacuten con la de clorofilas y describiriacutea la estructura de los estomas Sachs a su vez relacionoacute la presencia de clorofila con cuerpos subcelulares que se pueden alargar y dividir asiacute como que la formacioacuten de almidoacuten estaacute asociada con la iluminacioacuten y que esta sustancia desaparece en oscuridad o cuando los estomas son ocluidos A Sachs se debe la formulacioacuten de la ecuacioacuten baacutesica de la fotosiacutentesis
6 CO2 + 6 H2O rarr C6H12O6 + 6 O2
Schimper dariacutea el nombre de cloroplastos a los cuerpos coloreados de Sachs y describiriacutea los aspectos baacutesicos de su estructura tal como se podiacutea detectar con microscopiacutea oacuteptica En el uacuteltimo tercio del siglo XIX se sucederiacutean los esfuerzos por establecer las propiedades fiacutesico-quiacutemicas de las clorofilas y se comienzan a estudiar los aspectos eco fisioloacutegico de la fotosiacutentesis
Fase fotoquiacutemica
La energiacutea luminosa que absorbe la clorofila se transmite a los electrones externos de la moleacutecula los cuales escapan de la misma y producen una especie de corriente eleacutectrica en el interior del cloroplasto al incorporarse a la cadena de transporte de electrones Esta energiacutea puede ser empleada en la siacutentesis de ATP mediante la fotofosforilacioacuten y en la siacutentesis de NADPH Ambos compuestos son necesarios para la siguiente fase o Ciclo de Calvin donde se sintetizaraacuten los primeros azuacutecares que serviraacuten para la produccioacuten de sacarosa y almidoacuten Los electrones que ceden las clorofilas son repuestos mediante la oxidacioacuten del H2O proceso en el cual se genera el O2 que las plantas liberan a la atmoacutesfera
Existen dos variantes de fotofosforilacioacuten aciacuteclica y ciacuteclica seguacuten el traacutensito que sigan los electrones a traveacutes de los foto sistemas Las consecuencias de seguir un tipo u otro estriban principalmente en la produccioacuten o no de NADPH y en la liberacioacuten o no de O2
Fotofosforilacioacuten aciacuteclica
Estructura de un fotosistema
Este proceso permite la formacioacuten de ATP y la reduccioacuten de NADP+ a NADPH + H
+ y necesita de la
energiacutea de la luz como ya se ha dicho Se realiza gracias a los llamados foto sistemas que se encuentran en la membrana de los tilacoides (en los cloroplastos) Estos estaacuten formados por dos partes
Antena donde se agrupan los pigmentos antena junto con proteiacutenas y cuya funcioacuten es captar
la energiacutea de los fotones para transmitirla al pigmento diana y el centro de reaccioacuten Este esta formado por proteiacutenas y por pigmentos encontraacutendose en eacutel el llamado pigmento diana que es
aquel que recibe la energiacutea de excitacioacuten de la antena energiacutea que sirve para excitar y liberar electrones Aquiacute tambieacuten se encuentra el primer dador de electrones que repone los electrones al pigmento diana
Primer aceptor que recibe los electrones liberados
Hay dos tipos de foto sistemas
Fotosistema I que se encuentra sobre todo en los tilacoides de estroma y cuyo pigmento diana
es la clorofila P700
Fotosistema II que se encuentra sobre todo en los grana y cuyo pigmento diana es la clorofila
P680
Proceso
El proceso de la fase luminosa supuesto para dos electrones es el siguiente Los fotones inciden sobre el fotosistema II excitando y liberando dos electrones que pasan al primer aceptor de electrones la feofitina Los electrones los repone el primer dador de electrones el dador Z con los electrones procedentes de la fotoacutelisis del agua en el interior del tilacoide (la moleacutecula de agua se divide en 2H
+ + 2e
-
+ 12O2) Los protones de la fotoacutelisis se acumulan en el interior del tilacoide y el oxiacutegeno es liberado
Los electrones pasan a una cadena de transporte de electrones que invertiraacute su energiacutea liberada en la siacutentesis de ATP iquestCoacutemo La teoriacutea quimioosmoacutetica nos lo explica de la siguiente manera los electrones son cedidos a las plastoquinonas las cuales captan tambieacuten dos protones del estroma Los electrones y los protones pasan al complejo de citocromos bf que bombea los protones al interior del tilacoide Se consigue asiacute una gran concentracioacuten de protones en el tilacoide (entre eacutestos y los resultantes de la fotoacutelisis del agua) que se compensa regresando al estroma a traveacutes de las proteiacutenas ATP-sintasas que invierten la energiacutea del paso de los protones en sintetizar ATP La siacutentesis de ATP en la fase fotoquiacutemica se denomina fotofosforilacioacuten
Los electrones de los citocromos pasan a la plastocianina que los cede a su vez al fotosistema I Con la energiacutea de la luz los electrones son de nuevo liberados y captados por el aceptor A0 De ahiacute pasan a traveacutes de una serie de filoquinonas hasta llegar a la ferredoxina Eacutesta moleacutecula los cede a la enzima NADP
+-reductasa que capta tambieacuten dos protones del estroma Con los dos protones y los dos
electrones reduce un NADP+ en NADPH + H
+
El balance final es por cada moleacutecula de agua (y por cada cuatro fotones) se forman media moleacutecula de oxiacutegeno 13 moleacuteculas de ATP y un NADPH + H
+
Foto fosforilacioacuten ciacuteclica
Tiene lugar al mismo tiempo que la aciacuteclica En ella soacutelo interviene el foto sistema I Los electrones liberados despueacutes de llegar a la ferredoxina pasan a las plastoquinonas y siguen la cadena de transporte de electrones hasta regresar a la plastocianina y al fotosistema I Por tanto se genera ATP en lugar de NADPH Sirve para compensar el hecho de que en la fotofosforilacioacuten aciacuteclica no se genera suficiente ATP para la fase oscura
Fase bioquiacutemica o ciclo de Calvin biosiacutentesis orgaacutenica
Esquema simplificado del ciclo de Calvin-Benson
La fase bioquiacutemica o ciclo de Calvin o ciclo reductivo de las pentosas-fosfato consiste en un ciclo de reacciones quiacutemicas en las que se incorpora el CO2 de la atmoacutesfera en moleacuteculas orgaacutenicas y se originan triosas fosfato los primeros azuacutecares previos a la formacioacuten de sacarosa y almidoacuten Durante este ciclo se
emplean el ATP y el NADPH producidos en la etapa fotoquiacutemica Se divide en tres etapas carboxilacioacuten reduccioacuten y regeneracioacuten
Este ciclo comienza con una pentosa la ribulosa-15-fosfato que se carboxila con el CO2 y se descompone en dos moleacuteculas de aacutecido-3-fosfogliceacuterico Con el gasto de un ATP el aacutecido-3-fosfogliceacuterico se fosforila en aacutecido-13-bifosfogliceacuterico Eacuteste se reduce con el NADPH y se libera una moleacutecula de aacutecido fosfoacuterico formaacutendose el gliceraldehido-3-fosfato La moleacutecula formada puede seguir ahora dos viacuteas una es dar lugar a maacutes ribulosa-15-fosfato para seguir el ciclo y la otra es dar lugar a los distintos principios inmediatos glucosa o fructosa almidoacuten y a partir de ellos los demaacutes gluacutecidos y los liacutepidos proteiacutenas y nucleoacutetidos que requiere la ceacutelula
Hay que destacar que tanto la fase fotoquiacutemica como la fase biosinteacutetica se producen a la vez Son inseparables ya que los productos de la fase fotoquiacutemica son empleados en la fase biosinteacutetica Por otro lado al consumir en la fase biosinteacutetica el ATP y NADPH se obtienen ADP y NADP
+ para la fase
fotoquiacutemica Para asegurar que ambas fases se produzcan a la vez existe una fuerte fotorregulacioacuten sobre las enzimas del ciclo de Calvin para que esteacuten activas por el diacutea e inactivas por la noche en especial sobre la enzima rubisco No obstante existe una variante de fotosiacutentesis presente en ciertas plantas que permite separar la fijacioacuten del CO2 de la fase fotoquiacutemica Se trata de la fotosiacutentesis tipo CAM empleada por plantas adaptadas a climas deseacuterticos para evitar que se abran las estomas por el diacutea para fijar el CO2 con la consiguiente peacuterdida de agua
Divisioacuten celular
Comparacioacuten de tres tipos de reproduccioacuten celular
Definicioacuten
La divisioacuten celular es la parte del ciclo
celular en la que una ceacutelula inicial (llamada madre) se divide en dos para formar dos ceacutelulas hijas Gracias a la divisioacuten celular se produce el crecimiento de los organismos pluricelulares con el crecimiento de los tejidos y la reproduccioacuten vegetativa en seres unicelulares
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas
Tipos de divisioacuten celular
Biparticioacuten la divisioacuten de la ceacutelula madre en dos ceacutelulas hijas cada nueva ceacutelula es un nuevo individuo
con estructuras y funciones ideacutenticas a la ceacutelula madre Este tipo de reproduccioacuten la presentan organismos como bacterias amebas y algunas algas
Gemacioacuten se presenta cuando unos nuevos individuos se producen a partir de yemas El proceso de
gemacioacuten es frecuente en esponjas celenterios briozoos En una zona o varias del organismo progenitor
se produce una evaginacioacuten o yema que se va desarrollando y en un momento dado sufre una constriccioacuten en la base y se separa del progenitor comenzando su vida como nuevo ser Las yemas hijas pueden presentar otras yemas a las que se les denomina yemas secundarias En algunos organismos se pueden formar colonias cuando las yemas no se separan del organismo progenitor En las formas maacutes evolucionadas de briozoos se observa en el proceso de gemacioacuten que se realiza de forma maacutes complicado
El nuacutemero de individuos de una colonia la manera en que estaacuten agrupados y su grado de diferenciacioacuten variacutea y a menudo es caracteriacutestica de una especie determinada Los briozoos pueden originar nuevos individuos sobre unas prolongaciones llamados estolones y al proceso se le denomina estolonizacioacuten
Ciertas especies de animales pueden tener gemacioacuten interna yemas que sobreviven en condiciones desfavorables gracias a una envoltura protectora En el caso de las esponjas de agua dulce las yemas tienen una caacutepsula protectora y en el interior hay sustancia de reserva Al llegar la primavera se pierde la caacutepsula protectora y a partir de la yema surge la nueva esponja En los briozoos de agua dulce se produce una capa de quitina y de calcio y no necesitan sustancia de reserva pues se encuentra en estado de hibernacioacuten
Esporulacioacuten la esporulacioacuten o esporo geacutenesis consiste en un proceso de diferenciacioacuten celular para
llegar a la produccioacuten de ceacutelulas reproductivas dispersivas de resistencia llamadas esporas Este proceso ocurre en hongos amebas liacutequenes algunos tipos de bacterias protozoos esporozoos (como el Plasmodium causante de malaria) y es frecuente en vegetales (especialmente algas musgos y helechos) grupos de muy diferentes oriacutegenes evolutivos pero con semejantes estrategias reproductivas todos ellos pueden recurrir a la formacioacuten ceacutelulas de resistencia para favorecer la dispersioacuten Durante la esporulacioacuten se lleva a cabo la divisioacuten del nuacutecleo en varios fragmentos y por una divisioacuten celular asimeacutetrica una parte del citoplasma rodea cada nuevo nuacutecleo dando lugar a las esporas Dependiendo de cada especie se puede producir un nuacutemero parciable de esporas y a partir de cada una de ellas se desarrollaraacute un individuo independiente
Procesos de divisioacuten celular
Fisioacuten binaria es la forma de divisioacuten celular de las ceacutelulas procariotas
Mitosis es la forma maacutes comuacuten de la divisioacuten celular en las ceacutelulas eucariotas Una ceacutelula que ha
adquirido determinados paraacutemetros o condiciones de tamantildeo volumen almacenamiento de energiacutea factores medioambientales puede replicar totalmente su dotacioacuten de ADN y dividirse en dos ceacutelulas hijas normalmente iguales Ambas ceacutelulas seraacuten diploides o haploide dependiendo de la ceacutelula madre
Meiosis es la divisioacuten de una ceacutelula diploide en cuatro ceacutelulas haploide Esta divisioacuten celular se
produce en organismos multicelulares para producir gametos haploide que pueden fusionarse despueacutes para formar una ceacutelula diploide llamada zigoto en la fecundacioacuten
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas Las ceacutelulas cancerosas son inmortales Una enzima llamada telomerasa permite a estas ceacutelulas dividirse indefinidamente
La caracteriacutestica principal de la divisioacuten celular en organismos eucariotas es la conservacioacuten de los
mecanismos geneacuteticos del control del ciclo celular y de la divisioacuten celular puesto que se ha mantenido praacutecticamente inalterable desde organismos tan simples como las levaduras a criaturas tan complejas como el ser humano a lo largo de la evolucioacuten bioloacutegica
Factores que explican la divisioacuten celular
Una teoriacutea afirma que existe un momento en el que la ceacutelula comienza a crecer mucho lo que hace que disminuya la proporcioacuten aacutereavolumen Cuando el aacuterea de la membrana plasmaacutetica de la ceacutelula es mucho maacutes pequentildea en relacioacuten con el volumen total de eacutesta se presentan dificultades en la reabsorcioacuten y en el transporte de nutrientes siendo asiacute necesario que se produzca la divisioacuten celular
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular constituye el proceso maacutes importante dentro de la ceacutelula el cual abordaremos en
pequentildea medida pero de manera significativa
Esta investigacioacuten toma en cuenta a todos aquellos que de alguna manera participan aunque sea de
forma miacutenima en la respiracioacuten celular
Hablar de respiracioacuten celular es referirnos a un proceso bioquiacutemico del cual nos ramificaremos a dos tipos
de respiracioacuten celular aeroacutebica y anaeroacutebica
En este proceso interfieren factores quiacutemicos capaces de ser procesados dentro de las ceacutelulas y que en
gran medida constituyen las bases para que la respiracioacuten celular se lleve a cabo
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular es el conjunto de reacciones bioquiacutemicas que ocurren en la mayoriacutea de las ceacutelulas
Tambieacuten es el conjunto de reacciones quiacutemicas mediante las cuales se obtiene energiacutea a partir de la
degradacioacuten de sustancias orgaacutenicas como los azuacutecares y los aacutecidos principalmente
Comprende dos fases
PRIMERA FASE
Se oxida la glucosa (azuacutecar) y no depende del oxiacutegeno por lo que recibe el nombre de respiracioacuten
anaeroacutebica y glicoacutelisis reaccioacuten que se lleva a cabo en el citoplasma de la ceacutelula
SEGUNDA FASE
Se realiza con la intervencioacuten del oxiacutegeno y recibe el nombre de respiracioacuten aeroacutebica o el ciclo de krebs y
se realiza en estructuras especiales de las ceacutelulas llamadas mitocondrias
Tanto que es una parte del metabolismo concretamente del catabolismo en el cual la energiacutea contenida
en distintas biomoleacuteculas como los gluacutecidos (azuacutecares carbohidratos) es liberado de manera controlada
IMPORTANCIA
- Crecimiento
- Transporte activo de sustancias energeacuteticas
- Movimiento ciclosis
- Regeneracioacuten de ceacutelulas
- Siacutentesis de proteiacutenas
- Divisioacuten de ceacutelulas
TIPOS DE RESPIRACIOacuteN CELULAR
RESPIRACIOacuteN ANAEROacuteBICA
La respiracioacuten anaeroacutebica es un proceso bioloacutegico de oxidorreduccioacuten de azuacutecares y otros compuestos
Lo realizan exclusivamente algunos grupos de bacterias
En la respiracioacuten anaeroacutebica no se usa oxiacutegeno sino para la misma funcioacuten se emplea otra sustancia
oxidante distinta como el sulfato No hay que confundir la respiracioacuten anaeroacutebica con la fermentacioacuten
aunque estos dos tipos de metabolismo tienen en comuacuten el no ser dependiente del oxigeno
Todos los posibles aceptores en la respiracioacuten anaeroacutebica tienen un potencial de reduccioacuten menor que el
O2 por lo que se genera menor energiacutea en el proceso
ETAPAS
Glucoacutelisis
Fermentacioacuten
GLUCOacuteLISIS- Tambieacuten denominado glicoacutelisis es la secuencia metaboacutelica en la que se oxida en la
glucoacutelisis cuando hay ausencia de oxiacutegeno la glucoacutelisis es la uacutenica viacutea que produce ATP en los animales
Estaacute presente en todas las formas de viacuteas actuales Es la primera parte del metabolismo energeacutetico y en
las ceacutelulas eucariotas en donde ocurre el citoplasma
Por lo tanto es una secuencia compleja de reacciones que se efectuacutean en el citosol de una ceacutelula
mediante las cuales una moleacutecula de glucosa se desdobla en dos moleacuteculas de acido piruvico De manera
que la glicoacutelisis consta de dos pasos principales
Activacioacuten de la glucosa
Produccioacuten de energiacutea
IMPORTANCIA Permite a los muacutesculos esqueleacuteticos realizar su contraccioacuten
FERMENTACIOacuteN- Es un proceso cataboacutelico de oxidacioacuten completa siendo el producto final de
un compuesto orgaacutenico La fermentacioacuten tiacutepica es llevada acabo por las levaduras Tambieacuten
unos metazoos y plantas menores son capaces de producirla
El proceso de fermentacioacuten anaeroacutebica se produce en la ausencia de oxigeno como aceptor final
de los electrones del NADH producido en la glucoacutelisis
En los seres vivos la fermentacioacuten es un proceso anaeroacutebico y en el no interviene la cadena
respiratoria que son propios del micro organismo como las bacterias y levaduras
Ademaacutes en la industria de la fermentacioacuten puede ser oxidativa es decir como presencia de
oxigeno pero es una oxidacioacuten aeroacutebica incompleta como la produccioacuten de acido aceacutetico a partir
del etanol
La fermentacioacuten puede ser naturales cuando las condiciones ambientales permitan la interaccioacuten
del microorganismo sustratos orgaacutenicos susceptibles o artificiales cuando el hombre propicia
condiciones y en contacto referido
USOS
El conocimiento de la dieta a traveacutes del desarrollo de una diversidad de sabores aromas y
texturas en los substratos de los alimentos
Preservacioacuten de cantidades substanciales de alimentos a traveacutes del acido laacutecteo alcohoacutelico
acido aceacutetico y fermentacioacuten alcalinas
La fermentacioacuten tiene algunos usos exclusivos para los alimentos pueden producir nutrientes
importantes o eliminar auto nutrientes
TIPOS DE FERMENTACIOacuteN
Fermentacioacuten aceacutetica
Fermentacioacuten alcohoacutelica
Fermentacioacuten butirica
Fermentacioacuten de la glicerina
Fermentacioacuten laacutectica
Fermentacioacuten putrica
RESPIRACIOacuteN AEROacuteBICA
Es un tipo de metabolismo energeacutetico en el que los seres vivos extraen energiacutea de moleacuteculas
orgaacutenicas como la glucosa por un proceso complejo en donde el carbono queda oxidado y en el
que el aire es el oxidante empleado
La respiracioacuten aeroacutebica es propia de los organismos eucariontes en general y de algunos tipos
de bacterias
La susecion de reacciones quiacutemicas que ocurren dentro de las ceacutelulas mediante las cuales se
realiza las descomposiciones finales de las moleacuteculas en los alimentos y en la que se produce CO2 y
H2O
Se realiza solo en el proceso de oxigeno Consiste en la degradacioacuten de los piruvatos producidos
durante la glucosis hasta CO2 y H2O como obtencioacuten de 34 a 36 ATP
IMPORTANCIA
Participa en la respiracioacuten celular formando ATP
REACCIONES AEROacuteBICAS
Las reacciones aeroacutebicas ocurre en la mitocondria y son
1 Formacioacuten del acetilo
2 Transferencia del acetilo Actividades en matriz
3 Ciclo de krebs
4 Transporte de electrones
Cadena respiratoria
5 Fosforilacioacuten oxidativa (actividad de crestas)
LA MITOCONDRIA Y SUS PARTES
CICLO DE KREBS
Propuesto por Hans A Krebs en 1937 quien descubrioacute el ciclo estudiando suspensiones de papillas del
muacutesculo pectoral de la paloma que presentaba un elevado ritmo respiratorio
El ciclo de krebs (tambieacuten llamado ciclo del acido ciacutetrico o ciclo de lso aacutecidos tricarboxilicos) es una serie
de reacciones quiacutemicos de gran importancia que forman parte de la respiracioacuten celular en toda las ceacutelulas
aeroacutebicas es decir que utilizan oxigeno En organismo aeroacutebico el ciclo de krebs es parte de la viacutea
cataboacutelica que realizan oxidacioacuten de hidratos de carbono aacutecidos graos y aminoaacutecidos hasta producir CO2
y H2O liberando energiacutea en forma utilizable
El ciclo de krebs tambieacuten proporciona recurso para muchas biomoleculas tales como ciertos aacutenimos
aacutecidos Por ello se considera una viacutea anfibolica es decir que es cataboacutelico y anaboacutelica al mismo tiempo
UBICACIOacuteN
Tiene lugar en tres partes
Matriz mitocondrial
En las eucariotas
En el citoplasma de eucariotas
CICLO DE KREBS
DNA doble el cromosoma bacteriano que contiene todas las informaciones necesarias para el
funcionamiento y estructuracioacuten celular El cromosoma procarioacutetico estaacute ligado a la membrana plasmaacutetica
no contiene histonas y no se encuentra rodeado por una membrana nuclear
Las bacterias pueden contener ademaacutes del cromosoma moleacuteculas de DNA doble pequentildeas y circulares
denominadas plaacutesmidos Esas moleacuteculas son elementos geneacuteticos extracromosoacutemicos no esenciales
para la supervivencia bacteriana y poseen mecanismos de replicacioacuten independientes del DNA
cromosoacutemico La ventaja de poseer un plaacutesmido es que puede contener genes de resistencia a los
antibioacuteticos tolerancia a los metales toacutexicos siacutentesis de enzimas etc
La diferencia clave con la ceacutelula eucariota es la presencia de un nuacutecleo verdadero en esta uacuteltima La
regioacuten nuclear de los Eucariotas estaacute envuelta por una membrana nuclear separando el citoplasma del
nuacutecleo
Este nuacutecleo es generalmente la mayor estructura celular con forma esfeacuterica u oval y estaacute envuelto por
una membrana doble denominada membrana nuclear que contiene en su interior moleacuteculas de ADN
organizadas en cromosomas que contienen todas la informacioacuten hereditaria
La membrana nuclear es estructuralmente semejante a la membrana plasmaacutetica estaacute conectada al
retiacuteculo endoplasmaacutetico y posee poros nucleares que permiten la entrada y salida de substancias
Los pasos clave de la informacioacuten bioloacutegica replicacioacuten de ADN y siacutentesis de ARN suceden en el nuacutecleo
El ARN ribosoacutemico es producido por uno o maacutes cuerpos esfeacutericos denominados nucleacuteolos
Las ceacutelulas eucariotas apenas poseen organelas que son estructuras especializadas representadas por
el nuacutecleo retiacuteculo endoplasmaacutetico complejo de Golgi mitocondria cloroplastos lisosomas y centriacuteolos
La ceacutelula Estructura y funcioacuten
Hasta el final del s XIX no se elaboroacute la teoriacutea celular que enuncia que la ceacutelula es la unidad morfoloacutegica fisioloacutegica y geneacutetica de todos los seres vivos y que ademaacutes toda ceacutelula proviene de otra Todas las ceacutelulas tienen una estructura comuacuten la membrana plasmaacutetica el citoplasma y el material geneacutetico o ADN Se distinguen dos clases de ceacutelulas las ceacutelulas procariotas (sin nuacutecleo) y las ceacutelulas eucariotas mucho maacutes evolucionadas y que presentan nuacutecleo cito esqueleto en el citoplasma y orgaacutenulos membranosos con funciones diferenciadas
Forma y tamantildeo de las ceacutelulas
La ceacutelula es una estructura constituida por tres elementos baacutesicos membrana plasmaacutetica citoplasma y
material geneacutetico (ADN) Las ceacutelulas tienen la capacidad de realizar las tres funciones vitales nutricioacuten
relacioacuten y reproduccioacuten (ver t13)
La forma de las ceacutelulas estaacute determinada baacutesicamente por su funcioacuten La forma puede variar en
funcioacuten de la ausencia de pared celular riacutegida de las tensiones de uniones a ceacutelulas contiguas
de la viscosidad del citosol de fenoacutemenos osmoacuteticos y de tipo de citoesqueleto interno
El tamantildeo de las ceacutelulas es tambieacuten extremadamente variable Los factores que limitan su
tamantildeo son la capacidad de captacioacuten de nutrientes del medio que les rodea y la capacidad
funcional del nuacutecleo
Cuando una ceacutelula aumenta de tamantildeo aumenta mucho maacutes su volumen (V) que su superficie (S) (debido a que V = 43pr
3 mientras que S = 43pr
2) Esto implica que la relacioacuten superficievolumen
disminuye lo que es un gran inconveniente para la ceacutelula ya que la entrada de nutrientes estaacute en funcioacuten de su superficie y no del volumen Por este motivo la mayoriacutea de las ceacutelulas maduras son aplanadas prismaacuteticas e irregulares y pocas son esfeacutericas de forma que asiacute mantienen la relacioacuten
superficievolumen constante El aumento de volumen de la ceacutelula nunca va acompantildeado del aumento de volumen del nuacutecleo ni de su dotacioacuten cromosoacutemica
Ceacutelula procariota bacteria Gram positiva
Ceacutelula eucariota Epitelial secretora
Estructura de las ceacutelulas
La estructura comuacuten a todas las ceacutelulas comprende la membrana plasmaacutetica el citoplasma y el material geneacutetico o ADN
Membrana plasmaacutetica constituida por una bicapa lipiacutedica en la que estaacuten englobadas ciertas
proteiacutenas Los liacutepidos hacen de barrera aislante entre el medio acuoso interno y el medio acuoso
externo
El citoplasma abarca el medio liacutequido o citosol y el morfoplasma (nombre que recibe una serie
de estructuras denominadas orgaacutenulos celulares)
El material geneacutetico constituido por una o varias moleacuteculas de ADN Seguacuten esteacute o no rodeado
por una membrana formando el nuacutecleo se diferencian dos tipos de ceacutelulas las procariotas (sin
nuacutecleo) y las eucariotas (con nuacutecleo)
Las ceacutelulas eucariotas ademaacutes de la estructura baacutesica de la ceacutelula (membrana citoplasma y
material geneacutetico) presentan una serie de estructuras fundamentales para sus funciones vitales (ver t27 y t28)
El sistema endomembranoso es el conjunto de estructuras membranosas (orgaacutenulos)
intercomunicadas que pueden ocupar casi la totalidad del citoplasma
Orgaacutenulos transductores de energiacutea son las mitocondrias y los cloroplastos Su funcioacuten es la
produccioacuten de energiacutea a partir de la oxidacioacuten de la materia orgaacutenica (mitocondrias) o de energiacutea
luminosa (cloroplastos)
Estructuras carentes de membranas estaacuten tambieacuten en el citoplasma y son los ribosomas
cuya funcioacuten es sintetizar proteiacutenas y el citoesqueleto que da dureza elasticidad y forma a las
ceacutelulas ademaacutes de permitir el movimiento de las moleacuteculas y orgaacutenulos en el citoplasma
El nuacutecleo mantiene protegido al material geneacutetico y permite que las funciones de transcripcioacuten y
traduccioacuten se produzcan de modo independiente en el espacio y en el tiempo
En el exterior de la membrana plasmaacutetica de la ceacutelula procariota (ver t40) se encuentra la pared celular
que protege a la ceacutelula de los cambios externos El interior celular es mucho maacutes sencillo que en las eucariotas en el citoplasma se encuentran los ribosomas praacutecticamente con la misma funcioacuten y estructura que las eucariotas pero con un coeficiente de sedimentacioacuten menor Tambieacuten se encuentran los mesosomas que son invaginaciones de la membrana No hay por tanto citoesqueleto ni sistema
endomembranoso El material geneacutetico es una moleacutecula de ADN circular que estaacute condensada en una regioacuten denominada nucleoide No estaacute dentro de un nuacutecleo con membrana y no se distinguen nucleolos
Las teoriacuteas celulares
Las ceacutelulas se descubrieron en el siglo XVII El primero en observarlas fue el ingleacutes Robert Hooke en 1665 Con un microscopio muy rudimentario Hooke examinoacute una preparacioacuten de corcho y descubrioacute que pareciacutea estar compuesto por pequentildeas celdillas rodeadas de paredes riacutegidas Decidioacute llamar ceacutelulas a aquellas estructuras pero lo cierto es que sus ojos le engantildearon En realidad soacutelo habiacutea visto las paredes celulares muertas del corcho Hubo que esperar hasta el siglo XIX para que dos cientiacuteficos Matthias Jakob Schleiden y Theodor Schwann formularan una teoriacutea que explicara la estructura y funcionamiento de las ceacutelulas En 1839 establecieron que todo ser vivo estaacute formado por una o muchas ceacutelulas que eacutesta es la estructura maacutes pequentildea que cumple todas las funciones vitales y que toda ceacutelula procede a su vez de otra ceacutelula que se ha dividido
La teoriacutea celular
Principios de la teoriacutea celular
1 Todos los seres vivos estaacuten constituidos por una o maacutes ceacutelulas es decir la ceacutelula es la unidad morfoloacutegica de todos los seres vivos
2 La ceacutelula es capaz de realizar todos los procesos necesarios para permanecer con vida es decir la ceacutelula es la unidad fisioloacutegica de los organismos
3 Toda ceacutelula proviene de otra ceacutelula
4 La ceacutelula contiene toda la informacioacuten sobre la siacutentesis de su estructura y el control de su funcionamiento y es capaz de transmitirla a sus descendientes es decir la ceacutelula es la unidad geneacutetica
autoacutenoma de los seres vivos
El primer y segundo principios fueron establecidos por Schleiden y Schwann posteriormente Virchow
aportoacute el tercer principio sobre el origen de la ceacutelula La teoriacutea celular se puede completar con el cuarto principio propuesto por Sutton y Boveri
Transporte celular
El transporte celular es el intercambio de sustancias entre el interior celular y el exterior a traveacutes de la
membrana celular o el movimiento de moleacuteculas dentro de la ceacutelula
Transporte a traveacutes de la membrana celular
La ceacutelula necesita este proceso porque es importante para esta expulsar de su interior los desechos del metabolismo y adquirir nutrientes del liacutequido extracelular gracias a la capacidad de la membrana celular que permite el paso o salida de manera selectiva de algunas sustancias Las viacuteas de transporte a traveacutes de la membrana celular y los mecanismos baacutesicos para las moleacuteculas de pequentildeo tamantildeo son
Transporte pasivo o difusioacuten
El transporte pasivo es el intercambio simple de moleacuteculas de una sustancia a traveacutes de la membrana plasmaacutetica durante el cual no hay gasto de energiacutea que aporta la ceacutelula debido a que va a favor del gradiente de concentracioacuten o a favor de gradiente de carga eleacutectrica es decir de un lugar donde hay una gran concentracioacuten a uno donde hay menor El proceso celular pasivo se realiza por difusioacuten En siacute es el cambio de un medio de mayor concentracioacuten (medio hipertoacutenico) a otro de menor concentracioacuten (un medio hipotoacutenico)
Difusioacuten simple
Algunas sustancias pasan al interior o al exterior de las ceacutelulas a traveacutes de una membrana semipermeable y se mueven dentro de eacutestas por Difusioacuten simple siendo un proceso fiacutesico basado en el movimiento al azar La difusioacuten es el movimiento de aacutetomos moleacuteculas o iones de una regioacuten de mayor concentracioacuten a una de menor concentracioacuten sin requerir gasto de energiacutea La difusioacuten implica no soacutelo el movimiento al azar de las partiacuteculas hasta lograr la homogeacutenea distribucioacuten de las mismas (y esto ocurre cuando las partiacuteculas que azarosamente vienen se equiparan con las que azarosamente van) sino tambieacuten el homogeacuteneo potencial quiacutemico del fluido ya que de existir una membrana semipermeable que particiones un fluido en dos de distinto potencial quiacutemico se generaraacute una presioacuten osmoacutetica desde el potencial quiacutemico mayor (pe solvente puro) hacia el menor (pe solvente y soluto) hasta que ambas particiones se equiparen o la presioacuten hidrostaacutetica equilibre la presioacuten osmoacutetica
1
Difusioacuten facilitada
Es el movimiento de moleacuteculas maacutes grandes que no pueden pasar a traveacutes de la membrana plasmaacutetica y necesita ayuda de una proteiacutena u otros mecanismos (exocitosis) para pasar al otro lado Tambieacuten se llama difusioacuten mediada por portador porque la sustancia transportada de esta manera no suele poder atravesar la membrana sin una proteiacutena portadora especiacutefica que le ayude Se diferencia de la difusioacuten simple a traveacutes de conductos en que mientras que la magnitud de difusioacuten de la difusioacuten simple se incrementa de manera proporcional con la concentracioacuten de la sustancia que se difunde en la difusioacuten facilitada la magnitud de difusioacuten se aproxima a un maacuteximo (Vmax) al aumentar la concentracioacuten de la sustancia
Filtracioacuten O Dialisis
La filtracioacuten o diaacutelisis es el movimiento de agua y moleacuteculas disueltas a traveacutes de la membrana debido a la presioacuten hidrostaacutetica generada por el sistema cardiovascular Dependiendo del tamantildeo de los poros de la membrana soacutelo los solutos con un determinado tamantildeo pueden pasar a traveacutes de la membrana Por ejemplo los poros de la membrana de la caacutepsula de Bowman en los glomeacuterulos renales son muy pequentildeos y soacutelo la albuacutemina la maacutes pequentildea de las proteiacutenas tienen la capacidad de ser filtrada a traveacutes de ella Por otra parte los poros de las membranas de los hepatocitos son extremadamente grandes por lo que una gran variedad de solutos pueden atravesarla
Oacutesmosis
La oacutesmosis es un tipo especial de transporte pasivo en el cual soacutelo las moleacuteculas de agua son transportadas a traveacutes de la membrana El movimiento de agua se realiza desde un punto en que hay mayor concentracioacuten a uno de menor para igualar concentraciones De acuerdo al medio en que se encuentre una ceacutelula la oacutesmosis variacutea La funcioacuten de la osmosis es mantener hidratada a la membrana celular Dicho proceso no requiere gasto de energiacutea En otras palabras la oacutesmosis u osmosis es un fenoacutemeno consistente en el paso del solvente de una disolucioacuten desde una zona de baja concentracioacuten de soluto a una de alta concentracioacuten del soluto separadas por una membrana semipermeable Se relaciona con el movimiento browniano
Oacutesmosis en una ceacutelula animal
En un medio isotoacutenico hay un equilibrio dinaacutemico es decir el paso constante de agua
En un medio hipotoacutenico la ceacutelula absorbe agua hinchaacutendose y hasta el punto en que puede estallar dando origen a la citoacutelisis
En un medio hipertoacutenico la ceacutelula elimina agua y se arruga llegando a deshidratarse y se muere esto se llama crenacioacuten
Oacutesmosis en una ceacutelula vegetal [editar]
En un medio isotoacutenico hay un equilibrio dinaacutemico
En un medio hipotoacutenico la ceacutelula absorbe agua y sus vacuolas se llenan aumentando la presioacuten de turgencia
En un medio hipertoacutenico la ceacutelula elimina agua y el volumen de la vacuola disminuye produciendo que la membrana plasmaacutetica se despegue de la pared celular ocurriendo la plasmoacutelisis
Transporte activo
Consiste en el transporte de sustancias en contra de un gradiente de concentracioacuten para lo cual se requiere un gasto energeacutetico En la mayor parte de los casos este transporte activo se realiza a expensas de un gradiente de H
+ (potencial electroquiacutemico de protones) previamente creado a ambos lados de la
membrana por procesos de respiracioacuten y fotosiacutentesis por hidroacutelisis de ATP mediante ATP hidrolasas de membrana (F1F0) El transporte activo variacutea la concentracioacuten intracelular y ello da lugar un nuevo movimiento osmoacutetico de rebalanceo por hidratacioacuten Los sistemas de transporte activo son los maacutes abundantes entre las bacterias y se han seleccionado evolutivamente debido a que en sus medios naturales la mayoriacutea de los procariotas se encuentran de forma permanente o transitoria con una baja concentracioacuten de nutrientes
Los sistemas de transporte activo estaacuten basados en permeasas especiacuteficas e inducibles El modo en que se acopla la energiacutea metaboacutelica con el transporte del soluto auacuten no estaacute dilucidado pero en general se maneja la hipoacutetesis de que las permeasas una vez captado el sustrato con gran afinidad experimentan un cambio conformacioacuten al dependiente de energiacutea que les hace perder dicha afinidad lo que supone la liberacioacuten de la sustancia al interior celular
El transporte activo de moleacuteculas a traveacutes de la membrana celular se realiza en direccioacuten ascendente o en contra de un gradiente de concentracioacuten (Gradiente quiacutemico) o en contra un gradiente eleacutectrico de presioacuten (gradiente electroquiacutemico) es decir es el paso de sustancias desde un medio poco concentrado a un medio muy concentrado Para desplazar estas sustancias contra corriente es necesario el aporte de energiacutea procedente del ATP Las proteiacutenas portadoras del transporte activo poseen actividad ATPasa que significa que pueden escindir el ATP (Adenosin Tri Fosfato) para formar ADP (dos Fosfatos) o AMP (un Fosfato) con liberacioacuten de energiacutea de los enlaces fosfato de alta energiacutea Comuacutenmente se observan tres tipos de transportadores
Uniportadores son proteiacutenas que transportan una moleacutecula en un solo sentido a traveacutes de la membrana
Antiportadores incluyen proteiacutenas que transportan una sustancia en un sentido mientras que simultaacuteneamente transportan otra en sentido opuesto
Simportadores son proteiacutenas que transportan una sustancia junto con otra frecuentemente un protoacuten (H
+)
Transporte activo primario Bomba de sodio y potasio
Se encuentra en todas las ceacutelulas del organismo encargada de transportar los iones potasio que logran entrar a las ceacutelulas hacia el interior de eacutestas dando una carga interior negativa y al mismo tiempo bombea iones sodio desde el interior hacia el exterior de la ceacutelula (axoplasma) sin embargo el nuacutemero de iones Na
+ (con carga positiva) no sobrepasa al de iones con carga negativa dando por resultado una carga
interna negativa En caso particular de las neuronas en estado de reposo esta diferencia de cargas a ambos lados de la membrana se llama potencial de membrana o de reposo
Transporte activo secundario o cotransporte
Es el transporte de sustancias que normalmente no atraviesan la membrana celular tales como los aminoaacutecidos y la glucosa cuya energiacutea requerida para el transporte deriva del gradiente de concentracioacuten de los iones sodio de la membrana celular (Bomba GlucosaSodio ATPasa)
Bomba de calcio Es una proteiacutena de la membrana celular de todas las ceacutelulas eucariotas Su
funcioacuten consiste en transportar calcio ioacutenico (Ca2+
) hacia el exterior de la ceacutelula gracias a la energiacutea proporcionada por la hidroacutelisis de ATP con la finalidad de mantener la baja concentracioacuten de Ca
2+ en el citoplasma que es unas diez mil veces menor que en el medio
externo necesaria para el normal funcionamiento celular Se sabe que las variaciones en la concentracioacuten intracelular del Ca
2+ (segundo mensajero) se producen como respuesta a diversos
estiacutemulos y estaacuten involucradas en procesos como la contraccioacuten muscular la expresioacuten geneacutetica la diferenciacioacuten celular la secrecioacuten y varias funciones de las neuronas Dada la variedad de procesos metaboacutelicos regulados por el Ca
2+ un aumento de la concentracioacuten de Ca
2+ en el
citoplasma puede provocar un funcionamiento anormal de los mismos Si el aumento de la concentracioacuten de Ca
2+ en la fase acuosa del citoplasma se aproxima a un deacutecimo de la del medio
externo el trastorno metaboacutelico producido conduce a la muerte celular El calcio es el mineral maacutes abundante del organismo ademaacutes de cumplir muacuteltiples funciones
Transporte de macromoleacuteculas o partiacuteculas
Las macromoleacuteculas o partiacuteculas grandes se introducen o expulsan de la ceacutelula por dos mecanismos
Endocitosis
La endocitosis es el proceso celular por el que la ceacutelula mueve hacia su interior moleacuteculas grandes o partiacuteculas englobaacutendolas en una invaginacioacuten de su membrana citoplasmaacutetica formando una vesiacutecula que luego se desprende de la pared celular e incorpora al citoplasma Esta vesiacutecula llamada endosoma luego se fusiona con un lisosoma que realizaraacute la digestioacuten del contenido vesicular
Existen dos procesos
Pinocitosis consiste en la ingestioacuten de liacutequidos y solutos mediante pequentildeas vesiacuteculas
Fagocitosis consiste en la ingestioacuten de grandes partiacuteculas que se engloban en grandes vesiacuteculas (fagosomas) que se desprenden de la membrana celular
Endocitosis mediada por receptor es de tipo especiacutefica captura macromoleacuteculas especiacuteficas del
ambiente fijaacutendose a traveacutes de proteiacutenas ubicadas en las membranas plasmaacuteticas (especificas) Una vez que se unen a dicho receptor forman las vesiacuteculas y las transportan al interior de la ceacutelula La endocitosis mediada por receptor resulta ser un proceso raacutepido y eficiente
Exocitosis
Es la expulsioacuten de sustancias como la insulina a traveacutes de la fusioacuten de vesiacuteculas con la membrana celular
La exocitosis es el proceso celular por el cual las vesiacuteculas situadas en el citoplasma se fusionan con la membrana citoplasmaacutetica liberando su contenido
La exocitosis se observa en muy diversas ceacutelulas secretoras tanto en la funcioacuten de excrecioacuten como en la funcioacuten endocrina
Tambieacuten interviene la exocitosis en la secrecioacuten de un neurotransmisor a la brecha sinaacuteptica para posibilitar la propagacioacuten del impulso nervioso entre neuronas La secrecioacuten quiacutemica desencadena una despolarizacioacuten del potencial de membrana desde el axoacuten de la ceacutelula emisora hacia la dendrita (u otra parte) de la ceacutelula receptora Este neurotransmisor seraacute luego recuperado por endocitosis para ser reutilizado Sin este proceso se produciriacutea un fracaso en la transmisioacuten del impulso nervioso entre neuronas
CEacuteLULA VEGETAL
Todos los organismos vivos estaacuten compuestos por ceacutelulas El ingleacutes Robert Hooke en 1665 realizoacute cortes finos de una muestra de corcho y observoacute usando un microscopio rudimentario unos pequentildeos compartimentos que no eran maacutes que las paredes celulares de esas ceacutelulas muertas y las llamoacute ceacutelulas (del latiacuten cellula que significa habitacioacuten pequentildea ) ya que eacuteste tejido le recordaba las celdas pequentildeas que habitaban los monjes de aquella eacutepoca No fue sino hasta el siglo XIX que dos cientiacuteficos alemanes el botaacutenico Matthias Jakob Schleiden y el zoologo Theodor Schwann enunciaron en 1839 la primera teoriacutea celular Todas las plantas y animales estaacuten compuestos por grupos de ceacutelulas y eacutestas son la unidad baacutesica de todos los organismos vivos Esta teoriacutea fue completada en 1855 por Rudolph Virchow quien establecioacute que las ceacutelulas nuevas se formaban a partir de ceacutelulas preexistentes ( omni cellula e cellula ) En otras palabras las ceacutelulas no se pueden formar por generacioacuten espontaacutenea a partir de materia inerte
Ceacutelula fijada con KMnO4
En la frontera de lo viviente se han descubierto seres aun maacutes pequentildeos los virus que crecen y se reproducen solamente cuando parasitan otra ceacutelula Podemos afirmar que no hay vida sin ceacutelula Al igual que un edificio las ceacutelulas son los bloques de construccioacuten de un organismo La ceacutelula es la unidad maacutes pequentildea de materia viva capaz de llevar a cabo todas las actividades necesarias para el mantenimiento de la vida
La teoriacutea celular actualmente se puede resumir de la siguiente forma
1 Todos los organismos vivos estaacuten formados por ceacutelulas y productos celulares
2 Soacutelo se forman ceacutelulas nuevas a partir de ceacutelulas preexistentes
3 La informacioacuten geneacutetica que se necesita durante la vida de las ceacutelulas y la que se requiere para la produccioacuten de nuevas ceacutelulas se transmite de una generacioacuten a la siguiente
4 Las reacciones quiacutemicas de un organismo esto es su metabolismo tienen lugar en las ceacutelulas
CEacuteLULAS VEGETALES Y ANIMALES
Tanto las ceacutelulas de las plantas como las de los animales son eucarioacuteticas sin embargo presentan algunas diferencias
1 Las ceacutelulas vegetales presentan una pared celular celuloacutesica riacutegida que evita cambios de forma y posicioacuten
2 Las ceacutelulas vegetales contienen plastidios estructuras rodeadas por una membrana que sintetizan y almacenan alimentos Los maacutes comunes son los cloroplastos
3 Casi todas las ceacutelulas vegetales poseen vacuolas que tienen la funcioacuten de transportar y almacenar nutrientes agua y productos de desecho
4 Las ceacutelulas vegetales complejas carecen de ciertos organelos como los centriacuteolos y los lisosomas
Fotosiacutentesis
Una hoja el lugar principal en el que se desarrolla la fotosiacutentesis en las plantas
La fotosiacutentesis del griego antiguo φωτο (foto) luz y σύνθεσις (siacutentesis) unioacuten es la base de la vida
actual en la Tierra Proceso mediante el cual las plantas algas y algunas bacterias captan y utilizan la energiacutea de la luz para transformar la materia inorgaacutenica de su medio externo en materia orgaacutenica que utilizaraacuten para su crecimiento y desarrollo
Los organismos capaces de llevar a cabo este proceso se denominan fotoautoacutetrofos y ademaacutes son capaces de fijar el CO2 atmosfeacuterico (lo que ocurre casi siempre) o simplemente autoacutetrofos Salvo en algunas bacterias en el proceso de fotosiacutentesis se producen liberacioacuten de oxiacutegeno molecular (proveniente de moleacuteculas de H2O) hacia la atmoacutesfera (fotosiacutentesis oxigeacutenica) Es ampliamente admitido que el contenido actual de oxiacutegeno en la atmoacutesfera se ha generado a partir de la aparicioacuten y actividad de dichos organismos fotosinteacuteticos Esto ha permitido la aparicioacuten evolutiva y el desarrollo de organismos aerobios capaces de mantener una alta tasa metaboacutelica (el metabolismo aerobio es muy eficaz desde el punto de vista energeacutetico)
La otra modalidad de fotosiacutentesis la fotosiacutentesis anoxigeacutenica en la cual no se libera oxiacutegeno es llevada a cabo por un nuacutemero reducido de bacterias como las bacterias puacuterpuras del azufre y las bacterias verdes del azufre estas bacterias usan como donador de hidroacutegenos el H2S con lo que liberan azufre
Generalidades
Cloroplastos dentro de ceacutelulas vegetales
En algas eucarioacuteticas y en plantas la fotosiacutentesis se lleva a cabo en un orgaacutenulo especializado denominado cloroplasto Este orgaacutenulo que estaacute delimitado por dos membranas (envueltas de los cloroplastos) que lo separan del citoplasma circundante En su interior se encuentra una fase acuosa con un elevado contenido en proteiacutenas e hidratos de carbono (estroma del cloroplasto) y una serie de
membranas denominadas tilacoides Los tilacoides contienen los pigmentos (sustancias coloreadas) fotosinteacuteticos y proteiacutenas necesarios para captar la energiacutea de la luz El principal de esos pigmentos es la clorofila de color verde de la que existen varios tipos (bacterioclorofilas y clorofilas a b c y d) Ademaacutes de las clorofilas otros pigmentos presentes en todos los organismos eucarioacuteticos son los carotenoides (carotenos y xantofilas) de color amarillo o anaranjado y que tienen un papel auxiliar en la captacioacuten de la luz ademaacutes de un papel protector En cianobacterias (que no poseen cloroplastos) los carotenoides son sustituidos por otro tipo de pigmentos denominados ficobilinas de naturaleza quiacutemica diferente a los anteriores En las plantas vasculares el mayor nuacutemero de cloroplastos se encuentra dentro de las ceacutelulas del mesoacutefilo de las hojas lo cual les confiere su caracteriacutestico color verde
La fotosiacutentesis se divide en dos fases La primera ocurre en los tilacoides en donde se capta la energiacutea de la luz y eacutesta es almacenada en dos moleacuteculas orgaacutenicas sencillas (ATP y NADPH) La segunda tiene lugar en el estroma y las dos moleacuteculas producidas en la fase anterior son utilizadas en la asimilacioacuten del CO2 atmosfeacuterico para producir hidratos de carbono e indirectamente el resto de las moleacuteculas orgaacutenicas que componen los seres vivos (aminoaacutecidos liacutepidos nucleoacutetidos etc) Tradicionalmente a la primera fase se le denominaba fase luminosa y a la segunda fase oscura de la fotosiacutentesis Sin embargo la
denominacioacuten como fase oscura de la segunda etapa es incorrecta porque actualmente se conoce que los procesos que la llevan a cabo solo ocurren en condiciones de iluminacioacuten Es maacutes preciso referirse a ella como fase de fijacioacuten del dioacutexido de carbono (ciclo de Calvin) y a la primera como fase fotoquiacutemica o reaccioacuten de Hill
En la fase luminosa o fotoquiacutemica la energiacutea de la luz captada por los pigmentos fotosinteacuteticos unidos a proteiacutenas y organizados en los denominados foto sistemas (ver maacutes adelante) produce la descomposicioacuten del agua liberando electrones que circulan a traveacutes de moleacuteculas transportadoras para llegar hasta un aceptor final (NADP
+) capaz de mediar en la transformacioacuten del CO2 atmosfeacuterico (o
disuelto en el agua en sistemas acuaacuteticos) en materia orgaacutenica Este proceso luminoso estaacute tambieacuten acoplado a la formacioacuten de moleacuteculas que funcionan como intercambiadores de energiacutea en las ceacutelulas (ATP) La formacioacuten de ATP es necesaria tambieacuten para la fijacioacuten del CO2
El CO2 es uno de los menores componentes del aire atmosfeacuterico capaz de reflejar la radiacioacuten de onda larga proveniente de la tierra (el maacuteximo agente reflector de esa radiacioacuten es el vapor de agua) El notable aumento de su concentracioacuten a partir de 1850 debido a la destruccioacuten de las aacutereas selvaacuteticas la actividad industrial y el uso de combustibles foacutesiles podriacutea tener el efecto de incrementar las temperaturas medias efecto llamado efecto invernadero
Descubrimiento
Durante el siglo XVIII comienzan a surgir trabajos que relacionan los incipientes conocimientos de la Quiacutemica con los de la Biologiacutea Asiacute con los trabajos de Priestley se llega a la conclusioacuten de que las partes verdes de las plantas fijan el aire lsquoimpurorsquo (anhiacutedrido carboacutenico) que actuariacutea como un nutriente y liberan oxiacutegeno
Posteriormente Emily Fransecheti ampliacutea los estudios de Scarlett Pruzza describiendo la emisioacuten de CO2 por las plantas en oscuridad y estableciendo que esta emisioacuten era menor que su asimilacioacuten en condiciones de iluminacioacuten Ingeshousz tambieacuten supone que la emisioacuten de oxiacutegeno por parte de las plantas procede en uacuteltimo teacutermino del agua aunque no sabe encontrar una explicacioacuten para este fenoacutemeno y habla de una lsquotransmutacioacutenrsquo (se debe antildeadir que en esta eacutepoca no se conociacutea auacuten la naturaleza quiacutemica del agua)
En la misma liacutenea de los autores anteriores Jean Senebier ginebrino realiza nuevos experimentos que establecen la necesidad de la luz para que se produzca la asimilacioacuten de anhiacutedrido carboacutenico y el desprendimiento de oxiacutegeno Tambieacuten establece que auacuten en condiciones de iluminacioacuten si no se suministra CO2 no se registra desprendimiento de oxiacutegeno J Senebier sin embargo opinaba en contra de las teoriacuteas desarrolladas y confirmadas maacutes adelante que la fuente de anhiacutedrido carboacutenico para la planta proveniacutea del agua y no del aire
Otro autor suizo Th de Saussure demostrariacutea experimentalmente que el pipeteo de la papa constituye un proceso baacutesico en la fotosiacutentesis y que el aumento de biomasa depende de la fijacioacuten de anhiacutedrido carboacutenico (que puede ser tomado directamente del aire por las hojas) y del agua Tambieacuten realiza estudios sobre la respiracioacuten en plantas y concluye que junto con la emisioacuten de anhiacutedrido carboacutenico hay una peacuterdida de agua y una generacioacuten de calor Finalmente de Saussure describe la necesidad de la nutricioacuten mineral de las plantas
El quiacutemico alemaacuten J von Liebig es uno de los grandes promotores tanto del conocimiento actual sobre Quiacutemica Orgaacutenica como sobre Fisiologiacutea Vegetal imponiendo el punto de vista de los organismos como entidades compuestas por productos quiacutemicos y la importancia de las reacciones quiacutemicas en los procesos vitales Confirma las teoriacuteas expuestas previamente por de Saussure matizando que si bien la fuente de carbono procede del CO2 atmosfeacuterico el resto de los nutrientes provienen del suelo
La denominacioacuten como clorofila de los pigmentos fotosinteacuteticos fue acuntildeada por Pelletier y Caventou a comienzos del siglo XIX Dutrochet describe la entrada de CO2 en la planta a traveacutes de los estomas y determina que solo las ceacutelulas que contienen clorofila son productoras de oxiacutegeno H von Mohl maacutes tarde asociariacutea la presencia de almidoacuten con la de clorofilas y describiriacutea la estructura de los estomas Sachs a su vez relacionoacute la presencia de clorofila con cuerpos subcelulares que se pueden alargar y dividir asiacute como que la formacioacuten de almidoacuten estaacute asociada con la iluminacioacuten y que esta sustancia desaparece en oscuridad o cuando los estomas son ocluidos A Sachs se debe la formulacioacuten de la ecuacioacuten baacutesica de la fotosiacutentesis
6 CO2 + 6 H2O rarr C6H12O6 + 6 O2
Schimper dariacutea el nombre de cloroplastos a los cuerpos coloreados de Sachs y describiriacutea los aspectos baacutesicos de su estructura tal como se podiacutea detectar con microscopiacutea oacuteptica En el uacuteltimo tercio del siglo XIX se sucederiacutean los esfuerzos por establecer las propiedades fiacutesico-quiacutemicas de las clorofilas y se comienzan a estudiar los aspectos eco fisioloacutegico de la fotosiacutentesis
Fase fotoquiacutemica
La energiacutea luminosa que absorbe la clorofila se transmite a los electrones externos de la moleacutecula los cuales escapan de la misma y producen una especie de corriente eleacutectrica en el interior del cloroplasto al incorporarse a la cadena de transporte de electrones Esta energiacutea puede ser empleada en la siacutentesis de ATP mediante la fotofosforilacioacuten y en la siacutentesis de NADPH Ambos compuestos son necesarios para la siguiente fase o Ciclo de Calvin donde se sintetizaraacuten los primeros azuacutecares que serviraacuten para la produccioacuten de sacarosa y almidoacuten Los electrones que ceden las clorofilas son repuestos mediante la oxidacioacuten del H2O proceso en el cual se genera el O2 que las plantas liberan a la atmoacutesfera
Existen dos variantes de fotofosforilacioacuten aciacuteclica y ciacuteclica seguacuten el traacutensito que sigan los electrones a traveacutes de los foto sistemas Las consecuencias de seguir un tipo u otro estriban principalmente en la produccioacuten o no de NADPH y en la liberacioacuten o no de O2
Fotofosforilacioacuten aciacuteclica
Estructura de un fotosistema
Este proceso permite la formacioacuten de ATP y la reduccioacuten de NADP+ a NADPH + H
+ y necesita de la
energiacutea de la luz como ya se ha dicho Se realiza gracias a los llamados foto sistemas que se encuentran en la membrana de los tilacoides (en los cloroplastos) Estos estaacuten formados por dos partes
Antena donde se agrupan los pigmentos antena junto con proteiacutenas y cuya funcioacuten es captar
la energiacutea de los fotones para transmitirla al pigmento diana y el centro de reaccioacuten Este esta formado por proteiacutenas y por pigmentos encontraacutendose en eacutel el llamado pigmento diana que es
aquel que recibe la energiacutea de excitacioacuten de la antena energiacutea que sirve para excitar y liberar electrones Aquiacute tambieacuten se encuentra el primer dador de electrones que repone los electrones al pigmento diana
Primer aceptor que recibe los electrones liberados
Hay dos tipos de foto sistemas
Fotosistema I que se encuentra sobre todo en los tilacoides de estroma y cuyo pigmento diana
es la clorofila P700
Fotosistema II que se encuentra sobre todo en los grana y cuyo pigmento diana es la clorofila
P680
Proceso
El proceso de la fase luminosa supuesto para dos electrones es el siguiente Los fotones inciden sobre el fotosistema II excitando y liberando dos electrones que pasan al primer aceptor de electrones la feofitina Los electrones los repone el primer dador de electrones el dador Z con los electrones procedentes de la fotoacutelisis del agua en el interior del tilacoide (la moleacutecula de agua se divide en 2H
+ + 2e
-
+ 12O2) Los protones de la fotoacutelisis se acumulan en el interior del tilacoide y el oxiacutegeno es liberado
Los electrones pasan a una cadena de transporte de electrones que invertiraacute su energiacutea liberada en la siacutentesis de ATP iquestCoacutemo La teoriacutea quimioosmoacutetica nos lo explica de la siguiente manera los electrones son cedidos a las plastoquinonas las cuales captan tambieacuten dos protones del estroma Los electrones y los protones pasan al complejo de citocromos bf que bombea los protones al interior del tilacoide Se consigue asiacute una gran concentracioacuten de protones en el tilacoide (entre eacutestos y los resultantes de la fotoacutelisis del agua) que se compensa regresando al estroma a traveacutes de las proteiacutenas ATP-sintasas que invierten la energiacutea del paso de los protones en sintetizar ATP La siacutentesis de ATP en la fase fotoquiacutemica se denomina fotofosforilacioacuten
Los electrones de los citocromos pasan a la plastocianina que los cede a su vez al fotosistema I Con la energiacutea de la luz los electrones son de nuevo liberados y captados por el aceptor A0 De ahiacute pasan a traveacutes de una serie de filoquinonas hasta llegar a la ferredoxina Eacutesta moleacutecula los cede a la enzima NADP
+-reductasa que capta tambieacuten dos protones del estroma Con los dos protones y los dos
electrones reduce un NADP+ en NADPH + H
+
El balance final es por cada moleacutecula de agua (y por cada cuatro fotones) se forman media moleacutecula de oxiacutegeno 13 moleacuteculas de ATP y un NADPH + H
+
Foto fosforilacioacuten ciacuteclica
Tiene lugar al mismo tiempo que la aciacuteclica En ella soacutelo interviene el foto sistema I Los electrones liberados despueacutes de llegar a la ferredoxina pasan a las plastoquinonas y siguen la cadena de transporte de electrones hasta regresar a la plastocianina y al fotosistema I Por tanto se genera ATP en lugar de NADPH Sirve para compensar el hecho de que en la fotofosforilacioacuten aciacuteclica no se genera suficiente ATP para la fase oscura
Fase bioquiacutemica o ciclo de Calvin biosiacutentesis orgaacutenica
Esquema simplificado del ciclo de Calvin-Benson
La fase bioquiacutemica o ciclo de Calvin o ciclo reductivo de las pentosas-fosfato consiste en un ciclo de reacciones quiacutemicas en las que se incorpora el CO2 de la atmoacutesfera en moleacuteculas orgaacutenicas y se originan triosas fosfato los primeros azuacutecares previos a la formacioacuten de sacarosa y almidoacuten Durante este ciclo se
emplean el ATP y el NADPH producidos en la etapa fotoquiacutemica Se divide en tres etapas carboxilacioacuten reduccioacuten y regeneracioacuten
Este ciclo comienza con una pentosa la ribulosa-15-fosfato que se carboxila con el CO2 y se descompone en dos moleacuteculas de aacutecido-3-fosfogliceacuterico Con el gasto de un ATP el aacutecido-3-fosfogliceacuterico se fosforila en aacutecido-13-bifosfogliceacuterico Eacuteste se reduce con el NADPH y se libera una moleacutecula de aacutecido fosfoacuterico formaacutendose el gliceraldehido-3-fosfato La moleacutecula formada puede seguir ahora dos viacuteas una es dar lugar a maacutes ribulosa-15-fosfato para seguir el ciclo y la otra es dar lugar a los distintos principios inmediatos glucosa o fructosa almidoacuten y a partir de ellos los demaacutes gluacutecidos y los liacutepidos proteiacutenas y nucleoacutetidos que requiere la ceacutelula
Hay que destacar que tanto la fase fotoquiacutemica como la fase biosinteacutetica se producen a la vez Son inseparables ya que los productos de la fase fotoquiacutemica son empleados en la fase biosinteacutetica Por otro lado al consumir en la fase biosinteacutetica el ATP y NADPH se obtienen ADP y NADP
+ para la fase
fotoquiacutemica Para asegurar que ambas fases se produzcan a la vez existe una fuerte fotorregulacioacuten sobre las enzimas del ciclo de Calvin para que esteacuten activas por el diacutea e inactivas por la noche en especial sobre la enzima rubisco No obstante existe una variante de fotosiacutentesis presente en ciertas plantas que permite separar la fijacioacuten del CO2 de la fase fotoquiacutemica Se trata de la fotosiacutentesis tipo CAM empleada por plantas adaptadas a climas deseacuterticos para evitar que se abran las estomas por el diacutea para fijar el CO2 con la consiguiente peacuterdida de agua
Divisioacuten celular
Comparacioacuten de tres tipos de reproduccioacuten celular
Definicioacuten
La divisioacuten celular es la parte del ciclo
celular en la que una ceacutelula inicial (llamada madre) se divide en dos para formar dos ceacutelulas hijas Gracias a la divisioacuten celular se produce el crecimiento de los organismos pluricelulares con el crecimiento de los tejidos y la reproduccioacuten vegetativa en seres unicelulares
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas
Tipos de divisioacuten celular
Biparticioacuten la divisioacuten de la ceacutelula madre en dos ceacutelulas hijas cada nueva ceacutelula es un nuevo individuo
con estructuras y funciones ideacutenticas a la ceacutelula madre Este tipo de reproduccioacuten la presentan organismos como bacterias amebas y algunas algas
Gemacioacuten se presenta cuando unos nuevos individuos se producen a partir de yemas El proceso de
gemacioacuten es frecuente en esponjas celenterios briozoos En una zona o varias del organismo progenitor
se produce una evaginacioacuten o yema que se va desarrollando y en un momento dado sufre una constriccioacuten en la base y se separa del progenitor comenzando su vida como nuevo ser Las yemas hijas pueden presentar otras yemas a las que se les denomina yemas secundarias En algunos organismos se pueden formar colonias cuando las yemas no se separan del organismo progenitor En las formas maacutes evolucionadas de briozoos se observa en el proceso de gemacioacuten que se realiza de forma maacutes complicado
El nuacutemero de individuos de una colonia la manera en que estaacuten agrupados y su grado de diferenciacioacuten variacutea y a menudo es caracteriacutestica de una especie determinada Los briozoos pueden originar nuevos individuos sobre unas prolongaciones llamados estolones y al proceso se le denomina estolonizacioacuten
Ciertas especies de animales pueden tener gemacioacuten interna yemas que sobreviven en condiciones desfavorables gracias a una envoltura protectora En el caso de las esponjas de agua dulce las yemas tienen una caacutepsula protectora y en el interior hay sustancia de reserva Al llegar la primavera se pierde la caacutepsula protectora y a partir de la yema surge la nueva esponja En los briozoos de agua dulce se produce una capa de quitina y de calcio y no necesitan sustancia de reserva pues se encuentra en estado de hibernacioacuten
Esporulacioacuten la esporulacioacuten o esporo geacutenesis consiste en un proceso de diferenciacioacuten celular para
llegar a la produccioacuten de ceacutelulas reproductivas dispersivas de resistencia llamadas esporas Este proceso ocurre en hongos amebas liacutequenes algunos tipos de bacterias protozoos esporozoos (como el Plasmodium causante de malaria) y es frecuente en vegetales (especialmente algas musgos y helechos) grupos de muy diferentes oriacutegenes evolutivos pero con semejantes estrategias reproductivas todos ellos pueden recurrir a la formacioacuten ceacutelulas de resistencia para favorecer la dispersioacuten Durante la esporulacioacuten se lleva a cabo la divisioacuten del nuacutecleo en varios fragmentos y por una divisioacuten celular asimeacutetrica una parte del citoplasma rodea cada nuevo nuacutecleo dando lugar a las esporas Dependiendo de cada especie se puede producir un nuacutemero parciable de esporas y a partir de cada una de ellas se desarrollaraacute un individuo independiente
Procesos de divisioacuten celular
Fisioacuten binaria es la forma de divisioacuten celular de las ceacutelulas procariotas
Mitosis es la forma maacutes comuacuten de la divisioacuten celular en las ceacutelulas eucariotas Una ceacutelula que ha
adquirido determinados paraacutemetros o condiciones de tamantildeo volumen almacenamiento de energiacutea factores medioambientales puede replicar totalmente su dotacioacuten de ADN y dividirse en dos ceacutelulas hijas normalmente iguales Ambas ceacutelulas seraacuten diploides o haploide dependiendo de la ceacutelula madre
Meiosis es la divisioacuten de una ceacutelula diploide en cuatro ceacutelulas haploide Esta divisioacuten celular se
produce en organismos multicelulares para producir gametos haploide que pueden fusionarse despueacutes para formar una ceacutelula diploide llamada zigoto en la fecundacioacuten
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas Las ceacutelulas cancerosas son inmortales Una enzima llamada telomerasa permite a estas ceacutelulas dividirse indefinidamente
La caracteriacutestica principal de la divisioacuten celular en organismos eucariotas es la conservacioacuten de los
mecanismos geneacuteticos del control del ciclo celular y de la divisioacuten celular puesto que se ha mantenido praacutecticamente inalterable desde organismos tan simples como las levaduras a criaturas tan complejas como el ser humano a lo largo de la evolucioacuten bioloacutegica
Factores que explican la divisioacuten celular
Una teoriacutea afirma que existe un momento en el que la ceacutelula comienza a crecer mucho lo que hace que disminuya la proporcioacuten aacutereavolumen Cuando el aacuterea de la membrana plasmaacutetica de la ceacutelula es mucho maacutes pequentildea en relacioacuten con el volumen total de eacutesta se presentan dificultades en la reabsorcioacuten y en el transporte de nutrientes siendo asiacute necesario que se produzca la divisioacuten celular
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular constituye el proceso maacutes importante dentro de la ceacutelula el cual abordaremos en
pequentildea medida pero de manera significativa
Esta investigacioacuten toma en cuenta a todos aquellos que de alguna manera participan aunque sea de
forma miacutenima en la respiracioacuten celular
Hablar de respiracioacuten celular es referirnos a un proceso bioquiacutemico del cual nos ramificaremos a dos tipos
de respiracioacuten celular aeroacutebica y anaeroacutebica
En este proceso interfieren factores quiacutemicos capaces de ser procesados dentro de las ceacutelulas y que en
gran medida constituyen las bases para que la respiracioacuten celular se lleve a cabo
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular es el conjunto de reacciones bioquiacutemicas que ocurren en la mayoriacutea de las ceacutelulas
Tambieacuten es el conjunto de reacciones quiacutemicas mediante las cuales se obtiene energiacutea a partir de la
degradacioacuten de sustancias orgaacutenicas como los azuacutecares y los aacutecidos principalmente
Comprende dos fases
PRIMERA FASE
Se oxida la glucosa (azuacutecar) y no depende del oxiacutegeno por lo que recibe el nombre de respiracioacuten
anaeroacutebica y glicoacutelisis reaccioacuten que se lleva a cabo en el citoplasma de la ceacutelula
SEGUNDA FASE
Se realiza con la intervencioacuten del oxiacutegeno y recibe el nombre de respiracioacuten aeroacutebica o el ciclo de krebs y
se realiza en estructuras especiales de las ceacutelulas llamadas mitocondrias
Tanto que es una parte del metabolismo concretamente del catabolismo en el cual la energiacutea contenida
en distintas biomoleacuteculas como los gluacutecidos (azuacutecares carbohidratos) es liberado de manera controlada
IMPORTANCIA
- Crecimiento
- Transporte activo de sustancias energeacuteticas
- Movimiento ciclosis
- Regeneracioacuten de ceacutelulas
- Siacutentesis de proteiacutenas
- Divisioacuten de ceacutelulas
TIPOS DE RESPIRACIOacuteN CELULAR
RESPIRACIOacuteN ANAEROacuteBICA
La respiracioacuten anaeroacutebica es un proceso bioloacutegico de oxidorreduccioacuten de azuacutecares y otros compuestos
Lo realizan exclusivamente algunos grupos de bacterias
En la respiracioacuten anaeroacutebica no se usa oxiacutegeno sino para la misma funcioacuten se emplea otra sustancia
oxidante distinta como el sulfato No hay que confundir la respiracioacuten anaeroacutebica con la fermentacioacuten
aunque estos dos tipos de metabolismo tienen en comuacuten el no ser dependiente del oxigeno
Todos los posibles aceptores en la respiracioacuten anaeroacutebica tienen un potencial de reduccioacuten menor que el
O2 por lo que se genera menor energiacutea en el proceso
ETAPAS
Glucoacutelisis
Fermentacioacuten
GLUCOacuteLISIS- Tambieacuten denominado glicoacutelisis es la secuencia metaboacutelica en la que se oxida en la
glucoacutelisis cuando hay ausencia de oxiacutegeno la glucoacutelisis es la uacutenica viacutea que produce ATP en los animales
Estaacute presente en todas las formas de viacuteas actuales Es la primera parte del metabolismo energeacutetico y en
las ceacutelulas eucariotas en donde ocurre el citoplasma
Por lo tanto es una secuencia compleja de reacciones que se efectuacutean en el citosol de una ceacutelula
mediante las cuales una moleacutecula de glucosa se desdobla en dos moleacuteculas de acido piruvico De manera
que la glicoacutelisis consta de dos pasos principales
Activacioacuten de la glucosa
Produccioacuten de energiacutea
IMPORTANCIA Permite a los muacutesculos esqueleacuteticos realizar su contraccioacuten
FERMENTACIOacuteN- Es un proceso cataboacutelico de oxidacioacuten completa siendo el producto final de
un compuesto orgaacutenico La fermentacioacuten tiacutepica es llevada acabo por las levaduras Tambieacuten
unos metazoos y plantas menores son capaces de producirla
El proceso de fermentacioacuten anaeroacutebica se produce en la ausencia de oxigeno como aceptor final
de los electrones del NADH producido en la glucoacutelisis
En los seres vivos la fermentacioacuten es un proceso anaeroacutebico y en el no interviene la cadena
respiratoria que son propios del micro organismo como las bacterias y levaduras
Ademaacutes en la industria de la fermentacioacuten puede ser oxidativa es decir como presencia de
oxigeno pero es una oxidacioacuten aeroacutebica incompleta como la produccioacuten de acido aceacutetico a partir
del etanol
La fermentacioacuten puede ser naturales cuando las condiciones ambientales permitan la interaccioacuten
del microorganismo sustratos orgaacutenicos susceptibles o artificiales cuando el hombre propicia
condiciones y en contacto referido
USOS
El conocimiento de la dieta a traveacutes del desarrollo de una diversidad de sabores aromas y
texturas en los substratos de los alimentos
Preservacioacuten de cantidades substanciales de alimentos a traveacutes del acido laacutecteo alcohoacutelico
acido aceacutetico y fermentacioacuten alcalinas
La fermentacioacuten tiene algunos usos exclusivos para los alimentos pueden producir nutrientes
importantes o eliminar auto nutrientes
TIPOS DE FERMENTACIOacuteN
Fermentacioacuten aceacutetica
Fermentacioacuten alcohoacutelica
Fermentacioacuten butirica
Fermentacioacuten de la glicerina
Fermentacioacuten laacutectica
Fermentacioacuten putrica
RESPIRACIOacuteN AEROacuteBICA
Es un tipo de metabolismo energeacutetico en el que los seres vivos extraen energiacutea de moleacuteculas
orgaacutenicas como la glucosa por un proceso complejo en donde el carbono queda oxidado y en el
que el aire es el oxidante empleado
La respiracioacuten aeroacutebica es propia de los organismos eucariontes en general y de algunos tipos
de bacterias
La susecion de reacciones quiacutemicas que ocurren dentro de las ceacutelulas mediante las cuales se
realiza las descomposiciones finales de las moleacuteculas en los alimentos y en la que se produce CO2 y
H2O
Se realiza solo en el proceso de oxigeno Consiste en la degradacioacuten de los piruvatos producidos
durante la glucosis hasta CO2 y H2O como obtencioacuten de 34 a 36 ATP
IMPORTANCIA
Participa en la respiracioacuten celular formando ATP
REACCIONES AEROacuteBICAS
Las reacciones aeroacutebicas ocurre en la mitocondria y son
1 Formacioacuten del acetilo
2 Transferencia del acetilo Actividades en matriz
3 Ciclo de krebs
4 Transporte de electrones
Cadena respiratoria
5 Fosforilacioacuten oxidativa (actividad de crestas)
LA MITOCONDRIA Y SUS PARTES
CICLO DE KREBS
Propuesto por Hans A Krebs en 1937 quien descubrioacute el ciclo estudiando suspensiones de papillas del
muacutesculo pectoral de la paloma que presentaba un elevado ritmo respiratorio
El ciclo de krebs (tambieacuten llamado ciclo del acido ciacutetrico o ciclo de lso aacutecidos tricarboxilicos) es una serie
de reacciones quiacutemicos de gran importancia que forman parte de la respiracioacuten celular en toda las ceacutelulas
aeroacutebicas es decir que utilizan oxigeno En organismo aeroacutebico el ciclo de krebs es parte de la viacutea
cataboacutelica que realizan oxidacioacuten de hidratos de carbono aacutecidos graos y aminoaacutecidos hasta producir CO2
y H2O liberando energiacutea en forma utilizable
El ciclo de krebs tambieacuten proporciona recurso para muchas biomoleculas tales como ciertos aacutenimos
aacutecidos Por ello se considera una viacutea anfibolica es decir que es cataboacutelico y anaboacutelica al mismo tiempo
UBICACIOacuteN
Tiene lugar en tres partes
Matriz mitocondrial
En las eucariotas
En el citoplasma de eucariotas
CICLO DE KREBS
superficievolumen constante El aumento de volumen de la ceacutelula nunca va acompantildeado del aumento de volumen del nuacutecleo ni de su dotacioacuten cromosoacutemica
Ceacutelula procariota bacteria Gram positiva
Ceacutelula eucariota Epitelial secretora
Estructura de las ceacutelulas
La estructura comuacuten a todas las ceacutelulas comprende la membrana plasmaacutetica el citoplasma y el material geneacutetico o ADN
Membrana plasmaacutetica constituida por una bicapa lipiacutedica en la que estaacuten englobadas ciertas
proteiacutenas Los liacutepidos hacen de barrera aislante entre el medio acuoso interno y el medio acuoso
externo
El citoplasma abarca el medio liacutequido o citosol y el morfoplasma (nombre que recibe una serie
de estructuras denominadas orgaacutenulos celulares)
El material geneacutetico constituido por una o varias moleacuteculas de ADN Seguacuten esteacute o no rodeado
por una membrana formando el nuacutecleo se diferencian dos tipos de ceacutelulas las procariotas (sin
nuacutecleo) y las eucariotas (con nuacutecleo)
Las ceacutelulas eucariotas ademaacutes de la estructura baacutesica de la ceacutelula (membrana citoplasma y
material geneacutetico) presentan una serie de estructuras fundamentales para sus funciones vitales (ver t27 y t28)
El sistema endomembranoso es el conjunto de estructuras membranosas (orgaacutenulos)
intercomunicadas que pueden ocupar casi la totalidad del citoplasma
Orgaacutenulos transductores de energiacutea son las mitocondrias y los cloroplastos Su funcioacuten es la
produccioacuten de energiacutea a partir de la oxidacioacuten de la materia orgaacutenica (mitocondrias) o de energiacutea
luminosa (cloroplastos)
Estructuras carentes de membranas estaacuten tambieacuten en el citoplasma y son los ribosomas
cuya funcioacuten es sintetizar proteiacutenas y el citoesqueleto que da dureza elasticidad y forma a las
ceacutelulas ademaacutes de permitir el movimiento de las moleacuteculas y orgaacutenulos en el citoplasma
El nuacutecleo mantiene protegido al material geneacutetico y permite que las funciones de transcripcioacuten y
traduccioacuten se produzcan de modo independiente en el espacio y en el tiempo
En el exterior de la membrana plasmaacutetica de la ceacutelula procariota (ver t40) se encuentra la pared celular
que protege a la ceacutelula de los cambios externos El interior celular es mucho maacutes sencillo que en las eucariotas en el citoplasma se encuentran los ribosomas praacutecticamente con la misma funcioacuten y estructura que las eucariotas pero con un coeficiente de sedimentacioacuten menor Tambieacuten se encuentran los mesosomas que son invaginaciones de la membrana No hay por tanto citoesqueleto ni sistema
endomembranoso El material geneacutetico es una moleacutecula de ADN circular que estaacute condensada en una regioacuten denominada nucleoide No estaacute dentro de un nuacutecleo con membrana y no se distinguen nucleolos
Las teoriacuteas celulares
Las ceacutelulas se descubrieron en el siglo XVII El primero en observarlas fue el ingleacutes Robert Hooke en 1665 Con un microscopio muy rudimentario Hooke examinoacute una preparacioacuten de corcho y descubrioacute que pareciacutea estar compuesto por pequentildeas celdillas rodeadas de paredes riacutegidas Decidioacute llamar ceacutelulas a aquellas estructuras pero lo cierto es que sus ojos le engantildearon En realidad soacutelo habiacutea visto las paredes celulares muertas del corcho Hubo que esperar hasta el siglo XIX para que dos cientiacuteficos Matthias Jakob Schleiden y Theodor Schwann formularan una teoriacutea que explicara la estructura y funcionamiento de las ceacutelulas En 1839 establecieron que todo ser vivo estaacute formado por una o muchas ceacutelulas que eacutesta es la estructura maacutes pequentildea que cumple todas las funciones vitales y que toda ceacutelula procede a su vez de otra ceacutelula que se ha dividido
La teoriacutea celular
Principios de la teoriacutea celular
1 Todos los seres vivos estaacuten constituidos por una o maacutes ceacutelulas es decir la ceacutelula es la unidad morfoloacutegica de todos los seres vivos
2 La ceacutelula es capaz de realizar todos los procesos necesarios para permanecer con vida es decir la ceacutelula es la unidad fisioloacutegica de los organismos
3 Toda ceacutelula proviene de otra ceacutelula
4 La ceacutelula contiene toda la informacioacuten sobre la siacutentesis de su estructura y el control de su funcionamiento y es capaz de transmitirla a sus descendientes es decir la ceacutelula es la unidad geneacutetica
autoacutenoma de los seres vivos
El primer y segundo principios fueron establecidos por Schleiden y Schwann posteriormente Virchow
aportoacute el tercer principio sobre el origen de la ceacutelula La teoriacutea celular se puede completar con el cuarto principio propuesto por Sutton y Boveri
Transporte celular
El transporte celular es el intercambio de sustancias entre el interior celular y el exterior a traveacutes de la
membrana celular o el movimiento de moleacuteculas dentro de la ceacutelula
Transporte a traveacutes de la membrana celular
La ceacutelula necesita este proceso porque es importante para esta expulsar de su interior los desechos del metabolismo y adquirir nutrientes del liacutequido extracelular gracias a la capacidad de la membrana celular que permite el paso o salida de manera selectiva de algunas sustancias Las viacuteas de transporte a traveacutes de la membrana celular y los mecanismos baacutesicos para las moleacuteculas de pequentildeo tamantildeo son
Transporte pasivo o difusioacuten
El transporte pasivo es el intercambio simple de moleacuteculas de una sustancia a traveacutes de la membrana plasmaacutetica durante el cual no hay gasto de energiacutea que aporta la ceacutelula debido a que va a favor del gradiente de concentracioacuten o a favor de gradiente de carga eleacutectrica es decir de un lugar donde hay una gran concentracioacuten a uno donde hay menor El proceso celular pasivo se realiza por difusioacuten En siacute es el cambio de un medio de mayor concentracioacuten (medio hipertoacutenico) a otro de menor concentracioacuten (un medio hipotoacutenico)
Difusioacuten simple
Algunas sustancias pasan al interior o al exterior de las ceacutelulas a traveacutes de una membrana semipermeable y se mueven dentro de eacutestas por Difusioacuten simple siendo un proceso fiacutesico basado en el movimiento al azar La difusioacuten es el movimiento de aacutetomos moleacuteculas o iones de una regioacuten de mayor concentracioacuten a una de menor concentracioacuten sin requerir gasto de energiacutea La difusioacuten implica no soacutelo el movimiento al azar de las partiacuteculas hasta lograr la homogeacutenea distribucioacuten de las mismas (y esto ocurre cuando las partiacuteculas que azarosamente vienen se equiparan con las que azarosamente van) sino tambieacuten el homogeacuteneo potencial quiacutemico del fluido ya que de existir una membrana semipermeable que particiones un fluido en dos de distinto potencial quiacutemico se generaraacute una presioacuten osmoacutetica desde el potencial quiacutemico mayor (pe solvente puro) hacia el menor (pe solvente y soluto) hasta que ambas particiones se equiparen o la presioacuten hidrostaacutetica equilibre la presioacuten osmoacutetica
1
Difusioacuten facilitada
Es el movimiento de moleacuteculas maacutes grandes que no pueden pasar a traveacutes de la membrana plasmaacutetica y necesita ayuda de una proteiacutena u otros mecanismos (exocitosis) para pasar al otro lado Tambieacuten se llama difusioacuten mediada por portador porque la sustancia transportada de esta manera no suele poder atravesar la membrana sin una proteiacutena portadora especiacutefica que le ayude Se diferencia de la difusioacuten simple a traveacutes de conductos en que mientras que la magnitud de difusioacuten de la difusioacuten simple se incrementa de manera proporcional con la concentracioacuten de la sustancia que se difunde en la difusioacuten facilitada la magnitud de difusioacuten se aproxima a un maacuteximo (Vmax) al aumentar la concentracioacuten de la sustancia
Filtracioacuten O Dialisis
La filtracioacuten o diaacutelisis es el movimiento de agua y moleacuteculas disueltas a traveacutes de la membrana debido a la presioacuten hidrostaacutetica generada por el sistema cardiovascular Dependiendo del tamantildeo de los poros de la membrana soacutelo los solutos con un determinado tamantildeo pueden pasar a traveacutes de la membrana Por ejemplo los poros de la membrana de la caacutepsula de Bowman en los glomeacuterulos renales son muy pequentildeos y soacutelo la albuacutemina la maacutes pequentildea de las proteiacutenas tienen la capacidad de ser filtrada a traveacutes de ella Por otra parte los poros de las membranas de los hepatocitos son extremadamente grandes por lo que una gran variedad de solutos pueden atravesarla
Oacutesmosis
La oacutesmosis es un tipo especial de transporte pasivo en el cual soacutelo las moleacuteculas de agua son transportadas a traveacutes de la membrana El movimiento de agua se realiza desde un punto en que hay mayor concentracioacuten a uno de menor para igualar concentraciones De acuerdo al medio en que se encuentre una ceacutelula la oacutesmosis variacutea La funcioacuten de la osmosis es mantener hidratada a la membrana celular Dicho proceso no requiere gasto de energiacutea En otras palabras la oacutesmosis u osmosis es un fenoacutemeno consistente en el paso del solvente de una disolucioacuten desde una zona de baja concentracioacuten de soluto a una de alta concentracioacuten del soluto separadas por una membrana semipermeable Se relaciona con el movimiento browniano
Oacutesmosis en una ceacutelula animal
En un medio isotoacutenico hay un equilibrio dinaacutemico es decir el paso constante de agua
En un medio hipotoacutenico la ceacutelula absorbe agua hinchaacutendose y hasta el punto en que puede estallar dando origen a la citoacutelisis
En un medio hipertoacutenico la ceacutelula elimina agua y se arruga llegando a deshidratarse y se muere esto se llama crenacioacuten
Oacutesmosis en una ceacutelula vegetal [editar]
En un medio isotoacutenico hay un equilibrio dinaacutemico
En un medio hipotoacutenico la ceacutelula absorbe agua y sus vacuolas se llenan aumentando la presioacuten de turgencia
En un medio hipertoacutenico la ceacutelula elimina agua y el volumen de la vacuola disminuye produciendo que la membrana plasmaacutetica se despegue de la pared celular ocurriendo la plasmoacutelisis
Transporte activo
Consiste en el transporte de sustancias en contra de un gradiente de concentracioacuten para lo cual se requiere un gasto energeacutetico En la mayor parte de los casos este transporte activo se realiza a expensas de un gradiente de H
+ (potencial electroquiacutemico de protones) previamente creado a ambos lados de la
membrana por procesos de respiracioacuten y fotosiacutentesis por hidroacutelisis de ATP mediante ATP hidrolasas de membrana (F1F0) El transporte activo variacutea la concentracioacuten intracelular y ello da lugar un nuevo movimiento osmoacutetico de rebalanceo por hidratacioacuten Los sistemas de transporte activo son los maacutes abundantes entre las bacterias y se han seleccionado evolutivamente debido a que en sus medios naturales la mayoriacutea de los procariotas se encuentran de forma permanente o transitoria con una baja concentracioacuten de nutrientes
Los sistemas de transporte activo estaacuten basados en permeasas especiacuteficas e inducibles El modo en que se acopla la energiacutea metaboacutelica con el transporte del soluto auacuten no estaacute dilucidado pero en general se maneja la hipoacutetesis de que las permeasas una vez captado el sustrato con gran afinidad experimentan un cambio conformacioacuten al dependiente de energiacutea que les hace perder dicha afinidad lo que supone la liberacioacuten de la sustancia al interior celular
El transporte activo de moleacuteculas a traveacutes de la membrana celular se realiza en direccioacuten ascendente o en contra de un gradiente de concentracioacuten (Gradiente quiacutemico) o en contra un gradiente eleacutectrico de presioacuten (gradiente electroquiacutemico) es decir es el paso de sustancias desde un medio poco concentrado a un medio muy concentrado Para desplazar estas sustancias contra corriente es necesario el aporte de energiacutea procedente del ATP Las proteiacutenas portadoras del transporte activo poseen actividad ATPasa que significa que pueden escindir el ATP (Adenosin Tri Fosfato) para formar ADP (dos Fosfatos) o AMP (un Fosfato) con liberacioacuten de energiacutea de los enlaces fosfato de alta energiacutea Comuacutenmente se observan tres tipos de transportadores
Uniportadores son proteiacutenas que transportan una moleacutecula en un solo sentido a traveacutes de la membrana
Antiportadores incluyen proteiacutenas que transportan una sustancia en un sentido mientras que simultaacuteneamente transportan otra en sentido opuesto
Simportadores son proteiacutenas que transportan una sustancia junto con otra frecuentemente un protoacuten (H
+)
Transporte activo primario Bomba de sodio y potasio
Se encuentra en todas las ceacutelulas del organismo encargada de transportar los iones potasio que logran entrar a las ceacutelulas hacia el interior de eacutestas dando una carga interior negativa y al mismo tiempo bombea iones sodio desde el interior hacia el exterior de la ceacutelula (axoplasma) sin embargo el nuacutemero de iones Na
+ (con carga positiva) no sobrepasa al de iones con carga negativa dando por resultado una carga
interna negativa En caso particular de las neuronas en estado de reposo esta diferencia de cargas a ambos lados de la membrana se llama potencial de membrana o de reposo
Transporte activo secundario o cotransporte
Es el transporte de sustancias que normalmente no atraviesan la membrana celular tales como los aminoaacutecidos y la glucosa cuya energiacutea requerida para el transporte deriva del gradiente de concentracioacuten de los iones sodio de la membrana celular (Bomba GlucosaSodio ATPasa)
Bomba de calcio Es una proteiacutena de la membrana celular de todas las ceacutelulas eucariotas Su
funcioacuten consiste en transportar calcio ioacutenico (Ca2+
) hacia el exterior de la ceacutelula gracias a la energiacutea proporcionada por la hidroacutelisis de ATP con la finalidad de mantener la baja concentracioacuten de Ca
2+ en el citoplasma que es unas diez mil veces menor que en el medio
externo necesaria para el normal funcionamiento celular Se sabe que las variaciones en la concentracioacuten intracelular del Ca
2+ (segundo mensajero) se producen como respuesta a diversos
estiacutemulos y estaacuten involucradas en procesos como la contraccioacuten muscular la expresioacuten geneacutetica la diferenciacioacuten celular la secrecioacuten y varias funciones de las neuronas Dada la variedad de procesos metaboacutelicos regulados por el Ca
2+ un aumento de la concentracioacuten de Ca
2+ en el
citoplasma puede provocar un funcionamiento anormal de los mismos Si el aumento de la concentracioacuten de Ca
2+ en la fase acuosa del citoplasma se aproxima a un deacutecimo de la del medio
externo el trastorno metaboacutelico producido conduce a la muerte celular El calcio es el mineral maacutes abundante del organismo ademaacutes de cumplir muacuteltiples funciones
Transporte de macromoleacuteculas o partiacuteculas
Las macromoleacuteculas o partiacuteculas grandes se introducen o expulsan de la ceacutelula por dos mecanismos
Endocitosis
La endocitosis es el proceso celular por el que la ceacutelula mueve hacia su interior moleacuteculas grandes o partiacuteculas englobaacutendolas en una invaginacioacuten de su membrana citoplasmaacutetica formando una vesiacutecula que luego se desprende de la pared celular e incorpora al citoplasma Esta vesiacutecula llamada endosoma luego se fusiona con un lisosoma que realizaraacute la digestioacuten del contenido vesicular
Existen dos procesos
Pinocitosis consiste en la ingestioacuten de liacutequidos y solutos mediante pequentildeas vesiacuteculas
Fagocitosis consiste en la ingestioacuten de grandes partiacuteculas que se engloban en grandes vesiacuteculas (fagosomas) que se desprenden de la membrana celular
Endocitosis mediada por receptor es de tipo especiacutefica captura macromoleacuteculas especiacuteficas del
ambiente fijaacutendose a traveacutes de proteiacutenas ubicadas en las membranas plasmaacuteticas (especificas) Una vez que se unen a dicho receptor forman las vesiacuteculas y las transportan al interior de la ceacutelula La endocitosis mediada por receptor resulta ser un proceso raacutepido y eficiente
Exocitosis
Es la expulsioacuten de sustancias como la insulina a traveacutes de la fusioacuten de vesiacuteculas con la membrana celular
La exocitosis es el proceso celular por el cual las vesiacuteculas situadas en el citoplasma se fusionan con la membrana citoplasmaacutetica liberando su contenido
La exocitosis se observa en muy diversas ceacutelulas secretoras tanto en la funcioacuten de excrecioacuten como en la funcioacuten endocrina
Tambieacuten interviene la exocitosis en la secrecioacuten de un neurotransmisor a la brecha sinaacuteptica para posibilitar la propagacioacuten del impulso nervioso entre neuronas La secrecioacuten quiacutemica desencadena una despolarizacioacuten del potencial de membrana desde el axoacuten de la ceacutelula emisora hacia la dendrita (u otra parte) de la ceacutelula receptora Este neurotransmisor seraacute luego recuperado por endocitosis para ser reutilizado Sin este proceso se produciriacutea un fracaso en la transmisioacuten del impulso nervioso entre neuronas
CEacuteLULA VEGETAL
Todos los organismos vivos estaacuten compuestos por ceacutelulas El ingleacutes Robert Hooke en 1665 realizoacute cortes finos de una muestra de corcho y observoacute usando un microscopio rudimentario unos pequentildeos compartimentos que no eran maacutes que las paredes celulares de esas ceacutelulas muertas y las llamoacute ceacutelulas (del latiacuten cellula que significa habitacioacuten pequentildea ) ya que eacuteste tejido le recordaba las celdas pequentildeas que habitaban los monjes de aquella eacutepoca No fue sino hasta el siglo XIX que dos cientiacuteficos alemanes el botaacutenico Matthias Jakob Schleiden y el zoologo Theodor Schwann enunciaron en 1839 la primera teoriacutea celular Todas las plantas y animales estaacuten compuestos por grupos de ceacutelulas y eacutestas son la unidad baacutesica de todos los organismos vivos Esta teoriacutea fue completada en 1855 por Rudolph Virchow quien establecioacute que las ceacutelulas nuevas se formaban a partir de ceacutelulas preexistentes ( omni cellula e cellula ) En otras palabras las ceacutelulas no se pueden formar por generacioacuten espontaacutenea a partir de materia inerte
Ceacutelula fijada con KMnO4
En la frontera de lo viviente se han descubierto seres aun maacutes pequentildeos los virus que crecen y se reproducen solamente cuando parasitan otra ceacutelula Podemos afirmar que no hay vida sin ceacutelula Al igual que un edificio las ceacutelulas son los bloques de construccioacuten de un organismo La ceacutelula es la unidad maacutes pequentildea de materia viva capaz de llevar a cabo todas las actividades necesarias para el mantenimiento de la vida
La teoriacutea celular actualmente se puede resumir de la siguiente forma
1 Todos los organismos vivos estaacuten formados por ceacutelulas y productos celulares
2 Soacutelo se forman ceacutelulas nuevas a partir de ceacutelulas preexistentes
3 La informacioacuten geneacutetica que se necesita durante la vida de las ceacutelulas y la que se requiere para la produccioacuten de nuevas ceacutelulas se transmite de una generacioacuten a la siguiente
4 Las reacciones quiacutemicas de un organismo esto es su metabolismo tienen lugar en las ceacutelulas
CEacuteLULAS VEGETALES Y ANIMALES
Tanto las ceacutelulas de las plantas como las de los animales son eucarioacuteticas sin embargo presentan algunas diferencias
1 Las ceacutelulas vegetales presentan una pared celular celuloacutesica riacutegida que evita cambios de forma y posicioacuten
2 Las ceacutelulas vegetales contienen plastidios estructuras rodeadas por una membrana que sintetizan y almacenan alimentos Los maacutes comunes son los cloroplastos
3 Casi todas las ceacutelulas vegetales poseen vacuolas que tienen la funcioacuten de transportar y almacenar nutrientes agua y productos de desecho
4 Las ceacutelulas vegetales complejas carecen de ciertos organelos como los centriacuteolos y los lisosomas
Fotosiacutentesis
Una hoja el lugar principal en el que se desarrolla la fotosiacutentesis en las plantas
La fotosiacutentesis del griego antiguo φωτο (foto) luz y σύνθεσις (siacutentesis) unioacuten es la base de la vida
actual en la Tierra Proceso mediante el cual las plantas algas y algunas bacterias captan y utilizan la energiacutea de la luz para transformar la materia inorgaacutenica de su medio externo en materia orgaacutenica que utilizaraacuten para su crecimiento y desarrollo
Los organismos capaces de llevar a cabo este proceso se denominan fotoautoacutetrofos y ademaacutes son capaces de fijar el CO2 atmosfeacuterico (lo que ocurre casi siempre) o simplemente autoacutetrofos Salvo en algunas bacterias en el proceso de fotosiacutentesis se producen liberacioacuten de oxiacutegeno molecular (proveniente de moleacuteculas de H2O) hacia la atmoacutesfera (fotosiacutentesis oxigeacutenica) Es ampliamente admitido que el contenido actual de oxiacutegeno en la atmoacutesfera se ha generado a partir de la aparicioacuten y actividad de dichos organismos fotosinteacuteticos Esto ha permitido la aparicioacuten evolutiva y el desarrollo de organismos aerobios capaces de mantener una alta tasa metaboacutelica (el metabolismo aerobio es muy eficaz desde el punto de vista energeacutetico)
La otra modalidad de fotosiacutentesis la fotosiacutentesis anoxigeacutenica en la cual no se libera oxiacutegeno es llevada a cabo por un nuacutemero reducido de bacterias como las bacterias puacuterpuras del azufre y las bacterias verdes del azufre estas bacterias usan como donador de hidroacutegenos el H2S con lo que liberan azufre
Generalidades
Cloroplastos dentro de ceacutelulas vegetales
En algas eucarioacuteticas y en plantas la fotosiacutentesis se lleva a cabo en un orgaacutenulo especializado denominado cloroplasto Este orgaacutenulo que estaacute delimitado por dos membranas (envueltas de los cloroplastos) que lo separan del citoplasma circundante En su interior se encuentra una fase acuosa con un elevado contenido en proteiacutenas e hidratos de carbono (estroma del cloroplasto) y una serie de
membranas denominadas tilacoides Los tilacoides contienen los pigmentos (sustancias coloreadas) fotosinteacuteticos y proteiacutenas necesarios para captar la energiacutea de la luz El principal de esos pigmentos es la clorofila de color verde de la que existen varios tipos (bacterioclorofilas y clorofilas a b c y d) Ademaacutes de las clorofilas otros pigmentos presentes en todos los organismos eucarioacuteticos son los carotenoides (carotenos y xantofilas) de color amarillo o anaranjado y que tienen un papel auxiliar en la captacioacuten de la luz ademaacutes de un papel protector En cianobacterias (que no poseen cloroplastos) los carotenoides son sustituidos por otro tipo de pigmentos denominados ficobilinas de naturaleza quiacutemica diferente a los anteriores En las plantas vasculares el mayor nuacutemero de cloroplastos se encuentra dentro de las ceacutelulas del mesoacutefilo de las hojas lo cual les confiere su caracteriacutestico color verde
La fotosiacutentesis se divide en dos fases La primera ocurre en los tilacoides en donde se capta la energiacutea de la luz y eacutesta es almacenada en dos moleacuteculas orgaacutenicas sencillas (ATP y NADPH) La segunda tiene lugar en el estroma y las dos moleacuteculas producidas en la fase anterior son utilizadas en la asimilacioacuten del CO2 atmosfeacuterico para producir hidratos de carbono e indirectamente el resto de las moleacuteculas orgaacutenicas que componen los seres vivos (aminoaacutecidos liacutepidos nucleoacutetidos etc) Tradicionalmente a la primera fase se le denominaba fase luminosa y a la segunda fase oscura de la fotosiacutentesis Sin embargo la
denominacioacuten como fase oscura de la segunda etapa es incorrecta porque actualmente se conoce que los procesos que la llevan a cabo solo ocurren en condiciones de iluminacioacuten Es maacutes preciso referirse a ella como fase de fijacioacuten del dioacutexido de carbono (ciclo de Calvin) y a la primera como fase fotoquiacutemica o reaccioacuten de Hill
En la fase luminosa o fotoquiacutemica la energiacutea de la luz captada por los pigmentos fotosinteacuteticos unidos a proteiacutenas y organizados en los denominados foto sistemas (ver maacutes adelante) produce la descomposicioacuten del agua liberando electrones que circulan a traveacutes de moleacuteculas transportadoras para llegar hasta un aceptor final (NADP
+) capaz de mediar en la transformacioacuten del CO2 atmosfeacuterico (o
disuelto en el agua en sistemas acuaacuteticos) en materia orgaacutenica Este proceso luminoso estaacute tambieacuten acoplado a la formacioacuten de moleacuteculas que funcionan como intercambiadores de energiacutea en las ceacutelulas (ATP) La formacioacuten de ATP es necesaria tambieacuten para la fijacioacuten del CO2
El CO2 es uno de los menores componentes del aire atmosfeacuterico capaz de reflejar la radiacioacuten de onda larga proveniente de la tierra (el maacuteximo agente reflector de esa radiacioacuten es el vapor de agua) El notable aumento de su concentracioacuten a partir de 1850 debido a la destruccioacuten de las aacutereas selvaacuteticas la actividad industrial y el uso de combustibles foacutesiles podriacutea tener el efecto de incrementar las temperaturas medias efecto llamado efecto invernadero
Descubrimiento
Durante el siglo XVIII comienzan a surgir trabajos que relacionan los incipientes conocimientos de la Quiacutemica con los de la Biologiacutea Asiacute con los trabajos de Priestley se llega a la conclusioacuten de que las partes verdes de las plantas fijan el aire lsquoimpurorsquo (anhiacutedrido carboacutenico) que actuariacutea como un nutriente y liberan oxiacutegeno
Posteriormente Emily Fransecheti ampliacutea los estudios de Scarlett Pruzza describiendo la emisioacuten de CO2 por las plantas en oscuridad y estableciendo que esta emisioacuten era menor que su asimilacioacuten en condiciones de iluminacioacuten Ingeshousz tambieacuten supone que la emisioacuten de oxiacutegeno por parte de las plantas procede en uacuteltimo teacutermino del agua aunque no sabe encontrar una explicacioacuten para este fenoacutemeno y habla de una lsquotransmutacioacutenrsquo (se debe antildeadir que en esta eacutepoca no se conociacutea auacuten la naturaleza quiacutemica del agua)
En la misma liacutenea de los autores anteriores Jean Senebier ginebrino realiza nuevos experimentos que establecen la necesidad de la luz para que se produzca la asimilacioacuten de anhiacutedrido carboacutenico y el desprendimiento de oxiacutegeno Tambieacuten establece que auacuten en condiciones de iluminacioacuten si no se suministra CO2 no se registra desprendimiento de oxiacutegeno J Senebier sin embargo opinaba en contra de las teoriacuteas desarrolladas y confirmadas maacutes adelante que la fuente de anhiacutedrido carboacutenico para la planta proveniacutea del agua y no del aire
Otro autor suizo Th de Saussure demostrariacutea experimentalmente que el pipeteo de la papa constituye un proceso baacutesico en la fotosiacutentesis y que el aumento de biomasa depende de la fijacioacuten de anhiacutedrido carboacutenico (que puede ser tomado directamente del aire por las hojas) y del agua Tambieacuten realiza estudios sobre la respiracioacuten en plantas y concluye que junto con la emisioacuten de anhiacutedrido carboacutenico hay una peacuterdida de agua y una generacioacuten de calor Finalmente de Saussure describe la necesidad de la nutricioacuten mineral de las plantas
El quiacutemico alemaacuten J von Liebig es uno de los grandes promotores tanto del conocimiento actual sobre Quiacutemica Orgaacutenica como sobre Fisiologiacutea Vegetal imponiendo el punto de vista de los organismos como entidades compuestas por productos quiacutemicos y la importancia de las reacciones quiacutemicas en los procesos vitales Confirma las teoriacuteas expuestas previamente por de Saussure matizando que si bien la fuente de carbono procede del CO2 atmosfeacuterico el resto de los nutrientes provienen del suelo
La denominacioacuten como clorofila de los pigmentos fotosinteacuteticos fue acuntildeada por Pelletier y Caventou a comienzos del siglo XIX Dutrochet describe la entrada de CO2 en la planta a traveacutes de los estomas y determina que solo las ceacutelulas que contienen clorofila son productoras de oxiacutegeno H von Mohl maacutes tarde asociariacutea la presencia de almidoacuten con la de clorofilas y describiriacutea la estructura de los estomas Sachs a su vez relacionoacute la presencia de clorofila con cuerpos subcelulares que se pueden alargar y dividir asiacute como que la formacioacuten de almidoacuten estaacute asociada con la iluminacioacuten y que esta sustancia desaparece en oscuridad o cuando los estomas son ocluidos A Sachs se debe la formulacioacuten de la ecuacioacuten baacutesica de la fotosiacutentesis
6 CO2 + 6 H2O rarr C6H12O6 + 6 O2
Schimper dariacutea el nombre de cloroplastos a los cuerpos coloreados de Sachs y describiriacutea los aspectos baacutesicos de su estructura tal como se podiacutea detectar con microscopiacutea oacuteptica En el uacuteltimo tercio del siglo XIX se sucederiacutean los esfuerzos por establecer las propiedades fiacutesico-quiacutemicas de las clorofilas y se comienzan a estudiar los aspectos eco fisioloacutegico de la fotosiacutentesis
Fase fotoquiacutemica
La energiacutea luminosa que absorbe la clorofila se transmite a los electrones externos de la moleacutecula los cuales escapan de la misma y producen una especie de corriente eleacutectrica en el interior del cloroplasto al incorporarse a la cadena de transporte de electrones Esta energiacutea puede ser empleada en la siacutentesis de ATP mediante la fotofosforilacioacuten y en la siacutentesis de NADPH Ambos compuestos son necesarios para la siguiente fase o Ciclo de Calvin donde se sintetizaraacuten los primeros azuacutecares que serviraacuten para la produccioacuten de sacarosa y almidoacuten Los electrones que ceden las clorofilas son repuestos mediante la oxidacioacuten del H2O proceso en el cual se genera el O2 que las plantas liberan a la atmoacutesfera
Existen dos variantes de fotofosforilacioacuten aciacuteclica y ciacuteclica seguacuten el traacutensito que sigan los electrones a traveacutes de los foto sistemas Las consecuencias de seguir un tipo u otro estriban principalmente en la produccioacuten o no de NADPH y en la liberacioacuten o no de O2
Fotofosforilacioacuten aciacuteclica
Estructura de un fotosistema
Este proceso permite la formacioacuten de ATP y la reduccioacuten de NADP+ a NADPH + H
+ y necesita de la
energiacutea de la luz como ya se ha dicho Se realiza gracias a los llamados foto sistemas que se encuentran en la membrana de los tilacoides (en los cloroplastos) Estos estaacuten formados por dos partes
Antena donde se agrupan los pigmentos antena junto con proteiacutenas y cuya funcioacuten es captar
la energiacutea de los fotones para transmitirla al pigmento diana y el centro de reaccioacuten Este esta formado por proteiacutenas y por pigmentos encontraacutendose en eacutel el llamado pigmento diana que es
aquel que recibe la energiacutea de excitacioacuten de la antena energiacutea que sirve para excitar y liberar electrones Aquiacute tambieacuten se encuentra el primer dador de electrones que repone los electrones al pigmento diana
Primer aceptor que recibe los electrones liberados
Hay dos tipos de foto sistemas
Fotosistema I que se encuentra sobre todo en los tilacoides de estroma y cuyo pigmento diana
es la clorofila P700
Fotosistema II que se encuentra sobre todo en los grana y cuyo pigmento diana es la clorofila
P680
Proceso
El proceso de la fase luminosa supuesto para dos electrones es el siguiente Los fotones inciden sobre el fotosistema II excitando y liberando dos electrones que pasan al primer aceptor de electrones la feofitina Los electrones los repone el primer dador de electrones el dador Z con los electrones procedentes de la fotoacutelisis del agua en el interior del tilacoide (la moleacutecula de agua se divide en 2H
+ + 2e
-
+ 12O2) Los protones de la fotoacutelisis se acumulan en el interior del tilacoide y el oxiacutegeno es liberado
Los electrones pasan a una cadena de transporte de electrones que invertiraacute su energiacutea liberada en la siacutentesis de ATP iquestCoacutemo La teoriacutea quimioosmoacutetica nos lo explica de la siguiente manera los electrones son cedidos a las plastoquinonas las cuales captan tambieacuten dos protones del estroma Los electrones y los protones pasan al complejo de citocromos bf que bombea los protones al interior del tilacoide Se consigue asiacute una gran concentracioacuten de protones en el tilacoide (entre eacutestos y los resultantes de la fotoacutelisis del agua) que se compensa regresando al estroma a traveacutes de las proteiacutenas ATP-sintasas que invierten la energiacutea del paso de los protones en sintetizar ATP La siacutentesis de ATP en la fase fotoquiacutemica se denomina fotofosforilacioacuten
Los electrones de los citocromos pasan a la plastocianina que los cede a su vez al fotosistema I Con la energiacutea de la luz los electrones son de nuevo liberados y captados por el aceptor A0 De ahiacute pasan a traveacutes de una serie de filoquinonas hasta llegar a la ferredoxina Eacutesta moleacutecula los cede a la enzima NADP
+-reductasa que capta tambieacuten dos protones del estroma Con los dos protones y los dos
electrones reduce un NADP+ en NADPH + H
+
El balance final es por cada moleacutecula de agua (y por cada cuatro fotones) se forman media moleacutecula de oxiacutegeno 13 moleacuteculas de ATP y un NADPH + H
+
Foto fosforilacioacuten ciacuteclica
Tiene lugar al mismo tiempo que la aciacuteclica En ella soacutelo interviene el foto sistema I Los electrones liberados despueacutes de llegar a la ferredoxina pasan a las plastoquinonas y siguen la cadena de transporte de electrones hasta regresar a la plastocianina y al fotosistema I Por tanto se genera ATP en lugar de NADPH Sirve para compensar el hecho de que en la fotofosforilacioacuten aciacuteclica no se genera suficiente ATP para la fase oscura
Fase bioquiacutemica o ciclo de Calvin biosiacutentesis orgaacutenica
Esquema simplificado del ciclo de Calvin-Benson
La fase bioquiacutemica o ciclo de Calvin o ciclo reductivo de las pentosas-fosfato consiste en un ciclo de reacciones quiacutemicas en las que se incorpora el CO2 de la atmoacutesfera en moleacuteculas orgaacutenicas y se originan triosas fosfato los primeros azuacutecares previos a la formacioacuten de sacarosa y almidoacuten Durante este ciclo se
emplean el ATP y el NADPH producidos en la etapa fotoquiacutemica Se divide en tres etapas carboxilacioacuten reduccioacuten y regeneracioacuten
Este ciclo comienza con una pentosa la ribulosa-15-fosfato que se carboxila con el CO2 y se descompone en dos moleacuteculas de aacutecido-3-fosfogliceacuterico Con el gasto de un ATP el aacutecido-3-fosfogliceacuterico se fosforila en aacutecido-13-bifosfogliceacuterico Eacuteste se reduce con el NADPH y se libera una moleacutecula de aacutecido fosfoacuterico formaacutendose el gliceraldehido-3-fosfato La moleacutecula formada puede seguir ahora dos viacuteas una es dar lugar a maacutes ribulosa-15-fosfato para seguir el ciclo y la otra es dar lugar a los distintos principios inmediatos glucosa o fructosa almidoacuten y a partir de ellos los demaacutes gluacutecidos y los liacutepidos proteiacutenas y nucleoacutetidos que requiere la ceacutelula
Hay que destacar que tanto la fase fotoquiacutemica como la fase biosinteacutetica se producen a la vez Son inseparables ya que los productos de la fase fotoquiacutemica son empleados en la fase biosinteacutetica Por otro lado al consumir en la fase biosinteacutetica el ATP y NADPH se obtienen ADP y NADP
+ para la fase
fotoquiacutemica Para asegurar que ambas fases se produzcan a la vez existe una fuerte fotorregulacioacuten sobre las enzimas del ciclo de Calvin para que esteacuten activas por el diacutea e inactivas por la noche en especial sobre la enzima rubisco No obstante existe una variante de fotosiacutentesis presente en ciertas plantas que permite separar la fijacioacuten del CO2 de la fase fotoquiacutemica Se trata de la fotosiacutentesis tipo CAM empleada por plantas adaptadas a climas deseacuterticos para evitar que se abran las estomas por el diacutea para fijar el CO2 con la consiguiente peacuterdida de agua
Divisioacuten celular
Comparacioacuten de tres tipos de reproduccioacuten celular
Definicioacuten
La divisioacuten celular es la parte del ciclo
celular en la que una ceacutelula inicial (llamada madre) se divide en dos para formar dos ceacutelulas hijas Gracias a la divisioacuten celular se produce el crecimiento de los organismos pluricelulares con el crecimiento de los tejidos y la reproduccioacuten vegetativa en seres unicelulares
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas
Tipos de divisioacuten celular
Biparticioacuten la divisioacuten de la ceacutelula madre en dos ceacutelulas hijas cada nueva ceacutelula es un nuevo individuo
con estructuras y funciones ideacutenticas a la ceacutelula madre Este tipo de reproduccioacuten la presentan organismos como bacterias amebas y algunas algas
Gemacioacuten se presenta cuando unos nuevos individuos se producen a partir de yemas El proceso de
gemacioacuten es frecuente en esponjas celenterios briozoos En una zona o varias del organismo progenitor
se produce una evaginacioacuten o yema que se va desarrollando y en un momento dado sufre una constriccioacuten en la base y se separa del progenitor comenzando su vida como nuevo ser Las yemas hijas pueden presentar otras yemas a las que se les denomina yemas secundarias En algunos organismos se pueden formar colonias cuando las yemas no se separan del organismo progenitor En las formas maacutes evolucionadas de briozoos se observa en el proceso de gemacioacuten que se realiza de forma maacutes complicado
El nuacutemero de individuos de una colonia la manera en que estaacuten agrupados y su grado de diferenciacioacuten variacutea y a menudo es caracteriacutestica de una especie determinada Los briozoos pueden originar nuevos individuos sobre unas prolongaciones llamados estolones y al proceso se le denomina estolonizacioacuten
Ciertas especies de animales pueden tener gemacioacuten interna yemas que sobreviven en condiciones desfavorables gracias a una envoltura protectora En el caso de las esponjas de agua dulce las yemas tienen una caacutepsula protectora y en el interior hay sustancia de reserva Al llegar la primavera se pierde la caacutepsula protectora y a partir de la yema surge la nueva esponja En los briozoos de agua dulce se produce una capa de quitina y de calcio y no necesitan sustancia de reserva pues se encuentra en estado de hibernacioacuten
Esporulacioacuten la esporulacioacuten o esporo geacutenesis consiste en un proceso de diferenciacioacuten celular para
llegar a la produccioacuten de ceacutelulas reproductivas dispersivas de resistencia llamadas esporas Este proceso ocurre en hongos amebas liacutequenes algunos tipos de bacterias protozoos esporozoos (como el Plasmodium causante de malaria) y es frecuente en vegetales (especialmente algas musgos y helechos) grupos de muy diferentes oriacutegenes evolutivos pero con semejantes estrategias reproductivas todos ellos pueden recurrir a la formacioacuten ceacutelulas de resistencia para favorecer la dispersioacuten Durante la esporulacioacuten se lleva a cabo la divisioacuten del nuacutecleo en varios fragmentos y por una divisioacuten celular asimeacutetrica una parte del citoplasma rodea cada nuevo nuacutecleo dando lugar a las esporas Dependiendo de cada especie se puede producir un nuacutemero parciable de esporas y a partir de cada una de ellas se desarrollaraacute un individuo independiente
Procesos de divisioacuten celular
Fisioacuten binaria es la forma de divisioacuten celular de las ceacutelulas procariotas
Mitosis es la forma maacutes comuacuten de la divisioacuten celular en las ceacutelulas eucariotas Una ceacutelula que ha
adquirido determinados paraacutemetros o condiciones de tamantildeo volumen almacenamiento de energiacutea factores medioambientales puede replicar totalmente su dotacioacuten de ADN y dividirse en dos ceacutelulas hijas normalmente iguales Ambas ceacutelulas seraacuten diploides o haploide dependiendo de la ceacutelula madre
Meiosis es la divisioacuten de una ceacutelula diploide en cuatro ceacutelulas haploide Esta divisioacuten celular se
produce en organismos multicelulares para producir gametos haploide que pueden fusionarse despueacutes para formar una ceacutelula diploide llamada zigoto en la fecundacioacuten
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas Las ceacutelulas cancerosas son inmortales Una enzima llamada telomerasa permite a estas ceacutelulas dividirse indefinidamente
La caracteriacutestica principal de la divisioacuten celular en organismos eucariotas es la conservacioacuten de los
mecanismos geneacuteticos del control del ciclo celular y de la divisioacuten celular puesto que se ha mantenido praacutecticamente inalterable desde organismos tan simples como las levaduras a criaturas tan complejas como el ser humano a lo largo de la evolucioacuten bioloacutegica
Factores que explican la divisioacuten celular
Una teoriacutea afirma que existe un momento en el que la ceacutelula comienza a crecer mucho lo que hace que disminuya la proporcioacuten aacutereavolumen Cuando el aacuterea de la membrana plasmaacutetica de la ceacutelula es mucho maacutes pequentildea en relacioacuten con el volumen total de eacutesta se presentan dificultades en la reabsorcioacuten y en el transporte de nutrientes siendo asiacute necesario que se produzca la divisioacuten celular
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular constituye el proceso maacutes importante dentro de la ceacutelula el cual abordaremos en
pequentildea medida pero de manera significativa
Esta investigacioacuten toma en cuenta a todos aquellos que de alguna manera participan aunque sea de
forma miacutenima en la respiracioacuten celular
Hablar de respiracioacuten celular es referirnos a un proceso bioquiacutemico del cual nos ramificaremos a dos tipos
de respiracioacuten celular aeroacutebica y anaeroacutebica
En este proceso interfieren factores quiacutemicos capaces de ser procesados dentro de las ceacutelulas y que en
gran medida constituyen las bases para que la respiracioacuten celular se lleve a cabo
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular es el conjunto de reacciones bioquiacutemicas que ocurren en la mayoriacutea de las ceacutelulas
Tambieacuten es el conjunto de reacciones quiacutemicas mediante las cuales se obtiene energiacutea a partir de la
degradacioacuten de sustancias orgaacutenicas como los azuacutecares y los aacutecidos principalmente
Comprende dos fases
PRIMERA FASE
Se oxida la glucosa (azuacutecar) y no depende del oxiacutegeno por lo que recibe el nombre de respiracioacuten
anaeroacutebica y glicoacutelisis reaccioacuten que se lleva a cabo en el citoplasma de la ceacutelula
SEGUNDA FASE
Se realiza con la intervencioacuten del oxiacutegeno y recibe el nombre de respiracioacuten aeroacutebica o el ciclo de krebs y
se realiza en estructuras especiales de las ceacutelulas llamadas mitocondrias
Tanto que es una parte del metabolismo concretamente del catabolismo en el cual la energiacutea contenida
en distintas biomoleacuteculas como los gluacutecidos (azuacutecares carbohidratos) es liberado de manera controlada
IMPORTANCIA
- Crecimiento
- Transporte activo de sustancias energeacuteticas
- Movimiento ciclosis
- Regeneracioacuten de ceacutelulas
- Siacutentesis de proteiacutenas
- Divisioacuten de ceacutelulas
TIPOS DE RESPIRACIOacuteN CELULAR
RESPIRACIOacuteN ANAEROacuteBICA
La respiracioacuten anaeroacutebica es un proceso bioloacutegico de oxidorreduccioacuten de azuacutecares y otros compuestos
Lo realizan exclusivamente algunos grupos de bacterias
En la respiracioacuten anaeroacutebica no se usa oxiacutegeno sino para la misma funcioacuten se emplea otra sustancia
oxidante distinta como el sulfato No hay que confundir la respiracioacuten anaeroacutebica con la fermentacioacuten
aunque estos dos tipos de metabolismo tienen en comuacuten el no ser dependiente del oxigeno
Todos los posibles aceptores en la respiracioacuten anaeroacutebica tienen un potencial de reduccioacuten menor que el
O2 por lo que se genera menor energiacutea en el proceso
ETAPAS
Glucoacutelisis
Fermentacioacuten
GLUCOacuteLISIS- Tambieacuten denominado glicoacutelisis es la secuencia metaboacutelica en la que se oxida en la
glucoacutelisis cuando hay ausencia de oxiacutegeno la glucoacutelisis es la uacutenica viacutea que produce ATP en los animales
Estaacute presente en todas las formas de viacuteas actuales Es la primera parte del metabolismo energeacutetico y en
las ceacutelulas eucariotas en donde ocurre el citoplasma
Por lo tanto es una secuencia compleja de reacciones que se efectuacutean en el citosol de una ceacutelula
mediante las cuales una moleacutecula de glucosa se desdobla en dos moleacuteculas de acido piruvico De manera
que la glicoacutelisis consta de dos pasos principales
Activacioacuten de la glucosa
Produccioacuten de energiacutea
IMPORTANCIA Permite a los muacutesculos esqueleacuteticos realizar su contraccioacuten
FERMENTACIOacuteN- Es un proceso cataboacutelico de oxidacioacuten completa siendo el producto final de
un compuesto orgaacutenico La fermentacioacuten tiacutepica es llevada acabo por las levaduras Tambieacuten
unos metazoos y plantas menores son capaces de producirla
El proceso de fermentacioacuten anaeroacutebica se produce en la ausencia de oxigeno como aceptor final
de los electrones del NADH producido en la glucoacutelisis
En los seres vivos la fermentacioacuten es un proceso anaeroacutebico y en el no interviene la cadena
respiratoria que son propios del micro organismo como las bacterias y levaduras
Ademaacutes en la industria de la fermentacioacuten puede ser oxidativa es decir como presencia de
oxigeno pero es una oxidacioacuten aeroacutebica incompleta como la produccioacuten de acido aceacutetico a partir
del etanol
La fermentacioacuten puede ser naturales cuando las condiciones ambientales permitan la interaccioacuten
del microorganismo sustratos orgaacutenicos susceptibles o artificiales cuando el hombre propicia
condiciones y en contacto referido
USOS
El conocimiento de la dieta a traveacutes del desarrollo de una diversidad de sabores aromas y
texturas en los substratos de los alimentos
Preservacioacuten de cantidades substanciales de alimentos a traveacutes del acido laacutecteo alcohoacutelico
acido aceacutetico y fermentacioacuten alcalinas
La fermentacioacuten tiene algunos usos exclusivos para los alimentos pueden producir nutrientes
importantes o eliminar auto nutrientes
TIPOS DE FERMENTACIOacuteN
Fermentacioacuten aceacutetica
Fermentacioacuten alcohoacutelica
Fermentacioacuten butirica
Fermentacioacuten de la glicerina
Fermentacioacuten laacutectica
Fermentacioacuten putrica
RESPIRACIOacuteN AEROacuteBICA
Es un tipo de metabolismo energeacutetico en el que los seres vivos extraen energiacutea de moleacuteculas
orgaacutenicas como la glucosa por un proceso complejo en donde el carbono queda oxidado y en el
que el aire es el oxidante empleado
La respiracioacuten aeroacutebica es propia de los organismos eucariontes en general y de algunos tipos
de bacterias
La susecion de reacciones quiacutemicas que ocurren dentro de las ceacutelulas mediante las cuales se
realiza las descomposiciones finales de las moleacuteculas en los alimentos y en la que se produce CO2 y
H2O
Se realiza solo en el proceso de oxigeno Consiste en la degradacioacuten de los piruvatos producidos
durante la glucosis hasta CO2 y H2O como obtencioacuten de 34 a 36 ATP
IMPORTANCIA
Participa en la respiracioacuten celular formando ATP
REACCIONES AEROacuteBICAS
Las reacciones aeroacutebicas ocurre en la mitocondria y son
1 Formacioacuten del acetilo
2 Transferencia del acetilo Actividades en matriz
3 Ciclo de krebs
4 Transporte de electrones
Cadena respiratoria
5 Fosforilacioacuten oxidativa (actividad de crestas)
LA MITOCONDRIA Y SUS PARTES
CICLO DE KREBS
Propuesto por Hans A Krebs en 1937 quien descubrioacute el ciclo estudiando suspensiones de papillas del
muacutesculo pectoral de la paloma que presentaba un elevado ritmo respiratorio
El ciclo de krebs (tambieacuten llamado ciclo del acido ciacutetrico o ciclo de lso aacutecidos tricarboxilicos) es una serie
de reacciones quiacutemicos de gran importancia que forman parte de la respiracioacuten celular en toda las ceacutelulas
aeroacutebicas es decir que utilizan oxigeno En organismo aeroacutebico el ciclo de krebs es parte de la viacutea
cataboacutelica que realizan oxidacioacuten de hidratos de carbono aacutecidos graos y aminoaacutecidos hasta producir CO2
y H2O liberando energiacutea en forma utilizable
El ciclo de krebs tambieacuten proporciona recurso para muchas biomoleculas tales como ciertos aacutenimos
aacutecidos Por ello se considera una viacutea anfibolica es decir que es cataboacutelico y anaboacutelica al mismo tiempo
UBICACIOacuteN
Tiene lugar en tres partes
Matriz mitocondrial
En las eucariotas
En el citoplasma de eucariotas
CICLO DE KREBS
Orgaacutenulos transductores de energiacutea son las mitocondrias y los cloroplastos Su funcioacuten es la
produccioacuten de energiacutea a partir de la oxidacioacuten de la materia orgaacutenica (mitocondrias) o de energiacutea
luminosa (cloroplastos)
Estructuras carentes de membranas estaacuten tambieacuten en el citoplasma y son los ribosomas
cuya funcioacuten es sintetizar proteiacutenas y el citoesqueleto que da dureza elasticidad y forma a las
ceacutelulas ademaacutes de permitir el movimiento de las moleacuteculas y orgaacutenulos en el citoplasma
El nuacutecleo mantiene protegido al material geneacutetico y permite que las funciones de transcripcioacuten y
traduccioacuten se produzcan de modo independiente en el espacio y en el tiempo
En el exterior de la membrana plasmaacutetica de la ceacutelula procariota (ver t40) se encuentra la pared celular
que protege a la ceacutelula de los cambios externos El interior celular es mucho maacutes sencillo que en las eucariotas en el citoplasma se encuentran los ribosomas praacutecticamente con la misma funcioacuten y estructura que las eucariotas pero con un coeficiente de sedimentacioacuten menor Tambieacuten se encuentran los mesosomas que son invaginaciones de la membrana No hay por tanto citoesqueleto ni sistema
endomembranoso El material geneacutetico es una moleacutecula de ADN circular que estaacute condensada en una regioacuten denominada nucleoide No estaacute dentro de un nuacutecleo con membrana y no se distinguen nucleolos
Las teoriacuteas celulares
Las ceacutelulas se descubrieron en el siglo XVII El primero en observarlas fue el ingleacutes Robert Hooke en 1665 Con un microscopio muy rudimentario Hooke examinoacute una preparacioacuten de corcho y descubrioacute que pareciacutea estar compuesto por pequentildeas celdillas rodeadas de paredes riacutegidas Decidioacute llamar ceacutelulas a aquellas estructuras pero lo cierto es que sus ojos le engantildearon En realidad soacutelo habiacutea visto las paredes celulares muertas del corcho Hubo que esperar hasta el siglo XIX para que dos cientiacuteficos Matthias Jakob Schleiden y Theodor Schwann formularan una teoriacutea que explicara la estructura y funcionamiento de las ceacutelulas En 1839 establecieron que todo ser vivo estaacute formado por una o muchas ceacutelulas que eacutesta es la estructura maacutes pequentildea que cumple todas las funciones vitales y que toda ceacutelula procede a su vez de otra ceacutelula que se ha dividido
La teoriacutea celular
Principios de la teoriacutea celular
1 Todos los seres vivos estaacuten constituidos por una o maacutes ceacutelulas es decir la ceacutelula es la unidad morfoloacutegica de todos los seres vivos
2 La ceacutelula es capaz de realizar todos los procesos necesarios para permanecer con vida es decir la ceacutelula es la unidad fisioloacutegica de los organismos
3 Toda ceacutelula proviene de otra ceacutelula
4 La ceacutelula contiene toda la informacioacuten sobre la siacutentesis de su estructura y el control de su funcionamiento y es capaz de transmitirla a sus descendientes es decir la ceacutelula es la unidad geneacutetica
autoacutenoma de los seres vivos
El primer y segundo principios fueron establecidos por Schleiden y Schwann posteriormente Virchow
aportoacute el tercer principio sobre el origen de la ceacutelula La teoriacutea celular se puede completar con el cuarto principio propuesto por Sutton y Boveri
Transporte celular
El transporte celular es el intercambio de sustancias entre el interior celular y el exterior a traveacutes de la
membrana celular o el movimiento de moleacuteculas dentro de la ceacutelula
Transporte a traveacutes de la membrana celular
La ceacutelula necesita este proceso porque es importante para esta expulsar de su interior los desechos del metabolismo y adquirir nutrientes del liacutequido extracelular gracias a la capacidad de la membrana celular que permite el paso o salida de manera selectiva de algunas sustancias Las viacuteas de transporte a traveacutes de la membrana celular y los mecanismos baacutesicos para las moleacuteculas de pequentildeo tamantildeo son
Transporte pasivo o difusioacuten
El transporte pasivo es el intercambio simple de moleacuteculas de una sustancia a traveacutes de la membrana plasmaacutetica durante el cual no hay gasto de energiacutea que aporta la ceacutelula debido a que va a favor del gradiente de concentracioacuten o a favor de gradiente de carga eleacutectrica es decir de un lugar donde hay una gran concentracioacuten a uno donde hay menor El proceso celular pasivo se realiza por difusioacuten En siacute es el cambio de un medio de mayor concentracioacuten (medio hipertoacutenico) a otro de menor concentracioacuten (un medio hipotoacutenico)
Difusioacuten simple
Algunas sustancias pasan al interior o al exterior de las ceacutelulas a traveacutes de una membrana semipermeable y se mueven dentro de eacutestas por Difusioacuten simple siendo un proceso fiacutesico basado en el movimiento al azar La difusioacuten es el movimiento de aacutetomos moleacuteculas o iones de una regioacuten de mayor concentracioacuten a una de menor concentracioacuten sin requerir gasto de energiacutea La difusioacuten implica no soacutelo el movimiento al azar de las partiacuteculas hasta lograr la homogeacutenea distribucioacuten de las mismas (y esto ocurre cuando las partiacuteculas que azarosamente vienen se equiparan con las que azarosamente van) sino tambieacuten el homogeacuteneo potencial quiacutemico del fluido ya que de existir una membrana semipermeable que particiones un fluido en dos de distinto potencial quiacutemico se generaraacute una presioacuten osmoacutetica desde el potencial quiacutemico mayor (pe solvente puro) hacia el menor (pe solvente y soluto) hasta que ambas particiones se equiparen o la presioacuten hidrostaacutetica equilibre la presioacuten osmoacutetica
1
Difusioacuten facilitada
Es el movimiento de moleacuteculas maacutes grandes que no pueden pasar a traveacutes de la membrana plasmaacutetica y necesita ayuda de una proteiacutena u otros mecanismos (exocitosis) para pasar al otro lado Tambieacuten se llama difusioacuten mediada por portador porque la sustancia transportada de esta manera no suele poder atravesar la membrana sin una proteiacutena portadora especiacutefica que le ayude Se diferencia de la difusioacuten simple a traveacutes de conductos en que mientras que la magnitud de difusioacuten de la difusioacuten simple se incrementa de manera proporcional con la concentracioacuten de la sustancia que se difunde en la difusioacuten facilitada la magnitud de difusioacuten se aproxima a un maacuteximo (Vmax) al aumentar la concentracioacuten de la sustancia
Filtracioacuten O Dialisis
La filtracioacuten o diaacutelisis es el movimiento de agua y moleacuteculas disueltas a traveacutes de la membrana debido a la presioacuten hidrostaacutetica generada por el sistema cardiovascular Dependiendo del tamantildeo de los poros de la membrana soacutelo los solutos con un determinado tamantildeo pueden pasar a traveacutes de la membrana Por ejemplo los poros de la membrana de la caacutepsula de Bowman en los glomeacuterulos renales son muy pequentildeos y soacutelo la albuacutemina la maacutes pequentildea de las proteiacutenas tienen la capacidad de ser filtrada a traveacutes de ella Por otra parte los poros de las membranas de los hepatocitos son extremadamente grandes por lo que una gran variedad de solutos pueden atravesarla
Oacutesmosis
La oacutesmosis es un tipo especial de transporte pasivo en el cual soacutelo las moleacuteculas de agua son transportadas a traveacutes de la membrana El movimiento de agua se realiza desde un punto en que hay mayor concentracioacuten a uno de menor para igualar concentraciones De acuerdo al medio en que se encuentre una ceacutelula la oacutesmosis variacutea La funcioacuten de la osmosis es mantener hidratada a la membrana celular Dicho proceso no requiere gasto de energiacutea En otras palabras la oacutesmosis u osmosis es un fenoacutemeno consistente en el paso del solvente de una disolucioacuten desde una zona de baja concentracioacuten de soluto a una de alta concentracioacuten del soluto separadas por una membrana semipermeable Se relaciona con el movimiento browniano
Oacutesmosis en una ceacutelula animal
En un medio isotoacutenico hay un equilibrio dinaacutemico es decir el paso constante de agua
En un medio hipotoacutenico la ceacutelula absorbe agua hinchaacutendose y hasta el punto en que puede estallar dando origen a la citoacutelisis
En un medio hipertoacutenico la ceacutelula elimina agua y se arruga llegando a deshidratarse y se muere esto se llama crenacioacuten
Oacutesmosis en una ceacutelula vegetal [editar]
En un medio isotoacutenico hay un equilibrio dinaacutemico
En un medio hipotoacutenico la ceacutelula absorbe agua y sus vacuolas se llenan aumentando la presioacuten de turgencia
En un medio hipertoacutenico la ceacutelula elimina agua y el volumen de la vacuola disminuye produciendo que la membrana plasmaacutetica se despegue de la pared celular ocurriendo la plasmoacutelisis
Transporte activo
Consiste en el transporte de sustancias en contra de un gradiente de concentracioacuten para lo cual se requiere un gasto energeacutetico En la mayor parte de los casos este transporte activo se realiza a expensas de un gradiente de H
+ (potencial electroquiacutemico de protones) previamente creado a ambos lados de la
membrana por procesos de respiracioacuten y fotosiacutentesis por hidroacutelisis de ATP mediante ATP hidrolasas de membrana (F1F0) El transporte activo variacutea la concentracioacuten intracelular y ello da lugar un nuevo movimiento osmoacutetico de rebalanceo por hidratacioacuten Los sistemas de transporte activo son los maacutes abundantes entre las bacterias y se han seleccionado evolutivamente debido a que en sus medios naturales la mayoriacutea de los procariotas se encuentran de forma permanente o transitoria con una baja concentracioacuten de nutrientes
Los sistemas de transporte activo estaacuten basados en permeasas especiacuteficas e inducibles El modo en que se acopla la energiacutea metaboacutelica con el transporte del soluto auacuten no estaacute dilucidado pero en general se maneja la hipoacutetesis de que las permeasas una vez captado el sustrato con gran afinidad experimentan un cambio conformacioacuten al dependiente de energiacutea que les hace perder dicha afinidad lo que supone la liberacioacuten de la sustancia al interior celular
El transporte activo de moleacuteculas a traveacutes de la membrana celular se realiza en direccioacuten ascendente o en contra de un gradiente de concentracioacuten (Gradiente quiacutemico) o en contra un gradiente eleacutectrico de presioacuten (gradiente electroquiacutemico) es decir es el paso de sustancias desde un medio poco concentrado a un medio muy concentrado Para desplazar estas sustancias contra corriente es necesario el aporte de energiacutea procedente del ATP Las proteiacutenas portadoras del transporte activo poseen actividad ATPasa que significa que pueden escindir el ATP (Adenosin Tri Fosfato) para formar ADP (dos Fosfatos) o AMP (un Fosfato) con liberacioacuten de energiacutea de los enlaces fosfato de alta energiacutea Comuacutenmente se observan tres tipos de transportadores
Uniportadores son proteiacutenas que transportan una moleacutecula en un solo sentido a traveacutes de la membrana
Antiportadores incluyen proteiacutenas que transportan una sustancia en un sentido mientras que simultaacuteneamente transportan otra en sentido opuesto
Simportadores son proteiacutenas que transportan una sustancia junto con otra frecuentemente un protoacuten (H
+)
Transporte activo primario Bomba de sodio y potasio
Se encuentra en todas las ceacutelulas del organismo encargada de transportar los iones potasio que logran entrar a las ceacutelulas hacia el interior de eacutestas dando una carga interior negativa y al mismo tiempo bombea iones sodio desde el interior hacia el exterior de la ceacutelula (axoplasma) sin embargo el nuacutemero de iones Na
+ (con carga positiva) no sobrepasa al de iones con carga negativa dando por resultado una carga
interna negativa En caso particular de las neuronas en estado de reposo esta diferencia de cargas a ambos lados de la membrana se llama potencial de membrana o de reposo
Transporte activo secundario o cotransporte
Es el transporte de sustancias que normalmente no atraviesan la membrana celular tales como los aminoaacutecidos y la glucosa cuya energiacutea requerida para el transporte deriva del gradiente de concentracioacuten de los iones sodio de la membrana celular (Bomba GlucosaSodio ATPasa)
Bomba de calcio Es una proteiacutena de la membrana celular de todas las ceacutelulas eucariotas Su
funcioacuten consiste en transportar calcio ioacutenico (Ca2+
) hacia el exterior de la ceacutelula gracias a la energiacutea proporcionada por la hidroacutelisis de ATP con la finalidad de mantener la baja concentracioacuten de Ca
2+ en el citoplasma que es unas diez mil veces menor que en el medio
externo necesaria para el normal funcionamiento celular Se sabe que las variaciones en la concentracioacuten intracelular del Ca
2+ (segundo mensajero) se producen como respuesta a diversos
estiacutemulos y estaacuten involucradas en procesos como la contraccioacuten muscular la expresioacuten geneacutetica la diferenciacioacuten celular la secrecioacuten y varias funciones de las neuronas Dada la variedad de procesos metaboacutelicos regulados por el Ca
2+ un aumento de la concentracioacuten de Ca
2+ en el
citoplasma puede provocar un funcionamiento anormal de los mismos Si el aumento de la concentracioacuten de Ca
2+ en la fase acuosa del citoplasma se aproxima a un deacutecimo de la del medio
externo el trastorno metaboacutelico producido conduce a la muerte celular El calcio es el mineral maacutes abundante del organismo ademaacutes de cumplir muacuteltiples funciones
Transporte de macromoleacuteculas o partiacuteculas
Las macromoleacuteculas o partiacuteculas grandes se introducen o expulsan de la ceacutelula por dos mecanismos
Endocitosis
La endocitosis es el proceso celular por el que la ceacutelula mueve hacia su interior moleacuteculas grandes o partiacuteculas englobaacutendolas en una invaginacioacuten de su membrana citoplasmaacutetica formando una vesiacutecula que luego se desprende de la pared celular e incorpora al citoplasma Esta vesiacutecula llamada endosoma luego se fusiona con un lisosoma que realizaraacute la digestioacuten del contenido vesicular
Existen dos procesos
Pinocitosis consiste en la ingestioacuten de liacutequidos y solutos mediante pequentildeas vesiacuteculas
Fagocitosis consiste en la ingestioacuten de grandes partiacuteculas que se engloban en grandes vesiacuteculas (fagosomas) que se desprenden de la membrana celular
Endocitosis mediada por receptor es de tipo especiacutefica captura macromoleacuteculas especiacuteficas del
ambiente fijaacutendose a traveacutes de proteiacutenas ubicadas en las membranas plasmaacuteticas (especificas) Una vez que se unen a dicho receptor forman las vesiacuteculas y las transportan al interior de la ceacutelula La endocitosis mediada por receptor resulta ser un proceso raacutepido y eficiente
Exocitosis
Es la expulsioacuten de sustancias como la insulina a traveacutes de la fusioacuten de vesiacuteculas con la membrana celular
La exocitosis es el proceso celular por el cual las vesiacuteculas situadas en el citoplasma se fusionan con la membrana citoplasmaacutetica liberando su contenido
La exocitosis se observa en muy diversas ceacutelulas secretoras tanto en la funcioacuten de excrecioacuten como en la funcioacuten endocrina
Tambieacuten interviene la exocitosis en la secrecioacuten de un neurotransmisor a la brecha sinaacuteptica para posibilitar la propagacioacuten del impulso nervioso entre neuronas La secrecioacuten quiacutemica desencadena una despolarizacioacuten del potencial de membrana desde el axoacuten de la ceacutelula emisora hacia la dendrita (u otra parte) de la ceacutelula receptora Este neurotransmisor seraacute luego recuperado por endocitosis para ser reutilizado Sin este proceso se produciriacutea un fracaso en la transmisioacuten del impulso nervioso entre neuronas
CEacuteLULA VEGETAL
Todos los organismos vivos estaacuten compuestos por ceacutelulas El ingleacutes Robert Hooke en 1665 realizoacute cortes finos de una muestra de corcho y observoacute usando un microscopio rudimentario unos pequentildeos compartimentos que no eran maacutes que las paredes celulares de esas ceacutelulas muertas y las llamoacute ceacutelulas (del latiacuten cellula que significa habitacioacuten pequentildea ) ya que eacuteste tejido le recordaba las celdas pequentildeas que habitaban los monjes de aquella eacutepoca No fue sino hasta el siglo XIX que dos cientiacuteficos alemanes el botaacutenico Matthias Jakob Schleiden y el zoologo Theodor Schwann enunciaron en 1839 la primera teoriacutea celular Todas las plantas y animales estaacuten compuestos por grupos de ceacutelulas y eacutestas son la unidad baacutesica de todos los organismos vivos Esta teoriacutea fue completada en 1855 por Rudolph Virchow quien establecioacute que las ceacutelulas nuevas se formaban a partir de ceacutelulas preexistentes ( omni cellula e cellula ) En otras palabras las ceacutelulas no se pueden formar por generacioacuten espontaacutenea a partir de materia inerte
Ceacutelula fijada con KMnO4
En la frontera de lo viviente se han descubierto seres aun maacutes pequentildeos los virus que crecen y se reproducen solamente cuando parasitan otra ceacutelula Podemos afirmar que no hay vida sin ceacutelula Al igual que un edificio las ceacutelulas son los bloques de construccioacuten de un organismo La ceacutelula es la unidad maacutes pequentildea de materia viva capaz de llevar a cabo todas las actividades necesarias para el mantenimiento de la vida
La teoriacutea celular actualmente se puede resumir de la siguiente forma
1 Todos los organismos vivos estaacuten formados por ceacutelulas y productos celulares
2 Soacutelo se forman ceacutelulas nuevas a partir de ceacutelulas preexistentes
3 La informacioacuten geneacutetica que se necesita durante la vida de las ceacutelulas y la que se requiere para la produccioacuten de nuevas ceacutelulas se transmite de una generacioacuten a la siguiente
4 Las reacciones quiacutemicas de un organismo esto es su metabolismo tienen lugar en las ceacutelulas
CEacuteLULAS VEGETALES Y ANIMALES
Tanto las ceacutelulas de las plantas como las de los animales son eucarioacuteticas sin embargo presentan algunas diferencias
1 Las ceacutelulas vegetales presentan una pared celular celuloacutesica riacutegida que evita cambios de forma y posicioacuten
2 Las ceacutelulas vegetales contienen plastidios estructuras rodeadas por una membrana que sintetizan y almacenan alimentos Los maacutes comunes son los cloroplastos
3 Casi todas las ceacutelulas vegetales poseen vacuolas que tienen la funcioacuten de transportar y almacenar nutrientes agua y productos de desecho
4 Las ceacutelulas vegetales complejas carecen de ciertos organelos como los centriacuteolos y los lisosomas
Fotosiacutentesis
Una hoja el lugar principal en el que se desarrolla la fotosiacutentesis en las plantas
La fotosiacutentesis del griego antiguo φωτο (foto) luz y σύνθεσις (siacutentesis) unioacuten es la base de la vida
actual en la Tierra Proceso mediante el cual las plantas algas y algunas bacterias captan y utilizan la energiacutea de la luz para transformar la materia inorgaacutenica de su medio externo en materia orgaacutenica que utilizaraacuten para su crecimiento y desarrollo
Los organismos capaces de llevar a cabo este proceso se denominan fotoautoacutetrofos y ademaacutes son capaces de fijar el CO2 atmosfeacuterico (lo que ocurre casi siempre) o simplemente autoacutetrofos Salvo en algunas bacterias en el proceso de fotosiacutentesis se producen liberacioacuten de oxiacutegeno molecular (proveniente de moleacuteculas de H2O) hacia la atmoacutesfera (fotosiacutentesis oxigeacutenica) Es ampliamente admitido que el contenido actual de oxiacutegeno en la atmoacutesfera se ha generado a partir de la aparicioacuten y actividad de dichos organismos fotosinteacuteticos Esto ha permitido la aparicioacuten evolutiva y el desarrollo de organismos aerobios capaces de mantener una alta tasa metaboacutelica (el metabolismo aerobio es muy eficaz desde el punto de vista energeacutetico)
La otra modalidad de fotosiacutentesis la fotosiacutentesis anoxigeacutenica en la cual no se libera oxiacutegeno es llevada a cabo por un nuacutemero reducido de bacterias como las bacterias puacuterpuras del azufre y las bacterias verdes del azufre estas bacterias usan como donador de hidroacutegenos el H2S con lo que liberan azufre
Generalidades
Cloroplastos dentro de ceacutelulas vegetales
En algas eucarioacuteticas y en plantas la fotosiacutentesis se lleva a cabo en un orgaacutenulo especializado denominado cloroplasto Este orgaacutenulo que estaacute delimitado por dos membranas (envueltas de los cloroplastos) que lo separan del citoplasma circundante En su interior se encuentra una fase acuosa con un elevado contenido en proteiacutenas e hidratos de carbono (estroma del cloroplasto) y una serie de
membranas denominadas tilacoides Los tilacoides contienen los pigmentos (sustancias coloreadas) fotosinteacuteticos y proteiacutenas necesarios para captar la energiacutea de la luz El principal de esos pigmentos es la clorofila de color verde de la que existen varios tipos (bacterioclorofilas y clorofilas a b c y d) Ademaacutes de las clorofilas otros pigmentos presentes en todos los organismos eucarioacuteticos son los carotenoides (carotenos y xantofilas) de color amarillo o anaranjado y que tienen un papel auxiliar en la captacioacuten de la luz ademaacutes de un papel protector En cianobacterias (que no poseen cloroplastos) los carotenoides son sustituidos por otro tipo de pigmentos denominados ficobilinas de naturaleza quiacutemica diferente a los anteriores En las plantas vasculares el mayor nuacutemero de cloroplastos se encuentra dentro de las ceacutelulas del mesoacutefilo de las hojas lo cual les confiere su caracteriacutestico color verde
La fotosiacutentesis se divide en dos fases La primera ocurre en los tilacoides en donde se capta la energiacutea de la luz y eacutesta es almacenada en dos moleacuteculas orgaacutenicas sencillas (ATP y NADPH) La segunda tiene lugar en el estroma y las dos moleacuteculas producidas en la fase anterior son utilizadas en la asimilacioacuten del CO2 atmosfeacuterico para producir hidratos de carbono e indirectamente el resto de las moleacuteculas orgaacutenicas que componen los seres vivos (aminoaacutecidos liacutepidos nucleoacutetidos etc) Tradicionalmente a la primera fase se le denominaba fase luminosa y a la segunda fase oscura de la fotosiacutentesis Sin embargo la
denominacioacuten como fase oscura de la segunda etapa es incorrecta porque actualmente se conoce que los procesos que la llevan a cabo solo ocurren en condiciones de iluminacioacuten Es maacutes preciso referirse a ella como fase de fijacioacuten del dioacutexido de carbono (ciclo de Calvin) y a la primera como fase fotoquiacutemica o reaccioacuten de Hill
En la fase luminosa o fotoquiacutemica la energiacutea de la luz captada por los pigmentos fotosinteacuteticos unidos a proteiacutenas y organizados en los denominados foto sistemas (ver maacutes adelante) produce la descomposicioacuten del agua liberando electrones que circulan a traveacutes de moleacuteculas transportadoras para llegar hasta un aceptor final (NADP
+) capaz de mediar en la transformacioacuten del CO2 atmosfeacuterico (o
disuelto en el agua en sistemas acuaacuteticos) en materia orgaacutenica Este proceso luminoso estaacute tambieacuten acoplado a la formacioacuten de moleacuteculas que funcionan como intercambiadores de energiacutea en las ceacutelulas (ATP) La formacioacuten de ATP es necesaria tambieacuten para la fijacioacuten del CO2
El CO2 es uno de los menores componentes del aire atmosfeacuterico capaz de reflejar la radiacioacuten de onda larga proveniente de la tierra (el maacuteximo agente reflector de esa radiacioacuten es el vapor de agua) El notable aumento de su concentracioacuten a partir de 1850 debido a la destruccioacuten de las aacutereas selvaacuteticas la actividad industrial y el uso de combustibles foacutesiles podriacutea tener el efecto de incrementar las temperaturas medias efecto llamado efecto invernadero
Descubrimiento
Durante el siglo XVIII comienzan a surgir trabajos que relacionan los incipientes conocimientos de la Quiacutemica con los de la Biologiacutea Asiacute con los trabajos de Priestley se llega a la conclusioacuten de que las partes verdes de las plantas fijan el aire lsquoimpurorsquo (anhiacutedrido carboacutenico) que actuariacutea como un nutriente y liberan oxiacutegeno
Posteriormente Emily Fransecheti ampliacutea los estudios de Scarlett Pruzza describiendo la emisioacuten de CO2 por las plantas en oscuridad y estableciendo que esta emisioacuten era menor que su asimilacioacuten en condiciones de iluminacioacuten Ingeshousz tambieacuten supone que la emisioacuten de oxiacutegeno por parte de las plantas procede en uacuteltimo teacutermino del agua aunque no sabe encontrar una explicacioacuten para este fenoacutemeno y habla de una lsquotransmutacioacutenrsquo (se debe antildeadir que en esta eacutepoca no se conociacutea auacuten la naturaleza quiacutemica del agua)
En la misma liacutenea de los autores anteriores Jean Senebier ginebrino realiza nuevos experimentos que establecen la necesidad de la luz para que se produzca la asimilacioacuten de anhiacutedrido carboacutenico y el desprendimiento de oxiacutegeno Tambieacuten establece que auacuten en condiciones de iluminacioacuten si no se suministra CO2 no se registra desprendimiento de oxiacutegeno J Senebier sin embargo opinaba en contra de las teoriacuteas desarrolladas y confirmadas maacutes adelante que la fuente de anhiacutedrido carboacutenico para la planta proveniacutea del agua y no del aire
Otro autor suizo Th de Saussure demostrariacutea experimentalmente que el pipeteo de la papa constituye un proceso baacutesico en la fotosiacutentesis y que el aumento de biomasa depende de la fijacioacuten de anhiacutedrido carboacutenico (que puede ser tomado directamente del aire por las hojas) y del agua Tambieacuten realiza estudios sobre la respiracioacuten en plantas y concluye que junto con la emisioacuten de anhiacutedrido carboacutenico hay una peacuterdida de agua y una generacioacuten de calor Finalmente de Saussure describe la necesidad de la nutricioacuten mineral de las plantas
El quiacutemico alemaacuten J von Liebig es uno de los grandes promotores tanto del conocimiento actual sobre Quiacutemica Orgaacutenica como sobre Fisiologiacutea Vegetal imponiendo el punto de vista de los organismos como entidades compuestas por productos quiacutemicos y la importancia de las reacciones quiacutemicas en los procesos vitales Confirma las teoriacuteas expuestas previamente por de Saussure matizando que si bien la fuente de carbono procede del CO2 atmosfeacuterico el resto de los nutrientes provienen del suelo
La denominacioacuten como clorofila de los pigmentos fotosinteacuteticos fue acuntildeada por Pelletier y Caventou a comienzos del siglo XIX Dutrochet describe la entrada de CO2 en la planta a traveacutes de los estomas y determina que solo las ceacutelulas que contienen clorofila son productoras de oxiacutegeno H von Mohl maacutes tarde asociariacutea la presencia de almidoacuten con la de clorofilas y describiriacutea la estructura de los estomas Sachs a su vez relacionoacute la presencia de clorofila con cuerpos subcelulares que se pueden alargar y dividir asiacute como que la formacioacuten de almidoacuten estaacute asociada con la iluminacioacuten y que esta sustancia desaparece en oscuridad o cuando los estomas son ocluidos A Sachs se debe la formulacioacuten de la ecuacioacuten baacutesica de la fotosiacutentesis
6 CO2 + 6 H2O rarr C6H12O6 + 6 O2
Schimper dariacutea el nombre de cloroplastos a los cuerpos coloreados de Sachs y describiriacutea los aspectos baacutesicos de su estructura tal como se podiacutea detectar con microscopiacutea oacuteptica En el uacuteltimo tercio del siglo XIX se sucederiacutean los esfuerzos por establecer las propiedades fiacutesico-quiacutemicas de las clorofilas y se comienzan a estudiar los aspectos eco fisioloacutegico de la fotosiacutentesis
Fase fotoquiacutemica
La energiacutea luminosa que absorbe la clorofila se transmite a los electrones externos de la moleacutecula los cuales escapan de la misma y producen una especie de corriente eleacutectrica en el interior del cloroplasto al incorporarse a la cadena de transporte de electrones Esta energiacutea puede ser empleada en la siacutentesis de ATP mediante la fotofosforilacioacuten y en la siacutentesis de NADPH Ambos compuestos son necesarios para la siguiente fase o Ciclo de Calvin donde se sintetizaraacuten los primeros azuacutecares que serviraacuten para la produccioacuten de sacarosa y almidoacuten Los electrones que ceden las clorofilas son repuestos mediante la oxidacioacuten del H2O proceso en el cual se genera el O2 que las plantas liberan a la atmoacutesfera
Existen dos variantes de fotofosforilacioacuten aciacuteclica y ciacuteclica seguacuten el traacutensito que sigan los electrones a traveacutes de los foto sistemas Las consecuencias de seguir un tipo u otro estriban principalmente en la produccioacuten o no de NADPH y en la liberacioacuten o no de O2
Fotofosforilacioacuten aciacuteclica
Estructura de un fotosistema
Este proceso permite la formacioacuten de ATP y la reduccioacuten de NADP+ a NADPH + H
+ y necesita de la
energiacutea de la luz como ya se ha dicho Se realiza gracias a los llamados foto sistemas que se encuentran en la membrana de los tilacoides (en los cloroplastos) Estos estaacuten formados por dos partes
Antena donde se agrupan los pigmentos antena junto con proteiacutenas y cuya funcioacuten es captar
la energiacutea de los fotones para transmitirla al pigmento diana y el centro de reaccioacuten Este esta formado por proteiacutenas y por pigmentos encontraacutendose en eacutel el llamado pigmento diana que es
aquel que recibe la energiacutea de excitacioacuten de la antena energiacutea que sirve para excitar y liberar electrones Aquiacute tambieacuten se encuentra el primer dador de electrones que repone los electrones al pigmento diana
Primer aceptor que recibe los electrones liberados
Hay dos tipos de foto sistemas
Fotosistema I que se encuentra sobre todo en los tilacoides de estroma y cuyo pigmento diana
es la clorofila P700
Fotosistema II que se encuentra sobre todo en los grana y cuyo pigmento diana es la clorofila
P680
Proceso
El proceso de la fase luminosa supuesto para dos electrones es el siguiente Los fotones inciden sobre el fotosistema II excitando y liberando dos electrones que pasan al primer aceptor de electrones la feofitina Los electrones los repone el primer dador de electrones el dador Z con los electrones procedentes de la fotoacutelisis del agua en el interior del tilacoide (la moleacutecula de agua se divide en 2H
+ + 2e
-
+ 12O2) Los protones de la fotoacutelisis se acumulan en el interior del tilacoide y el oxiacutegeno es liberado
Los electrones pasan a una cadena de transporte de electrones que invertiraacute su energiacutea liberada en la siacutentesis de ATP iquestCoacutemo La teoriacutea quimioosmoacutetica nos lo explica de la siguiente manera los electrones son cedidos a las plastoquinonas las cuales captan tambieacuten dos protones del estroma Los electrones y los protones pasan al complejo de citocromos bf que bombea los protones al interior del tilacoide Se consigue asiacute una gran concentracioacuten de protones en el tilacoide (entre eacutestos y los resultantes de la fotoacutelisis del agua) que se compensa regresando al estroma a traveacutes de las proteiacutenas ATP-sintasas que invierten la energiacutea del paso de los protones en sintetizar ATP La siacutentesis de ATP en la fase fotoquiacutemica se denomina fotofosforilacioacuten
Los electrones de los citocromos pasan a la plastocianina que los cede a su vez al fotosistema I Con la energiacutea de la luz los electrones son de nuevo liberados y captados por el aceptor A0 De ahiacute pasan a traveacutes de una serie de filoquinonas hasta llegar a la ferredoxina Eacutesta moleacutecula los cede a la enzima NADP
+-reductasa que capta tambieacuten dos protones del estroma Con los dos protones y los dos
electrones reduce un NADP+ en NADPH + H
+
El balance final es por cada moleacutecula de agua (y por cada cuatro fotones) se forman media moleacutecula de oxiacutegeno 13 moleacuteculas de ATP y un NADPH + H
+
Foto fosforilacioacuten ciacuteclica
Tiene lugar al mismo tiempo que la aciacuteclica En ella soacutelo interviene el foto sistema I Los electrones liberados despueacutes de llegar a la ferredoxina pasan a las plastoquinonas y siguen la cadena de transporte de electrones hasta regresar a la plastocianina y al fotosistema I Por tanto se genera ATP en lugar de NADPH Sirve para compensar el hecho de que en la fotofosforilacioacuten aciacuteclica no se genera suficiente ATP para la fase oscura
Fase bioquiacutemica o ciclo de Calvin biosiacutentesis orgaacutenica
Esquema simplificado del ciclo de Calvin-Benson
La fase bioquiacutemica o ciclo de Calvin o ciclo reductivo de las pentosas-fosfato consiste en un ciclo de reacciones quiacutemicas en las que se incorpora el CO2 de la atmoacutesfera en moleacuteculas orgaacutenicas y se originan triosas fosfato los primeros azuacutecares previos a la formacioacuten de sacarosa y almidoacuten Durante este ciclo se
emplean el ATP y el NADPH producidos en la etapa fotoquiacutemica Se divide en tres etapas carboxilacioacuten reduccioacuten y regeneracioacuten
Este ciclo comienza con una pentosa la ribulosa-15-fosfato que se carboxila con el CO2 y se descompone en dos moleacuteculas de aacutecido-3-fosfogliceacuterico Con el gasto de un ATP el aacutecido-3-fosfogliceacuterico se fosforila en aacutecido-13-bifosfogliceacuterico Eacuteste se reduce con el NADPH y se libera una moleacutecula de aacutecido fosfoacuterico formaacutendose el gliceraldehido-3-fosfato La moleacutecula formada puede seguir ahora dos viacuteas una es dar lugar a maacutes ribulosa-15-fosfato para seguir el ciclo y la otra es dar lugar a los distintos principios inmediatos glucosa o fructosa almidoacuten y a partir de ellos los demaacutes gluacutecidos y los liacutepidos proteiacutenas y nucleoacutetidos que requiere la ceacutelula
Hay que destacar que tanto la fase fotoquiacutemica como la fase biosinteacutetica se producen a la vez Son inseparables ya que los productos de la fase fotoquiacutemica son empleados en la fase biosinteacutetica Por otro lado al consumir en la fase biosinteacutetica el ATP y NADPH se obtienen ADP y NADP
+ para la fase
fotoquiacutemica Para asegurar que ambas fases se produzcan a la vez existe una fuerte fotorregulacioacuten sobre las enzimas del ciclo de Calvin para que esteacuten activas por el diacutea e inactivas por la noche en especial sobre la enzima rubisco No obstante existe una variante de fotosiacutentesis presente en ciertas plantas que permite separar la fijacioacuten del CO2 de la fase fotoquiacutemica Se trata de la fotosiacutentesis tipo CAM empleada por plantas adaptadas a climas deseacuterticos para evitar que se abran las estomas por el diacutea para fijar el CO2 con la consiguiente peacuterdida de agua
Divisioacuten celular
Comparacioacuten de tres tipos de reproduccioacuten celular
Definicioacuten
La divisioacuten celular es la parte del ciclo
celular en la que una ceacutelula inicial (llamada madre) se divide en dos para formar dos ceacutelulas hijas Gracias a la divisioacuten celular se produce el crecimiento de los organismos pluricelulares con el crecimiento de los tejidos y la reproduccioacuten vegetativa en seres unicelulares
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas
Tipos de divisioacuten celular
Biparticioacuten la divisioacuten de la ceacutelula madre en dos ceacutelulas hijas cada nueva ceacutelula es un nuevo individuo
con estructuras y funciones ideacutenticas a la ceacutelula madre Este tipo de reproduccioacuten la presentan organismos como bacterias amebas y algunas algas
Gemacioacuten se presenta cuando unos nuevos individuos se producen a partir de yemas El proceso de
gemacioacuten es frecuente en esponjas celenterios briozoos En una zona o varias del organismo progenitor
se produce una evaginacioacuten o yema que se va desarrollando y en un momento dado sufre una constriccioacuten en la base y se separa del progenitor comenzando su vida como nuevo ser Las yemas hijas pueden presentar otras yemas a las que se les denomina yemas secundarias En algunos organismos se pueden formar colonias cuando las yemas no se separan del organismo progenitor En las formas maacutes evolucionadas de briozoos se observa en el proceso de gemacioacuten que se realiza de forma maacutes complicado
El nuacutemero de individuos de una colonia la manera en que estaacuten agrupados y su grado de diferenciacioacuten variacutea y a menudo es caracteriacutestica de una especie determinada Los briozoos pueden originar nuevos individuos sobre unas prolongaciones llamados estolones y al proceso se le denomina estolonizacioacuten
Ciertas especies de animales pueden tener gemacioacuten interna yemas que sobreviven en condiciones desfavorables gracias a una envoltura protectora En el caso de las esponjas de agua dulce las yemas tienen una caacutepsula protectora y en el interior hay sustancia de reserva Al llegar la primavera se pierde la caacutepsula protectora y a partir de la yema surge la nueva esponja En los briozoos de agua dulce se produce una capa de quitina y de calcio y no necesitan sustancia de reserva pues se encuentra en estado de hibernacioacuten
Esporulacioacuten la esporulacioacuten o esporo geacutenesis consiste en un proceso de diferenciacioacuten celular para
llegar a la produccioacuten de ceacutelulas reproductivas dispersivas de resistencia llamadas esporas Este proceso ocurre en hongos amebas liacutequenes algunos tipos de bacterias protozoos esporozoos (como el Plasmodium causante de malaria) y es frecuente en vegetales (especialmente algas musgos y helechos) grupos de muy diferentes oriacutegenes evolutivos pero con semejantes estrategias reproductivas todos ellos pueden recurrir a la formacioacuten ceacutelulas de resistencia para favorecer la dispersioacuten Durante la esporulacioacuten se lleva a cabo la divisioacuten del nuacutecleo en varios fragmentos y por una divisioacuten celular asimeacutetrica una parte del citoplasma rodea cada nuevo nuacutecleo dando lugar a las esporas Dependiendo de cada especie se puede producir un nuacutemero parciable de esporas y a partir de cada una de ellas se desarrollaraacute un individuo independiente
Procesos de divisioacuten celular
Fisioacuten binaria es la forma de divisioacuten celular de las ceacutelulas procariotas
Mitosis es la forma maacutes comuacuten de la divisioacuten celular en las ceacutelulas eucariotas Una ceacutelula que ha
adquirido determinados paraacutemetros o condiciones de tamantildeo volumen almacenamiento de energiacutea factores medioambientales puede replicar totalmente su dotacioacuten de ADN y dividirse en dos ceacutelulas hijas normalmente iguales Ambas ceacutelulas seraacuten diploides o haploide dependiendo de la ceacutelula madre
Meiosis es la divisioacuten de una ceacutelula diploide en cuatro ceacutelulas haploide Esta divisioacuten celular se
produce en organismos multicelulares para producir gametos haploide que pueden fusionarse despueacutes para formar una ceacutelula diploide llamada zigoto en la fecundacioacuten
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas Las ceacutelulas cancerosas son inmortales Una enzima llamada telomerasa permite a estas ceacutelulas dividirse indefinidamente
La caracteriacutestica principal de la divisioacuten celular en organismos eucariotas es la conservacioacuten de los
mecanismos geneacuteticos del control del ciclo celular y de la divisioacuten celular puesto que se ha mantenido praacutecticamente inalterable desde organismos tan simples como las levaduras a criaturas tan complejas como el ser humano a lo largo de la evolucioacuten bioloacutegica
Factores que explican la divisioacuten celular
Una teoriacutea afirma que existe un momento en el que la ceacutelula comienza a crecer mucho lo que hace que disminuya la proporcioacuten aacutereavolumen Cuando el aacuterea de la membrana plasmaacutetica de la ceacutelula es mucho maacutes pequentildea en relacioacuten con el volumen total de eacutesta se presentan dificultades en la reabsorcioacuten y en el transporte de nutrientes siendo asiacute necesario que se produzca la divisioacuten celular
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular constituye el proceso maacutes importante dentro de la ceacutelula el cual abordaremos en
pequentildea medida pero de manera significativa
Esta investigacioacuten toma en cuenta a todos aquellos que de alguna manera participan aunque sea de
forma miacutenima en la respiracioacuten celular
Hablar de respiracioacuten celular es referirnos a un proceso bioquiacutemico del cual nos ramificaremos a dos tipos
de respiracioacuten celular aeroacutebica y anaeroacutebica
En este proceso interfieren factores quiacutemicos capaces de ser procesados dentro de las ceacutelulas y que en
gran medida constituyen las bases para que la respiracioacuten celular se lleve a cabo
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular es el conjunto de reacciones bioquiacutemicas que ocurren en la mayoriacutea de las ceacutelulas
Tambieacuten es el conjunto de reacciones quiacutemicas mediante las cuales se obtiene energiacutea a partir de la
degradacioacuten de sustancias orgaacutenicas como los azuacutecares y los aacutecidos principalmente
Comprende dos fases
PRIMERA FASE
Se oxida la glucosa (azuacutecar) y no depende del oxiacutegeno por lo que recibe el nombre de respiracioacuten
anaeroacutebica y glicoacutelisis reaccioacuten que se lleva a cabo en el citoplasma de la ceacutelula
SEGUNDA FASE
Se realiza con la intervencioacuten del oxiacutegeno y recibe el nombre de respiracioacuten aeroacutebica o el ciclo de krebs y
se realiza en estructuras especiales de las ceacutelulas llamadas mitocondrias
Tanto que es una parte del metabolismo concretamente del catabolismo en el cual la energiacutea contenida
en distintas biomoleacuteculas como los gluacutecidos (azuacutecares carbohidratos) es liberado de manera controlada
IMPORTANCIA
- Crecimiento
- Transporte activo de sustancias energeacuteticas
- Movimiento ciclosis
- Regeneracioacuten de ceacutelulas
- Siacutentesis de proteiacutenas
- Divisioacuten de ceacutelulas
TIPOS DE RESPIRACIOacuteN CELULAR
RESPIRACIOacuteN ANAEROacuteBICA
La respiracioacuten anaeroacutebica es un proceso bioloacutegico de oxidorreduccioacuten de azuacutecares y otros compuestos
Lo realizan exclusivamente algunos grupos de bacterias
En la respiracioacuten anaeroacutebica no se usa oxiacutegeno sino para la misma funcioacuten se emplea otra sustancia
oxidante distinta como el sulfato No hay que confundir la respiracioacuten anaeroacutebica con la fermentacioacuten
aunque estos dos tipos de metabolismo tienen en comuacuten el no ser dependiente del oxigeno
Todos los posibles aceptores en la respiracioacuten anaeroacutebica tienen un potencial de reduccioacuten menor que el
O2 por lo que se genera menor energiacutea en el proceso
ETAPAS
Glucoacutelisis
Fermentacioacuten
GLUCOacuteLISIS- Tambieacuten denominado glicoacutelisis es la secuencia metaboacutelica en la que se oxida en la
glucoacutelisis cuando hay ausencia de oxiacutegeno la glucoacutelisis es la uacutenica viacutea que produce ATP en los animales
Estaacute presente en todas las formas de viacuteas actuales Es la primera parte del metabolismo energeacutetico y en
las ceacutelulas eucariotas en donde ocurre el citoplasma
Por lo tanto es una secuencia compleja de reacciones que se efectuacutean en el citosol de una ceacutelula
mediante las cuales una moleacutecula de glucosa se desdobla en dos moleacuteculas de acido piruvico De manera
que la glicoacutelisis consta de dos pasos principales
Activacioacuten de la glucosa
Produccioacuten de energiacutea
IMPORTANCIA Permite a los muacutesculos esqueleacuteticos realizar su contraccioacuten
FERMENTACIOacuteN- Es un proceso cataboacutelico de oxidacioacuten completa siendo el producto final de
un compuesto orgaacutenico La fermentacioacuten tiacutepica es llevada acabo por las levaduras Tambieacuten
unos metazoos y plantas menores son capaces de producirla
El proceso de fermentacioacuten anaeroacutebica se produce en la ausencia de oxigeno como aceptor final
de los electrones del NADH producido en la glucoacutelisis
En los seres vivos la fermentacioacuten es un proceso anaeroacutebico y en el no interviene la cadena
respiratoria que son propios del micro organismo como las bacterias y levaduras
Ademaacutes en la industria de la fermentacioacuten puede ser oxidativa es decir como presencia de
oxigeno pero es una oxidacioacuten aeroacutebica incompleta como la produccioacuten de acido aceacutetico a partir
del etanol
La fermentacioacuten puede ser naturales cuando las condiciones ambientales permitan la interaccioacuten
del microorganismo sustratos orgaacutenicos susceptibles o artificiales cuando el hombre propicia
condiciones y en contacto referido
USOS
El conocimiento de la dieta a traveacutes del desarrollo de una diversidad de sabores aromas y
texturas en los substratos de los alimentos
Preservacioacuten de cantidades substanciales de alimentos a traveacutes del acido laacutecteo alcohoacutelico
acido aceacutetico y fermentacioacuten alcalinas
La fermentacioacuten tiene algunos usos exclusivos para los alimentos pueden producir nutrientes
importantes o eliminar auto nutrientes
TIPOS DE FERMENTACIOacuteN
Fermentacioacuten aceacutetica
Fermentacioacuten alcohoacutelica
Fermentacioacuten butirica
Fermentacioacuten de la glicerina
Fermentacioacuten laacutectica
Fermentacioacuten putrica
RESPIRACIOacuteN AEROacuteBICA
Es un tipo de metabolismo energeacutetico en el que los seres vivos extraen energiacutea de moleacuteculas
orgaacutenicas como la glucosa por un proceso complejo en donde el carbono queda oxidado y en el
que el aire es el oxidante empleado
La respiracioacuten aeroacutebica es propia de los organismos eucariontes en general y de algunos tipos
de bacterias
La susecion de reacciones quiacutemicas que ocurren dentro de las ceacutelulas mediante las cuales se
realiza las descomposiciones finales de las moleacuteculas en los alimentos y en la que se produce CO2 y
H2O
Se realiza solo en el proceso de oxigeno Consiste en la degradacioacuten de los piruvatos producidos
durante la glucosis hasta CO2 y H2O como obtencioacuten de 34 a 36 ATP
IMPORTANCIA
Participa en la respiracioacuten celular formando ATP
REACCIONES AEROacuteBICAS
Las reacciones aeroacutebicas ocurre en la mitocondria y son
1 Formacioacuten del acetilo
2 Transferencia del acetilo Actividades en matriz
3 Ciclo de krebs
4 Transporte de electrones
Cadena respiratoria
5 Fosforilacioacuten oxidativa (actividad de crestas)
LA MITOCONDRIA Y SUS PARTES
CICLO DE KREBS
Propuesto por Hans A Krebs en 1937 quien descubrioacute el ciclo estudiando suspensiones de papillas del
muacutesculo pectoral de la paloma que presentaba un elevado ritmo respiratorio
El ciclo de krebs (tambieacuten llamado ciclo del acido ciacutetrico o ciclo de lso aacutecidos tricarboxilicos) es una serie
de reacciones quiacutemicos de gran importancia que forman parte de la respiracioacuten celular en toda las ceacutelulas
aeroacutebicas es decir que utilizan oxigeno En organismo aeroacutebico el ciclo de krebs es parte de la viacutea
cataboacutelica que realizan oxidacioacuten de hidratos de carbono aacutecidos graos y aminoaacutecidos hasta producir CO2
y H2O liberando energiacutea en forma utilizable
El ciclo de krebs tambieacuten proporciona recurso para muchas biomoleculas tales como ciertos aacutenimos
aacutecidos Por ello se considera una viacutea anfibolica es decir que es cataboacutelico y anaboacutelica al mismo tiempo
UBICACIOacuteN
Tiene lugar en tres partes
Matriz mitocondrial
En las eucariotas
En el citoplasma de eucariotas
CICLO DE KREBS
Transporte a traveacutes de la membrana celular
La ceacutelula necesita este proceso porque es importante para esta expulsar de su interior los desechos del metabolismo y adquirir nutrientes del liacutequido extracelular gracias a la capacidad de la membrana celular que permite el paso o salida de manera selectiva de algunas sustancias Las viacuteas de transporte a traveacutes de la membrana celular y los mecanismos baacutesicos para las moleacuteculas de pequentildeo tamantildeo son
Transporte pasivo o difusioacuten
El transporte pasivo es el intercambio simple de moleacuteculas de una sustancia a traveacutes de la membrana plasmaacutetica durante el cual no hay gasto de energiacutea que aporta la ceacutelula debido a que va a favor del gradiente de concentracioacuten o a favor de gradiente de carga eleacutectrica es decir de un lugar donde hay una gran concentracioacuten a uno donde hay menor El proceso celular pasivo se realiza por difusioacuten En siacute es el cambio de un medio de mayor concentracioacuten (medio hipertoacutenico) a otro de menor concentracioacuten (un medio hipotoacutenico)
Difusioacuten simple
Algunas sustancias pasan al interior o al exterior de las ceacutelulas a traveacutes de una membrana semipermeable y se mueven dentro de eacutestas por Difusioacuten simple siendo un proceso fiacutesico basado en el movimiento al azar La difusioacuten es el movimiento de aacutetomos moleacuteculas o iones de una regioacuten de mayor concentracioacuten a una de menor concentracioacuten sin requerir gasto de energiacutea La difusioacuten implica no soacutelo el movimiento al azar de las partiacuteculas hasta lograr la homogeacutenea distribucioacuten de las mismas (y esto ocurre cuando las partiacuteculas que azarosamente vienen se equiparan con las que azarosamente van) sino tambieacuten el homogeacuteneo potencial quiacutemico del fluido ya que de existir una membrana semipermeable que particiones un fluido en dos de distinto potencial quiacutemico se generaraacute una presioacuten osmoacutetica desde el potencial quiacutemico mayor (pe solvente puro) hacia el menor (pe solvente y soluto) hasta que ambas particiones se equiparen o la presioacuten hidrostaacutetica equilibre la presioacuten osmoacutetica
1
Difusioacuten facilitada
Es el movimiento de moleacuteculas maacutes grandes que no pueden pasar a traveacutes de la membrana plasmaacutetica y necesita ayuda de una proteiacutena u otros mecanismos (exocitosis) para pasar al otro lado Tambieacuten se llama difusioacuten mediada por portador porque la sustancia transportada de esta manera no suele poder atravesar la membrana sin una proteiacutena portadora especiacutefica que le ayude Se diferencia de la difusioacuten simple a traveacutes de conductos en que mientras que la magnitud de difusioacuten de la difusioacuten simple se incrementa de manera proporcional con la concentracioacuten de la sustancia que se difunde en la difusioacuten facilitada la magnitud de difusioacuten se aproxima a un maacuteximo (Vmax) al aumentar la concentracioacuten de la sustancia
Filtracioacuten O Dialisis
La filtracioacuten o diaacutelisis es el movimiento de agua y moleacuteculas disueltas a traveacutes de la membrana debido a la presioacuten hidrostaacutetica generada por el sistema cardiovascular Dependiendo del tamantildeo de los poros de la membrana soacutelo los solutos con un determinado tamantildeo pueden pasar a traveacutes de la membrana Por ejemplo los poros de la membrana de la caacutepsula de Bowman en los glomeacuterulos renales son muy pequentildeos y soacutelo la albuacutemina la maacutes pequentildea de las proteiacutenas tienen la capacidad de ser filtrada a traveacutes de ella Por otra parte los poros de las membranas de los hepatocitos son extremadamente grandes por lo que una gran variedad de solutos pueden atravesarla
Oacutesmosis
La oacutesmosis es un tipo especial de transporte pasivo en el cual soacutelo las moleacuteculas de agua son transportadas a traveacutes de la membrana El movimiento de agua se realiza desde un punto en que hay mayor concentracioacuten a uno de menor para igualar concentraciones De acuerdo al medio en que se encuentre una ceacutelula la oacutesmosis variacutea La funcioacuten de la osmosis es mantener hidratada a la membrana celular Dicho proceso no requiere gasto de energiacutea En otras palabras la oacutesmosis u osmosis es un fenoacutemeno consistente en el paso del solvente de una disolucioacuten desde una zona de baja concentracioacuten de soluto a una de alta concentracioacuten del soluto separadas por una membrana semipermeable Se relaciona con el movimiento browniano
Oacutesmosis en una ceacutelula animal
En un medio isotoacutenico hay un equilibrio dinaacutemico es decir el paso constante de agua
En un medio hipotoacutenico la ceacutelula absorbe agua hinchaacutendose y hasta el punto en que puede estallar dando origen a la citoacutelisis
En un medio hipertoacutenico la ceacutelula elimina agua y se arruga llegando a deshidratarse y se muere esto se llama crenacioacuten
Oacutesmosis en una ceacutelula vegetal [editar]
En un medio isotoacutenico hay un equilibrio dinaacutemico
En un medio hipotoacutenico la ceacutelula absorbe agua y sus vacuolas se llenan aumentando la presioacuten de turgencia
En un medio hipertoacutenico la ceacutelula elimina agua y el volumen de la vacuola disminuye produciendo que la membrana plasmaacutetica se despegue de la pared celular ocurriendo la plasmoacutelisis
Transporte activo
Consiste en el transporte de sustancias en contra de un gradiente de concentracioacuten para lo cual se requiere un gasto energeacutetico En la mayor parte de los casos este transporte activo se realiza a expensas de un gradiente de H
+ (potencial electroquiacutemico de protones) previamente creado a ambos lados de la
membrana por procesos de respiracioacuten y fotosiacutentesis por hidroacutelisis de ATP mediante ATP hidrolasas de membrana (F1F0) El transporte activo variacutea la concentracioacuten intracelular y ello da lugar un nuevo movimiento osmoacutetico de rebalanceo por hidratacioacuten Los sistemas de transporte activo son los maacutes abundantes entre las bacterias y se han seleccionado evolutivamente debido a que en sus medios naturales la mayoriacutea de los procariotas se encuentran de forma permanente o transitoria con una baja concentracioacuten de nutrientes
Los sistemas de transporte activo estaacuten basados en permeasas especiacuteficas e inducibles El modo en que se acopla la energiacutea metaboacutelica con el transporte del soluto auacuten no estaacute dilucidado pero en general se maneja la hipoacutetesis de que las permeasas una vez captado el sustrato con gran afinidad experimentan un cambio conformacioacuten al dependiente de energiacutea que les hace perder dicha afinidad lo que supone la liberacioacuten de la sustancia al interior celular
El transporte activo de moleacuteculas a traveacutes de la membrana celular se realiza en direccioacuten ascendente o en contra de un gradiente de concentracioacuten (Gradiente quiacutemico) o en contra un gradiente eleacutectrico de presioacuten (gradiente electroquiacutemico) es decir es el paso de sustancias desde un medio poco concentrado a un medio muy concentrado Para desplazar estas sustancias contra corriente es necesario el aporte de energiacutea procedente del ATP Las proteiacutenas portadoras del transporte activo poseen actividad ATPasa que significa que pueden escindir el ATP (Adenosin Tri Fosfato) para formar ADP (dos Fosfatos) o AMP (un Fosfato) con liberacioacuten de energiacutea de los enlaces fosfato de alta energiacutea Comuacutenmente se observan tres tipos de transportadores
Uniportadores son proteiacutenas que transportan una moleacutecula en un solo sentido a traveacutes de la membrana
Antiportadores incluyen proteiacutenas que transportan una sustancia en un sentido mientras que simultaacuteneamente transportan otra en sentido opuesto
Simportadores son proteiacutenas que transportan una sustancia junto con otra frecuentemente un protoacuten (H
+)
Transporte activo primario Bomba de sodio y potasio
Se encuentra en todas las ceacutelulas del organismo encargada de transportar los iones potasio que logran entrar a las ceacutelulas hacia el interior de eacutestas dando una carga interior negativa y al mismo tiempo bombea iones sodio desde el interior hacia el exterior de la ceacutelula (axoplasma) sin embargo el nuacutemero de iones Na
+ (con carga positiva) no sobrepasa al de iones con carga negativa dando por resultado una carga
interna negativa En caso particular de las neuronas en estado de reposo esta diferencia de cargas a ambos lados de la membrana se llama potencial de membrana o de reposo
Transporte activo secundario o cotransporte
Es el transporte de sustancias que normalmente no atraviesan la membrana celular tales como los aminoaacutecidos y la glucosa cuya energiacutea requerida para el transporte deriva del gradiente de concentracioacuten de los iones sodio de la membrana celular (Bomba GlucosaSodio ATPasa)
Bomba de calcio Es una proteiacutena de la membrana celular de todas las ceacutelulas eucariotas Su
funcioacuten consiste en transportar calcio ioacutenico (Ca2+
) hacia el exterior de la ceacutelula gracias a la energiacutea proporcionada por la hidroacutelisis de ATP con la finalidad de mantener la baja concentracioacuten de Ca
2+ en el citoplasma que es unas diez mil veces menor que en el medio
externo necesaria para el normal funcionamiento celular Se sabe que las variaciones en la concentracioacuten intracelular del Ca
2+ (segundo mensajero) se producen como respuesta a diversos
estiacutemulos y estaacuten involucradas en procesos como la contraccioacuten muscular la expresioacuten geneacutetica la diferenciacioacuten celular la secrecioacuten y varias funciones de las neuronas Dada la variedad de procesos metaboacutelicos regulados por el Ca
2+ un aumento de la concentracioacuten de Ca
2+ en el
citoplasma puede provocar un funcionamiento anormal de los mismos Si el aumento de la concentracioacuten de Ca
2+ en la fase acuosa del citoplasma se aproxima a un deacutecimo de la del medio
externo el trastorno metaboacutelico producido conduce a la muerte celular El calcio es el mineral maacutes abundante del organismo ademaacutes de cumplir muacuteltiples funciones
Transporte de macromoleacuteculas o partiacuteculas
Las macromoleacuteculas o partiacuteculas grandes se introducen o expulsan de la ceacutelula por dos mecanismos
Endocitosis
La endocitosis es el proceso celular por el que la ceacutelula mueve hacia su interior moleacuteculas grandes o partiacuteculas englobaacutendolas en una invaginacioacuten de su membrana citoplasmaacutetica formando una vesiacutecula que luego se desprende de la pared celular e incorpora al citoplasma Esta vesiacutecula llamada endosoma luego se fusiona con un lisosoma que realizaraacute la digestioacuten del contenido vesicular
Existen dos procesos
Pinocitosis consiste en la ingestioacuten de liacutequidos y solutos mediante pequentildeas vesiacuteculas
Fagocitosis consiste en la ingestioacuten de grandes partiacuteculas que se engloban en grandes vesiacuteculas (fagosomas) que se desprenden de la membrana celular
Endocitosis mediada por receptor es de tipo especiacutefica captura macromoleacuteculas especiacuteficas del
ambiente fijaacutendose a traveacutes de proteiacutenas ubicadas en las membranas plasmaacuteticas (especificas) Una vez que se unen a dicho receptor forman las vesiacuteculas y las transportan al interior de la ceacutelula La endocitosis mediada por receptor resulta ser un proceso raacutepido y eficiente
Exocitosis
Es la expulsioacuten de sustancias como la insulina a traveacutes de la fusioacuten de vesiacuteculas con la membrana celular
La exocitosis es el proceso celular por el cual las vesiacuteculas situadas en el citoplasma se fusionan con la membrana citoplasmaacutetica liberando su contenido
La exocitosis se observa en muy diversas ceacutelulas secretoras tanto en la funcioacuten de excrecioacuten como en la funcioacuten endocrina
Tambieacuten interviene la exocitosis en la secrecioacuten de un neurotransmisor a la brecha sinaacuteptica para posibilitar la propagacioacuten del impulso nervioso entre neuronas La secrecioacuten quiacutemica desencadena una despolarizacioacuten del potencial de membrana desde el axoacuten de la ceacutelula emisora hacia la dendrita (u otra parte) de la ceacutelula receptora Este neurotransmisor seraacute luego recuperado por endocitosis para ser reutilizado Sin este proceso se produciriacutea un fracaso en la transmisioacuten del impulso nervioso entre neuronas
CEacuteLULA VEGETAL
Todos los organismos vivos estaacuten compuestos por ceacutelulas El ingleacutes Robert Hooke en 1665 realizoacute cortes finos de una muestra de corcho y observoacute usando un microscopio rudimentario unos pequentildeos compartimentos que no eran maacutes que las paredes celulares de esas ceacutelulas muertas y las llamoacute ceacutelulas (del latiacuten cellula que significa habitacioacuten pequentildea ) ya que eacuteste tejido le recordaba las celdas pequentildeas que habitaban los monjes de aquella eacutepoca No fue sino hasta el siglo XIX que dos cientiacuteficos alemanes el botaacutenico Matthias Jakob Schleiden y el zoologo Theodor Schwann enunciaron en 1839 la primera teoriacutea celular Todas las plantas y animales estaacuten compuestos por grupos de ceacutelulas y eacutestas son la unidad baacutesica de todos los organismos vivos Esta teoriacutea fue completada en 1855 por Rudolph Virchow quien establecioacute que las ceacutelulas nuevas se formaban a partir de ceacutelulas preexistentes ( omni cellula e cellula ) En otras palabras las ceacutelulas no se pueden formar por generacioacuten espontaacutenea a partir de materia inerte
Ceacutelula fijada con KMnO4
En la frontera de lo viviente se han descubierto seres aun maacutes pequentildeos los virus que crecen y se reproducen solamente cuando parasitan otra ceacutelula Podemos afirmar que no hay vida sin ceacutelula Al igual que un edificio las ceacutelulas son los bloques de construccioacuten de un organismo La ceacutelula es la unidad maacutes pequentildea de materia viva capaz de llevar a cabo todas las actividades necesarias para el mantenimiento de la vida
La teoriacutea celular actualmente se puede resumir de la siguiente forma
1 Todos los organismos vivos estaacuten formados por ceacutelulas y productos celulares
2 Soacutelo se forman ceacutelulas nuevas a partir de ceacutelulas preexistentes
3 La informacioacuten geneacutetica que se necesita durante la vida de las ceacutelulas y la que se requiere para la produccioacuten de nuevas ceacutelulas se transmite de una generacioacuten a la siguiente
4 Las reacciones quiacutemicas de un organismo esto es su metabolismo tienen lugar en las ceacutelulas
CEacuteLULAS VEGETALES Y ANIMALES
Tanto las ceacutelulas de las plantas como las de los animales son eucarioacuteticas sin embargo presentan algunas diferencias
1 Las ceacutelulas vegetales presentan una pared celular celuloacutesica riacutegida que evita cambios de forma y posicioacuten
2 Las ceacutelulas vegetales contienen plastidios estructuras rodeadas por una membrana que sintetizan y almacenan alimentos Los maacutes comunes son los cloroplastos
3 Casi todas las ceacutelulas vegetales poseen vacuolas que tienen la funcioacuten de transportar y almacenar nutrientes agua y productos de desecho
4 Las ceacutelulas vegetales complejas carecen de ciertos organelos como los centriacuteolos y los lisosomas
Fotosiacutentesis
Una hoja el lugar principal en el que se desarrolla la fotosiacutentesis en las plantas
La fotosiacutentesis del griego antiguo φωτο (foto) luz y σύνθεσις (siacutentesis) unioacuten es la base de la vida
actual en la Tierra Proceso mediante el cual las plantas algas y algunas bacterias captan y utilizan la energiacutea de la luz para transformar la materia inorgaacutenica de su medio externo en materia orgaacutenica que utilizaraacuten para su crecimiento y desarrollo
Los organismos capaces de llevar a cabo este proceso se denominan fotoautoacutetrofos y ademaacutes son capaces de fijar el CO2 atmosfeacuterico (lo que ocurre casi siempre) o simplemente autoacutetrofos Salvo en algunas bacterias en el proceso de fotosiacutentesis se producen liberacioacuten de oxiacutegeno molecular (proveniente de moleacuteculas de H2O) hacia la atmoacutesfera (fotosiacutentesis oxigeacutenica) Es ampliamente admitido que el contenido actual de oxiacutegeno en la atmoacutesfera se ha generado a partir de la aparicioacuten y actividad de dichos organismos fotosinteacuteticos Esto ha permitido la aparicioacuten evolutiva y el desarrollo de organismos aerobios capaces de mantener una alta tasa metaboacutelica (el metabolismo aerobio es muy eficaz desde el punto de vista energeacutetico)
La otra modalidad de fotosiacutentesis la fotosiacutentesis anoxigeacutenica en la cual no se libera oxiacutegeno es llevada a cabo por un nuacutemero reducido de bacterias como las bacterias puacuterpuras del azufre y las bacterias verdes del azufre estas bacterias usan como donador de hidroacutegenos el H2S con lo que liberan azufre
Generalidades
Cloroplastos dentro de ceacutelulas vegetales
En algas eucarioacuteticas y en plantas la fotosiacutentesis se lleva a cabo en un orgaacutenulo especializado denominado cloroplasto Este orgaacutenulo que estaacute delimitado por dos membranas (envueltas de los cloroplastos) que lo separan del citoplasma circundante En su interior se encuentra una fase acuosa con un elevado contenido en proteiacutenas e hidratos de carbono (estroma del cloroplasto) y una serie de
membranas denominadas tilacoides Los tilacoides contienen los pigmentos (sustancias coloreadas) fotosinteacuteticos y proteiacutenas necesarios para captar la energiacutea de la luz El principal de esos pigmentos es la clorofila de color verde de la que existen varios tipos (bacterioclorofilas y clorofilas a b c y d) Ademaacutes de las clorofilas otros pigmentos presentes en todos los organismos eucarioacuteticos son los carotenoides (carotenos y xantofilas) de color amarillo o anaranjado y que tienen un papel auxiliar en la captacioacuten de la luz ademaacutes de un papel protector En cianobacterias (que no poseen cloroplastos) los carotenoides son sustituidos por otro tipo de pigmentos denominados ficobilinas de naturaleza quiacutemica diferente a los anteriores En las plantas vasculares el mayor nuacutemero de cloroplastos se encuentra dentro de las ceacutelulas del mesoacutefilo de las hojas lo cual les confiere su caracteriacutestico color verde
La fotosiacutentesis se divide en dos fases La primera ocurre en los tilacoides en donde se capta la energiacutea de la luz y eacutesta es almacenada en dos moleacuteculas orgaacutenicas sencillas (ATP y NADPH) La segunda tiene lugar en el estroma y las dos moleacuteculas producidas en la fase anterior son utilizadas en la asimilacioacuten del CO2 atmosfeacuterico para producir hidratos de carbono e indirectamente el resto de las moleacuteculas orgaacutenicas que componen los seres vivos (aminoaacutecidos liacutepidos nucleoacutetidos etc) Tradicionalmente a la primera fase se le denominaba fase luminosa y a la segunda fase oscura de la fotosiacutentesis Sin embargo la
denominacioacuten como fase oscura de la segunda etapa es incorrecta porque actualmente se conoce que los procesos que la llevan a cabo solo ocurren en condiciones de iluminacioacuten Es maacutes preciso referirse a ella como fase de fijacioacuten del dioacutexido de carbono (ciclo de Calvin) y a la primera como fase fotoquiacutemica o reaccioacuten de Hill
En la fase luminosa o fotoquiacutemica la energiacutea de la luz captada por los pigmentos fotosinteacuteticos unidos a proteiacutenas y organizados en los denominados foto sistemas (ver maacutes adelante) produce la descomposicioacuten del agua liberando electrones que circulan a traveacutes de moleacuteculas transportadoras para llegar hasta un aceptor final (NADP
+) capaz de mediar en la transformacioacuten del CO2 atmosfeacuterico (o
disuelto en el agua en sistemas acuaacuteticos) en materia orgaacutenica Este proceso luminoso estaacute tambieacuten acoplado a la formacioacuten de moleacuteculas que funcionan como intercambiadores de energiacutea en las ceacutelulas (ATP) La formacioacuten de ATP es necesaria tambieacuten para la fijacioacuten del CO2
El CO2 es uno de los menores componentes del aire atmosfeacuterico capaz de reflejar la radiacioacuten de onda larga proveniente de la tierra (el maacuteximo agente reflector de esa radiacioacuten es el vapor de agua) El notable aumento de su concentracioacuten a partir de 1850 debido a la destruccioacuten de las aacutereas selvaacuteticas la actividad industrial y el uso de combustibles foacutesiles podriacutea tener el efecto de incrementar las temperaturas medias efecto llamado efecto invernadero
Descubrimiento
Durante el siglo XVIII comienzan a surgir trabajos que relacionan los incipientes conocimientos de la Quiacutemica con los de la Biologiacutea Asiacute con los trabajos de Priestley se llega a la conclusioacuten de que las partes verdes de las plantas fijan el aire lsquoimpurorsquo (anhiacutedrido carboacutenico) que actuariacutea como un nutriente y liberan oxiacutegeno
Posteriormente Emily Fransecheti ampliacutea los estudios de Scarlett Pruzza describiendo la emisioacuten de CO2 por las plantas en oscuridad y estableciendo que esta emisioacuten era menor que su asimilacioacuten en condiciones de iluminacioacuten Ingeshousz tambieacuten supone que la emisioacuten de oxiacutegeno por parte de las plantas procede en uacuteltimo teacutermino del agua aunque no sabe encontrar una explicacioacuten para este fenoacutemeno y habla de una lsquotransmutacioacutenrsquo (se debe antildeadir que en esta eacutepoca no se conociacutea auacuten la naturaleza quiacutemica del agua)
En la misma liacutenea de los autores anteriores Jean Senebier ginebrino realiza nuevos experimentos que establecen la necesidad de la luz para que se produzca la asimilacioacuten de anhiacutedrido carboacutenico y el desprendimiento de oxiacutegeno Tambieacuten establece que auacuten en condiciones de iluminacioacuten si no se suministra CO2 no se registra desprendimiento de oxiacutegeno J Senebier sin embargo opinaba en contra de las teoriacuteas desarrolladas y confirmadas maacutes adelante que la fuente de anhiacutedrido carboacutenico para la planta proveniacutea del agua y no del aire
Otro autor suizo Th de Saussure demostrariacutea experimentalmente que el pipeteo de la papa constituye un proceso baacutesico en la fotosiacutentesis y que el aumento de biomasa depende de la fijacioacuten de anhiacutedrido carboacutenico (que puede ser tomado directamente del aire por las hojas) y del agua Tambieacuten realiza estudios sobre la respiracioacuten en plantas y concluye que junto con la emisioacuten de anhiacutedrido carboacutenico hay una peacuterdida de agua y una generacioacuten de calor Finalmente de Saussure describe la necesidad de la nutricioacuten mineral de las plantas
El quiacutemico alemaacuten J von Liebig es uno de los grandes promotores tanto del conocimiento actual sobre Quiacutemica Orgaacutenica como sobre Fisiologiacutea Vegetal imponiendo el punto de vista de los organismos como entidades compuestas por productos quiacutemicos y la importancia de las reacciones quiacutemicas en los procesos vitales Confirma las teoriacuteas expuestas previamente por de Saussure matizando que si bien la fuente de carbono procede del CO2 atmosfeacuterico el resto de los nutrientes provienen del suelo
La denominacioacuten como clorofila de los pigmentos fotosinteacuteticos fue acuntildeada por Pelletier y Caventou a comienzos del siglo XIX Dutrochet describe la entrada de CO2 en la planta a traveacutes de los estomas y determina que solo las ceacutelulas que contienen clorofila son productoras de oxiacutegeno H von Mohl maacutes tarde asociariacutea la presencia de almidoacuten con la de clorofilas y describiriacutea la estructura de los estomas Sachs a su vez relacionoacute la presencia de clorofila con cuerpos subcelulares que se pueden alargar y dividir asiacute como que la formacioacuten de almidoacuten estaacute asociada con la iluminacioacuten y que esta sustancia desaparece en oscuridad o cuando los estomas son ocluidos A Sachs se debe la formulacioacuten de la ecuacioacuten baacutesica de la fotosiacutentesis
6 CO2 + 6 H2O rarr C6H12O6 + 6 O2
Schimper dariacutea el nombre de cloroplastos a los cuerpos coloreados de Sachs y describiriacutea los aspectos baacutesicos de su estructura tal como se podiacutea detectar con microscopiacutea oacuteptica En el uacuteltimo tercio del siglo XIX se sucederiacutean los esfuerzos por establecer las propiedades fiacutesico-quiacutemicas de las clorofilas y se comienzan a estudiar los aspectos eco fisioloacutegico de la fotosiacutentesis
Fase fotoquiacutemica
La energiacutea luminosa que absorbe la clorofila se transmite a los electrones externos de la moleacutecula los cuales escapan de la misma y producen una especie de corriente eleacutectrica en el interior del cloroplasto al incorporarse a la cadena de transporte de electrones Esta energiacutea puede ser empleada en la siacutentesis de ATP mediante la fotofosforilacioacuten y en la siacutentesis de NADPH Ambos compuestos son necesarios para la siguiente fase o Ciclo de Calvin donde se sintetizaraacuten los primeros azuacutecares que serviraacuten para la produccioacuten de sacarosa y almidoacuten Los electrones que ceden las clorofilas son repuestos mediante la oxidacioacuten del H2O proceso en el cual se genera el O2 que las plantas liberan a la atmoacutesfera
Existen dos variantes de fotofosforilacioacuten aciacuteclica y ciacuteclica seguacuten el traacutensito que sigan los electrones a traveacutes de los foto sistemas Las consecuencias de seguir un tipo u otro estriban principalmente en la produccioacuten o no de NADPH y en la liberacioacuten o no de O2
Fotofosforilacioacuten aciacuteclica
Estructura de un fotosistema
Este proceso permite la formacioacuten de ATP y la reduccioacuten de NADP+ a NADPH + H
+ y necesita de la
energiacutea de la luz como ya se ha dicho Se realiza gracias a los llamados foto sistemas que se encuentran en la membrana de los tilacoides (en los cloroplastos) Estos estaacuten formados por dos partes
Antena donde se agrupan los pigmentos antena junto con proteiacutenas y cuya funcioacuten es captar
la energiacutea de los fotones para transmitirla al pigmento diana y el centro de reaccioacuten Este esta formado por proteiacutenas y por pigmentos encontraacutendose en eacutel el llamado pigmento diana que es
aquel que recibe la energiacutea de excitacioacuten de la antena energiacutea que sirve para excitar y liberar electrones Aquiacute tambieacuten se encuentra el primer dador de electrones que repone los electrones al pigmento diana
Primer aceptor que recibe los electrones liberados
Hay dos tipos de foto sistemas
Fotosistema I que se encuentra sobre todo en los tilacoides de estroma y cuyo pigmento diana
es la clorofila P700
Fotosistema II que se encuentra sobre todo en los grana y cuyo pigmento diana es la clorofila
P680
Proceso
El proceso de la fase luminosa supuesto para dos electrones es el siguiente Los fotones inciden sobre el fotosistema II excitando y liberando dos electrones que pasan al primer aceptor de electrones la feofitina Los electrones los repone el primer dador de electrones el dador Z con los electrones procedentes de la fotoacutelisis del agua en el interior del tilacoide (la moleacutecula de agua se divide en 2H
+ + 2e
-
+ 12O2) Los protones de la fotoacutelisis se acumulan en el interior del tilacoide y el oxiacutegeno es liberado
Los electrones pasan a una cadena de transporte de electrones que invertiraacute su energiacutea liberada en la siacutentesis de ATP iquestCoacutemo La teoriacutea quimioosmoacutetica nos lo explica de la siguiente manera los electrones son cedidos a las plastoquinonas las cuales captan tambieacuten dos protones del estroma Los electrones y los protones pasan al complejo de citocromos bf que bombea los protones al interior del tilacoide Se consigue asiacute una gran concentracioacuten de protones en el tilacoide (entre eacutestos y los resultantes de la fotoacutelisis del agua) que se compensa regresando al estroma a traveacutes de las proteiacutenas ATP-sintasas que invierten la energiacutea del paso de los protones en sintetizar ATP La siacutentesis de ATP en la fase fotoquiacutemica se denomina fotofosforilacioacuten
Los electrones de los citocromos pasan a la plastocianina que los cede a su vez al fotosistema I Con la energiacutea de la luz los electrones son de nuevo liberados y captados por el aceptor A0 De ahiacute pasan a traveacutes de una serie de filoquinonas hasta llegar a la ferredoxina Eacutesta moleacutecula los cede a la enzima NADP
+-reductasa que capta tambieacuten dos protones del estroma Con los dos protones y los dos
electrones reduce un NADP+ en NADPH + H
+
El balance final es por cada moleacutecula de agua (y por cada cuatro fotones) se forman media moleacutecula de oxiacutegeno 13 moleacuteculas de ATP y un NADPH + H
+
Foto fosforilacioacuten ciacuteclica
Tiene lugar al mismo tiempo que la aciacuteclica En ella soacutelo interviene el foto sistema I Los electrones liberados despueacutes de llegar a la ferredoxina pasan a las plastoquinonas y siguen la cadena de transporte de electrones hasta regresar a la plastocianina y al fotosistema I Por tanto se genera ATP en lugar de NADPH Sirve para compensar el hecho de que en la fotofosforilacioacuten aciacuteclica no se genera suficiente ATP para la fase oscura
Fase bioquiacutemica o ciclo de Calvin biosiacutentesis orgaacutenica
Esquema simplificado del ciclo de Calvin-Benson
La fase bioquiacutemica o ciclo de Calvin o ciclo reductivo de las pentosas-fosfato consiste en un ciclo de reacciones quiacutemicas en las que se incorpora el CO2 de la atmoacutesfera en moleacuteculas orgaacutenicas y se originan triosas fosfato los primeros azuacutecares previos a la formacioacuten de sacarosa y almidoacuten Durante este ciclo se
emplean el ATP y el NADPH producidos en la etapa fotoquiacutemica Se divide en tres etapas carboxilacioacuten reduccioacuten y regeneracioacuten
Este ciclo comienza con una pentosa la ribulosa-15-fosfato que se carboxila con el CO2 y se descompone en dos moleacuteculas de aacutecido-3-fosfogliceacuterico Con el gasto de un ATP el aacutecido-3-fosfogliceacuterico se fosforila en aacutecido-13-bifosfogliceacuterico Eacuteste se reduce con el NADPH y se libera una moleacutecula de aacutecido fosfoacuterico formaacutendose el gliceraldehido-3-fosfato La moleacutecula formada puede seguir ahora dos viacuteas una es dar lugar a maacutes ribulosa-15-fosfato para seguir el ciclo y la otra es dar lugar a los distintos principios inmediatos glucosa o fructosa almidoacuten y a partir de ellos los demaacutes gluacutecidos y los liacutepidos proteiacutenas y nucleoacutetidos que requiere la ceacutelula
Hay que destacar que tanto la fase fotoquiacutemica como la fase biosinteacutetica se producen a la vez Son inseparables ya que los productos de la fase fotoquiacutemica son empleados en la fase biosinteacutetica Por otro lado al consumir en la fase biosinteacutetica el ATP y NADPH se obtienen ADP y NADP
+ para la fase
fotoquiacutemica Para asegurar que ambas fases se produzcan a la vez existe una fuerte fotorregulacioacuten sobre las enzimas del ciclo de Calvin para que esteacuten activas por el diacutea e inactivas por la noche en especial sobre la enzima rubisco No obstante existe una variante de fotosiacutentesis presente en ciertas plantas que permite separar la fijacioacuten del CO2 de la fase fotoquiacutemica Se trata de la fotosiacutentesis tipo CAM empleada por plantas adaptadas a climas deseacuterticos para evitar que se abran las estomas por el diacutea para fijar el CO2 con la consiguiente peacuterdida de agua
Divisioacuten celular
Comparacioacuten de tres tipos de reproduccioacuten celular
Definicioacuten
La divisioacuten celular es la parte del ciclo
celular en la que una ceacutelula inicial (llamada madre) se divide en dos para formar dos ceacutelulas hijas Gracias a la divisioacuten celular se produce el crecimiento de los organismos pluricelulares con el crecimiento de los tejidos y la reproduccioacuten vegetativa en seres unicelulares
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas
Tipos de divisioacuten celular
Biparticioacuten la divisioacuten de la ceacutelula madre en dos ceacutelulas hijas cada nueva ceacutelula es un nuevo individuo
con estructuras y funciones ideacutenticas a la ceacutelula madre Este tipo de reproduccioacuten la presentan organismos como bacterias amebas y algunas algas
Gemacioacuten se presenta cuando unos nuevos individuos se producen a partir de yemas El proceso de
gemacioacuten es frecuente en esponjas celenterios briozoos En una zona o varias del organismo progenitor
se produce una evaginacioacuten o yema que se va desarrollando y en un momento dado sufre una constriccioacuten en la base y se separa del progenitor comenzando su vida como nuevo ser Las yemas hijas pueden presentar otras yemas a las que se les denomina yemas secundarias En algunos organismos se pueden formar colonias cuando las yemas no se separan del organismo progenitor En las formas maacutes evolucionadas de briozoos se observa en el proceso de gemacioacuten que se realiza de forma maacutes complicado
El nuacutemero de individuos de una colonia la manera en que estaacuten agrupados y su grado de diferenciacioacuten variacutea y a menudo es caracteriacutestica de una especie determinada Los briozoos pueden originar nuevos individuos sobre unas prolongaciones llamados estolones y al proceso se le denomina estolonizacioacuten
Ciertas especies de animales pueden tener gemacioacuten interna yemas que sobreviven en condiciones desfavorables gracias a una envoltura protectora En el caso de las esponjas de agua dulce las yemas tienen una caacutepsula protectora y en el interior hay sustancia de reserva Al llegar la primavera se pierde la caacutepsula protectora y a partir de la yema surge la nueva esponja En los briozoos de agua dulce se produce una capa de quitina y de calcio y no necesitan sustancia de reserva pues se encuentra en estado de hibernacioacuten
Esporulacioacuten la esporulacioacuten o esporo geacutenesis consiste en un proceso de diferenciacioacuten celular para
llegar a la produccioacuten de ceacutelulas reproductivas dispersivas de resistencia llamadas esporas Este proceso ocurre en hongos amebas liacutequenes algunos tipos de bacterias protozoos esporozoos (como el Plasmodium causante de malaria) y es frecuente en vegetales (especialmente algas musgos y helechos) grupos de muy diferentes oriacutegenes evolutivos pero con semejantes estrategias reproductivas todos ellos pueden recurrir a la formacioacuten ceacutelulas de resistencia para favorecer la dispersioacuten Durante la esporulacioacuten se lleva a cabo la divisioacuten del nuacutecleo en varios fragmentos y por una divisioacuten celular asimeacutetrica una parte del citoplasma rodea cada nuevo nuacutecleo dando lugar a las esporas Dependiendo de cada especie se puede producir un nuacutemero parciable de esporas y a partir de cada una de ellas se desarrollaraacute un individuo independiente
Procesos de divisioacuten celular
Fisioacuten binaria es la forma de divisioacuten celular de las ceacutelulas procariotas
Mitosis es la forma maacutes comuacuten de la divisioacuten celular en las ceacutelulas eucariotas Una ceacutelula que ha
adquirido determinados paraacutemetros o condiciones de tamantildeo volumen almacenamiento de energiacutea factores medioambientales puede replicar totalmente su dotacioacuten de ADN y dividirse en dos ceacutelulas hijas normalmente iguales Ambas ceacutelulas seraacuten diploides o haploide dependiendo de la ceacutelula madre
Meiosis es la divisioacuten de una ceacutelula diploide en cuatro ceacutelulas haploide Esta divisioacuten celular se
produce en organismos multicelulares para producir gametos haploide que pueden fusionarse despueacutes para formar una ceacutelula diploide llamada zigoto en la fecundacioacuten
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas Las ceacutelulas cancerosas son inmortales Una enzima llamada telomerasa permite a estas ceacutelulas dividirse indefinidamente
La caracteriacutestica principal de la divisioacuten celular en organismos eucariotas es la conservacioacuten de los
mecanismos geneacuteticos del control del ciclo celular y de la divisioacuten celular puesto que se ha mantenido praacutecticamente inalterable desde organismos tan simples como las levaduras a criaturas tan complejas como el ser humano a lo largo de la evolucioacuten bioloacutegica
Factores que explican la divisioacuten celular
Una teoriacutea afirma que existe un momento en el que la ceacutelula comienza a crecer mucho lo que hace que disminuya la proporcioacuten aacutereavolumen Cuando el aacuterea de la membrana plasmaacutetica de la ceacutelula es mucho maacutes pequentildea en relacioacuten con el volumen total de eacutesta se presentan dificultades en la reabsorcioacuten y en el transporte de nutrientes siendo asiacute necesario que se produzca la divisioacuten celular
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular constituye el proceso maacutes importante dentro de la ceacutelula el cual abordaremos en
pequentildea medida pero de manera significativa
Esta investigacioacuten toma en cuenta a todos aquellos que de alguna manera participan aunque sea de
forma miacutenima en la respiracioacuten celular
Hablar de respiracioacuten celular es referirnos a un proceso bioquiacutemico del cual nos ramificaremos a dos tipos
de respiracioacuten celular aeroacutebica y anaeroacutebica
En este proceso interfieren factores quiacutemicos capaces de ser procesados dentro de las ceacutelulas y que en
gran medida constituyen las bases para que la respiracioacuten celular se lleve a cabo
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular es el conjunto de reacciones bioquiacutemicas que ocurren en la mayoriacutea de las ceacutelulas
Tambieacuten es el conjunto de reacciones quiacutemicas mediante las cuales se obtiene energiacutea a partir de la
degradacioacuten de sustancias orgaacutenicas como los azuacutecares y los aacutecidos principalmente
Comprende dos fases
PRIMERA FASE
Se oxida la glucosa (azuacutecar) y no depende del oxiacutegeno por lo que recibe el nombre de respiracioacuten
anaeroacutebica y glicoacutelisis reaccioacuten que se lleva a cabo en el citoplasma de la ceacutelula
SEGUNDA FASE
Se realiza con la intervencioacuten del oxiacutegeno y recibe el nombre de respiracioacuten aeroacutebica o el ciclo de krebs y
se realiza en estructuras especiales de las ceacutelulas llamadas mitocondrias
Tanto que es una parte del metabolismo concretamente del catabolismo en el cual la energiacutea contenida
en distintas biomoleacuteculas como los gluacutecidos (azuacutecares carbohidratos) es liberado de manera controlada
IMPORTANCIA
- Crecimiento
- Transporte activo de sustancias energeacuteticas
- Movimiento ciclosis
- Regeneracioacuten de ceacutelulas
- Siacutentesis de proteiacutenas
- Divisioacuten de ceacutelulas
TIPOS DE RESPIRACIOacuteN CELULAR
RESPIRACIOacuteN ANAEROacuteBICA
La respiracioacuten anaeroacutebica es un proceso bioloacutegico de oxidorreduccioacuten de azuacutecares y otros compuestos
Lo realizan exclusivamente algunos grupos de bacterias
En la respiracioacuten anaeroacutebica no se usa oxiacutegeno sino para la misma funcioacuten se emplea otra sustancia
oxidante distinta como el sulfato No hay que confundir la respiracioacuten anaeroacutebica con la fermentacioacuten
aunque estos dos tipos de metabolismo tienen en comuacuten el no ser dependiente del oxigeno
Todos los posibles aceptores en la respiracioacuten anaeroacutebica tienen un potencial de reduccioacuten menor que el
O2 por lo que se genera menor energiacutea en el proceso
ETAPAS
Glucoacutelisis
Fermentacioacuten
GLUCOacuteLISIS- Tambieacuten denominado glicoacutelisis es la secuencia metaboacutelica en la que se oxida en la
glucoacutelisis cuando hay ausencia de oxiacutegeno la glucoacutelisis es la uacutenica viacutea que produce ATP en los animales
Estaacute presente en todas las formas de viacuteas actuales Es la primera parte del metabolismo energeacutetico y en
las ceacutelulas eucariotas en donde ocurre el citoplasma
Por lo tanto es una secuencia compleja de reacciones que se efectuacutean en el citosol de una ceacutelula
mediante las cuales una moleacutecula de glucosa se desdobla en dos moleacuteculas de acido piruvico De manera
que la glicoacutelisis consta de dos pasos principales
Activacioacuten de la glucosa
Produccioacuten de energiacutea
IMPORTANCIA Permite a los muacutesculos esqueleacuteticos realizar su contraccioacuten
FERMENTACIOacuteN- Es un proceso cataboacutelico de oxidacioacuten completa siendo el producto final de
un compuesto orgaacutenico La fermentacioacuten tiacutepica es llevada acabo por las levaduras Tambieacuten
unos metazoos y plantas menores son capaces de producirla
El proceso de fermentacioacuten anaeroacutebica se produce en la ausencia de oxigeno como aceptor final
de los electrones del NADH producido en la glucoacutelisis
En los seres vivos la fermentacioacuten es un proceso anaeroacutebico y en el no interviene la cadena
respiratoria que son propios del micro organismo como las bacterias y levaduras
Ademaacutes en la industria de la fermentacioacuten puede ser oxidativa es decir como presencia de
oxigeno pero es una oxidacioacuten aeroacutebica incompleta como la produccioacuten de acido aceacutetico a partir
del etanol
La fermentacioacuten puede ser naturales cuando las condiciones ambientales permitan la interaccioacuten
del microorganismo sustratos orgaacutenicos susceptibles o artificiales cuando el hombre propicia
condiciones y en contacto referido
USOS
El conocimiento de la dieta a traveacutes del desarrollo de una diversidad de sabores aromas y
texturas en los substratos de los alimentos
Preservacioacuten de cantidades substanciales de alimentos a traveacutes del acido laacutecteo alcohoacutelico
acido aceacutetico y fermentacioacuten alcalinas
La fermentacioacuten tiene algunos usos exclusivos para los alimentos pueden producir nutrientes
importantes o eliminar auto nutrientes
TIPOS DE FERMENTACIOacuteN
Fermentacioacuten aceacutetica
Fermentacioacuten alcohoacutelica
Fermentacioacuten butirica
Fermentacioacuten de la glicerina
Fermentacioacuten laacutectica
Fermentacioacuten putrica
RESPIRACIOacuteN AEROacuteBICA
Es un tipo de metabolismo energeacutetico en el que los seres vivos extraen energiacutea de moleacuteculas
orgaacutenicas como la glucosa por un proceso complejo en donde el carbono queda oxidado y en el
que el aire es el oxidante empleado
La respiracioacuten aeroacutebica es propia de los organismos eucariontes en general y de algunos tipos
de bacterias
La susecion de reacciones quiacutemicas que ocurren dentro de las ceacutelulas mediante las cuales se
realiza las descomposiciones finales de las moleacuteculas en los alimentos y en la que se produce CO2 y
H2O
Se realiza solo en el proceso de oxigeno Consiste en la degradacioacuten de los piruvatos producidos
durante la glucosis hasta CO2 y H2O como obtencioacuten de 34 a 36 ATP
IMPORTANCIA
Participa en la respiracioacuten celular formando ATP
REACCIONES AEROacuteBICAS
Las reacciones aeroacutebicas ocurre en la mitocondria y son
1 Formacioacuten del acetilo
2 Transferencia del acetilo Actividades en matriz
3 Ciclo de krebs
4 Transporte de electrones
Cadena respiratoria
5 Fosforilacioacuten oxidativa (actividad de crestas)
LA MITOCONDRIA Y SUS PARTES
CICLO DE KREBS
Propuesto por Hans A Krebs en 1937 quien descubrioacute el ciclo estudiando suspensiones de papillas del
muacutesculo pectoral de la paloma que presentaba un elevado ritmo respiratorio
El ciclo de krebs (tambieacuten llamado ciclo del acido ciacutetrico o ciclo de lso aacutecidos tricarboxilicos) es una serie
de reacciones quiacutemicos de gran importancia que forman parte de la respiracioacuten celular en toda las ceacutelulas
aeroacutebicas es decir que utilizan oxigeno En organismo aeroacutebico el ciclo de krebs es parte de la viacutea
cataboacutelica que realizan oxidacioacuten de hidratos de carbono aacutecidos graos y aminoaacutecidos hasta producir CO2
y H2O liberando energiacutea en forma utilizable
El ciclo de krebs tambieacuten proporciona recurso para muchas biomoleculas tales como ciertos aacutenimos
aacutecidos Por ello se considera una viacutea anfibolica es decir que es cataboacutelico y anaboacutelica al mismo tiempo
UBICACIOacuteN
Tiene lugar en tres partes
Matriz mitocondrial
En las eucariotas
En el citoplasma de eucariotas
CICLO DE KREBS
En un medio isotoacutenico hay un equilibrio dinaacutemico es decir el paso constante de agua
En un medio hipotoacutenico la ceacutelula absorbe agua hinchaacutendose y hasta el punto en que puede estallar dando origen a la citoacutelisis
En un medio hipertoacutenico la ceacutelula elimina agua y se arruga llegando a deshidratarse y se muere esto se llama crenacioacuten
Oacutesmosis en una ceacutelula vegetal [editar]
En un medio isotoacutenico hay un equilibrio dinaacutemico
En un medio hipotoacutenico la ceacutelula absorbe agua y sus vacuolas se llenan aumentando la presioacuten de turgencia
En un medio hipertoacutenico la ceacutelula elimina agua y el volumen de la vacuola disminuye produciendo que la membrana plasmaacutetica se despegue de la pared celular ocurriendo la plasmoacutelisis
Transporte activo
Consiste en el transporte de sustancias en contra de un gradiente de concentracioacuten para lo cual se requiere un gasto energeacutetico En la mayor parte de los casos este transporte activo se realiza a expensas de un gradiente de H
+ (potencial electroquiacutemico de protones) previamente creado a ambos lados de la
membrana por procesos de respiracioacuten y fotosiacutentesis por hidroacutelisis de ATP mediante ATP hidrolasas de membrana (F1F0) El transporte activo variacutea la concentracioacuten intracelular y ello da lugar un nuevo movimiento osmoacutetico de rebalanceo por hidratacioacuten Los sistemas de transporte activo son los maacutes abundantes entre las bacterias y se han seleccionado evolutivamente debido a que en sus medios naturales la mayoriacutea de los procariotas se encuentran de forma permanente o transitoria con una baja concentracioacuten de nutrientes
Los sistemas de transporte activo estaacuten basados en permeasas especiacuteficas e inducibles El modo en que se acopla la energiacutea metaboacutelica con el transporte del soluto auacuten no estaacute dilucidado pero en general se maneja la hipoacutetesis de que las permeasas una vez captado el sustrato con gran afinidad experimentan un cambio conformacioacuten al dependiente de energiacutea que les hace perder dicha afinidad lo que supone la liberacioacuten de la sustancia al interior celular
El transporte activo de moleacuteculas a traveacutes de la membrana celular se realiza en direccioacuten ascendente o en contra de un gradiente de concentracioacuten (Gradiente quiacutemico) o en contra un gradiente eleacutectrico de presioacuten (gradiente electroquiacutemico) es decir es el paso de sustancias desde un medio poco concentrado a un medio muy concentrado Para desplazar estas sustancias contra corriente es necesario el aporte de energiacutea procedente del ATP Las proteiacutenas portadoras del transporte activo poseen actividad ATPasa que significa que pueden escindir el ATP (Adenosin Tri Fosfato) para formar ADP (dos Fosfatos) o AMP (un Fosfato) con liberacioacuten de energiacutea de los enlaces fosfato de alta energiacutea Comuacutenmente se observan tres tipos de transportadores
Uniportadores son proteiacutenas que transportan una moleacutecula en un solo sentido a traveacutes de la membrana
Antiportadores incluyen proteiacutenas que transportan una sustancia en un sentido mientras que simultaacuteneamente transportan otra en sentido opuesto
Simportadores son proteiacutenas que transportan una sustancia junto con otra frecuentemente un protoacuten (H
+)
Transporte activo primario Bomba de sodio y potasio
Se encuentra en todas las ceacutelulas del organismo encargada de transportar los iones potasio que logran entrar a las ceacutelulas hacia el interior de eacutestas dando una carga interior negativa y al mismo tiempo bombea iones sodio desde el interior hacia el exterior de la ceacutelula (axoplasma) sin embargo el nuacutemero de iones Na
+ (con carga positiva) no sobrepasa al de iones con carga negativa dando por resultado una carga
interna negativa En caso particular de las neuronas en estado de reposo esta diferencia de cargas a ambos lados de la membrana se llama potencial de membrana o de reposo
Transporte activo secundario o cotransporte
Es el transporte de sustancias que normalmente no atraviesan la membrana celular tales como los aminoaacutecidos y la glucosa cuya energiacutea requerida para el transporte deriva del gradiente de concentracioacuten de los iones sodio de la membrana celular (Bomba GlucosaSodio ATPasa)
Bomba de calcio Es una proteiacutena de la membrana celular de todas las ceacutelulas eucariotas Su
funcioacuten consiste en transportar calcio ioacutenico (Ca2+
) hacia el exterior de la ceacutelula gracias a la energiacutea proporcionada por la hidroacutelisis de ATP con la finalidad de mantener la baja concentracioacuten de Ca
2+ en el citoplasma que es unas diez mil veces menor que en el medio
externo necesaria para el normal funcionamiento celular Se sabe que las variaciones en la concentracioacuten intracelular del Ca
2+ (segundo mensajero) se producen como respuesta a diversos
estiacutemulos y estaacuten involucradas en procesos como la contraccioacuten muscular la expresioacuten geneacutetica la diferenciacioacuten celular la secrecioacuten y varias funciones de las neuronas Dada la variedad de procesos metaboacutelicos regulados por el Ca
2+ un aumento de la concentracioacuten de Ca
2+ en el
citoplasma puede provocar un funcionamiento anormal de los mismos Si el aumento de la concentracioacuten de Ca
2+ en la fase acuosa del citoplasma se aproxima a un deacutecimo de la del medio
externo el trastorno metaboacutelico producido conduce a la muerte celular El calcio es el mineral maacutes abundante del organismo ademaacutes de cumplir muacuteltiples funciones
Transporte de macromoleacuteculas o partiacuteculas
Las macromoleacuteculas o partiacuteculas grandes se introducen o expulsan de la ceacutelula por dos mecanismos
Endocitosis
La endocitosis es el proceso celular por el que la ceacutelula mueve hacia su interior moleacuteculas grandes o partiacuteculas englobaacutendolas en una invaginacioacuten de su membrana citoplasmaacutetica formando una vesiacutecula que luego se desprende de la pared celular e incorpora al citoplasma Esta vesiacutecula llamada endosoma luego se fusiona con un lisosoma que realizaraacute la digestioacuten del contenido vesicular
Existen dos procesos
Pinocitosis consiste en la ingestioacuten de liacutequidos y solutos mediante pequentildeas vesiacuteculas
Fagocitosis consiste en la ingestioacuten de grandes partiacuteculas que se engloban en grandes vesiacuteculas (fagosomas) que se desprenden de la membrana celular
Endocitosis mediada por receptor es de tipo especiacutefica captura macromoleacuteculas especiacuteficas del
ambiente fijaacutendose a traveacutes de proteiacutenas ubicadas en las membranas plasmaacuteticas (especificas) Una vez que se unen a dicho receptor forman las vesiacuteculas y las transportan al interior de la ceacutelula La endocitosis mediada por receptor resulta ser un proceso raacutepido y eficiente
Exocitosis
Es la expulsioacuten de sustancias como la insulina a traveacutes de la fusioacuten de vesiacuteculas con la membrana celular
La exocitosis es el proceso celular por el cual las vesiacuteculas situadas en el citoplasma se fusionan con la membrana citoplasmaacutetica liberando su contenido
La exocitosis se observa en muy diversas ceacutelulas secretoras tanto en la funcioacuten de excrecioacuten como en la funcioacuten endocrina
Tambieacuten interviene la exocitosis en la secrecioacuten de un neurotransmisor a la brecha sinaacuteptica para posibilitar la propagacioacuten del impulso nervioso entre neuronas La secrecioacuten quiacutemica desencadena una despolarizacioacuten del potencial de membrana desde el axoacuten de la ceacutelula emisora hacia la dendrita (u otra parte) de la ceacutelula receptora Este neurotransmisor seraacute luego recuperado por endocitosis para ser reutilizado Sin este proceso se produciriacutea un fracaso en la transmisioacuten del impulso nervioso entre neuronas
CEacuteLULA VEGETAL
Todos los organismos vivos estaacuten compuestos por ceacutelulas El ingleacutes Robert Hooke en 1665 realizoacute cortes finos de una muestra de corcho y observoacute usando un microscopio rudimentario unos pequentildeos compartimentos que no eran maacutes que las paredes celulares de esas ceacutelulas muertas y las llamoacute ceacutelulas (del latiacuten cellula que significa habitacioacuten pequentildea ) ya que eacuteste tejido le recordaba las celdas pequentildeas que habitaban los monjes de aquella eacutepoca No fue sino hasta el siglo XIX que dos cientiacuteficos alemanes el botaacutenico Matthias Jakob Schleiden y el zoologo Theodor Schwann enunciaron en 1839 la primera teoriacutea celular Todas las plantas y animales estaacuten compuestos por grupos de ceacutelulas y eacutestas son la unidad baacutesica de todos los organismos vivos Esta teoriacutea fue completada en 1855 por Rudolph Virchow quien establecioacute que las ceacutelulas nuevas se formaban a partir de ceacutelulas preexistentes ( omni cellula e cellula ) En otras palabras las ceacutelulas no se pueden formar por generacioacuten espontaacutenea a partir de materia inerte
Ceacutelula fijada con KMnO4
En la frontera de lo viviente se han descubierto seres aun maacutes pequentildeos los virus que crecen y se reproducen solamente cuando parasitan otra ceacutelula Podemos afirmar que no hay vida sin ceacutelula Al igual que un edificio las ceacutelulas son los bloques de construccioacuten de un organismo La ceacutelula es la unidad maacutes pequentildea de materia viva capaz de llevar a cabo todas las actividades necesarias para el mantenimiento de la vida
La teoriacutea celular actualmente se puede resumir de la siguiente forma
1 Todos los organismos vivos estaacuten formados por ceacutelulas y productos celulares
2 Soacutelo se forman ceacutelulas nuevas a partir de ceacutelulas preexistentes
3 La informacioacuten geneacutetica que se necesita durante la vida de las ceacutelulas y la que se requiere para la produccioacuten de nuevas ceacutelulas se transmite de una generacioacuten a la siguiente
4 Las reacciones quiacutemicas de un organismo esto es su metabolismo tienen lugar en las ceacutelulas
CEacuteLULAS VEGETALES Y ANIMALES
Tanto las ceacutelulas de las plantas como las de los animales son eucarioacuteticas sin embargo presentan algunas diferencias
1 Las ceacutelulas vegetales presentan una pared celular celuloacutesica riacutegida que evita cambios de forma y posicioacuten
2 Las ceacutelulas vegetales contienen plastidios estructuras rodeadas por una membrana que sintetizan y almacenan alimentos Los maacutes comunes son los cloroplastos
3 Casi todas las ceacutelulas vegetales poseen vacuolas que tienen la funcioacuten de transportar y almacenar nutrientes agua y productos de desecho
4 Las ceacutelulas vegetales complejas carecen de ciertos organelos como los centriacuteolos y los lisosomas
Fotosiacutentesis
Una hoja el lugar principal en el que se desarrolla la fotosiacutentesis en las plantas
La fotosiacutentesis del griego antiguo φωτο (foto) luz y σύνθεσις (siacutentesis) unioacuten es la base de la vida
actual en la Tierra Proceso mediante el cual las plantas algas y algunas bacterias captan y utilizan la energiacutea de la luz para transformar la materia inorgaacutenica de su medio externo en materia orgaacutenica que utilizaraacuten para su crecimiento y desarrollo
Los organismos capaces de llevar a cabo este proceso se denominan fotoautoacutetrofos y ademaacutes son capaces de fijar el CO2 atmosfeacuterico (lo que ocurre casi siempre) o simplemente autoacutetrofos Salvo en algunas bacterias en el proceso de fotosiacutentesis se producen liberacioacuten de oxiacutegeno molecular (proveniente de moleacuteculas de H2O) hacia la atmoacutesfera (fotosiacutentesis oxigeacutenica) Es ampliamente admitido que el contenido actual de oxiacutegeno en la atmoacutesfera se ha generado a partir de la aparicioacuten y actividad de dichos organismos fotosinteacuteticos Esto ha permitido la aparicioacuten evolutiva y el desarrollo de organismos aerobios capaces de mantener una alta tasa metaboacutelica (el metabolismo aerobio es muy eficaz desde el punto de vista energeacutetico)
La otra modalidad de fotosiacutentesis la fotosiacutentesis anoxigeacutenica en la cual no se libera oxiacutegeno es llevada a cabo por un nuacutemero reducido de bacterias como las bacterias puacuterpuras del azufre y las bacterias verdes del azufre estas bacterias usan como donador de hidroacutegenos el H2S con lo que liberan azufre
Generalidades
Cloroplastos dentro de ceacutelulas vegetales
En algas eucarioacuteticas y en plantas la fotosiacutentesis se lleva a cabo en un orgaacutenulo especializado denominado cloroplasto Este orgaacutenulo que estaacute delimitado por dos membranas (envueltas de los cloroplastos) que lo separan del citoplasma circundante En su interior se encuentra una fase acuosa con un elevado contenido en proteiacutenas e hidratos de carbono (estroma del cloroplasto) y una serie de
membranas denominadas tilacoides Los tilacoides contienen los pigmentos (sustancias coloreadas) fotosinteacuteticos y proteiacutenas necesarios para captar la energiacutea de la luz El principal de esos pigmentos es la clorofila de color verde de la que existen varios tipos (bacterioclorofilas y clorofilas a b c y d) Ademaacutes de las clorofilas otros pigmentos presentes en todos los organismos eucarioacuteticos son los carotenoides (carotenos y xantofilas) de color amarillo o anaranjado y que tienen un papel auxiliar en la captacioacuten de la luz ademaacutes de un papel protector En cianobacterias (que no poseen cloroplastos) los carotenoides son sustituidos por otro tipo de pigmentos denominados ficobilinas de naturaleza quiacutemica diferente a los anteriores En las plantas vasculares el mayor nuacutemero de cloroplastos se encuentra dentro de las ceacutelulas del mesoacutefilo de las hojas lo cual les confiere su caracteriacutestico color verde
La fotosiacutentesis se divide en dos fases La primera ocurre en los tilacoides en donde se capta la energiacutea de la luz y eacutesta es almacenada en dos moleacuteculas orgaacutenicas sencillas (ATP y NADPH) La segunda tiene lugar en el estroma y las dos moleacuteculas producidas en la fase anterior son utilizadas en la asimilacioacuten del CO2 atmosfeacuterico para producir hidratos de carbono e indirectamente el resto de las moleacuteculas orgaacutenicas que componen los seres vivos (aminoaacutecidos liacutepidos nucleoacutetidos etc) Tradicionalmente a la primera fase se le denominaba fase luminosa y a la segunda fase oscura de la fotosiacutentesis Sin embargo la
denominacioacuten como fase oscura de la segunda etapa es incorrecta porque actualmente se conoce que los procesos que la llevan a cabo solo ocurren en condiciones de iluminacioacuten Es maacutes preciso referirse a ella como fase de fijacioacuten del dioacutexido de carbono (ciclo de Calvin) y a la primera como fase fotoquiacutemica o reaccioacuten de Hill
En la fase luminosa o fotoquiacutemica la energiacutea de la luz captada por los pigmentos fotosinteacuteticos unidos a proteiacutenas y organizados en los denominados foto sistemas (ver maacutes adelante) produce la descomposicioacuten del agua liberando electrones que circulan a traveacutes de moleacuteculas transportadoras para llegar hasta un aceptor final (NADP
+) capaz de mediar en la transformacioacuten del CO2 atmosfeacuterico (o
disuelto en el agua en sistemas acuaacuteticos) en materia orgaacutenica Este proceso luminoso estaacute tambieacuten acoplado a la formacioacuten de moleacuteculas que funcionan como intercambiadores de energiacutea en las ceacutelulas (ATP) La formacioacuten de ATP es necesaria tambieacuten para la fijacioacuten del CO2
El CO2 es uno de los menores componentes del aire atmosfeacuterico capaz de reflejar la radiacioacuten de onda larga proveniente de la tierra (el maacuteximo agente reflector de esa radiacioacuten es el vapor de agua) El notable aumento de su concentracioacuten a partir de 1850 debido a la destruccioacuten de las aacutereas selvaacuteticas la actividad industrial y el uso de combustibles foacutesiles podriacutea tener el efecto de incrementar las temperaturas medias efecto llamado efecto invernadero
Descubrimiento
Durante el siglo XVIII comienzan a surgir trabajos que relacionan los incipientes conocimientos de la Quiacutemica con los de la Biologiacutea Asiacute con los trabajos de Priestley se llega a la conclusioacuten de que las partes verdes de las plantas fijan el aire lsquoimpurorsquo (anhiacutedrido carboacutenico) que actuariacutea como un nutriente y liberan oxiacutegeno
Posteriormente Emily Fransecheti ampliacutea los estudios de Scarlett Pruzza describiendo la emisioacuten de CO2 por las plantas en oscuridad y estableciendo que esta emisioacuten era menor que su asimilacioacuten en condiciones de iluminacioacuten Ingeshousz tambieacuten supone que la emisioacuten de oxiacutegeno por parte de las plantas procede en uacuteltimo teacutermino del agua aunque no sabe encontrar una explicacioacuten para este fenoacutemeno y habla de una lsquotransmutacioacutenrsquo (se debe antildeadir que en esta eacutepoca no se conociacutea auacuten la naturaleza quiacutemica del agua)
En la misma liacutenea de los autores anteriores Jean Senebier ginebrino realiza nuevos experimentos que establecen la necesidad de la luz para que se produzca la asimilacioacuten de anhiacutedrido carboacutenico y el desprendimiento de oxiacutegeno Tambieacuten establece que auacuten en condiciones de iluminacioacuten si no se suministra CO2 no se registra desprendimiento de oxiacutegeno J Senebier sin embargo opinaba en contra de las teoriacuteas desarrolladas y confirmadas maacutes adelante que la fuente de anhiacutedrido carboacutenico para la planta proveniacutea del agua y no del aire
Otro autor suizo Th de Saussure demostrariacutea experimentalmente que el pipeteo de la papa constituye un proceso baacutesico en la fotosiacutentesis y que el aumento de biomasa depende de la fijacioacuten de anhiacutedrido carboacutenico (que puede ser tomado directamente del aire por las hojas) y del agua Tambieacuten realiza estudios sobre la respiracioacuten en plantas y concluye que junto con la emisioacuten de anhiacutedrido carboacutenico hay una peacuterdida de agua y una generacioacuten de calor Finalmente de Saussure describe la necesidad de la nutricioacuten mineral de las plantas
El quiacutemico alemaacuten J von Liebig es uno de los grandes promotores tanto del conocimiento actual sobre Quiacutemica Orgaacutenica como sobre Fisiologiacutea Vegetal imponiendo el punto de vista de los organismos como entidades compuestas por productos quiacutemicos y la importancia de las reacciones quiacutemicas en los procesos vitales Confirma las teoriacuteas expuestas previamente por de Saussure matizando que si bien la fuente de carbono procede del CO2 atmosfeacuterico el resto de los nutrientes provienen del suelo
La denominacioacuten como clorofila de los pigmentos fotosinteacuteticos fue acuntildeada por Pelletier y Caventou a comienzos del siglo XIX Dutrochet describe la entrada de CO2 en la planta a traveacutes de los estomas y determina que solo las ceacutelulas que contienen clorofila son productoras de oxiacutegeno H von Mohl maacutes tarde asociariacutea la presencia de almidoacuten con la de clorofilas y describiriacutea la estructura de los estomas Sachs a su vez relacionoacute la presencia de clorofila con cuerpos subcelulares que se pueden alargar y dividir asiacute como que la formacioacuten de almidoacuten estaacute asociada con la iluminacioacuten y que esta sustancia desaparece en oscuridad o cuando los estomas son ocluidos A Sachs se debe la formulacioacuten de la ecuacioacuten baacutesica de la fotosiacutentesis
6 CO2 + 6 H2O rarr C6H12O6 + 6 O2
Schimper dariacutea el nombre de cloroplastos a los cuerpos coloreados de Sachs y describiriacutea los aspectos baacutesicos de su estructura tal como se podiacutea detectar con microscopiacutea oacuteptica En el uacuteltimo tercio del siglo XIX se sucederiacutean los esfuerzos por establecer las propiedades fiacutesico-quiacutemicas de las clorofilas y se comienzan a estudiar los aspectos eco fisioloacutegico de la fotosiacutentesis
Fase fotoquiacutemica
La energiacutea luminosa que absorbe la clorofila se transmite a los electrones externos de la moleacutecula los cuales escapan de la misma y producen una especie de corriente eleacutectrica en el interior del cloroplasto al incorporarse a la cadena de transporte de electrones Esta energiacutea puede ser empleada en la siacutentesis de ATP mediante la fotofosforilacioacuten y en la siacutentesis de NADPH Ambos compuestos son necesarios para la siguiente fase o Ciclo de Calvin donde se sintetizaraacuten los primeros azuacutecares que serviraacuten para la produccioacuten de sacarosa y almidoacuten Los electrones que ceden las clorofilas son repuestos mediante la oxidacioacuten del H2O proceso en el cual se genera el O2 que las plantas liberan a la atmoacutesfera
Existen dos variantes de fotofosforilacioacuten aciacuteclica y ciacuteclica seguacuten el traacutensito que sigan los electrones a traveacutes de los foto sistemas Las consecuencias de seguir un tipo u otro estriban principalmente en la produccioacuten o no de NADPH y en la liberacioacuten o no de O2
Fotofosforilacioacuten aciacuteclica
Estructura de un fotosistema
Este proceso permite la formacioacuten de ATP y la reduccioacuten de NADP+ a NADPH + H
+ y necesita de la
energiacutea de la luz como ya se ha dicho Se realiza gracias a los llamados foto sistemas que se encuentran en la membrana de los tilacoides (en los cloroplastos) Estos estaacuten formados por dos partes
Antena donde se agrupan los pigmentos antena junto con proteiacutenas y cuya funcioacuten es captar
la energiacutea de los fotones para transmitirla al pigmento diana y el centro de reaccioacuten Este esta formado por proteiacutenas y por pigmentos encontraacutendose en eacutel el llamado pigmento diana que es
aquel que recibe la energiacutea de excitacioacuten de la antena energiacutea que sirve para excitar y liberar electrones Aquiacute tambieacuten se encuentra el primer dador de electrones que repone los electrones al pigmento diana
Primer aceptor que recibe los electrones liberados
Hay dos tipos de foto sistemas
Fotosistema I que se encuentra sobre todo en los tilacoides de estroma y cuyo pigmento diana
es la clorofila P700
Fotosistema II que se encuentra sobre todo en los grana y cuyo pigmento diana es la clorofila
P680
Proceso
El proceso de la fase luminosa supuesto para dos electrones es el siguiente Los fotones inciden sobre el fotosistema II excitando y liberando dos electrones que pasan al primer aceptor de electrones la feofitina Los electrones los repone el primer dador de electrones el dador Z con los electrones procedentes de la fotoacutelisis del agua en el interior del tilacoide (la moleacutecula de agua se divide en 2H
+ + 2e
-
+ 12O2) Los protones de la fotoacutelisis se acumulan en el interior del tilacoide y el oxiacutegeno es liberado
Los electrones pasan a una cadena de transporte de electrones que invertiraacute su energiacutea liberada en la siacutentesis de ATP iquestCoacutemo La teoriacutea quimioosmoacutetica nos lo explica de la siguiente manera los electrones son cedidos a las plastoquinonas las cuales captan tambieacuten dos protones del estroma Los electrones y los protones pasan al complejo de citocromos bf que bombea los protones al interior del tilacoide Se consigue asiacute una gran concentracioacuten de protones en el tilacoide (entre eacutestos y los resultantes de la fotoacutelisis del agua) que se compensa regresando al estroma a traveacutes de las proteiacutenas ATP-sintasas que invierten la energiacutea del paso de los protones en sintetizar ATP La siacutentesis de ATP en la fase fotoquiacutemica se denomina fotofosforilacioacuten
Los electrones de los citocromos pasan a la plastocianina que los cede a su vez al fotosistema I Con la energiacutea de la luz los electrones son de nuevo liberados y captados por el aceptor A0 De ahiacute pasan a traveacutes de una serie de filoquinonas hasta llegar a la ferredoxina Eacutesta moleacutecula los cede a la enzima NADP
+-reductasa que capta tambieacuten dos protones del estroma Con los dos protones y los dos
electrones reduce un NADP+ en NADPH + H
+
El balance final es por cada moleacutecula de agua (y por cada cuatro fotones) se forman media moleacutecula de oxiacutegeno 13 moleacuteculas de ATP y un NADPH + H
+
Foto fosforilacioacuten ciacuteclica
Tiene lugar al mismo tiempo que la aciacuteclica En ella soacutelo interviene el foto sistema I Los electrones liberados despueacutes de llegar a la ferredoxina pasan a las plastoquinonas y siguen la cadena de transporte de electrones hasta regresar a la plastocianina y al fotosistema I Por tanto se genera ATP en lugar de NADPH Sirve para compensar el hecho de que en la fotofosforilacioacuten aciacuteclica no se genera suficiente ATP para la fase oscura
Fase bioquiacutemica o ciclo de Calvin biosiacutentesis orgaacutenica
Esquema simplificado del ciclo de Calvin-Benson
La fase bioquiacutemica o ciclo de Calvin o ciclo reductivo de las pentosas-fosfato consiste en un ciclo de reacciones quiacutemicas en las que se incorpora el CO2 de la atmoacutesfera en moleacuteculas orgaacutenicas y se originan triosas fosfato los primeros azuacutecares previos a la formacioacuten de sacarosa y almidoacuten Durante este ciclo se
emplean el ATP y el NADPH producidos en la etapa fotoquiacutemica Se divide en tres etapas carboxilacioacuten reduccioacuten y regeneracioacuten
Este ciclo comienza con una pentosa la ribulosa-15-fosfato que se carboxila con el CO2 y se descompone en dos moleacuteculas de aacutecido-3-fosfogliceacuterico Con el gasto de un ATP el aacutecido-3-fosfogliceacuterico se fosforila en aacutecido-13-bifosfogliceacuterico Eacuteste se reduce con el NADPH y se libera una moleacutecula de aacutecido fosfoacuterico formaacutendose el gliceraldehido-3-fosfato La moleacutecula formada puede seguir ahora dos viacuteas una es dar lugar a maacutes ribulosa-15-fosfato para seguir el ciclo y la otra es dar lugar a los distintos principios inmediatos glucosa o fructosa almidoacuten y a partir de ellos los demaacutes gluacutecidos y los liacutepidos proteiacutenas y nucleoacutetidos que requiere la ceacutelula
Hay que destacar que tanto la fase fotoquiacutemica como la fase biosinteacutetica se producen a la vez Son inseparables ya que los productos de la fase fotoquiacutemica son empleados en la fase biosinteacutetica Por otro lado al consumir en la fase biosinteacutetica el ATP y NADPH se obtienen ADP y NADP
+ para la fase
fotoquiacutemica Para asegurar que ambas fases se produzcan a la vez existe una fuerte fotorregulacioacuten sobre las enzimas del ciclo de Calvin para que esteacuten activas por el diacutea e inactivas por la noche en especial sobre la enzima rubisco No obstante existe una variante de fotosiacutentesis presente en ciertas plantas que permite separar la fijacioacuten del CO2 de la fase fotoquiacutemica Se trata de la fotosiacutentesis tipo CAM empleada por plantas adaptadas a climas deseacuterticos para evitar que se abran las estomas por el diacutea para fijar el CO2 con la consiguiente peacuterdida de agua
Divisioacuten celular
Comparacioacuten de tres tipos de reproduccioacuten celular
Definicioacuten
La divisioacuten celular es la parte del ciclo
celular en la que una ceacutelula inicial (llamada madre) se divide en dos para formar dos ceacutelulas hijas Gracias a la divisioacuten celular se produce el crecimiento de los organismos pluricelulares con el crecimiento de los tejidos y la reproduccioacuten vegetativa en seres unicelulares
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas
Tipos de divisioacuten celular
Biparticioacuten la divisioacuten de la ceacutelula madre en dos ceacutelulas hijas cada nueva ceacutelula es un nuevo individuo
con estructuras y funciones ideacutenticas a la ceacutelula madre Este tipo de reproduccioacuten la presentan organismos como bacterias amebas y algunas algas
Gemacioacuten se presenta cuando unos nuevos individuos se producen a partir de yemas El proceso de
gemacioacuten es frecuente en esponjas celenterios briozoos En una zona o varias del organismo progenitor
se produce una evaginacioacuten o yema que se va desarrollando y en un momento dado sufre una constriccioacuten en la base y se separa del progenitor comenzando su vida como nuevo ser Las yemas hijas pueden presentar otras yemas a las que se les denomina yemas secundarias En algunos organismos se pueden formar colonias cuando las yemas no se separan del organismo progenitor En las formas maacutes evolucionadas de briozoos se observa en el proceso de gemacioacuten que se realiza de forma maacutes complicado
El nuacutemero de individuos de una colonia la manera en que estaacuten agrupados y su grado de diferenciacioacuten variacutea y a menudo es caracteriacutestica de una especie determinada Los briozoos pueden originar nuevos individuos sobre unas prolongaciones llamados estolones y al proceso se le denomina estolonizacioacuten
Ciertas especies de animales pueden tener gemacioacuten interna yemas que sobreviven en condiciones desfavorables gracias a una envoltura protectora En el caso de las esponjas de agua dulce las yemas tienen una caacutepsula protectora y en el interior hay sustancia de reserva Al llegar la primavera se pierde la caacutepsula protectora y a partir de la yema surge la nueva esponja En los briozoos de agua dulce se produce una capa de quitina y de calcio y no necesitan sustancia de reserva pues se encuentra en estado de hibernacioacuten
Esporulacioacuten la esporulacioacuten o esporo geacutenesis consiste en un proceso de diferenciacioacuten celular para
llegar a la produccioacuten de ceacutelulas reproductivas dispersivas de resistencia llamadas esporas Este proceso ocurre en hongos amebas liacutequenes algunos tipos de bacterias protozoos esporozoos (como el Plasmodium causante de malaria) y es frecuente en vegetales (especialmente algas musgos y helechos) grupos de muy diferentes oriacutegenes evolutivos pero con semejantes estrategias reproductivas todos ellos pueden recurrir a la formacioacuten ceacutelulas de resistencia para favorecer la dispersioacuten Durante la esporulacioacuten se lleva a cabo la divisioacuten del nuacutecleo en varios fragmentos y por una divisioacuten celular asimeacutetrica una parte del citoplasma rodea cada nuevo nuacutecleo dando lugar a las esporas Dependiendo de cada especie se puede producir un nuacutemero parciable de esporas y a partir de cada una de ellas se desarrollaraacute un individuo independiente
Procesos de divisioacuten celular
Fisioacuten binaria es la forma de divisioacuten celular de las ceacutelulas procariotas
Mitosis es la forma maacutes comuacuten de la divisioacuten celular en las ceacutelulas eucariotas Una ceacutelula que ha
adquirido determinados paraacutemetros o condiciones de tamantildeo volumen almacenamiento de energiacutea factores medioambientales puede replicar totalmente su dotacioacuten de ADN y dividirse en dos ceacutelulas hijas normalmente iguales Ambas ceacutelulas seraacuten diploides o haploide dependiendo de la ceacutelula madre
Meiosis es la divisioacuten de una ceacutelula diploide en cuatro ceacutelulas haploide Esta divisioacuten celular se
produce en organismos multicelulares para producir gametos haploide que pueden fusionarse despueacutes para formar una ceacutelula diploide llamada zigoto en la fecundacioacuten
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas Las ceacutelulas cancerosas son inmortales Una enzima llamada telomerasa permite a estas ceacutelulas dividirse indefinidamente
La caracteriacutestica principal de la divisioacuten celular en organismos eucariotas es la conservacioacuten de los
mecanismos geneacuteticos del control del ciclo celular y de la divisioacuten celular puesto que se ha mantenido praacutecticamente inalterable desde organismos tan simples como las levaduras a criaturas tan complejas como el ser humano a lo largo de la evolucioacuten bioloacutegica
Factores que explican la divisioacuten celular
Una teoriacutea afirma que existe un momento en el que la ceacutelula comienza a crecer mucho lo que hace que disminuya la proporcioacuten aacutereavolumen Cuando el aacuterea de la membrana plasmaacutetica de la ceacutelula es mucho maacutes pequentildea en relacioacuten con el volumen total de eacutesta se presentan dificultades en la reabsorcioacuten y en el transporte de nutrientes siendo asiacute necesario que se produzca la divisioacuten celular
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular constituye el proceso maacutes importante dentro de la ceacutelula el cual abordaremos en
pequentildea medida pero de manera significativa
Esta investigacioacuten toma en cuenta a todos aquellos que de alguna manera participan aunque sea de
forma miacutenima en la respiracioacuten celular
Hablar de respiracioacuten celular es referirnos a un proceso bioquiacutemico del cual nos ramificaremos a dos tipos
de respiracioacuten celular aeroacutebica y anaeroacutebica
En este proceso interfieren factores quiacutemicos capaces de ser procesados dentro de las ceacutelulas y que en
gran medida constituyen las bases para que la respiracioacuten celular se lleve a cabo
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular es el conjunto de reacciones bioquiacutemicas que ocurren en la mayoriacutea de las ceacutelulas
Tambieacuten es el conjunto de reacciones quiacutemicas mediante las cuales se obtiene energiacutea a partir de la
degradacioacuten de sustancias orgaacutenicas como los azuacutecares y los aacutecidos principalmente
Comprende dos fases
PRIMERA FASE
Se oxida la glucosa (azuacutecar) y no depende del oxiacutegeno por lo que recibe el nombre de respiracioacuten
anaeroacutebica y glicoacutelisis reaccioacuten que se lleva a cabo en el citoplasma de la ceacutelula
SEGUNDA FASE
Se realiza con la intervencioacuten del oxiacutegeno y recibe el nombre de respiracioacuten aeroacutebica o el ciclo de krebs y
se realiza en estructuras especiales de las ceacutelulas llamadas mitocondrias
Tanto que es una parte del metabolismo concretamente del catabolismo en el cual la energiacutea contenida
en distintas biomoleacuteculas como los gluacutecidos (azuacutecares carbohidratos) es liberado de manera controlada
IMPORTANCIA
- Crecimiento
- Transporte activo de sustancias energeacuteticas
- Movimiento ciclosis
- Regeneracioacuten de ceacutelulas
- Siacutentesis de proteiacutenas
- Divisioacuten de ceacutelulas
TIPOS DE RESPIRACIOacuteN CELULAR
RESPIRACIOacuteN ANAEROacuteBICA
La respiracioacuten anaeroacutebica es un proceso bioloacutegico de oxidorreduccioacuten de azuacutecares y otros compuestos
Lo realizan exclusivamente algunos grupos de bacterias
En la respiracioacuten anaeroacutebica no se usa oxiacutegeno sino para la misma funcioacuten se emplea otra sustancia
oxidante distinta como el sulfato No hay que confundir la respiracioacuten anaeroacutebica con la fermentacioacuten
aunque estos dos tipos de metabolismo tienen en comuacuten el no ser dependiente del oxigeno
Todos los posibles aceptores en la respiracioacuten anaeroacutebica tienen un potencial de reduccioacuten menor que el
O2 por lo que se genera menor energiacutea en el proceso
ETAPAS
Glucoacutelisis
Fermentacioacuten
GLUCOacuteLISIS- Tambieacuten denominado glicoacutelisis es la secuencia metaboacutelica en la que se oxida en la
glucoacutelisis cuando hay ausencia de oxiacutegeno la glucoacutelisis es la uacutenica viacutea que produce ATP en los animales
Estaacute presente en todas las formas de viacuteas actuales Es la primera parte del metabolismo energeacutetico y en
las ceacutelulas eucariotas en donde ocurre el citoplasma
Por lo tanto es una secuencia compleja de reacciones que se efectuacutean en el citosol de una ceacutelula
mediante las cuales una moleacutecula de glucosa se desdobla en dos moleacuteculas de acido piruvico De manera
que la glicoacutelisis consta de dos pasos principales
Activacioacuten de la glucosa
Produccioacuten de energiacutea
IMPORTANCIA Permite a los muacutesculos esqueleacuteticos realizar su contraccioacuten
FERMENTACIOacuteN- Es un proceso cataboacutelico de oxidacioacuten completa siendo el producto final de
un compuesto orgaacutenico La fermentacioacuten tiacutepica es llevada acabo por las levaduras Tambieacuten
unos metazoos y plantas menores son capaces de producirla
El proceso de fermentacioacuten anaeroacutebica se produce en la ausencia de oxigeno como aceptor final
de los electrones del NADH producido en la glucoacutelisis
En los seres vivos la fermentacioacuten es un proceso anaeroacutebico y en el no interviene la cadena
respiratoria que son propios del micro organismo como las bacterias y levaduras
Ademaacutes en la industria de la fermentacioacuten puede ser oxidativa es decir como presencia de
oxigeno pero es una oxidacioacuten aeroacutebica incompleta como la produccioacuten de acido aceacutetico a partir
del etanol
La fermentacioacuten puede ser naturales cuando las condiciones ambientales permitan la interaccioacuten
del microorganismo sustratos orgaacutenicos susceptibles o artificiales cuando el hombre propicia
condiciones y en contacto referido
USOS
El conocimiento de la dieta a traveacutes del desarrollo de una diversidad de sabores aromas y
texturas en los substratos de los alimentos
Preservacioacuten de cantidades substanciales de alimentos a traveacutes del acido laacutecteo alcohoacutelico
acido aceacutetico y fermentacioacuten alcalinas
La fermentacioacuten tiene algunos usos exclusivos para los alimentos pueden producir nutrientes
importantes o eliminar auto nutrientes
TIPOS DE FERMENTACIOacuteN
Fermentacioacuten aceacutetica
Fermentacioacuten alcohoacutelica
Fermentacioacuten butirica
Fermentacioacuten de la glicerina
Fermentacioacuten laacutectica
Fermentacioacuten putrica
RESPIRACIOacuteN AEROacuteBICA
Es un tipo de metabolismo energeacutetico en el que los seres vivos extraen energiacutea de moleacuteculas
orgaacutenicas como la glucosa por un proceso complejo en donde el carbono queda oxidado y en el
que el aire es el oxidante empleado
La respiracioacuten aeroacutebica es propia de los organismos eucariontes en general y de algunos tipos
de bacterias
La susecion de reacciones quiacutemicas que ocurren dentro de las ceacutelulas mediante las cuales se
realiza las descomposiciones finales de las moleacuteculas en los alimentos y en la que se produce CO2 y
H2O
Se realiza solo en el proceso de oxigeno Consiste en la degradacioacuten de los piruvatos producidos
durante la glucosis hasta CO2 y H2O como obtencioacuten de 34 a 36 ATP
IMPORTANCIA
Participa en la respiracioacuten celular formando ATP
REACCIONES AEROacuteBICAS
Las reacciones aeroacutebicas ocurre en la mitocondria y son
1 Formacioacuten del acetilo
2 Transferencia del acetilo Actividades en matriz
3 Ciclo de krebs
4 Transporte de electrones
Cadena respiratoria
5 Fosforilacioacuten oxidativa (actividad de crestas)
LA MITOCONDRIA Y SUS PARTES
CICLO DE KREBS
Propuesto por Hans A Krebs en 1937 quien descubrioacute el ciclo estudiando suspensiones de papillas del
muacutesculo pectoral de la paloma que presentaba un elevado ritmo respiratorio
El ciclo de krebs (tambieacuten llamado ciclo del acido ciacutetrico o ciclo de lso aacutecidos tricarboxilicos) es una serie
de reacciones quiacutemicos de gran importancia que forman parte de la respiracioacuten celular en toda las ceacutelulas
aeroacutebicas es decir que utilizan oxigeno En organismo aeroacutebico el ciclo de krebs es parte de la viacutea
cataboacutelica que realizan oxidacioacuten de hidratos de carbono aacutecidos graos y aminoaacutecidos hasta producir CO2
y H2O liberando energiacutea en forma utilizable
El ciclo de krebs tambieacuten proporciona recurso para muchas biomoleculas tales como ciertos aacutenimos
aacutecidos Por ello se considera una viacutea anfibolica es decir que es cataboacutelico y anaboacutelica al mismo tiempo
UBICACIOacuteN
Tiene lugar en tres partes
Matriz mitocondrial
En las eucariotas
En el citoplasma de eucariotas
CICLO DE KREBS
Transporte activo secundario o cotransporte
Es el transporte de sustancias que normalmente no atraviesan la membrana celular tales como los aminoaacutecidos y la glucosa cuya energiacutea requerida para el transporte deriva del gradiente de concentracioacuten de los iones sodio de la membrana celular (Bomba GlucosaSodio ATPasa)
Bomba de calcio Es una proteiacutena de la membrana celular de todas las ceacutelulas eucariotas Su
funcioacuten consiste en transportar calcio ioacutenico (Ca2+
) hacia el exterior de la ceacutelula gracias a la energiacutea proporcionada por la hidroacutelisis de ATP con la finalidad de mantener la baja concentracioacuten de Ca
2+ en el citoplasma que es unas diez mil veces menor que en el medio
externo necesaria para el normal funcionamiento celular Se sabe que las variaciones en la concentracioacuten intracelular del Ca
2+ (segundo mensajero) se producen como respuesta a diversos
estiacutemulos y estaacuten involucradas en procesos como la contraccioacuten muscular la expresioacuten geneacutetica la diferenciacioacuten celular la secrecioacuten y varias funciones de las neuronas Dada la variedad de procesos metaboacutelicos regulados por el Ca
2+ un aumento de la concentracioacuten de Ca
2+ en el
citoplasma puede provocar un funcionamiento anormal de los mismos Si el aumento de la concentracioacuten de Ca
2+ en la fase acuosa del citoplasma se aproxima a un deacutecimo de la del medio
externo el trastorno metaboacutelico producido conduce a la muerte celular El calcio es el mineral maacutes abundante del organismo ademaacutes de cumplir muacuteltiples funciones
Transporte de macromoleacuteculas o partiacuteculas
Las macromoleacuteculas o partiacuteculas grandes se introducen o expulsan de la ceacutelula por dos mecanismos
Endocitosis
La endocitosis es el proceso celular por el que la ceacutelula mueve hacia su interior moleacuteculas grandes o partiacuteculas englobaacutendolas en una invaginacioacuten de su membrana citoplasmaacutetica formando una vesiacutecula que luego se desprende de la pared celular e incorpora al citoplasma Esta vesiacutecula llamada endosoma luego se fusiona con un lisosoma que realizaraacute la digestioacuten del contenido vesicular
Existen dos procesos
Pinocitosis consiste en la ingestioacuten de liacutequidos y solutos mediante pequentildeas vesiacuteculas
Fagocitosis consiste en la ingestioacuten de grandes partiacuteculas que se engloban en grandes vesiacuteculas (fagosomas) que se desprenden de la membrana celular
Endocitosis mediada por receptor es de tipo especiacutefica captura macromoleacuteculas especiacuteficas del
ambiente fijaacutendose a traveacutes de proteiacutenas ubicadas en las membranas plasmaacuteticas (especificas) Una vez que se unen a dicho receptor forman las vesiacuteculas y las transportan al interior de la ceacutelula La endocitosis mediada por receptor resulta ser un proceso raacutepido y eficiente
Exocitosis
Es la expulsioacuten de sustancias como la insulina a traveacutes de la fusioacuten de vesiacuteculas con la membrana celular
La exocitosis es el proceso celular por el cual las vesiacuteculas situadas en el citoplasma se fusionan con la membrana citoplasmaacutetica liberando su contenido
La exocitosis se observa en muy diversas ceacutelulas secretoras tanto en la funcioacuten de excrecioacuten como en la funcioacuten endocrina
Tambieacuten interviene la exocitosis en la secrecioacuten de un neurotransmisor a la brecha sinaacuteptica para posibilitar la propagacioacuten del impulso nervioso entre neuronas La secrecioacuten quiacutemica desencadena una despolarizacioacuten del potencial de membrana desde el axoacuten de la ceacutelula emisora hacia la dendrita (u otra parte) de la ceacutelula receptora Este neurotransmisor seraacute luego recuperado por endocitosis para ser reutilizado Sin este proceso se produciriacutea un fracaso en la transmisioacuten del impulso nervioso entre neuronas
CEacuteLULA VEGETAL
Todos los organismos vivos estaacuten compuestos por ceacutelulas El ingleacutes Robert Hooke en 1665 realizoacute cortes finos de una muestra de corcho y observoacute usando un microscopio rudimentario unos pequentildeos compartimentos que no eran maacutes que las paredes celulares de esas ceacutelulas muertas y las llamoacute ceacutelulas (del latiacuten cellula que significa habitacioacuten pequentildea ) ya que eacuteste tejido le recordaba las celdas pequentildeas que habitaban los monjes de aquella eacutepoca No fue sino hasta el siglo XIX que dos cientiacuteficos alemanes el botaacutenico Matthias Jakob Schleiden y el zoologo Theodor Schwann enunciaron en 1839 la primera teoriacutea celular Todas las plantas y animales estaacuten compuestos por grupos de ceacutelulas y eacutestas son la unidad baacutesica de todos los organismos vivos Esta teoriacutea fue completada en 1855 por Rudolph Virchow quien establecioacute que las ceacutelulas nuevas se formaban a partir de ceacutelulas preexistentes ( omni cellula e cellula ) En otras palabras las ceacutelulas no se pueden formar por generacioacuten espontaacutenea a partir de materia inerte
Ceacutelula fijada con KMnO4
En la frontera de lo viviente se han descubierto seres aun maacutes pequentildeos los virus que crecen y se reproducen solamente cuando parasitan otra ceacutelula Podemos afirmar que no hay vida sin ceacutelula Al igual que un edificio las ceacutelulas son los bloques de construccioacuten de un organismo La ceacutelula es la unidad maacutes pequentildea de materia viva capaz de llevar a cabo todas las actividades necesarias para el mantenimiento de la vida
La teoriacutea celular actualmente se puede resumir de la siguiente forma
1 Todos los organismos vivos estaacuten formados por ceacutelulas y productos celulares
2 Soacutelo se forman ceacutelulas nuevas a partir de ceacutelulas preexistentes
3 La informacioacuten geneacutetica que se necesita durante la vida de las ceacutelulas y la que se requiere para la produccioacuten de nuevas ceacutelulas se transmite de una generacioacuten a la siguiente
4 Las reacciones quiacutemicas de un organismo esto es su metabolismo tienen lugar en las ceacutelulas
CEacuteLULAS VEGETALES Y ANIMALES
Tanto las ceacutelulas de las plantas como las de los animales son eucarioacuteticas sin embargo presentan algunas diferencias
1 Las ceacutelulas vegetales presentan una pared celular celuloacutesica riacutegida que evita cambios de forma y posicioacuten
2 Las ceacutelulas vegetales contienen plastidios estructuras rodeadas por una membrana que sintetizan y almacenan alimentos Los maacutes comunes son los cloroplastos
3 Casi todas las ceacutelulas vegetales poseen vacuolas que tienen la funcioacuten de transportar y almacenar nutrientes agua y productos de desecho
4 Las ceacutelulas vegetales complejas carecen de ciertos organelos como los centriacuteolos y los lisosomas
Fotosiacutentesis
Una hoja el lugar principal en el que se desarrolla la fotosiacutentesis en las plantas
La fotosiacutentesis del griego antiguo φωτο (foto) luz y σύνθεσις (siacutentesis) unioacuten es la base de la vida
actual en la Tierra Proceso mediante el cual las plantas algas y algunas bacterias captan y utilizan la energiacutea de la luz para transformar la materia inorgaacutenica de su medio externo en materia orgaacutenica que utilizaraacuten para su crecimiento y desarrollo
Los organismos capaces de llevar a cabo este proceso se denominan fotoautoacutetrofos y ademaacutes son capaces de fijar el CO2 atmosfeacuterico (lo que ocurre casi siempre) o simplemente autoacutetrofos Salvo en algunas bacterias en el proceso de fotosiacutentesis se producen liberacioacuten de oxiacutegeno molecular (proveniente de moleacuteculas de H2O) hacia la atmoacutesfera (fotosiacutentesis oxigeacutenica) Es ampliamente admitido que el contenido actual de oxiacutegeno en la atmoacutesfera se ha generado a partir de la aparicioacuten y actividad de dichos organismos fotosinteacuteticos Esto ha permitido la aparicioacuten evolutiva y el desarrollo de organismos aerobios capaces de mantener una alta tasa metaboacutelica (el metabolismo aerobio es muy eficaz desde el punto de vista energeacutetico)
La otra modalidad de fotosiacutentesis la fotosiacutentesis anoxigeacutenica en la cual no se libera oxiacutegeno es llevada a cabo por un nuacutemero reducido de bacterias como las bacterias puacuterpuras del azufre y las bacterias verdes del azufre estas bacterias usan como donador de hidroacutegenos el H2S con lo que liberan azufre
Generalidades
Cloroplastos dentro de ceacutelulas vegetales
En algas eucarioacuteticas y en plantas la fotosiacutentesis se lleva a cabo en un orgaacutenulo especializado denominado cloroplasto Este orgaacutenulo que estaacute delimitado por dos membranas (envueltas de los cloroplastos) que lo separan del citoplasma circundante En su interior se encuentra una fase acuosa con un elevado contenido en proteiacutenas e hidratos de carbono (estroma del cloroplasto) y una serie de
membranas denominadas tilacoides Los tilacoides contienen los pigmentos (sustancias coloreadas) fotosinteacuteticos y proteiacutenas necesarios para captar la energiacutea de la luz El principal de esos pigmentos es la clorofila de color verde de la que existen varios tipos (bacterioclorofilas y clorofilas a b c y d) Ademaacutes de las clorofilas otros pigmentos presentes en todos los organismos eucarioacuteticos son los carotenoides (carotenos y xantofilas) de color amarillo o anaranjado y que tienen un papel auxiliar en la captacioacuten de la luz ademaacutes de un papel protector En cianobacterias (que no poseen cloroplastos) los carotenoides son sustituidos por otro tipo de pigmentos denominados ficobilinas de naturaleza quiacutemica diferente a los anteriores En las plantas vasculares el mayor nuacutemero de cloroplastos se encuentra dentro de las ceacutelulas del mesoacutefilo de las hojas lo cual les confiere su caracteriacutestico color verde
La fotosiacutentesis se divide en dos fases La primera ocurre en los tilacoides en donde se capta la energiacutea de la luz y eacutesta es almacenada en dos moleacuteculas orgaacutenicas sencillas (ATP y NADPH) La segunda tiene lugar en el estroma y las dos moleacuteculas producidas en la fase anterior son utilizadas en la asimilacioacuten del CO2 atmosfeacuterico para producir hidratos de carbono e indirectamente el resto de las moleacuteculas orgaacutenicas que componen los seres vivos (aminoaacutecidos liacutepidos nucleoacutetidos etc) Tradicionalmente a la primera fase se le denominaba fase luminosa y a la segunda fase oscura de la fotosiacutentesis Sin embargo la
denominacioacuten como fase oscura de la segunda etapa es incorrecta porque actualmente se conoce que los procesos que la llevan a cabo solo ocurren en condiciones de iluminacioacuten Es maacutes preciso referirse a ella como fase de fijacioacuten del dioacutexido de carbono (ciclo de Calvin) y a la primera como fase fotoquiacutemica o reaccioacuten de Hill
En la fase luminosa o fotoquiacutemica la energiacutea de la luz captada por los pigmentos fotosinteacuteticos unidos a proteiacutenas y organizados en los denominados foto sistemas (ver maacutes adelante) produce la descomposicioacuten del agua liberando electrones que circulan a traveacutes de moleacuteculas transportadoras para llegar hasta un aceptor final (NADP
+) capaz de mediar en la transformacioacuten del CO2 atmosfeacuterico (o
disuelto en el agua en sistemas acuaacuteticos) en materia orgaacutenica Este proceso luminoso estaacute tambieacuten acoplado a la formacioacuten de moleacuteculas que funcionan como intercambiadores de energiacutea en las ceacutelulas (ATP) La formacioacuten de ATP es necesaria tambieacuten para la fijacioacuten del CO2
El CO2 es uno de los menores componentes del aire atmosfeacuterico capaz de reflejar la radiacioacuten de onda larga proveniente de la tierra (el maacuteximo agente reflector de esa radiacioacuten es el vapor de agua) El notable aumento de su concentracioacuten a partir de 1850 debido a la destruccioacuten de las aacutereas selvaacuteticas la actividad industrial y el uso de combustibles foacutesiles podriacutea tener el efecto de incrementar las temperaturas medias efecto llamado efecto invernadero
Descubrimiento
Durante el siglo XVIII comienzan a surgir trabajos que relacionan los incipientes conocimientos de la Quiacutemica con los de la Biologiacutea Asiacute con los trabajos de Priestley se llega a la conclusioacuten de que las partes verdes de las plantas fijan el aire lsquoimpurorsquo (anhiacutedrido carboacutenico) que actuariacutea como un nutriente y liberan oxiacutegeno
Posteriormente Emily Fransecheti ampliacutea los estudios de Scarlett Pruzza describiendo la emisioacuten de CO2 por las plantas en oscuridad y estableciendo que esta emisioacuten era menor que su asimilacioacuten en condiciones de iluminacioacuten Ingeshousz tambieacuten supone que la emisioacuten de oxiacutegeno por parte de las plantas procede en uacuteltimo teacutermino del agua aunque no sabe encontrar una explicacioacuten para este fenoacutemeno y habla de una lsquotransmutacioacutenrsquo (se debe antildeadir que en esta eacutepoca no se conociacutea auacuten la naturaleza quiacutemica del agua)
En la misma liacutenea de los autores anteriores Jean Senebier ginebrino realiza nuevos experimentos que establecen la necesidad de la luz para que se produzca la asimilacioacuten de anhiacutedrido carboacutenico y el desprendimiento de oxiacutegeno Tambieacuten establece que auacuten en condiciones de iluminacioacuten si no se suministra CO2 no se registra desprendimiento de oxiacutegeno J Senebier sin embargo opinaba en contra de las teoriacuteas desarrolladas y confirmadas maacutes adelante que la fuente de anhiacutedrido carboacutenico para la planta proveniacutea del agua y no del aire
Otro autor suizo Th de Saussure demostrariacutea experimentalmente que el pipeteo de la papa constituye un proceso baacutesico en la fotosiacutentesis y que el aumento de biomasa depende de la fijacioacuten de anhiacutedrido carboacutenico (que puede ser tomado directamente del aire por las hojas) y del agua Tambieacuten realiza estudios sobre la respiracioacuten en plantas y concluye que junto con la emisioacuten de anhiacutedrido carboacutenico hay una peacuterdida de agua y una generacioacuten de calor Finalmente de Saussure describe la necesidad de la nutricioacuten mineral de las plantas
El quiacutemico alemaacuten J von Liebig es uno de los grandes promotores tanto del conocimiento actual sobre Quiacutemica Orgaacutenica como sobre Fisiologiacutea Vegetal imponiendo el punto de vista de los organismos como entidades compuestas por productos quiacutemicos y la importancia de las reacciones quiacutemicas en los procesos vitales Confirma las teoriacuteas expuestas previamente por de Saussure matizando que si bien la fuente de carbono procede del CO2 atmosfeacuterico el resto de los nutrientes provienen del suelo
La denominacioacuten como clorofila de los pigmentos fotosinteacuteticos fue acuntildeada por Pelletier y Caventou a comienzos del siglo XIX Dutrochet describe la entrada de CO2 en la planta a traveacutes de los estomas y determina que solo las ceacutelulas que contienen clorofila son productoras de oxiacutegeno H von Mohl maacutes tarde asociariacutea la presencia de almidoacuten con la de clorofilas y describiriacutea la estructura de los estomas Sachs a su vez relacionoacute la presencia de clorofila con cuerpos subcelulares que se pueden alargar y dividir asiacute como que la formacioacuten de almidoacuten estaacute asociada con la iluminacioacuten y que esta sustancia desaparece en oscuridad o cuando los estomas son ocluidos A Sachs se debe la formulacioacuten de la ecuacioacuten baacutesica de la fotosiacutentesis
6 CO2 + 6 H2O rarr C6H12O6 + 6 O2
Schimper dariacutea el nombre de cloroplastos a los cuerpos coloreados de Sachs y describiriacutea los aspectos baacutesicos de su estructura tal como se podiacutea detectar con microscopiacutea oacuteptica En el uacuteltimo tercio del siglo XIX se sucederiacutean los esfuerzos por establecer las propiedades fiacutesico-quiacutemicas de las clorofilas y se comienzan a estudiar los aspectos eco fisioloacutegico de la fotosiacutentesis
Fase fotoquiacutemica
La energiacutea luminosa que absorbe la clorofila se transmite a los electrones externos de la moleacutecula los cuales escapan de la misma y producen una especie de corriente eleacutectrica en el interior del cloroplasto al incorporarse a la cadena de transporte de electrones Esta energiacutea puede ser empleada en la siacutentesis de ATP mediante la fotofosforilacioacuten y en la siacutentesis de NADPH Ambos compuestos son necesarios para la siguiente fase o Ciclo de Calvin donde se sintetizaraacuten los primeros azuacutecares que serviraacuten para la produccioacuten de sacarosa y almidoacuten Los electrones que ceden las clorofilas son repuestos mediante la oxidacioacuten del H2O proceso en el cual se genera el O2 que las plantas liberan a la atmoacutesfera
Existen dos variantes de fotofosforilacioacuten aciacuteclica y ciacuteclica seguacuten el traacutensito que sigan los electrones a traveacutes de los foto sistemas Las consecuencias de seguir un tipo u otro estriban principalmente en la produccioacuten o no de NADPH y en la liberacioacuten o no de O2
Fotofosforilacioacuten aciacuteclica
Estructura de un fotosistema
Este proceso permite la formacioacuten de ATP y la reduccioacuten de NADP+ a NADPH + H
+ y necesita de la
energiacutea de la luz como ya se ha dicho Se realiza gracias a los llamados foto sistemas que se encuentran en la membrana de los tilacoides (en los cloroplastos) Estos estaacuten formados por dos partes
Antena donde se agrupan los pigmentos antena junto con proteiacutenas y cuya funcioacuten es captar
la energiacutea de los fotones para transmitirla al pigmento diana y el centro de reaccioacuten Este esta formado por proteiacutenas y por pigmentos encontraacutendose en eacutel el llamado pigmento diana que es
aquel que recibe la energiacutea de excitacioacuten de la antena energiacutea que sirve para excitar y liberar electrones Aquiacute tambieacuten se encuentra el primer dador de electrones que repone los electrones al pigmento diana
Primer aceptor que recibe los electrones liberados
Hay dos tipos de foto sistemas
Fotosistema I que se encuentra sobre todo en los tilacoides de estroma y cuyo pigmento diana
es la clorofila P700
Fotosistema II que se encuentra sobre todo en los grana y cuyo pigmento diana es la clorofila
P680
Proceso
El proceso de la fase luminosa supuesto para dos electrones es el siguiente Los fotones inciden sobre el fotosistema II excitando y liberando dos electrones que pasan al primer aceptor de electrones la feofitina Los electrones los repone el primer dador de electrones el dador Z con los electrones procedentes de la fotoacutelisis del agua en el interior del tilacoide (la moleacutecula de agua se divide en 2H
+ + 2e
-
+ 12O2) Los protones de la fotoacutelisis se acumulan en el interior del tilacoide y el oxiacutegeno es liberado
Los electrones pasan a una cadena de transporte de electrones que invertiraacute su energiacutea liberada en la siacutentesis de ATP iquestCoacutemo La teoriacutea quimioosmoacutetica nos lo explica de la siguiente manera los electrones son cedidos a las plastoquinonas las cuales captan tambieacuten dos protones del estroma Los electrones y los protones pasan al complejo de citocromos bf que bombea los protones al interior del tilacoide Se consigue asiacute una gran concentracioacuten de protones en el tilacoide (entre eacutestos y los resultantes de la fotoacutelisis del agua) que se compensa regresando al estroma a traveacutes de las proteiacutenas ATP-sintasas que invierten la energiacutea del paso de los protones en sintetizar ATP La siacutentesis de ATP en la fase fotoquiacutemica se denomina fotofosforilacioacuten
Los electrones de los citocromos pasan a la plastocianina que los cede a su vez al fotosistema I Con la energiacutea de la luz los electrones son de nuevo liberados y captados por el aceptor A0 De ahiacute pasan a traveacutes de una serie de filoquinonas hasta llegar a la ferredoxina Eacutesta moleacutecula los cede a la enzima NADP
+-reductasa que capta tambieacuten dos protones del estroma Con los dos protones y los dos
electrones reduce un NADP+ en NADPH + H
+
El balance final es por cada moleacutecula de agua (y por cada cuatro fotones) se forman media moleacutecula de oxiacutegeno 13 moleacuteculas de ATP y un NADPH + H
+
Foto fosforilacioacuten ciacuteclica
Tiene lugar al mismo tiempo que la aciacuteclica En ella soacutelo interviene el foto sistema I Los electrones liberados despueacutes de llegar a la ferredoxina pasan a las plastoquinonas y siguen la cadena de transporte de electrones hasta regresar a la plastocianina y al fotosistema I Por tanto se genera ATP en lugar de NADPH Sirve para compensar el hecho de que en la fotofosforilacioacuten aciacuteclica no se genera suficiente ATP para la fase oscura
Fase bioquiacutemica o ciclo de Calvin biosiacutentesis orgaacutenica
Esquema simplificado del ciclo de Calvin-Benson
La fase bioquiacutemica o ciclo de Calvin o ciclo reductivo de las pentosas-fosfato consiste en un ciclo de reacciones quiacutemicas en las que se incorpora el CO2 de la atmoacutesfera en moleacuteculas orgaacutenicas y se originan triosas fosfato los primeros azuacutecares previos a la formacioacuten de sacarosa y almidoacuten Durante este ciclo se
emplean el ATP y el NADPH producidos en la etapa fotoquiacutemica Se divide en tres etapas carboxilacioacuten reduccioacuten y regeneracioacuten
Este ciclo comienza con una pentosa la ribulosa-15-fosfato que se carboxila con el CO2 y se descompone en dos moleacuteculas de aacutecido-3-fosfogliceacuterico Con el gasto de un ATP el aacutecido-3-fosfogliceacuterico se fosforila en aacutecido-13-bifosfogliceacuterico Eacuteste se reduce con el NADPH y se libera una moleacutecula de aacutecido fosfoacuterico formaacutendose el gliceraldehido-3-fosfato La moleacutecula formada puede seguir ahora dos viacuteas una es dar lugar a maacutes ribulosa-15-fosfato para seguir el ciclo y la otra es dar lugar a los distintos principios inmediatos glucosa o fructosa almidoacuten y a partir de ellos los demaacutes gluacutecidos y los liacutepidos proteiacutenas y nucleoacutetidos que requiere la ceacutelula
Hay que destacar que tanto la fase fotoquiacutemica como la fase biosinteacutetica se producen a la vez Son inseparables ya que los productos de la fase fotoquiacutemica son empleados en la fase biosinteacutetica Por otro lado al consumir en la fase biosinteacutetica el ATP y NADPH se obtienen ADP y NADP
+ para la fase
fotoquiacutemica Para asegurar que ambas fases se produzcan a la vez existe una fuerte fotorregulacioacuten sobre las enzimas del ciclo de Calvin para que esteacuten activas por el diacutea e inactivas por la noche en especial sobre la enzima rubisco No obstante existe una variante de fotosiacutentesis presente en ciertas plantas que permite separar la fijacioacuten del CO2 de la fase fotoquiacutemica Se trata de la fotosiacutentesis tipo CAM empleada por plantas adaptadas a climas deseacuterticos para evitar que se abran las estomas por el diacutea para fijar el CO2 con la consiguiente peacuterdida de agua
Divisioacuten celular
Comparacioacuten de tres tipos de reproduccioacuten celular
Definicioacuten
La divisioacuten celular es la parte del ciclo
celular en la que una ceacutelula inicial (llamada madre) se divide en dos para formar dos ceacutelulas hijas Gracias a la divisioacuten celular se produce el crecimiento de los organismos pluricelulares con el crecimiento de los tejidos y la reproduccioacuten vegetativa en seres unicelulares
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas
Tipos de divisioacuten celular
Biparticioacuten la divisioacuten de la ceacutelula madre en dos ceacutelulas hijas cada nueva ceacutelula es un nuevo individuo
con estructuras y funciones ideacutenticas a la ceacutelula madre Este tipo de reproduccioacuten la presentan organismos como bacterias amebas y algunas algas
Gemacioacuten se presenta cuando unos nuevos individuos se producen a partir de yemas El proceso de
gemacioacuten es frecuente en esponjas celenterios briozoos En una zona o varias del organismo progenitor
se produce una evaginacioacuten o yema que se va desarrollando y en un momento dado sufre una constriccioacuten en la base y se separa del progenitor comenzando su vida como nuevo ser Las yemas hijas pueden presentar otras yemas a las que se les denomina yemas secundarias En algunos organismos se pueden formar colonias cuando las yemas no se separan del organismo progenitor En las formas maacutes evolucionadas de briozoos se observa en el proceso de gemacioacuten que se realiza de forma maacutes complicado
El nuacutemero de individuos de una colonia la manera en que estaacuten agrupados y su grado de diferenciacioacuten variacutea y a menudo es caracteriacutestica de una especie determinada Los briozoos pueden originar nuevos individuos sobre unas prolongaciones llamados estolones y al proceso se le denomina estolonizacioacuten
Ciertas especies de animales pueden tener gemacioacuten interna yemas que sobreviven en condiciones desfavorables gracias a una envoltura protectora En el caso de las esponjas de agua dulce las yemas tienen una caacutepsula protectora y en el interior hay sustancia de reserva Al llegar la primavera se pierde la caacutepsula protectora y a partir de la yema surge la nueva esponja En los briozoos de agua dulce se produce una capa de quitina y de calcio y no necesitan sustancia de reserva pues se encuentra en estado de hibernacioacuten
Esporulacioacuten la esporulacioacuten o esporo geacutenesis consiste en un proceso de diferenciacioacuten celular para
llegar a la produccioacuten de ceacutelulas reproductivas dispersivas de resistencia llamadas esporas Este proceso ocurre en hongos amebas liacutequenes algunos tipos de bacterias protozoos esporozoos (como el Plasmodium causante de malaria) y es frecuente en vegetales (especialmente algas musgos y helechos) grupos de muy diferentes oriacutegenes evolutivos pero con semejantes estrategias reproductivas todos ellos pueden recurrir a la formacioacuten ceacutelulas de resistencia para favorecer la dispersioacuten Durante la esporulacioacuten se lleva a cabo la divisioacuten del nuacutecleo en varios fragmentos y por una divisioacuten celular asimeacutetrica una parte del citoplasma rodea cada nuevo nuacutecleo dando lugar a las esporas Dependiendo de cada especie se puede producir un nuacutemero parciable de esporas y a partir de cada una de ellas se desarrollaraacute un individuo independiente
Procesos de divisioacuten celular
Fisioacuten binaria es la forma de divisioacuten celular de las ceacutelulas procariotas
Mitosis es la forma maacutes comuacuten de la divisioacuten celular en las ceacutelulas eucariotas Una ceacutelula que ha
adquirido determinados paraacutemetros o condiciones de tamantildeo volumen almacenamiento de energiacutea factores medioambientales puede replicar totalmente su dotacioacuten de ADN y dividirse en dos ceacutelulas hijas normalmente iguales Ambas ceacutelulas seraacuten diploides o haploide dependiendo de la ceacutelula madre
Meiosis es la divisioacuten de una ceacutelula diploide en cuatro ceacutelulas haploide Esta divisioacuten celular se
produce en organismos multicelulares para producir gametos haploide que pueden fusionarse despueacutes para formar una ceacutelula diploide llamada zigoto en la fecundacioacuten
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas Las ceacutelulas cancerosas son inmortales Una enzima llamada telomerasa permite a estas ceacutelulas dividirse indefinidamente
La caracteriacutestica principal de la divisioacuten celular en organismos eucariotas es la conservacioacuten de los
mecanismos geneacuteticos del control del ciclo celular y de la divisioacuten celular puesto que se ha mantenido praacutecticamente inalterable desde organismos tan simples como las levaduras a criaturas tan complejas como el ser humano a lo largo de la evolucioacuten bioloacutegica
Factores que explican la divisioacuten celular
Una teoriacutea afirma que existe un momento en el que la ceacutelula comienza a crecer mucho lo que hace que disminuya la proporcioacuten aacutereavolumen Cuando el aacuterea de la membrana plasmaacutetica de la ceacutelula es mucho maacutes pequentildea en relacioacuten con el volumen total de eacutesta se presentan dificultades en la reabsorcioacuten y en el transporte de nutrientes siendo asiacute necesario que se produzca la divisioacuten celular
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular constituye el proceso maacutes importante dentro de la ceacutelula el cual abordaremos en
pequentildea medida pero de manera significativa
Esta investigacioacuten toma en cuenta a todos aquellos que de alguna manera participan aunque sea de
forma miacutenima en la respiracioacuten celular
Hablar de respiracioacuten celular es referirnos a un proceso bioquiacutemico del cual nos ramificaremos a dos tipos
de respiracioacuten celular aeroacutebica y anaeroacutebica
En este proceso interfieren factores quiacutemicos capaces de ser procesados dentro de las ceacutelulas y que en
gran medida constituyen las bases para que la respiracioacuten celular se lleve a cabo
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular es el conjunto de reacciones bioquiacutemicas que ocurren en la mayoriacutea de las ceacutelulas
Tambieacuten es el conjunto de reacciones quiacutemicas mediante las cuales se obtiene energiacutea a partir de la
degradacioacuten de sustancias orgaacutenicas como los azuacutecares y los aacutecidos principalmente
Comprende dos fases
PRIMERA FASE
Se oxida la glucosa (azuacutecar) y no depende del oxiacutegeno por lo que recibe el nombre de respiracioacuten
anaeroacutebica y glicoacutelisis reaccioacuten que se lleva a cabo en el citoplasma de la ceacutelula
SEGUNDA FASE
Se realiza con la intervencioacuten del oxiacutegeno y recibe el nombre de respiracioacuten aeroacutebica o el ciclo de krebs y
se realiza en estructuras especiales de las ceacutelulas llamadas mitocondrias
Tanto que es una parte del metabolismo concretamente del catabolismo en el cual la energiacutea contenida
en distintas biomoleacuteculas como los gluacutecidos (azuacutecares carbohidratos) es liberado de manera controlada
IMPORTANCIA
- Crecimiento
- Transporte activo de sustancias energeacuteticas
- Movimiento ciclosis
- Regeneracioacuten de ceacutelulas
- Siacutentesis de proteiacutenas
- Divisioacuten de ceacutelulas
TIPOS DE RESPIRACIOacuteN CELULAR
RESPIRACIOacuteN ANAEROacuteBICA
La respiracioacuten anaeroacutebica es un proceso bioloacutegico de oxidorreduccioacuten de azuacutecares y otros compuestos
Lo realizan exclusivamente algunos grupos de bacterias
En la respiracioacuten anaeroacutebica no se usa oxiacutegeno sino para la misma funcioacuten se emplea otra sustancia
oxidante distinta como el sulfato No hay que confundir la respiracioacuten anaeroacutebica con la fermentacioacuten
aunque estos dos tipos de metabolismo tienen en comuacuten el no ser dependiente del oxigeno
Todos los posibles aceptores en la respiracioacuten anaeroacutebica tienen un potencial de reduccioacuten menor que el
O2 por lo que se genera menor energiacutea en el proceso
ETAPAS
Glucoacutelisis
Fermentacioacuten
GLUCOacuteLISIS- Tambieacuten denominado glicoacutelisis es la secuencia metaboacutelica en la que se oxida en la
glucoacutelisis cuando hay ausencia de oxiacutegeno la glucoacutelisis es la uacutenica viacutea que produce ATP en los animales
Estaacute presente en todas las formas de viacuteas actuales Es la primera parte del metabolismo energeacutetico y en
las ceacutelulas eucariotas en donde ocurre el citoplasma
Por lo tanto es una secuencia compleja de reacciones que se efectuacutean en el citosol de una ceacutelula
mediante las cuales una moleacutecula de glucosa se desdobla en dos moleacuteculas de acido piruvico De manera
que la glicoacutelisis consta de dos pasos principales
Activacioacuten de la glucosa
Produccioacuten de energiacutea
IMPORTANCIA Permite a los muacutesculos esqueleacuteticos realizar su contraccioacuten
FERMENTACIOacuteN- Es un proceso cataboacutelico de oxidacioacuten completa siendo el producto final de
un compuesto orgaacutenico La fermentacioacuten tiacutepica es llevada acabo por las levaduras Tambieacuten
unos metazoos y plantas menores son capaces de producirla
El proceso de fermentacioacuten anaeroacutebica se produce en la ausencia de oxigeno como aceptor final
de los electrones del NADH producido en la glucoacutelisis
En los seres vivos la fermentacioacuten es un proceso anaeroacutebico y en el no interviene la cadena
respiratoria que son propios del micro organismo como las bacterias y levaduras
Ademaacutes en la industria de la fermentacioacuten puede ser oxidativa es decir como presencia de
oxigeno pero es una oxidacioacuten aeroacutebica incompleta como la produccioacuten de acido aceacutetico a partir
del etanol
La fermentacioacuten puede ser naturales cuando las condiciones ambientales permitan la interaccioacuten
del microorganismo sustratos orgaacutenicos susceptibles o artificiales cuando el hombre propicia
condiciones y en contacto referido
USOS
El conocimiento de la dieta a traveacutes del desarrollo de una diversidad de sabores aromas y
texturas en los substratos de los alimentos
Preservacioacuten de cantidades substanciales de alimentos a traveacutes del acido laacutecteo alcohoacutelico
acido aceacutetico y fermentacioacuten alcalinas
La fermentacioacuten tiene algunos usos exclusivos para los alimentos pueden producir nutrientes
importantes o eliminar auto nutrientes
TIPOS DE FERMENTACIOacuteN
Fermentacioacuten aceacutetica
Fermentacioacuten alcohoacutelica
Fermentacioacuten butirica
Fermentacioacuten de la glicerina
Fermentacioacuten laacutectica
Fermentacioacuten putrica
RESPIRACIOacuteN AEROacuteBICA
Es un tipo de metabolismo energeacutetico en el que los seres vivos extraen energiacutea de moleacuteculas
orgaacutenicas como la glucosa por un proceso complejo en donde el carbono queda oxidado y en el
que el aire es el oxidante empleado
La respiracioacuten aeroacutebica es propia de los organismos eucariontes en general y de algunos tipos
de bacterias
La susecion de reacciones quiacutemicas que ocurren dentro de las ceacutelulas mediante las cuales se
realiza las descomposiciones finales de las moleacuteculas en los alimentos y en la que se produce CO2 y
H2O
Se realiza solo en el proceso de oxigeno Consiste en la degradacioacuten de los piruvatos producidos
durante la glucosis hasta CO2 y H2O como obtencioacuten de 34 a 36 ATP
IMPORTANCIA
Participa en la respiracioacuten celular formando ATP
REACCIONES AEROacuteBICAS
Las reacciones aeroacutebicas ocurre en la mitocondria y son
1 Formacioacuten del acetilo
2 Transferencia del acetilo Actividades en matriz
3 Ciclo de krebs
4 Transporte de electrones
Cadena respiratoria
5 Fosforilacioacuten oxidativa (actividad de crestas)
LA MITOCONDRIA Y SUS PARTES
CICLO DE KREBS
Propuesto por Hans A Krebs en 1937 quien descubrioacute el ciclo estudiando suspensiones de papillas del
muacutesculo pectoral de la paloma que presentaba un elevado ritmo respiratorio
El ciclo de krebs (tambieacuten llamado ciclo del acido ciacutetrico o ciclo de lso aacutecidos tricarboxilicos) es una serie
de reacciones quiacutemicos de gran importancia que forman parte de la respiracioacuten celular en toda las ceacutelulas
aeroacutebicas es decir que utilizan oxigeno En organismo aeroacutebico el ciclo de krebs es parte de la viacutea
cataboacutelica que realizan oxidacioacuten de hidratos de carbono aacutecidos graos y aminoaacutecidos hasta producir CO2
y H2O liberando energiacutea en forma utilizable
El ciclo de krebs tambieacuten proporciona recurso para muchas biomoleculas tales como ciertos aacutenimos
aacutecidos Por ello se considera una viacutea anfibolica es decir que es cataboacutelico y anaboacutelica al mismo tiempo
UBICACIOacuteN
Tiene lugar en tres partes
Matriz mitocondrial
En las eucariotas
En el citoplasma de eucariotas
CICLO DE KREBS
Todos los organismos vivos estaacuten compuestos por ceacutelulas El ingleacutes Robert Hooke en 1665 realizoacute cortes finos de una muestra de corcho y observoacute usando un microscopio rudimentario unos pequentildeos compartimentos que no eran maacutes que las paredes celulares de esas ceacutelulas muertas y las llamoacute ceacutelulas (del latiacuten cellula que significa habitacioacuten pequentildea ) ya que eacuteste tejido le recordaba las celdas pequentildeas que habitaban los monjes de aquella eacutepoca No fue sino hasta el siglo XIX que dos cientiacuteficos alemanes el botaacutenico Matthias Jakob Schleiden y el zoologo Theodor Schwann enunciaron en 1839 la primera teoriacutea celular Todas las plantas y animales estaacuten compuestos por grupos de ceacutelulas y eacutestas son la unidad baacutesica de todos los organismos vivos Esta teoriacutea fue completada en 1855 por Rudolph Virchow quien establecioacute que las ceacutelulas nuevas se formaban a partir de ceacutelulas preexistentes ( omni cellula e cellula ) En otras palabras las ceacutelulas no se pueden formar por generacioacuten espontaacutenea a partir de materia inerte
Ceacutelula fijada con KMnO4
En la frontera de lo viviente se han descubierto seres aun maacutes pequentildeos los virus que crecen y se reproducen solamente cuando parasitan otra ceacutelula Podemos afirmar que no hay vida sin ceacutelula Al igual que un edificio las ceacutelulas son los bloques de construccioacuten de un organismo La ceacutelula es la unidad maacutes pequentildea de materia viva capaz de llevar a cabo todas las actividades necesarias para el mantenimiento de la vida
La teoriacutea celular actualmente se puede resumir de la siguiente forma
1 Todos los organismos vivos estaacuten formados por ceacutelulas y productos celulares
2 Soacutelo se forman ceacutelulas nuevas a partir de ceacutelulas preexistentes
3 La informacioacuten geneacutetica que se necesita durante la vida de las ceacutelulas y la que se requiere para la produccioacuten de nuevas ceacutelulas se transmite de una generacioacuten a la siguiente
4 Las reacciones quiacutemicas de un organismo esto es su metabolismo tienen lugar en las ceacutelulas
CEacuteLULAS VEGETALES Y ANIMALES
Tanto las ceacutelulas de las plantas como las de los animales son eucarioacuteticas sin embargo presentan algunas diferencias
1 Las ceacutelulas vegetales presentan una pared celular celuloacutesica riacutegida que evita cambios de forma y posicioacuten
2 Las ceacutelulas vegetales contienen plastidios estructuras rodeadas por una membrana que sintetizan y almacenan alimentos Los maacutes comunes son los cloroplastos
3 Casi todas las ceacutelulas vegetales poseen vacuolas que tienen la funcioacuten de transportar y almacenar nutrientes agua y productos de desecho
4 Las ceacutelulas vegetales complejas carecen de ciertos organelos como los centriacuteolos y los lisosomas
Fotosiacutentesis
Una hoja el lugar principal en el que se desarrolla la fotosiacutentesis en las plantas
La fotosiacutentesis del griego antiguo φωτο (foto) luz y σύνθεσις (siacutentesis) unioacuten es la base de la vida
actual en la Tierra Proceso mediante el cual las plantas algas y algunas bacterias captan y utilizan la energiacutea de la luz para transformar la materia inorgaacutenica de su medio externo en materia orgaacutenica que utilizaraacuten para su crecimiento y desarrollo
Los organismos capaces de llevar a cabo este proceso se denominan fotoautoacutetrofos y ademaacutes son capaces de fijar el CO2 atmosfeacuterico (lo que ocurre casi siempre) o simplemente autoacutetrofos Salvo en algunas bacterias en el proceso de fotosiacutentesis se producen liberacioacuten de oxiacutegeno molecular (proveniente de moleacuteculas de H2O) hacia la atmoacutesfera (fotosiacutentesis oxigeacutenica) Es ampliamente admitido que el contenido actual de oxiacutegeno en la atmoacutesfera se ha generado a partir de la aparicioacuten y actividad de dichos organismos fotosinteacuteticos Esto ha permitido la aparicioacuten evolutiva y el desarrollo de organismos aerobios capaces de mantener una alta tasa metaboacutelica (el metabolismo aerobio es muy eficaz desde el punto de vista energeacutetico)
La otra modalidad de fotosiacutentesis la fotosiacutentesis anoxigeacutenica en la cual no se libera oxiacutegeno es llevada a cabo por un nuacutemero reducido de bacterias como las bacterias puacuterpuras del azufre y las bacterias verdes del azufre estas bacterias usan como donador de hidroacutegenos el H2S con lo que liberan azufre
Generalidades
Cloroplastos dentro de ceacutelulas vegetales
En algas eucarioacuteticas y en plantas la fotosiacutentesis se lleva a cabo en un orgaacutenulo especializado denominado cloroplasto Este orgaacutenulo que estaacute delimitado por dos membranas (envueltas de los cloroplastos) que lo separan del citoplasma circundante En su interior se encuentra una fase acuosa con un elevado contenido en proteiacutenas e hidratos de carbono (estroma del cloroplasto) y una serie de
membranas denominadas tilacoides Los tilacoides contienen los pigmentos (sustancias coloreadas) fotosinteacuteticos y proteiacutenas necesarios para captar la energiacutea de la luz El principal de esos pigmentos es la clorofila de color verde de la que existen varios tipos (bacterioclorofilas y clorofilas a b c y d) Ademaacutes de las clorofilas otros pigmentos presentes en todos los organismos eucarioacuteticos son los carotenoides (carotenos y xantofilas) de color amarillo o anaranjado y que tienen un papel auxiliar en la captacioacuten de la luz ademaacutes de un papel protector En cianobacterias (que no poseen cloroplastos) los carotenoides son sustituidos por otro tipo de pigmentos denominados ficobilinas de naturaleza quiacutemica diferente a los anteriores En las plantas vasculares el mayor nuacutemero de cloroplastos se encuentra dentro de las ceacutelulas del mesoacutefilo de las hojas lo cual les confiere su caracteriacutestico color verde
La fotosiacutentesis se divide en dos fases La primera ocurre en los tilacoides en donde se capta la energiacutea de la luz y eacutesta es almacenada en dos moleacuteculas orgaacutenicas sencillas (ATP y NADPH) La segunda tiene lugar en el estroma y las dos moleacuteculas producidas en la fase anterior son utilizadas en la asimilacioacuten del CO2 atmosfeacuterico para producir hidratos de carbono e indirectamente el resto de las moleacuteculas orgaacutenicas que componen los seres vivos (aminoaacutecidos liacutepidos nucleoacutetidos etc) Tradicionalmente a la primera fase se le denominaba fase luminosa y a la segunda fase oscura de la fotosiacutentesis Sin embargo la
denominacioacuten como fase oscura de la segunda etapa es incorrecta porque actualmente se conoce que los procesos que la llevan a cabo solo ocurren en condiciones de iluminacioacuten Es maacutes preciso referirse a ella como fase de fijacioacuten del dioacutexido de carbono (ciclo de Calvin) y a la primera como fase fotoquiacutemica o reaccioacuten de Hill
En la fase luminosa o fotoquiacutemica la energiacutea de la luz captada por los pigmentos fotosinteacuteticos unidos a proteiacutenas y organizados en los denominados foto sistemas (ver maacutes adelante) produce la descomposicioacuten del agua liberando electrones que circulan a traveacutes de moleacuteculas transportadoras para llegar hasta un aceptor final (NADP
+) capaz de mediar en la transformacioacuten del CO2 atmosfeacuterico (o
disuelto en el agua en sistemas acuaacuteticos) en materia orgaacutenica Este proceso luminoso estaacute tambieacuten acoplado a la formacioacuten de moleacuteculas que funcionan como intercambiadores de energiacutea en las ceacutelulas (ATP) La formacioacuten de ATP es necesaria tambieacuten para la fijacioacuten del CO2
El CO2 es uno de los menores componentes del aire atmosfeacuterico capaz de reflejar la radiacioacuten de onda larga proveniente de la tierra (el maacuteximo agente reflector de esa radiacioacuten es el vapor de agua) El notable aumento de su concentracioacuten a partir de 1850 debido a la destruccioacuten de las aacutereas selvaacuteticas la actividad industrial y el uso de combustibles foacutesiles podriacutea tener el efecto de incrementar las temperaturas medias efecto llamado efecto invernadero
Descubrimiento
Durante el siglo XVIII comienzan a surgir trabajos que relacionan los incipientes conocimientos de la Quiacutemica con los de la Biologiacutea Asiacute con los trabajos de Priestley se llega a la conclusioacuten de que las partes verdes de las plantas fijan el aire lsquoimpurorsquo (anhiacutedrido carboacutenico) que actuariacutea como un nutriente y liberan oxiacutegeno
Posteriormente Emily Fransecheti ampliacutea los estudios de Scarlett Pruzza describiendo la emisioacuten de CO2 por las plantas en oscuridad y estableciendo que esta emisioacuten era menor que su asimilacioacuten en condiciones de iluminacioacuten Ingeshousz tambieacuten supone que la emisioacuten de oxiacutegeno por parte de las plantas procede en uacuteltimo teacutermino del agua aunque no sabe encontrar una explicacioacuten para este fenoacutemeno y habla de una lsquotransmutacioacutenrsquo (se debe antildeadir que en esta eacutepoca no se conociacutea auacuten la naturaleza quiacutemica del agua)
En la misma liacutenea de los autores anteriores Jean Senebier ginebrino realiza nuevos experimentos que establecen la necesidad de la luz para que se produzca la asimilacioacuten de anhiacutedrido carboacutenico y el desprendimiento de oxiacutegeno Tambieacuten establece que auacuten en condiciones de iluminacioacuten si no se suministra CO2 no se registra desprendimiento de oxiacutegeno J Senebier sin embargo opinaba en contra de las teoriacuteas desarrolladas y confirmadas maacutes adelante que la fuente de anhiacutedrido carboacutenico para la planta proveniacutea del agua y no del aire
Otro autor suizo Th de Saussure demostrariacutea experimentalmente que el pipeteo de la papa constituye un proceso baacutesico en la fotosiacutentesis y que el aumento de biomasa depende de la fijacioacuten de anhiacutedrido carboacutenico (que puede ser tomado directamente del aire por las hojas) y del agua Tambieacuten realiza estudios sobre la respiracioacuten en plantas y concluye que junto con la emisioacuten de anhiacutedrido carboacutenico hay una peacuterdida de agua y una generacioacuten de calor Finalmente de Saussure describe la necesidad de la nutricioacuten mineral de las plantas
El quiacutemico alemaacuten J von Liebig es uno de los grandes promotores tanto del conocimiento actual sobre Quiacutemica Orgaacutenica como sobre Fisiologiacutea Vegetal imponiendo el punto de vista de los organismos como entidades compuestas por productos quiacutemicos y la importancia de las reacciones quiacutemicas en los procesos vitales Confirma las teoriacuteas expuestas previamente por de Saussure matizando que si bien la fuente de carbono procede del CO2 atmosfeacuterico el resto de los nutrientes provienen del suelo
La denominacioacuten como clorofila de los pigmentos fotosinteacuteticos fue acuntildeada por Pelletier y Caventou a comienzos del siglo XIX Dutrochet describe la entrada de CO2 en la planta a traveacutes de los estomas y determina que solo las ceacutelulas que contienen clorofila son productoras de oxiacutegeno H von Mohl maacutes tarde asociariacutea la presencia de almidoacuten con la de clorofilas y describiriacutea la estructura de los estomas Sachs a su vez relacionoacute la presencia de clorofila con cuerpos subcelulares que se pueden alargar y dividir asiacute como que la formacioacuten de almidoacuten estaacute asociada con la iluminacioacuten y que esta sustancia desaparece en oscuridad o cuando los estomas son ocluidos A Sachs se debe la formulacioacuten de la ecuacioacuten baacutesica de la fotosiacutentesis
6 CO2 + 6 H2O rarr C6H12O6 + 6 O2
Schimper dariacutea el nombre de cloroplastos a los cuerpos coloreados de Sachs y describiriacutea los aspectos baacutesicos de su estructura tal como se podiacutea detectar con microscopiacutea oacuteptica En el uacuteltimo tercio del siglo XIX se sucederiacutean los esfuerzos por establecer las propiedades fiacutesico-quiacutemicas de las clorofilas y se comienzan a estudiar los aspectos eco fisioloacutegico de la fotosiacutentesis
Fase fotoquiacutemica
La energiacutea luminosa que absorbe la clorofila se transmite a los electrones externos de la moleacutecula los cuales escapan de la misma y producen una especie de corriente eleacutectrica en el interior del cloroplasto al incorporarse a la cadena de transporte de electrones Esta energiacutea puede ser empleada en la siacutentesis de ATP mediante la fotofosforilacioacuten y en la siacutentesis de NADPH Ambos compuestos son necesarios para la siguiente fase o Ciclo de Calvin donde se sintetizaraacuten los primeros azuacutecares que serviraacuten para la produccioacuten de sacarosa y almidoacuten Los electrones que ceden las clorofilas son repuestos mediante la oxidacioacuten del H2O proceso en el cual se genera el O2 que las plantas liberan a la atmoacutesfera
Existen dos variantes de fotofosforilacioacuten aciacuteclica y ciacuteclica seguacuten el traacutensito que sigan los electrones a traveacutes de los foto sistemas Las consecuencias de seguir un tipo u otro estriban principalmente en la produccioacuten o no de NADPH y en la liberacioacuten o no de O2
Fotofosforilacioacuten aciacuteclica
Estructura de un fotosistema
Este proceso permite la formacioacuten de ATP y la reduccioacuten de NADP+ a NADPH + H
+ y necesita de la
energiacutea de la luz como ya se ha dicho Se realiza gracias a los llamados foto sistemas que se encuentran en la membrana de los tilacoides (en los cloroplastos) Estos estaacuten formados por dos partes
Antena donde se agrupan los pigmentos antena junto con proteiacutenas y cuya funcioacuten es captar
la energiacutea de los fotones para transmitirla al pigmento diana y el centro de reaccioacuten Este esta formado por proteiacutenas y por pigmentos encontraacutendose en eacutel el llamado pigmento diana que es
aquel que recibe la energiacutea de excitacioacuten de la antena energiacutea que sirve para excitar y liberar electrones Aquiacute tambieacuten se encuentra el primer dador de electrones que repone los electrones al pigmento diana
Primer aceptor que recibe los electrones liberados
Hay dos tipos de foto sistemas
Fotosistema I que se encuentra sobre todo en los tilacoides de estroma y cuyo pigmento diana
es la clorofila P700
Fotosistema II que se encuentra sobre todo en los grana y cuyo pigmento diana es la clorofila
P680
Proceso
El proceso de la fase luminosa supuesto para dos electrones es el siguiente Los fotones inciden sobre el fotosistema II excitando y liberando dos electrones que pasan al primer aceptor de electrones la feofitina Los electrones los repone el primer dador de electrones el dador Z con los electrones procedentes de la fotoacutelisis del agua en el interior del tilacoide (la moleacutecula de agua se divide en 2H
+ + 2e
-
+ 12O2) Los protones de la fotoacutelisis se acumulan en el interior del tilacoide y el oxiacutegeno es liberado
Los electrones pasan a una cadena de transporte de electrones que invertiraacute su energiacutea liberada en la siacutentesis de ATP iquestCoacutemo La teoriacutea quimioosmoacutetica nos lo explica de la siguiente manera los electrones son cedidos a las plastoquinonas las cuales captan tambieacuten dos protones del estroma Los electrones y los protones pasan al complejo de citocromos bf que bombea los protones al interior del tilacoide Se consigue asiacute una gran concentracioacuten de protones en el tilacoide (entre eacutestos y los resultantes de la fotoacutelisis del agua) que se compensa regresando al estroma a traveacutes de las proteiacutenas ATP-sintasas que invierten la energiacutea del paso de los protones en sintetizar ATP La siacutentesis de ATP en la fase fotoquiacutemica se denomina fotofosforilacioacuten
Los electrones de los citocromos pasan a la plastocianina que los cede a su vez al fotosistema I Con la energiacutea de la luz los electrones son de nuevo liberados y captados por el aceptor A0 De ahiacute pasan a traveacutes de una serie de filoquinonas hasta llegar a la ferredoxina Eacutesta moleacutecula los cede a la enzima NADP
+-reductasa que capta tambieacuten dos protones del estroma Con los dos protones y los dos
electrones reduce un NADP+ en NADPH + H
+
El balance final es por cada moleacutecula de agua (y por cada cuatro fotones) se forman media moleacutecula de oxiacutegeno 13 moleacuteculas de ATP y un NADPH + H
+
Foto fosforilacioacuten ciacuteclica
Tiene lugar al mismo tiempo que la aciacuteclica En ella soacutelo interviene el foto sistema I Los electrones liberados despueacutes de llegar a la ferredoxina pasan a las plastoquinonas y siguen la cadena de transporte de electrones hasta regresar a la plastocianina y al fotosistema I Por tanto se genera ATP en lugar de NADPH Sirve para compensar el hecho de que en la fotofosforilacioacuten aciacuteclica no se genera suficiente ATP para la fase oscura
Fase bioquiacutemica o ciclo de Calvin biosiacutentesis orgaacutenica
Esquema simplificado del ciclo de Calvin-Benson
La fase bioquiacutemica o ciclo de Calvin o ciclo reductivo de las pentosas-fosfato consiste en un ciclo de reacciones quiacutemicas en las que se incorpora el CO2 de la atmoacutesfera en moleacuteculas orgaacutenicas y se originan triosas fosfato los primeros azuacutecares previos a la formacioacuten de sacarosa y almidoacuten Durante este ciclo se
emplean el ATP y el NADPH producidos en la etapa fotoquiacutemica Se divide en tres etapas carboxilacioacuten reduccioacuten y regeneracioacuten
Este ciclo comienza con una pentosa la ribulosa-15-fosfato que se carboxila con el CO2 y se descompone en dos moleacuteculas de aacutecido-3-fosfogliceacuterico Con el gasto de un ATP el aacutecido-3-fosfogliceacuterico se fosforila en aacutecido-13-bifosfogliceacuterico Eacuteste se reduce con el NADPH y se libera una moleacutecula de aacutecido fosfoacuterico formaacutendose el gliceraldehido-3-fosfato La moleacutecula formada puede seguir ahora dos viacuteas una es dar lugar a maacutes ribulosa-15-fosfato para seguir el ciclo y la otra es dar lugar a los distintos principios inmediatos glucosa o fructosa almidoacuten y a partir de ellos los demaacutes gluacutecidos y los liacutepidos proteiacutenas y nucleoacutetidos que requiere la ceacutelula
Hay que destacar que tanto la fase fotoquiacutemica como la fase biosinteacutetica se producen a la vez Son inseparables ya que los productos de la fase fotoquiacutemica son empleados en la fase biosinteacutetica Por otro lado al consumir en la fase biosinteacutetica el ATP y NADPH se obtienen ADP y NADP
+ para la fase
fotoquiacutemica Para asegurar que ambas fases se produzcan a la vez existe una fuerte fotorregulacioacuten sobre las enzimas del ciclo de Calvin para que esteacuten activas por el diacutea e inactivas por la noche en especial sobre la enzima rubisco No obstante existe una variante de fotosiacutentesis presente en ciertas plantas que permite separar la fijacioacuten del CO2 de la fase fotoquiacutemica Se trata de la fotosiacutentesis tipo CAM empleada por plantas adaptadas a climas deseacuterticos para evitar que se abran las estomas por el diacutea para fijar el CO2 con la consiguiente peacuterdida de agua
Divisioacuten celular
Comparacioacuten de tres tipos de reproduccioacuten celular
Definicioacuten
La divisioacuten celular es la parte del ciclo
celular en la que una ceacutelula inicial (llamada madre) se divide en dos para formar dos ceacutelulas hijas Gracias a la divisioacuten celular se produce el crecimiento de los organismos pluricelulares con el crecimiento de los tejidos y la reproduccioacuten vegetativa en seres unicelulares
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas
Tipos de divisioacuten celular
Biparticioacuten la divisioacuten de la ceacutelula madre en dos ceacutelulas hijas cada nueva ceacutelula es un nuevo individuo
con estructuras y funciones ideacutenticas a la ceacutelula madre Este tipo de reproduccioacuten la presentan organismos como bacterias amebas y algunas algas
Gemacioacuten se presenta cuando unos nuevos individuos se producen a partir de yemas El proceso de
gemacioacuten es frecuente en esponjas celenterios briozoos En una zona o varias del organismo progenitor
se produce una evaginacioacuten o yema que se va desarrollando y en un momento dado sufre una constriccioacuten en la base y se separa del progenitor comenzando su vida como nuevo ser Las yemas hijas pueden presentar otras yemas a las que se les denomina yemas secundarias En algunos organismos se pueden formar colonias cuando las yemas no se separan del organismo progenitor En las formas maacutes evolucionadas de briozoos se observa en el proceso de gemacioacuten que se realiza de forma maacutes complicado
El nuacutemero de individuos de una colonia la manera en que estaacuten agrupados y su grado de diferenciacioacuten variacutea y a menudo es caracteriacutestica de una especie determinada Los briozoos pueden originar nuevos individuos sobre unas prolongaciones llamados estolones y al proceso se le denomina estolonizacioacuten
Ciertas especies de animales pueden tener gemacioacuten interna yemas que sobreviven en condiciones desfavorables gracias a una envoltura protectora En el caso de las esponjas de agua dulce las yemas tienen una caacutepsula protectora y en el interior hay sustancia de reserva Al llegar la primavera se pierde la caacutepsula protectora y a partir de la yema surge la nueva esponja En los briozoos de agua dulce se produce una capa de quitina y de calcio y no necesitan sustancia de reserva pues se encuentra en estado de hibernacioacuten
Esporulacioacuten la esporulacioacuten o esporo geacutenesis consiste en un proceso de diferenciacioacuten celular para
llegar a la produccioacuten de ceacutelulas reproductivas dispersivas de resistencia llamadas esporas Este proceso ocurre en hongos amebas liacutequenes algunos tipos de bacterias protozoos esporozoos (como el Plasmodium causante de malaria) y es frecuente en vegetales (especialmente algas musgos y helechos) grupos de muy diferentes oriacutegenes evolutivos pero con semejantes estrategias reproductivas todos ellos pueden recurrir a la formacioacuten ceacutelulas de resistencia para favorecer la dispersioacuten Durante la esporulacioacuten se lleva a cabo la divisioacuten del nuacutecleo en varios fragmentos y por una divisioacuten celular asimeacutetrica una parte del citoplasma rodea cada nuevo nuacutecleo dando lugar a las esporas Dependiendo de cada especie se puede producir un nuacutemero parciable de esporas y a partir de cada una de ellas se desarrollaraacute un individuo independiente
Procesos de divisioacuten celular
Fisioacuten binaria es la forma de divisioacuten celular de las ceacutelulas procariotas
Mitosis es la forma maacutes comuacuten de la divisioacuten celular en las ceacutelulas eucariotas Una ceacutelula que ha
adquirido determinados paraacutemetros o condiciones de tamantildeo volumen almacenamiento de energiacutea factores medioambientales puede replicar totalmente su dotacioacuten de ADN y dividirse en dos ceacutelulas hijas normalmente iguales Ambas ceacutelulas seraacuten diploides o haploide dependiendo de la ceacutelula madre
Meiosis es la divisioacuten de una ceacutelula diploide en cuatro ceacutelulas haploide Esta divisioacuten celular se
produce en organismos multicelulares para producir gametos haploide que pueden fusionarse despueacutes para formar una ceacutelula diploide llamada zigoto en la fecundacioacuten
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas Las ceacutelulas cancerosas son inmortales Una enzima llamada telomerasa permite a estas ceacutelulas dividirse indefinidamente
La caracteriacutestica principal de la divisioacuten celular en organismos eucariotas es la conservacioacuten de los
mecanismos geneacuteticos del control del ciclo celular y de la divisioacuten celular puesto que se ha mantenido praacutecticamente inalterable desde organismos tan simples como las levaduras a criaturas tan complejas como el ser humano a lo largo de la evolucioacuten bioloacutegica
Factores que explican la divisioacuten celular
Una teoriacutea afirma que existe un momento en el que la ceacutelula comienza a crecer mucho lo que hace que disminuya la proporcioacuten aacutereavolumen Cuando el aacuterea de la membrana plasmaacutetica de la ceacutelula es mucho maacutes pequentildea en relacioacuten con el volumen total de eacutesta se presentan dificultades en la reabsorcioacuten y en el transporte de nutrientes siendo asiacute necesario que se produzca la divisioacuten celular
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular constituye el proceso maacutes importante dentro de la ceacutelula el cual abordaremos en
pequentildea medida pero de manera significativa
Esta investigacioacuten toma en cuenta a todos aquellos que de alguna manera participan aunque sea de
forma miacutenima en la respiracioacuten celular
Hablar de respiracioacuten celular es referirnos a un proceso bioquiacutemico del cual nos ramificaremos a dos tipos
de respiracioacuten celular aeroacutebica y anaeroacutebica
En este proceso interfieren factores quiacutemicos capaces de ser procesados dentro de las ceacutelulas y que en
gran medida constituyen las bases para que la respiracioacuten celular se lleve a cabo
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular es el conjunto de reacciones bioquiacutemicas que ocurren en la mayoriacutea de las ceacutelulas
Tambieacuten es el conjunto de reacciones quiacutemicas mediante las cuales se obtiene energiacutea a partir de la
degradacioacuten de sustancias orgaacutenicas como los azuacutecares y los aacutecidos principalmente
Comprende dos fases
PRIMERA FASE
Se oxida la glucosa (azuacutecar) y no depende del oxiacutegeno por lo que recibe el nombre de respiracioacuten
anaeroacutebica y glicoacutelisis reaccioacuten que se lleva a cabo en el citoplasma de la ceacutelula
SEGUNDA FASE
Se realiza con la intervencioacuten del oxiacutegeno y recibe el nombre de respiracioacuten aeroacutebica o el ciclo de krebs y
se realiza en estructuras especiales de las ceacutelulas llamadas mitocondrias
Tanto que es una parte del metabolismo concretamente del catabolismo en el cual la energiacutea contenida
en distintas biomoleacuteculas como los gluacutecidos (azuacutecares carbohidratos) es liberado de manera controlada
IMPORTANCIA
- Crecimiento
- Transporte activo de sustancias energeacuteticas
- Movimiento ciclosis
- Regeneracioacuten de ceacutelulas
- Siacutentesis de proteiacutenas
- Divisioacuten de ceacutelulas
TIPOS DE RESPIRACIOacuteN CELULAR
RESPIRACIOacuteN ANAEROacuteBICA
La respiracioacuten anaeroacutebica es un proceso bioloacutegico de oxidorreduccioacuten de azuacutecares y otros compuestos
Lo realizan exclusivamente algunos grupos de bacterias
En la respiracioacuten anaeroacutebica no se usa oxiacutegeno sino para la misma funcioacuten se emplea otra sustancia
oxidante distinta como el sulfato No hay que confundir la respiracioacuten anaeroacutebica con la fermentacioacuten
aunque estos dos tipos de metabolismo tienen en comuacuten el no ser dependiente del oxigeno
Todos los posibles aceptores en la respiracioacuten anaeroacutebica tienen un potencial de reduccioacuten menor que el
O2 por lo que se genera menor energiacutea en el proceso
ETAPAS
Glucoacutelisis
Fermentacioacuten
GLUCOacuteLISIS- Tambieacuten denominado glicoacutelisis es la secuencia metaboacutelica en la que se oxida en la
glucoacutelisis cuando hay ausencia de oxiacutegeno la glucoacutelisis es la uacutenica viacutea que produce ATP en los animales
Estaacute presente en todas las formas de viacuteas actuales Es la primera parte del metabolismo energeacutetico y en
las ceacutelulas eucariotas en donde ocurre el citoplasma
Por lo tanto es una secuencia compleja de reacciones que se efectuacutean en el citosol de una ceacutelula
mediante las cuales una moleacutecula de glucosa se desdobla en dos moleacuteculas de acido piruvico De manera
que la glicoacutelisis consta de dos pasos principales
Activacioacuten de la glucosa
Produccioacuten de energiacutea
IMPORTANCIA Permite a los muacutesculos esqueleacuteticos realizar su contraccioacuten
FERMENTACIOacuteN- Es un proceso cataboacutelico de oxidacioacuten completa siendo el producto final de
un compuesto orgaacutenico La fermentacioacuten tiacutepica es llevada acabo por las levaduras Tambieacuten
unos metazoos y plantas menores son capaces de producirla
El proceso de fermentacioacuten anaeroacutebica se produce en la ausencia de oxigeno como aceptor final
de los electrones del NADH producido en la glucoacutelisis
En los seres vivos la fermentacioacuten es un proceso anaeroacutebico y en el no interviene la cadena
respiratoria que son propios del micro organismo como las bacterias y levaduras
Ademaacutes en la industria de la fermentacioacuten puede ser oxidativa es decir como presencia de
oxigeno pero es una oxidacioacuten aeroacutebica incompleta como la produccioacuten de acido aceacutetico a partir
del etanol
La fermentacioacuten puede ser naturales cuando las condiciones ambientales permitan la interaccioacuten
del microorganismo sustratos orgaacutenicos susceptibles o artificiales cuando el hombre propicia
condiciones y en contacto referido
USOS
El conocimiento de la dieta a traveacutes del desarrollo de una diversidad de sabores aromas y
texturas en los substratos de los alimentos
Preservacioacuten de cantidades substanciales de alimentos a traveacutes del acido laacutecteo alcohoacutelico
acido aceacutetico y fermentacioacuten alcalinas
La fermentacioacuten tiene algunos usos exclusivos para los alimentos pueden producir nutrientes
importantes o eliminar auto nutrientes
TIPOS DE FERMENTACIOacuteN
Fermentacioacuten aceacutetica
Fermentacioacuten alcohoacutelica
Fermentacioacuten butirica
Fermentacioacuten de la glicerina
Fermentacioacuten laacutectica
Fermentacioacuten putrica
RESPIRACIOacuteN AEROacuteBICA
Es un tipo de metabolismo energeacutetico en el que los seres vivos extraen energiacutea de moleacuteculas
orgaacutenicas como la glucosa por un proceso complejo en donde el carbono queda oxidado y en el
que el aire es el oxidante empleado
La respiracioacuten aeroacutebica es propia de los organismos eucariontes en general y de algunos tipos
de bacterias
La susecion de reacciones quiacutemicas que ocurren dentro de las ceacutelulas mediante las cuales se
realiza las descomposiciones finales de las moleacuteculas en los alimentos y en la que se produce CO2 y
H2O
Se realiza solo en el proceso de oxigeno Consiste en la degradacioacuten de los piruvatos producidos
durante la glucosis hasta CO2 y H2O como obtencioacuten de 34 a 36 ATP
IMPORTANCIA
Participa en la respiracioacuten celular formando ATP
REACCIONES AEROacuteBICAS
Las reacciones aeroacutebicas ocurre en la mitocondria y son
1 Formacioacuten del acetilo
2 Transferencia del acetilo Actividades en matriz
3 Ciclo de krebs
4 Transporte de electrones
Cadena respiratoria
5 Fosforilacioacuten oxidativa (actividad de crestas)
LA MITOCONDRIA Y SUS PARTES
CICLO DE KREBS
Propuesto por Hans A Krebs en 1937 quien descubrioacute el ciclo estudiando suspensiones de papillas del
muacutesculo pectoral de la paloma que presentaba un elevado ritmo respiratorio
El ciclo de krebs (tambieacuten llamado ciclo del acido ciacutetrico o ciclo de lso aacutecidos tricarboxilicos) es una serie
de reacciones quiacutemicos de gran importancia que forman parte de la respiracioacuten celular en toda las ceacutelulas
aeroacutebicas es decir que utilizan oxigeno En organismo aeroacutebico el ciclo de krebs es parte de la viacutea
cataboacutelica que realizan oxidacioacuten de hidratos de carbono aacutecidos graos y aminoaacutecidos hasta producir CO2
y H2O liberando energiacutea en forma utilizable
El ciclo de krebs tambieacuten proporciona recurso para muchas biomoleculas tales como ciertos aacutenimos
aacutecidos Por ello se considera una viacutea anfibolica es decir que es cataboacutelico y anaboacutelica al mismo tiempo
UBICACIOacuteN
Tiene lugar en tres partes
Matriz mitocondrial
En las eucariotas
En el citoplasma de eucariotas
CICLO DE KREBS
3 La informacioacuten geneacutetica que se necesita durante la vida de las ceacutelulas y la que se requiere para la produccioacuten de nuevas ceacutelulas se transmite de una generacioacuten a la siguiente
4 Las reacciones quiacutemicas de un organismo esto es su metabolismo tienen lugar en las ceacutelulas
CEacuteLULAS VEGETALES Y ANIMALES
Tanto las ceacutelulas de las plantas como las de los animales son eucarioacuteticas sin embargo presentan algunas diferencias
1 Las ceacutelulas vegetales presentan una pared celular celuloacutesica riacutegida que evita cambios de forma y posicioacuten
2 Las ceacutelulas vegetales contienen plastidios estructuras rodeadas por una membrana que sintetizan y almacenan alimentos Los maacutes comunes son los cloroplastos
3 Casi todas las ceacutelulas vegetales poseen vacuolas que tienen la funcioacuten de transportar y almacenar nutrientes agua y productos de desecho
4 Las ceacutelulas vegetales complejas carecen de ciertos organelos como los centriacuteolos y los lisosomas
Fotosiacutentesis
Una hoja el lugar principal en el que se desarrolla la fotosiacutentesis en las plantas
La fotosiacutentesis del griego antiguo φωτο (foto) luz y σύνθεσις (siacutentesis) unioacuten es la base de la vida
actual en la Tierra Proceso mediante el cual las plantas algas y algunas bacterias captan y utilizan la energiacutea de la luz para transformar la materia inorgaacutenica de su medio externo en materia orgaacutenica que utilizaraacuten para su crecimiento y desarrollo
Los organismos capaces de llevar a cabo este proceso se denominan fotoautoacutetrofos y ademaacutes son capaces de fijar el CO2 atmosfeacuterico (lo que ocurre casi siempre) o simplemente autoacutetrofos Salvo en algunas bacterias en el proceso de fotosiacutentesis se producen liberacioacuten de oxiacutegeno molecular (proveniente de moleacuteculas de H2O) hacia la atmoacutesfera (fotosiacutentesis oxigeacutenica) Es ampliamente admitido que el contenido actual de oxiacutegeno en la atmoacutesfera se ha generado a partir de la aparicioacuten y actividad de dichos organismos fotosinteacuteticos Esto ha permitido la aparicioacuten evolutiva y el desarrollo de organismos aerobios capaces de mantener una alta tasa metaboacutelica (el metabolismo aerobio es muy eficaz desde el punto de vista energeacutetico)
La otra modalidad de fotosiacutentesis la fotosiacutentesis anoxigeacutenica en la cual no se libera oxiacutegeno es llevada a cabo por un nuacutemero reducido de bacterias como las bacterias puacuterpuras del azufre y las bacterias verdes del azufre estas bacterias usan como donador de hidroacutegenos el H2S con lo que liberan azufre
Generalidades
Cloroplastos dentro de ceacutelulas vegetales
En algas eucarioacuteticas y en plantas la fotosiacutentesis se lleva a cabo en un orgaacutenulo especializado denominado cloroplasto Este orgaacutenulo que estaacute delimitado por dos membranas (envueltas de los cloroplastos) que lo separan del citoplasma circundante En su interior se encuentra una fase acuosa con un elevado contenido en proteiacutenas e hidratos de carbono (estroma del cloroplasto) y una serie de
membranas denominadas tilacoides Los tilacoides contienen los pigmentos (sustancias coloreadas) fotosinteacuteticos y proteiacutenas necesarios para captar la energiacutea de la luz El principal de esos pigmentos es la clorofila de color verde de la que existen varios tipos (bacterioclorofilas y clorofilas a b c y d) Ademaacutes de las clorofilas otros pigmentos presentes en todos los organismos eucarioacuteticos son los carotenoides (carotenos y xantofilas) de color amarillo o anaranjado y que tienen un papel auxiliar en la captacioacuten de la luz ademaacutes de un papel protector En cianobacterias (que no poseen cloroplastos) los carotenoides son sustituidos por otro tipo de pigmentos denominados ficobilinas de naturaleza quiacutemica diferente a los anteriores En las plantas vasculares el mayor nuacutemero de cloroplastos se encuentra dentro de las ceacutelulas del mesoacutefilo de las hojas lo cual les confiere su caracteriacutestico color verde
La fotosiacutentesis se divide en dos fases La primera ocurre en los tilacoides en donde se capta la energiacutea de la luz y eacutesta es almacenada en dos moleacuteculas orgaacutenicas sencillas (ATP y NADPH) La segunda tiene lugar en el estroma y las dos moleacuteculas producidas en la fase anterior son utilizadas en la asimilacioacuten del CO2 atmosfeacuterico para producir hidratos de carbono e indirectamente el resto de las moleacuteculas orgaacutenicas que componen los seres vivos (aminoaacutecidos liacutepidos nucleoacutetidos etc) Tradicionalmente a la primera fase se le denominaba fase luminosa y a la segunda fase oscura de la fotosiacutentesis Sin embargo la
denominacioacuten como fase oscura de la segunda etapa es incorrecta porque actualmente se conoce que los procesos que la llevan a cabo solo ocurren en condiciones de iluminacioacuten Es maacutes preciso referirse a ella como fase de fijacioacuten del dioacutexido de carbono (ciclo de Calvin) y a la primera como fase fotoquiacutemica o reaccioacuten de Hill
En la fase luminosa o fotoquiacutemica la energiacutea de la luz captada por los pigmentos fotosinteacuteticos unidos a proteiacutenas y organizados en los denominados foto sistemas (ver maacutes adelante) produce la descomposicioacuten del agua liberando electrones que circulan a traveacutes de moleacuteculas transportadoras para llegar hasta un aceptor final (NADP
+) capaz de mediar en la transformacioacuten del CO2 atmosfeacuterico (o
disuelto en el agua en sistemas acuaacuteticos) en materia orgaacutenica Este proceso luminoso estaacute tambieacuten acoplado a la formacioacuten de moleacuteculas que funcionan como intercambiadores de energiacutea en las ceacutelulas (ATP) La formacioacuten de ATP es necesaria tambieacuten para la fijacioacuten del CO2
El CO2 es uno de los menores componentes del aire atmosfeacuterico capaz de reflejar la radiacioacuten de onda larga proveniente de la tierra (el maacuteximo agente reflector de esa radiacioacuten es el vapor de agua) El notable aumento de su concentracioacuten a partir de 1850 debido a la destruccioacuten de las aacutereas selvaacuteticas la actividad industrial y el uso de combustibles foacutesiles podriacutea tener el efecto de incrementar las temperaturas medias efecto llamado efecto invernadero
Descubrimiento
Durante el siglo XVIII comienzan a surgir trabajos que relacionan los incipientes conocimientos de la Quiacutemica con los de la Biologiacutea Asiacute con los trabajos de Priestley se llega a la conclusioacuten de que las partes verdes de las plantas fijan el aire lsquoimpurorsquo (anhiacutedrido carboacutenico) que actuariacutea como un nutriente y liberan oxiacutegeno
Posteriormente Emily Fransecheti ampliacutea los estudios de Scarlett Pruzza describiendo la emisioacuten de CO2 por las plantas en oscuridad y estableciendo que esta emisioacuten era menor que su asimilacioacuten en condiciones de iluminacioacuten Ingeshousz tambieacuten supone que la emisioacuten de oxiacutegeno por parte de las plantas procede en uacuteltimo teacutermino del agua aunque no sabe encontrar una explicacioacuten para este fenoacutemeno y habla de una lsquotransmutacioacutenrsquo (se debe antildeadir que en esta eacutepoca no se conociacutea auacuten la naturaleza quiacutemica del agua)
En la misma liacutenea de los autores anteriores Jean Senebier ginebrino realiza nuevos experimentos que establecen la necesidad de la luz para que se produzca la asimilacioacuten de anhiacutedrido carboacutenico y el desprendimiento de oxiacutegeno Tambieacuten establece que auacuten en condiciones de iluminacioacuten si no se suministra CO2 no se registra desprendimiento de oxiacutegeno J Senebier sin embargo opinaba en contra de las teoriacuteas desarrolladas y confirmadas maacutes adelante que la fuente de anhiacutedrido carboacutenico para la planta proveniacutea del agua y no del aire
Otro autor suizo Th de Saussure demostrariacutea experimentalmente que el pipeteo de la papa constituye un proceso baacutesico en la fotosiacutentesis y que el aumento de biomasa depende de la fijacioacuten de anhiacutedrido carboacutenico (que puede ser tomado directamente del aire por las hojas) y del agua Tambieacuten realiza estudios sobre la respiracioacuten en plantas y concluye que junto con la emisioacuten de anhiacutedrido carboacutenico hay una peacuterdida de agua y una generacioacuten de calor Finalmente de Saussure describe la necesidad de la nutricioacuten mineral de las plantas
El quiacutemico alemaacuten J von Liebig es uno de los grandes promotores tanto del conocimiento actual sobre Quiacutemica Orgaacutenica como sobre Fisiologiacutea Vegetal imponiendo el punto de vista de los organismos como entidades compuestas por productos quiacutemicos y la importancia de las reacciones quiacutemicas en los procesos vitales Confirma las teoriacuteas expuestas previamente por de Saussure matizando que si bien la fuente de carbono procede del CO2 atmosfeacuterico el resto de los nutrientes provienen del suelo
La denominacioacuten como clorofila de los pigmentos fotosinteacuteticos fue acuntildeada por Pelletier y Caventou a comienzos del siglo XIX Dutrochet describe la entrada de CO2 en la planta a traveacutes de los estomas y determina que solo las ceacutelulas que contienen clorofila son productoras de oxiacutegeno H von Mohl maacutes tarde asociariacutea la presencia de almidoacuten con la de clorofilas y describiriacutea la estructura de los estomas Sachs a su vez relacionoacute la presencia de clorofila con cuerpos subcelulares que se pueden alargar y dividir asiacute como que la formacioacuten de almidoacuten estaacute asociada con la iluminacioacuten y que esta sustancia desaparece en oscuridad o cuando los estomas son ocluidos A Sachs se debe la formulacioacuten de la ecuacioacuten baacutesica de la fotosiacutentesis
6 CO2 + 6 H2O rarr C6H12O6 + 6 O2
Schimper dariacutea el nombre de cloroplastos a los cuerpos coloreados de Sachs y describiriacutea los aspectos baacutesicos de su estructura tal como se podiacutea detectar con microscopiacutea oacuteptica En el uacuteltimo tercio del siglo XIX se sucederiacutean los esfuerzos por establecer las propiedades fiacutesico-quiacutemicas de las clorofilas y se comienzan a estudiar los aspectos eco fisioloacutegico de la fotosiacutentesis
Fase fotoquiacutemica
La energiacutea luminosa que absorbe la clorofila se transmite a los electrones externos de la moleacutecula los cuales escapan de la misma y producen una especie de corriente eleacutectrica en el interior del cloroplasto al incorporarse a la cadena de transporte de electrones Esta energiacutea puede ser empleada en la siacutentesis de ATP mediante la fotofosforilacioacuten y en la siacutentesis de NADPH Ambos compuestos son necesarios para la siguiente fase o Ciclo de Calvin donde se sintetizaraacuten los primeros azuacutecares que serviraacuten para la produccioacuten de sacarosa y almidoacuten Los electrones que ceden las clorofilas son repuestos mediante la oxidacioacuten del H2O proceso en el cual se genera el O2 que las plantas liberan a la atmoacutesfera
Existen dos variantes de fotofosforilacioacuten aciacuteclica y ciacuteclica seguacuten el traacutensito que sigan los electrones a traveacutes de los foto sistemas Las consecuencias de seguir un tipo u otro estriban principalmente en la produccioacuten o no de NADPH y en la liberacioacuten o no de O2
Fotofosforilacioacuten aciacuteclica
Estructura de un fotosistema
Este proceso permite la formacioacuten de ATP y la reduccioacuten de NADP+ a NADPH + H
+ y necesita de la
energiacutea de la luz como ya se ha dicho Se realiza gracias a los llamados foto sistemas que se encuentran en la membrana de los tilacoides (en los cloroplastos) Estos estaacuten formados por dos partes
Antena donde se agrupan los pigmentos antena junto con proteiacutenas y cuya funcioacuten es captar
la energiacutea de los fotones para transmitirla al pigmento diana y el centro de reaccioacuten Este esta formado por proteiacutenas y por pigmentos encontraacutendose en eacutel el llamado pigmento diana que es
aquel que recibe la energiacutea de excitacioacuten de la antena energiacutea que sirve para excitar y liberar electrones Aquiacute tambieacuten se encuentra el primer dador de electrones que repone los electrones al pigmento diana
Primer aceptor que recibe los electrones liberados
Hay dos tipos de foto sistemas
Fotosistema I que se encuentra sobre todo en los tilacoides de estroma y cuyo pigmento diana
es la clorofila P700
Fotosistema II que se encuentra sobre todo en los grana y cuyo pigmento diana es la clorofila
P680
Proceso
El proceso de la fase luminosa supuesto para dos electrones es el siguiente Los fotones inciden sobre el fotosistema II excitando y liberando dos electrones que pasan al primer aceptor de electrones la feofitina Los electrones los repone el primer dador de electrones el dador Z con los electrones procedentes de la fotoacutelisis del agua en el interior del tilacoide (la moleacutecula de agua se divide en 2H
+ + 2e
-
+ 12O2) Los protones de la fotoacutelisis se acumulan en el interior del tilacoide y el oxiacutegeno es liberado
Los electrones pasan a una cadena de transporte de electrones que invertiraacute su energiacutea liberada en la siacutentesis de ATP iquestCoacutemo La teoriacutea quimioosmoacutetica nos lo explica de la siguiente manera los electrones son cedidos a las plastoquinonas las cuales captan tambieacuten dos protones del estroma Los electrones y los protones pasan al complejo de citocromos bf que bombea los protones al interior del tilacoide Se consigue asiacute una gran concentracioacuten de protones en el tilacoide (entre eacutestos y los resultantes de la fotoacutelisis del agua) que se compensa regresando al estroma a traveacutes de las proteiacutenas ATP-sintasas que invierten la energiacutea del paso de los protones en sintetizar ATP La siacutentesis de ATP en la fase fotoquiacutemica se denomina fotofosforilacioacuten
Los electrones de los citocromos pasan a la plastocianina que los cede a su vez al fotosistema I Con la energiacutea de la luz los electrones son de nuevo liberados y captados por el aceptor A0 De ahiacute pasan a traveacutes de una serie de filoquinonas hasta llegar a la ferredoxina Eacutesta moleacutecula los cede a la enzima NADP
+-reductasa que capta tambieacuten dos protones del estroma Con los dos protones y los dos
electrones reduce un NADP+ en NADPH + H
+
El balance final es por cada moleacutecula de agua (y por cada cuatro fotones) se forman media moleacutecula de oxiacutegeno 13 moleacuteculas de ATP y un NADPH + H
+
Foto fosforilacioacuten ciacuteclica
Tiene lugar al mismo tiempo que la aciacuteclica En ella soacutelo interviene el foto sistema I Los electrones liberados despueacutes de llegar a la ferredoxina pasan a las plastoquinonas y siguen la cadena de transporte de electrones hasta regresar a la plastocianina y al fotosistema I Por tanto se genera ATP en lugar de NADPH Sirve para compensar el hecho de que en la fotofosforilacioacuten aciacuteclica no se genera suficiente ATP para la fase oscura
Fase bioquiacutemica o ciclo de Calvin biosiacutentesis orgaacutenica
Esquema simplificado del ciclo de Calvin-Benson
La fase bioquiacutemica o ciclo de Calvin o ciclo reductivo de las pentosas-fosfato consiste en un ciclo de reacciones quiacutemicas en las que se incorpora el CO2 de la atmoacutesfera en moleacuteculas orgaacutenicas y se originan triosas fosfato los primeros azuacutecares previos a la formacioacuten de sacarosa y almidoacuten Durante este ciclo se
emplean el ATP y el NADPH producidos en la etapa fotoquiacutemica Se divide en tres etapas carboxilacioacuten reduccioacuten y regeneracioacuten
Este ciclo comienza con una pentosa la ribulosa-15-fosfato que se carboxila con el CO2 y se descompone en dos moleacuteculas de aacutecido-3-fosfogliceacuterico Con el gasto de un ATP el aacutecido-3-fosfogliceacuterico se fosforila en aacutecido-13-bifosfogliceacuterico Eacuteste se reduce con el NADPH y se libera una moleacutecula de aacutecido fosfoacuterico formaacutendose el gliceraldehido-3-fosfato La moleacutecula formada puede seguir ahora dos viacuteas una es dar lugar a maacutes ribulosa-15-fosfato para seguir el ciclo y la otra es dar lugar a los distintos principios inmediatos glucosa o fructosa almidoacuten y a partir de ellos los demaacutes gluacutecidos y los liacutepidos proteiacutenas y nucleoacutetidos que requiere la ceacutelula
Hay que destacar que tanto la fase fotoquiacutemica como la fase biosinteacutetica se producen a la vez Son inseparables ya que los productos de la fase fotoquiacutemica son empleados en la fase biosinteacutetica Por otro lado al consumir en la fase biosinteacutetica el ATP y NADPH se obtienen ADP y NADP
+ para la fase
fotoquiacutemica Para asegurar que ambas fases se produzcan a la vez existe una fuerte fotorregulacioacuten sobre las enzimas del ciclo de Calvin para que esteacuten activas por el diacutea e inactivas por la noche en especial sobre la enzima rubisco No obstante existe una variante de fotosiacutentesis presente en ciertas plantas que permite separar la fijacioacuten del CO2 de la fase fotoquiacutemica Se trata de la fotosiacutentesis tipo CAM empleada por plantas adaptadas a climas deseacuterticos para evitar que se abran las estomas por el diacutea para fijar el CO2 con la consiguiente peacuterdida de agua
Divisioacuten celular
Comparacioacuten de tres tipos de reproduccioacuten celular
Definicioacuten
La divisioacuten celular es la parte del ciclo
celular en la que una ceacutelula inicial (llamada madre) se divide en dos para formar dos ceacutelulas hijas Gracias a la divisioacuten celular se produce el crecimiento de los organismos pluricelulares con el crecimiento de los tejidos y la reproduccioacuten vegetativa en seres unicelulares
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas
Tipos de divisioacuten celular
Biparticioacuten la divisioacuten de la ceacutelula madre en dos ceacutelulas hijas cada nueva ceacutelula es un nuevo individuo
con estructuras y funciones ideacutenticas a la ceacutelula madre Este tipo de reproduccioacuten la presentan organismos como bacterias amebas y algunas algas
Gemacioacuten se presenta cuando unos nuevos individuos se producen a partir de yemas El proceso de
gemacioacuten es frecuente en esponjas celenterios briozoos En una zona o varias del organismo progenitor
se produce una evaginacioacuten o yema que se va desarrollando y en un momento dado sufre una constriccioacuten en la base y se separa del progenitor comenzando su vida como nuevo ser Las yemas hijas pueden presentar otras yemas a las que se les denomina yemas secundarias En algunos organismos se pueden formar colonias cuando las yemas no se separan del organismo progenitor En las formas maacutes evolucionadas de briozoos se observa en el proceso de gemacioacuten que se realiza de forma maacutes complicado
El nuacutemero de individuos de una colonia la manera en que estaacuten agrupados y su grado de diferenciacioacuten variacutea y a menudo es caracteriacutestica de una especie determinada Los briozoos pueden originar nuevos individuos sobre unas prolongaciones llamados estolones y al proceso se le denomina estolonizacioacuten
Ciertas especies de animales pueden tener gemacioacuten interna yemas que sobreviven en condiciones desfavorables gracias a una envoltura protectora En el caso de las esponjas de agua dulce las yemas tienen una caacutepsula protectora y en el interior hay sustancia de reserva Al llegar la primavera se pierde la caacutepsula protectora y a partir de la yema surge la nueva esponja En los briozoos de agua dulce se produce una capa de quitina y de calcio y no necesitan sustancia de reserva pues se encuentra en estado de hibernacioacuten
Esporulacioacuten la esporulacioacuten o esporo geacutenesis consiste en un proceso de diferenciacioacuten celular para
llegar a la produccioacuten de ceacutelulas reproductivas dispersivas de resistencia llamadas esporas Este proceso ocurre en hongos amebas liacutequenes algunos tipos de bacterias protozoos esporozoos (como el Plasmodium causante de malaria) y es frecuente en vegetales (especialmente algas musgos y helechos) grupos de muy diferentes oriacutegenes evolutivos pero con semejantes estrategias reproductivas todos ellos pueden recurrir a la formacioacuten ceacutelulas de resistencia para favorecer la dispersioacuten Durante la esporulacioacuten se lleva a cabo la divisioacuten del nuacutecleo en varios fragmentos y por una divisioacuten celular asimeacutetrica una parte del citoplasma rodea cada nuevo nuacutecleo dando lugar a las esporas Dependiendo de cada especie se puede producir un nuacutemero parciable de esporas y a partir de cada una de ellas se desarrollaraacute un individuo independiente
Procesos de divisioacuten celular
Fisioacuten binaria es la forma de divisioacuten celular de las ceacutelulas procariotas
Mitosis es la forma maacutes comuacuten de la divisioacuten celular en las ceacutelulas eucariotas Una ceacutelula que ha
adquirido determinados paraacutemetros o condiciones de tamantildeo volumen almacenamiento de energiacutea factores medioambientales puede replicar totalmente su dotacioacuten de ADN y dividirse en dos ceacutelulas hijas normalmente iguales Ambas ceacutelulas seraacuten diploides o haploide dependiendo de la ceacutelula madre
Meiosis es la divisioacuten de una ceacutelula diploide en cuatro ceacutelulas haploide Esta divisioacuten celular se
produce en organismos multicelulares para producir gametos haploide que pueden fusionarse despueacutes para formar una ceacutelula diploide llamada zigoto en la fecundacioacuten
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas Las ceacutelulas cancerosas son inmortales Una enzima llamada telomerasa permite a estas ceacutelulas dividirse indefinidamente
La caracteriacutestica principal de la divisioacuten celular en organismos eucariotas es la conservacioacuten de los
mecanismos geneacuteticos del control del ciclo celular y de la divisioacuten celular puesto que se ha mantenido praacutecticamente inalterable desde organismos tan simples como las levaduras a criaturas tan complejas como el ser humano a lo largo de la evolucioacuten bioloacutegica
Factores que explican la divisioacuten celular
Una teoriacutea afirma que existe un momento en el que la ceacutelula comienza a crecer mucho lo que hace que disminuya la proporcioacuten aacutereavolumen Cuando el aacuterea de la membrana plasmaacutetica de la ceacutelula es mucho maacutes pequentildea en relacioacuten con el volumen total de eacutesta se presentan dificultades en la reabsorcioacuten y en el transporte de nutrientes siendo asiacute necesario que se produzca la divisioacuten celular
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular constituye el proceso maacutes importante dentro de la ceacutelula el cual abordaremos en
pequentildea medida pero de manera significativa
Esta investigacioacuten toma en cuenta a todos aquellos que de alguna manera participan aunque sea de
forma miacutenima en la respiracioacuten celular
Hablar de respiracioacuten celular es referirnos a un proceso bioquiacutemico del cual nos ramificaremos a dos tipos
de respiracioacuten celular aeroacutebica y anaeroacutebica
En este proceso interfieren factores quiacutemicos capaces de ser procesados dentro de las ceacutelulas y que en
gran medida constituyen las bases para que la respiracioacuten celular se lleve a cabo
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular es el conjunto de reacciones bioquiacutemicas que ocurren en la mayoriacutea de las ceacutelulas
Tambieacuten es el conjunto de reacciones quiacutemicas mediante las cuales se obtiene energiacutea a partir de la
degradacioacuten de sustancias orgaacutenicas como los azuacutecares y los aacutecidos principalmente
Comprende dos fases
PRIMERA FASE
Se oxida la glucosa (azuacutecar) y no depende del oxiacutegeno por lo que recibe el nombre de respiracioacuten
anaeroacutebica y glicoacutelisis reaccioacuten que se lleva a cabo en el citoplasma de la ceacutelula
SEGUNDA FASE
Se realiza con la intervencioacuten del oxiacutegeno y recibe el nombre de respiracioacuten aeroacutebica o el ciclo de krebs y
se realiza en estructuras especiales de las ceacutelulas llamadas mitocondrias
Tanto que es una parte del metabolismo concretamente del catabolismo en el cual la energiacutea contenida
en distintas biomoleacuteculas como los gluacutecidos (azuacutecares carbohidratos) es liberado de manera controlada
IMPORTANCIA
- Crecimiento
- Transporte activo de sustancias energeacuteticas
- Movimiento ciclosis
- Regeneracioacuten de ceacutelulas
- Siacutentesis de proteiacutenas
- Divisioacuten de ceacutelulas
TIPOS DE RESPIRACIOacuteN CELULAR
RESPIRACIOacuteN ANAEROacuteBICA
La respiracioacuten anaeroacutebica es un proceso bioloacutegico de oxidorreduccioacuten de azuacutecares y otros compuestos
Lo realizan exclusivamente algunos grupos de bacterias
En la respiracioacuten anaeroacutebica no se usa oxiacutegeno sino para la misma funcioacuten se emplea otra sustancia
oxidante distinta como el sulfato No hay que confundir la respiracioacuten anaeroacutebica con la fermentacioacuten
aunque estos dos tipos de metabolismo tienen en comuacuten el no ser dependiente del oxigeno
Todos los posibles aceptores en la respiracioacuten anaeroacutebica tienen un potencial de reduccioacuten menor que el
O2 por lo que se genera menor energiacutea en el proceso
ETAPAS
Glucoacutelisis
Fermentacioacuten
GLUCOacuteLISIS- Tambieacuten denominado glicoacutelisis es la secuencia metaboacutelica en la que se oxida en la
glucoacutelisis cuando hay ausencia de oxiacutegeno la glucoacutelisis es la uacutenica viacutea que produce ATP en los animales
Estaacute presente en todas las formas de viacuteas actuales Es la primera parte del metabolismo energeacutetico y en
las ceacutelulas eucariotas en donde ocurre el citoplasma
Por lo tanto es una secuencia compleja de reacciones que se efectuacutean en el citosol de una ceacutelula
mediante las cuales una moleacutecula de glucosa se desdobla en dos moleacuteculas de acido piruvico De manera
que la glicoacutelisis consta de dos pasos principales
Activacioacuten de la glucosa
Produccioacuten de energiacutea
IMPORTANCIA Permite a los muacutesculos esqueleacuteticos realizar su contraccioacuten
FERMENTACIOacuteN- Es un proceso cataboacutelico de oxidacioacuten completa siendo el producto final de
un compuesto orgaacutenico La fermentacioacuten tiacutepica es llevada acabo por las levaduras Tambieacuten
unos metazoos y plantas menores son capaces de producirla
El proceso de fermentacioacuten anaeroacutebica se produce en la ausencia de oxigeno como aceptor final
de los electrones del NADH producido en la glucoacutelisis
En los seres vivos la fermentacioacuten es un proceso anaeroacutebico y en el no interviene la cadena
respiratoria que son propios del micro organismo como las bacterias y levaduras
Ademaacutes en la industria de la fermentacioacuten puede ser oxidativa es decir como presencia de
oxigeno pero es una oxidacioacuten aeroacutebica incompleta como la produccioacuten de acido aceacutetico a partir
del etanol
La fermentacioacuten puede ser naturales cuando las condiciones ambientales permitan la interaccioacuten
del microorganismo sustratos orgaacutenicos susceptibles o artificiales cuando el hombre propicia
condiciones y en contacto referido
USOS
El conocimiento de la dieta a traveacutes del desarrollo de una diversidad de sabores aromas y
texturas en los substratos de los alimentos
Preservacioacuten de cantidades substanciales de alimentos a traveacutes del acido laacutecteo alcohoacutelico
acido aceacutetico y fermentacioacuten alcalinas
La fermentacioacuten tiene algunos usos exclusivos para los alimentos pueden producir nutrientes
importantes o eliminar auto nutrientes
TIPOS DE FERMENTACIOacuteN
Fermentacioacuten aceacutetica
Fermentacioacuten alcohoacutelica
Fermentacioacuten butirica
Fermentacioacuten de la glicerina
Fermentacioacuten laacutectica
Fermentacioacuten putrica
RESPIRACIOacuteN AEROacuteBICA
Es un tipo de metabolismo energeacutetico en el que los seres vivos extraen energiacutea de moleacuteculas
orgaacutenicas como la glucosa por un proceso complejo en donde el carbono queda oxidado y en el
que el aire es el oxidante empleado
La respiracioacuten aeroacutebica es propia de los organismos eucariontes en general y de algunos tipos
de bacterias
La susecion de reacciones quiacutemicas que ocurren dentro de las ceacutelulas mediante las cuales se
realiza las descomposiciones finales de las moleacuteculas en los alimentos y en la que se produce CO2 y
H2O
Se realiza solo en el proceso de oxigeno Consiste en la degradacioacuten de los piruvatos producidos
durante la glucosis hasta CO2 y H2O como obtencioacuten de 34 a 36 ATP
IMPORTANCIA
Participa en la respiracioacuten celular formando ATP
REACCIONES AEROacuteBICAS
Las reacciones aeroacutebicas ocurre en la mitocondria y son
1 Formacioacuten del acetilo
2 Transferencia del acetilo Actividades en matriz
3 Ciclo de krebs
4 Transporte de electrones
Cadena respiratoria
5 Fosforilacioacuten oxidativa (actividad de crestas)
LA MITOCONDRIA Y SUS PARTES
CICLO DE KREBS
Propuesto por Hans A Krebs en 1937 quien descubrioacute el ciclo estudiando suspensiones de papillas del
muacutesculo pectoral de la paloma que presentaba un elevado ritmo respiratorio
El ciclo de krebs (tambieacuten llamado ciclo del acido ciacutetrico o ciclo de lso aacutecidos tricarboxilicos) es una serie
de reacciones quiacutemicos de gran importancia que forman parte de la respiracioacuten celular en toda las ceacutelulas
aeroacutebicas es decir que utilizan oxigeno En organismo aeroacutebico el ciclo de krebs es parte de la viacutea
cataboacutelica que realizan oxidacioacuten de hidratos de carbono aacutecidos graos y aminoaacutecidos hasta producir CO2
y H2O liberando energiacutea en forma utilizable
El ciclo de krebs tambieacuten proporciona recurso para muchas biomoleculas tales como ciertos aacutenimos
aacutecidos Por ello se considera una viacutea anfibolica es decir que es cataboacutelico y anaboacutelica al mismo tiempo
UBICACIOacuteN
Tiene lugar en tres partes
Matriz mitocondrial
En las eucariotas
En el citoplasma de eucariotas
CICLO DE KREBS
Cloroplastos dentro de ceacutelulas vegetales
En algas eucarioacuteticas y en plantas la fotosiacutentesis se lleva a cabo en un orgaacutenulo especializado denominado cloroplasto Este orgaacutenulo que estaacute delimitado por dos membranas (envueltas de los cloroplastos) que lo separan del citoplasma circundante En su interior se encuentra una fase acuosa con un elevado contenido en proteiacutenas e hidratos de carbono (estroma del cloroplasto) y una serie de
membranas denominadas tilacoides Los tilacoides contienen los pigmentos (sustancias coloreadas) fotosinteacuteticos y proteiacutenas necesarios para captar la energiacutea de la luz El principal de esos pigmentos es la clorofila de color verde de la que existen varios tipos (bacterioclorofilas y clorofilas a b c y d) Ademaacutes de las clorofilas otros pigmentos presentes en todos los organismos eucarioacuteticos son los carotenoides (carotenos y xantofilas) de color amarillo o anaranjado y que tienen un papel auxiliar en la captacioacuten de la luz ademaacutes de un papel protector En cianobacterias (que no poseen cloroplastos) los carotenoides son sustituidos por otro tipo de pigmentos denominados ficobilinas de naturaleza quiacutemica diferente a los anteriores En las plantas vasculares el mayor nuacutemero de cloroplastos se encuentra dentro de las ceacutelulas del mesoacutefilo de las hojas lo cual les confiere su caracteriacutestico color verde
La fotosiacutentesis se divide en dos fases La primera ocurre en los tilacoides en donde se capta la energiacutea de la luz y eacutesta es almacenada en dos moleacuteculas orgaacutenicas sencillas (ATP y NADPH) La segunda tiene lugar en el estroma y las dos moleacuteculas producidas en la fase anterior son utilizadas en la asimilacioacuten del CO2 atmosfeacuterico para producir hidratos de carbono e indirectamente el resto de las moleacuteculas orgaacutenicas que componen los seres vivos (aminoaacutecidos liacutepidos nucleoacutetidos etc) Tradicionalmente a la primera fase se le denominaba fase luminosa y a la segunda fase oscura de la fotosiacutentesis Sin embargo la
denominacioacuten como fase oscura de la segunda etapa es incorrecta porque actualmente se conoce que los procesos que la llevan a cabo solo ocurren en condiciones de iluminacioacuten Es maacutes preciso referirse a ella como fase de fijacioacuten del dioacutexido de carbono (ciclo de Calvin) y a la primera como fase fotoquiacutemica o reaccioacuten de Hill
En la fase luminosa o fotoquiacutemica la energiacutea de la luz captada por los pigmentos fotosinteacuteticos unidos a proteiacutenas y organizados en los denominados foto sistemas (ver maacutes adelante) produce la descomposicioacuten del agua liberando electrones que circulan a traveacutes de moleacuteculas transportadoras para llegar hasta un aceptor final (NADP
+) capaz de mediar en la transformacioacuten del CO2 atmosfeacuterico (o
disuelto en el agua en sistemas acuaacuteticos) en materia orgaacutenica Este proceso luminoso estaacute tambieacuten acoplado a la formacioacuten de moleacuteculas que funcionan como intercambiadores de energiacutea en las ceacutelulas (ATP) La formacioacuten de ATP es necesaria tambieacuten para la fijacioacuten del CO2
El CO2 es uno de los menores componentes del aire atmosfeacuterico capaz de reflejar la radiacioacuten de onda larga proveniente de la tierra (el maacuteximo agente reflector de esa radiacioacuten es el vapor de agua) El notable aumento de su concentracioacuten a partir de 1850 debido a la destruccioacuten de las aacutereas selvaacuteticas la actividad industrial y el uso de combustibles foacutesiles podriacutea tener el efecto de incrementar las temperaturas medias efecto llamado efecto invernadero
Descubrimiento
Durante el siglo XVIII comienzan a surgir trabajos que relacionan los incipientes conocimientos de la Quiacutemica con los de la Biologiacutea Asiacute con los trabajos de Priestley se llega a la conclusioacuten de que las partes verdes de las plantas fijan el aire lsquoimpurorsquo (anhiacutedrido carboacutenico) que actuariacutea como un nutriente y liberan oxiacutegeno
Posteriormente Emily Fransecheti ampliacutea los estudios de Scarlett Pruzza describiendo la emisioacuten de CO2 por las plantas en oscuridad y estableciendo que esta emisioacuten era menor que su asimilacioacuten en condiciones de iluminacioacuten Ingeshousz tambieacuten supone que la emisioacuten de oxiacutegeno por parte de las plantas procede en uacuteltimo teacutermino del agua aunque no sabe encontrar una explicacioacuten para este fenoacutemeno y habla de una lsquotransmutacioacutenrsquo (se debe antildeadir que en esta eacutepoca no se conociacutea auacuten la naturaleza quiacutemica del agua)
En la misma liacutenea de los autores anteriores Jean Senebier ginebrino realiza nuevos experimentos que establecen la necesidad de la luz para que se produzca la asimilacioacuten de anhiacutedrido carboacutenico y el desprendimiento de oxiacutegeno Tambieacuten establece que auacuten en condiciones de iluminacioacuten si no se suministra CO2 no se registra desprendimiento de oxiacutegeno J Senebier sin embargo opinaba en contra de las teoriacuteas desarrolladas y confirmadas maacutes adelante que la fuente de anhiacutedrido carboacutenico para la planta proveniacutea del agua y no del aire
Otro autor suizo Th de Saussure demostrariacutea experimentalmente que el pipeteo de la papa constituye un proceso baacutesico en la fotosiacutentesis y que el aumento de biomasa depende de la fijacioacuten de anhiacutedrido carboacutenico (que puede ser tomado directamente del aire por las hojas) y del agua Tambieacuten realiza estudios sobre la respiracioacuten en plantas y concluye que junto con la emisioacuten de anhiacutedrido carboacutenico hay una peacuterdida de agua y una generacioacuten de calor Finalmente de Saussure describe la necesidad de la nutricioacuten mineral de las plantas
El quiacutemico alemaacuten J von Liebig es uno de los grandes promotores tanto del conocimiento actual sobre Quiacutemica Orgaacutenica como sobre Fisiologiacutea Vegetal imponiendo el punto de vista de los organismos como entidades compuestas por productos quiacutemicos y la importancia de las reacciones quiacutemicas en los procesos vitales Confirma las teoriacuteas expuestas previamente por de Saussure matizando que si bien la fuente de carbono procede del CO2 atmosfeacuterico el resto de los nutrientes provienen del suelo
La denominacioacuten como clorofila de los pigmentos fotosinteacuteticos fue acuntildeada por Pelletier y Caventou a comienzos del siglo XIX Dutrochet describe la entrada de CO2 en la planta a traveacutes de los estomas y determina que solo las ceacutelulas que contienen clorofila son productoras de oxiacutegeno H von Mohl maacutes tarde asociariacutea la presencia de almidoacuten con la de clorofilas y describiriacutea la estructura de los estomas Sachs a su vez relacionoacute la presencia de clorofila con cuerpos subcelulares que se pueden alargar y dividir asiacute como que la formacioacuten de almidoacuten estaacute asociada con la iluminacioacuten y que esta sustancia desaparece en oscuridad o cuando los estomas son ocluidos A Sachs se debe la formulacioacuten de la ecuacioacuten baacutesica de la fotosiacutentesis
6 CO2 + 6 H2O rarr C6H12O6 + 6 O2
Schimper dariacutea el nombre de cloroplastos a los cuerpos coloreados de Sachs y describiriacutea los aspectos baacutesicos de su estructura tal como se podiacutea detectar con microscopiacutea oacuteptica En el uacuteltimo tercio del siglo XIX se sucederiacutean los esfuerzos por establecer las propiedades fiacutesico-quiacutemicas de las clorofilas y se comienzan a estudiar los aspectos eco fisioloacutegico de la fotosiacutentesis
Fase fotoquiacutemica
La energiacutea luminosa que absorbe la clorofila se transmite a los electrones externos de la moleacutecula los cuales escapan de la misma y producen una especie de corriente eleacutectrica en el interior del cloroplasto al incorporarse a la cadena de transporte de electrones Esta energiacutea puede ser empleada en la siacutentesis de ATP mediante la fotofosforilacioacuten y en la siacutentesis de NADPH Ambos compuestos son necesarios para la siguiente fase o Ciclo de Calvin donde se sintetizaraacuten los primeros azuacutecares que serviraacuten para la produccioacuten de sacarosa y almidoacuten Los electrones que ceden las clorofilas son repuestos mediante la oxidacioacuten del H2O proceso en el cual se genera el O2 que las plantas liberan a la atmoacutesfera
Existen dos variantes de fotofosforilacioacuten aciacuteclica y ciacuteclica seguacuten el traacutensito que sigan los electrones a traveacutes de los foto sistemas Las consecuencias de seguir un tipo u otro estriban principalmente en la produccioacuten o no de NADPH y en la liberacioacuten o no de O2
Fotofosforilacioacuten aciacuteclica
Estructura de un fotosistema
Este proceso permite la formacioacuten de ATP y la reduccioacuten de NADP+ a NADPH + H
+ y necesita de la
energiacutea de la luz como ya se ha dicho Se realiza gracias a los llamados foto sistemas que se encuentran en la membrana de los tilacoides (en los cloroplastos) Estos estaacuten formados por dos partes
Antena donde se agrupan los pigmentos antena junto con proteiacutenas y cuya funcioacuten es captar
la energiacutea de los fotones para transmitirla al pigmento diana y el centro de reaccioacuten Este esta formado por proteiacutenas y por pigmentos encontraacutendose en eacutel el llamado pigmento diana que es
aquel que recibe la energiacutea de excitacioacuten de la antena energiacutea que sirve para excitar y liberar electrones Aquiacute tambieacuten se encuentra el primer dador de electrones que repone los electrones al pigmento diana
Primer aceptor que recibe los electrones liberados
Hay dos tipos de foto sistemas
Fotosistema I que se encuentra sobre todo en los tilacoides de estroma y cuyo pigmento diana
es la clorofila P700
Fotosistema II que se encuentra sobre todo en los grana y cuyo pigmento diana es la clorofila
P680
Proceso
El proceso de la fase luminosa supuesto para dos electrones es el siguiente Los fotones inciden sobre el fotosistema II excitando y liberando dos electrones que pasan al primer aceptor de electrones la feofitina Los electrones los repone el primer dador de electrones el dador Z con los electrones procedentes de la fotoacutelisis del agua en el interior del tilacoide (la moleacutecula de agua se divide en 2H
+ + 2e
-
+ 12O2) Los protones de la fotoacutelisis se acumulan en el interior del tilacoide y el oxiacutegeno es liberado
Los electrones pasan a una cadena de transporte de electrones que invertiraacute su energiacutea liberada en la siacutentesis de ATP iquestCoacutemo La teoriacutea quimioosmoacutetica nos lo explica de la siguiente manera los electrones son cedidos a las plastoquinonas las cuales captan tambieacuten dos protones del estroma Los electrones y los protones pasan al complejo de citocromos bf que bombea los protones al interior del tilacoide Se consigue asiacute una gran concentracioacuten de protones en el tilacoide (entre eacutestos y los resultantes de la fotoacutelisis del agua) que se compensa regresando al estroma a traveacutes de las proteiacutenas ATP-sintasas que invierten la energiacutea del paso de los protones en sintetizar ATP La siacutentesis de ATP en la fase fotoquiacutemica se denomina fotofosforilacioacuten
Los electrones de los citocromos pasan a la plastocianina que los cede a su vez al fotosistema I Con la energiacutea de la luz los electrones son de nuevo liberados y captados por el aceptor A0 De ahiacute pasan a traveacutes de una serie de filoquinonas hasta llegar a la ferredoxina Eacutesta moleacutecula los cede a la enzima NADP
+-reductasa que capta tambieacuten dos protones del estroma Con los dos protones y los dos
electrones reduce un NADP+ en NADPH + H
+
El balance final es por cada moleacutecula de agua (y por cada cuatro fotones) se forman media moleacutecula de oxiacutegeno 13 moleacuteculas de ATP y un NADPH + H
+
Foto fosforilacioacuten ciacuteclica
Tiene lugar al mismo tiempo que la aciacuteclica En ella soacutelo interviene el foto sistema I Los electrones liberados despueacutes de llegar a la ferredoxina pasan a las plastoquinonas y siguen la cadena de transporte de electrones hasta regresar a la plastocianina y al fotosistema I Por tanto se genera ATP en lugar de NADPH Sirve para compensar el hecho de que en la fotofosforilacioacuten aciacuteclica no se genera suficiente ATP para la fase oscura
Fase bioquiacutemica o ciclo de Calvin biosiacutentesis orgaacutenica
Esquema simplificado del ciclo de Calvin-Benson
La fase bioquiacutemica o ciclo de Calvin o ciclo reductivo de las pentosas-fosfato consiste en un ciclo de reacciones quiacutemicas en las que se incorpora el CO2 de la atmoacutesfera en moleacuteculas orgaacutenicas y se originan triosas fosfato los primeros azuacutecares previos a la formacioacuten de sacarosa y almidoacuten Durante este ciclo se
emplean el ATP y el NADPH producidos en la etapa fotoquiacutemica Se divide en tres etapas carboxilacioacuten reduccioacuten y regeneracioacuten
Este ciclo comienza con una pentosa la ribulosa-15-fosfato que se carboxila con el CO2 y se descompone en dos moleacuteculas de aacutecido-3-fosfogliceacuterico Con el gasto de un ATP el aacutecido-3-fosfogliceacuterico se fosforila en aacutecido-13-bifosfogliceacuterico Eacuteste se reduce con el NADPH y se libera una moleacutecula de aacutecido fosfoacuterico formaacutendose el gliceraldehido-3-fosfato La moleacutecula formada puede seguir ahora dos viacuteas una es dar lugar a maacutes ribulosa-15-fosfato para seguir el ciclo y la otra es dar lugar a los distintos principios inmediatos glucosa o fructosa almidoacuten y a partir de ellos los demaacutes gluacutecidos y los liacutepidos proteiacutenas y nucleoacutetidos que requiere la ceacutelula
Hay que destacar que tanto la fase fotoquiacutemica como la fase biosinteacutetica se producen a la vez Son inseparables ya que los productos de la fase fotoquiacutemica son empleados en la fase biosinteacutetica Por otro lado al consumir en la fase biosinteacutetica el ATP y NADPH se obtienen ADP y NADP
+ para la fase
fotoquiacutemica Para asegurar que ambas fases se produzcan a la vez existe una fuerte fotorregulacioacuten sobre las enzimas del ciclo de Calvin para que esteacuten activas por el diacutea e inactivas por la noche en especial sobre la enzima rubisco No obstante existe una variante de fotosiacutentesis presente en ciertas plantas que permite separar la fijacioacuten del CO2 de la fase fotoquiacutemica Se trata de la fotosiacutentesis tipo CAM empleada por plantas adaptadas a climas deseacuterticos para evitar que se abran las estomas por el diacutea para fijar el CO2 con la consiguiente peacuterdida de agua
Divisioacuten celular
Comparacioacuten de tres tipos de reproduccioacuten celular
Definicioacuten
La divisioacuten celular es la parte del ciclo
celular en la que una ceacutelula inicial (llamada madre) se divide en dos para formar dos ceacutelulas hijas Gracias a la divisioacuten celular se produce el crecimiento de los organismos pluricelulares con el crecimiento de los tejidos y la reproduccioacuten vegetativa en seres unicelulares
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas
Tipos de divisioacuten celular
Biparticioacuten la divisioacuten de la ceacutelula madre en dos ceacutelulas hijas cada nueva ceacutelula es un nuevo individuo
con estructuras y funciones ideacutenticas a la ceacutelula madre Este tipo de reproduccioacuten la presentan organismos como bacterias amebas y algunas algas
Gemacioacuten se presenta cuando unos nuevos individuos se producen a partir de yemas El proceso de
gemacioacuten es frecuente en esponjas celenterios briozoos En una zona o varias del organismo progenitor
se produce una evaginacioacuten o yema que se va desarrollando y en un momento dado sufre una constriccioacuten en la base y se separa del progenitor comenzando su vida como nuevo ser Las yemas hijas pueden presentar otras yemas a las que se les denomina yemas secundarias En algunos organismos se pueden formar colonias cuando las yemas no se separan del organismo progenitor En las formas maacutes evolucionadas de briozoos se observa en el proceso de gemacioacuten que se realiza de forma maacutes complicado
El nuacutemero de individuos de una colonia la manera en que estaacuten agrupados y su grado de diferenciacioacuten variacutea y a menudo es caracteriacutestica de una especie determinada Los briozoos pueden originar nuevos individuos sobre unas prolongaciones llamados estolones y al proceso se le denomina estolonizacioacuten
Ciertas especies de animales pueden tener gemacioacuten interna yemas que sobreviven en condiciones desfavorables gracias a una envoltura protectora En el caso de las esponjas de agua dulce las yemas tienen una caacutepsula protectora y en el interior hay sustancia de reserva Al llegar la primavera se pierde la caacutepsula protectora y a partir de la yema surge la nueva esponja En los briozoos de agua dulce se produce una capa de quitina y de calcio y no necesitan sustancia de reserva pues se encuentra en estado de hibernacioacuten
Esporulacioacuten la esporulacioacuten o esporo geacutenesis consiste en un proceso de diferenciacioacuten celular para
llegar a la produccioacuten de ceacutelulas reproductivas dispersivas de resistencia llamadas esporas Este proceso ocurre en hongos amebas liacutequenes algunos tipos de bacterias protozoos esporozoos (como el Plasmodium causante de malaria) y es frecuente en vegetales (especialmente algas musgos y helechos) grupos de muy diferentes oriacutegenes evolutivos pero con semejantes estrategias reproductivas todos ellos pueden recurrir a la formacioacuten ceacutelulas de resistencia para favorecer la dispersioacuten Durante la esporulacioacuten se lleva a cabo la divisioacuten del nuacutecleo en varios fragmentos y por una divisioacuten celular asimeacutetrica una parte del citoplasma rodea cada nuevo nuacutecleo dando lugar a las esporas Dependiendo de cada especie se puede producir un nuacutemero parciable de esporas y a partir de cada una de ellas se desarrollaraacute un individuo independiente
Procesos de divisioacuten celular
Fisioacuten binaria es la forma de divisioacuten celular de las ceacutelulas procariotas
Mitosis es la forma maacutes comuacuten de la divisioacuten celular en las ceacutelulas eucariotas Una ceacutelula que ha
adquirido determinados paraacutemetros o condiciones de tamantildeo volumen almacenamiento de energiacutea factores medioambientales puede replicar totalmente su dotacioacuten de ADN y dividirse en dos ceacutelulas hijas normalmente iguales Ambas ceacutelulas seraacuten diploides o haploide dependiendo de la ceacutelula madre
Meiosis es la divisioacuten de una ceacutelula diploide en cuatro ceacutelulas haploide Esta divisioacuten celular se
produce en organismos multicelulares para producir gametos haploide que pueden fusionarse despueacutes para formar una ceacutelula diploide llamada zigoto en la fecundacioacuten
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas Las ceacutelulas cancerosas son inmortales Una enzima llamada telomerasa permite a estas ceacutelulas dividirse indefinidamente
La caracteriacutestica principal de la divisioacuten celular en organismos eucariotas es la conservacioacuten de los
mecanismos geneacuteticos del control del ciclo celular y de la divisioacuten celular puesto que se ha mantenido praacutecticamente inalterable desde organismos tan simples como las levaduras a criaturas tan complejas como el ser humano a lo largo de la evolucioacuten bioloacutegica
Factores que explican la divisioacuten celular
Una teoriacutea afirma que existe un momento en el que la ceacutelula comienza a crecer mucho lo que hace que disminuya la proporcioacuten aacutereavolumen Cuando el aacuterea de la membrana plasmaacutetica de la ceacutelula es mucho maacutes pequentildea en relacioacuten con el volumen total de eacutesta se presentan dificultades en la reabsorcioacuten y en el transporte de nutrientes siendo asiacute necesario que se produzca la divisioacuten celular
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular constituye el proceso maacutes importante dentro de la ceacutelula el cual abordaremos en
pequentildea medida pero de manera significativa
Esta investigacioacuten toma en cuenta a todos aquellos que de alguna manera participan aunque sea de
forma miacutenima en la respiracioacuten celular
Hablar de respiracioacuten celular es referirnos a un proceso bioquiacutemico del cual nos ramificaremos a dos tipos
de respiracioacuten celular aeroacutebica y anaeroacutebica
En este proceso interfieren factores quiacutemicos capaces de ser procesados dentro de las ceacutelulas y que en
gran medida constituyen las bases para que la respiracioacuten celular se lleve a cabo
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular es el conjunto de reacciones bioquiacutemicas que ocurren en la mayoriacutea de las ceacutelulas
Tambieacuten es el conjunto de reacciones quiacutemicas mediante las cuales se obtiene energiacutea a partir de la
degradacioacuten de sustancias orgaacutenicas como los azuacutecares y los aacutecidos principalmente
Comprende dos fases
PRIMERA FASE
Se oxida la glucosa (azuacutecar) y no depende del oxiacutegeno por lo que recibe el nombre de respiracioacuten
anaeroacutebica y glicoacutelisis reaccioacuten que se lleva a cabo en el citoplasma de la ceacutelula
SEGUNDA FASE
Se realiza con la intervencioacuten del oxiacutegeno y recibe el nombre de respiracioacuten aeroacutebica o el ciclo de krebs y
se realiza en estructuras especiales de las ceacutelulas llamadas mitocondrias
Tanto que es una parte del metabolismo concretamente del catabolismo en el cual la energiacutea contenida
en distintas biomoleacuteculas como los gluacutecidos (azuacutecares carbohidratos) es liberado de manera controlada
IMPORTANCIA
- Crecimiento
- Transporte activo de sustancias energeacuteticas
- Movimiento ciclosis
- Regeneracioacuten de ceacutelulas
- Siacutentesis de proteiacutenas
- Divisioacuten de ceacutelulas
TIPOS DE RESPIRACIOacuteN CELULAR
RESPIRACIOacuteN ANAEROacuteBICA
La respiracioacuten anaeroacutebica es un proceso bioloacutegico de oxidorreduccioacuten de azuacutecares y otros compuestos
Lo realizan exclusivamente algunos grupos de bacterias
En la respiracioacuten anaeroacutebica no se usa oxiacutegeno sino para la misma funcioacuten se emplea otra sustancia
oxidante distinta como el sulfato No hay que confundir la respiracioacuten anaeroacutebica con la fermentacioacuten
aunque estos dos tipos de metabolismo tienen en comuacuten el no ser dependiente del oxigeno
Todos los posibles aceptores en la respiracioacuten anaeroacutebica tienen un potencial de reduccioacuten menor que el
O2 por lo que se genera menor energiacutea en el proceso
ETAPAS
Glucoacutelisis
Fermentacioacuten
GLUCOacuteLISIS- Tambieacuten denominado glicoacutelisis es la secuencia metaboacutelica en la que se oxida en la
glucoacutelisis cuando hay ausencia de oxiacutegeno la glucoacutelisis es la uacutenica viacutea que produce ATP en los animales
Estaacute presente en todas las formas de viacuteas actuales Es la primera parte del metabolismo energeacutetico y en
las ceacutelulas eucariotas en donde ocurre el citoplasma
Por lo tanto es una secuencia compleja de reacciones que se efectuacutean en el citosol de una ceacutelula
mediante las cuales una moleacutecula de glucosa se desdobla en dos moleacuteculas de acido piruvico De manera
que la glicoacutelisis consta de dos pasos principales
Activacioacuten de la glucosa
Produccioacuten de energiacutea
IMPORTANCIA Permite a los muacutesculos esqueleacuteticos realizar su contraccioacuten
FERMENTACIOacuteN- Es un proceso cataboacutelico de oxidacioacuten completa siendo el producto final de
un compuesto orgaacutenico La fermentacioacuten tiacutepica es llevada acabo por las levaduras Tambieacuten
unos metazoos y plantas menores son capaces de producirla
El proceso de fermentacioacuten anaeroacutebica se produce en la ausencia de oxigeno como aceptor final
de los electrones del NADH producido en la glucoacutelisis
En los seres vivos la fermentacioacuten es un proceso anaeroacutebico y en el no interviene la cadena
respiratoria que son propios del micro organismo como las bacterias y levaduras
Ademaacutes en la industria de la fermentacioacuten puede ser oxidativa es decir como presencia de
oxigeno pero es una oxidacioacuten aeroacutebica incompleta como la produccioacuten de acido aceacutetico a partir
del etanol
La fermentacioacuten puede ser naturales cuando las condiciones ambientales permitan la interaccioacuten
del microorganismo sustratos orgaacutenicos susceptibles o artificiales cuando el hombre propicia
condiciones y en contacto referido
USOS
El conocimiento de la dieta a traveacutes del desarrollo de una diversidad de sabores aromas y
texturas en los substratos de los alimentos
Preservacioacuten de cantidades substanciales de alimentos a traveacutes del acido laacutecteo alcohoacutelico
acido aceacutetico y fermentacioacuten alcalinas
La fermentacioacuten tiene algunos usos exclusivos para los alimentos pueden producir nutrientes
importantes o eliminar auto nutrientes
TIPOS DE FERMENTACIOacuteN
Fermentacioacuten aceacutetica
Fermentacioacuten alcohoacutelica
Fermentacioacuten butirica
Fermentacioacuten de la glicerina
Fermentacioacuten laacutectica
Fermentacioacuten putrica
RESPIRACIOacuteN AEROacuteBICA
Es un tipo de metabolismo energeacutetico en el que los seres vivos extraen energiacutea de moleacuteculas
orgaacutenicas como la glucosa por un proceso complejo en donde el carbono queda oxidado y en el
que el aire es el oxidante empleado
La respiracioacuten aeroacutebica es propia de los organismos eucariontes en general y de algunos tipos
de bacterias
La susecion de reacciones quiacutemicas que ocurren dentro de las ceacutelulas mediante las cuales se
realiza las descomposiciones finales de las moleacuteculas en los alimentos y en la que se produce CO2 y
H2O
Se realiza solo en el proceso de oxigeno Consiste en la degradacioacuten de los piruvatos producidos
durante la glucosis hasta CO2 y H2O como obtencioacuten de 34 a 36 ATP
IMPORTANCIA
Participa en la respiracioacuten celular formando ATP
REACCIONES AEROacuteBICAS
Las reacciones aeroacutebicas ocurre en la mitocondria y son
1 Formacioacuten del acetilo
2 Transferencia del acetilo Actividades en matriz
3 Ciclo de krebs
4 Transporte de electrones
Cadena respiratoria
5 Fosforilacioacuten oxidativa (actividad de crestas)
LA MITOCONDRIA Y SUS PARTES
CICLO DE KREBS
Propuesto por Hans A Krebs en 1937 quien descubrioacute el ciclo estudiando suspensiones de papillas del
muacutesculo pectoral de la paloma que presentaba un elevado ritmo respiratorio
El ciclo de krebs (tambieacuten llamado ciclo del acido ciacutetrico o ciclo de lso aacutecidos tricarboxilicos) es una serie
de reacciones quiacutemicos de gran importancia que forman parte de la respiracioacuten celular en toda las ceacutelulas
aeroacutebicas es decir que utilizan oxigeno En organismo aeroacutebico el ciclo de krebs es parte de la viacutea
cataboacutelica que realizan oxidacioacuten de hidratos de carbono aacutecidos graos y aminoaacutecidos hasta producir CO2
y H2O liberando energiacutea en forma utilizable
El ciclo de krebs tambieacuten proporciona recurso para muchas biomoleculas tales como ciertos aacutenimos
aacutecidos Por ello se considera una viacutea anfibolica es decir que es cataboacutelico y anaboacutelica al mismo tiempo
UBICACIOacuteN
Tiene lugar en tres partes
Matriz mitocondrial
En las eucariotas
En el citoplasma de eucariotas
CICLO DE KREBS
En la misma liacutenea de los autores anteriores Jean Senebier ginebrino realiza nuevos experimentos que establecen la necesidad de la luz para que se produzca la asimilacioacuten de anhiacutedrido carboacutenico y el desprendimiento de oxiacutegeno Tambieacuten establece que auacuten en condiciones de iluminacioacuten si no se suministra CO2 no se registra desprendimiento de oxiacutegeno J Senebier sin embargo opinaba en contra de las teoriacuteas desarrolladas y confirmadas maacutes adelante que la fuente de anhiacutedrido carboacutenico para la planta proveniacutea del agua y no del aire
Otro autor suizo Th de Saussure demostrariacutea experimentalmente que el pipeteo de la papa constituye un proceso baacutesico en la fotosiacutentesis y que el aumento de biomasa depende de la fijacioacuten de anhiacutedrido carboacutenico (que puede ser tomado directamente del aire por las hojas) y del agua Tambieacuten realiza estudios sobre la respiracioacuten en plantas y concluye que junto con la emisioacuten de anhiacutedrido carboacutenico hay una peacuterdida de agua y una generacioacuten de calor Finalmente de Saussure describe la necesidad de la nutricioacuten mineral de las plantas
El quiacutemico alemaacuten J von Liebig es uno de los grandes promotores tanto del conocimiento actual sobre Quiacutemica Orgaacutenica como sobre Fisiologiacutea Vegetal imponiendo el punto de vista de los organismos como entidades compuestas por productos quiacutemicos y la importancia de las reacciones quiacutemicas en los procesos vitales Confirma las teoriacuteas expuestas previamente por de Saussure matizando que si bien la fuente de carbono procede del CO2 atmosfeacuterico el resto de los nutrientes provienen del suelo
La denominacioacuten como clorofila de los pigmentos fotosinteacuteticos fue acuntildeada por Pelletier y Caventou a comienzos del siglo XIX Dutrochet describe la entrada de CO2 en la planta a traveacutes de los estomas y determina que solo las ceacutelulas que contienen clorofila son productoras de oxiacutegeno H von Mohl maacutes tarde asociariacutea la presencia de almidoacuten con la de clorofilas y describiriacutea la estructura de los estomas Sachs a su vez relacionoacute la presencia de clorofila con cuerpos subcelulares que se pueden alargar y dividir asiacute como que la formacioacuten de almidoacuten estaacute asociada con la iluminacioacuten y que esta sustancia desaparece en oscuridad o cuando los estomas son ocluidos A Sachs se debe la formulacioacuten de la ecuacioacuten baacutesica de la fotosiacutentesis
6 CO2 + 6 H2O rarr C6H12O6 + 6 O2
Schimper dariacutea el nombre de cloroplastos a los cuerpos coloreados de Sachs y describiriacutea los aspectos baacutesicos de su estructura tal como se podiacutea detectar con microscopiacutea oacuteptica En el uacuteltimo tercio del siglo XIX se sucederiacutean los esfuerzos por establecer las propiedades fiacutesico-quiacutemicas de las clorofilas y se comienzan a estudiar los aspectos eco fisioloacutegico de la fotosiacutentesis
Fase fotoquiacutemica
La energiacutea luminosa que absorbe la clorofila se transmite a los electrones externos de la moleacutecula los cuales escapan de la misma y producen una especie de corriente eleacutectrica en el interior del cloroplasto al incorporarse a la cadena de transporte de electrones Esta energiacutea puede ser empleada en la siacutentesis de ATP mediante la fotofosforilacioacuten y en la siacutentesis de NADPH Ambos compuestos son necesarios para la siguiente fase o Ciclo de Calvin donde se sintetizaraacuten los primeros azuacutecares que serviraacuten para la produccioacuten de sacarosa y almidoacuten Los electrones que ceden las clorofilas son repuestos mediante la oxidacioacuten del H2O proceso en el cual se genera el O2 que las plantas liberan a la atmoacutesfera
Existen dos variantes de fotofosforilacioacuten aciacuteclica y ciacuteclica seguacuten el traacutensito que sigan los electrones a traveacutes de los foto sistemas Las consecuencias de seguir un tipo u otro estriban principalmente en la produccioacuten o no de NADPH y en la liberacioacuten o no de O2
Fotofosforilacioacuten aciacuteclica
Estructura de un fotosistema
Este proceso permite la formacioacuten de ATP y la reduccioacuten de NADP+ a NADPH + H
+ y necesita de la
energiacutea de la luz como ya se ha dicho Se realiza gracias a los llamados foto sistemas que se encuentran en la membrana de los tilacoides (en los cloroplastos) Estos estaacuten formados por dos partes
Antena donde se agrupan los pigmentos antena junto con proteiacutenas y cuya funcioacuten es captar
la energiacutea de los fotones para transmitirla al pigmento diana y el centro de reaccioacuten Este esta formado por proteiacutenas y por pigmentos encontraacutendose en eacutel el llamado pigmento diana que es
aquel que recibe la energiacutea de excitacioacuten de la antena energiacutea que sirve para excitar y liberar electrones Aquiacute tambieacuten se encuentra el primer dador de electrones que repone los electrones al pigmento diana
Primer aceptor que recibe los electrones liberados
Hay dos tipos de foto sistemas
Fotosistema I que se encuentra sobre todo en los tilacoides de estroma y cuyo pigmento diana
es la clorofila P700
Fotosistema II que se encuentra sobre todo en los grana y cuyo pigmento diana es la clorofila
P680
Proceso
El proceso de la fase luminosa supuesto para dos electrones es el siguiente Los fotones inciden sobre el fotosistema II excitando y liberando dos electrones que pasan al primer aceptor de electrones la feofitina Los electrones los repone el primer dador de electrones el dador Z con los electrones procedentes de la fotoacutelisis del agua en el interior del tilacoide (la moleacutecula de agua se divide en 2H
+ + 2e
-
+ 12O2) Los protones de la fotoacutelisis se acumulan en el interior del tilacoide y el oxiacutegeno es liberado
Los electrones pasan a una cadena de transporte de electrones que invertiraacute su energiacutea liberada en la siacutentesis de ATP iquestCoacutemo La teoriacutea quimioosmoacutetica nos lo explica de la siguiente manera los electrones son cedidos a las plastoquinonas las cuales captan tambieacuten dos protones del estroma Los electrones y los protones pasan al complejo de citocromos bf que bombea los protones al interior del tilacoide Se consigue asiacute una gran concentracioacuten de protones en el tilacoide (entre eacutestos y los resultantes de la fotoacutelisis del agua) que se compensa regresando al estroma a traveacutes de las proteiacutenas ATP-sintasas que invierten la energiacutea del paso de los protones en sintetizar ATP La siacutentesis de ATP en la fase fotoquiacutemica se denomina fotofosforilacioacuten
Los electrones de los citocromos pasan a la plastocianina que los cede a su vez al fotosistema I Con la energiacutea de la luz los electrones son de nuevo liberados y captados por el aceptor A0 De ahiacute pasan a traveacutes de una serie de filoquinonas hasta llegar a la ferredoxina Eacutesta moleacutecula los cede a la enzima NADP
+-reductasa que capta tambieacuten dos protones del estroma Con los dos protones y los dos
electrones reduce un NADP+ en NADPH + H
+
El balance final es por cada moleacutecula de agua (y por cada cuatro fotones) se forman media moleacutecula de oxiacutegeno 13 moleacuteculas de ATP y un NADPH + H
+
Foto fosforilacioacuten ciacuteclica
Tiene lugar al mismo tiempo que la aciacuteclica En ella soacutelo interviene el foto sistema I Los electrones liberados despueacutes de llegar a la ferredoxina pasan a las plastoquinonas y siguen la cadena de transporte de electrones hasta regresar a la plastocianina y al fotosistema I Por tanto se genera ATP en lugar de NADPH Sirve para compensar el hecho de que en la fotofosforilacioacuten aciacuteclica no se genera suficiente ATP para la fase oscura
Fase bioquiacutemica o ciclo de Calvin biosiacutentesis orgaacutenica
Esquema simplificado del ciclo de Calvin-Benson
La fase bioquiacutemica o ciclo de Calvin o ciclo reductivo de las pentosas-fosfato consiste en un ciclo de reacciones quiacutemicas en las que se incorpora el CO2 de la atmoacutesfera en moleacuteculas orgaacutenicas y se originan triosas fosfato los primeros azuacutecares previos a la formacioacuten de sacarosa y almidoacuten Durante este ciclo se
emplean el ATP y el NADPH producidos en la etapa fotoquiacutemica Se divide en tres etapas carboxilacioacuten reduccioacuten y regeneracioacuten
Este ciclo comienza con una pentosa la ribulosa-15-fosfato que se carboxila con el CO2 y se descompone en dos moleacuteculas de aacutecido-3-fosfogliceacuterico Con el gasto de un ATP el aacutecido-3-fosfogliceacuterico se fosforila en aacutecido-13-bifosfogliceacuterico Eacuteste se reduce con el NADPH y se libera una moleacutecula de aacutecido fosfoacuterico formaacutendose el gliceraldehido-3-fosfato La moleacutecula formada puede seguir ahora dos viacuteas una es dar lugar a maacutes ribulosa-15-fosfato para seguir el ciclo y la otra es dar lugar a los distintos principios inmediatos glucosa o fructosa almidoacuten y a partir de ellos los demaacutes gluacutecidos y los liacutepidos proteiacutenas y nucleoacutetidos que requiere la ceacutelula
Hay que destacar que tanto la fase fotoquiacutemica como la fase biosinteacutetica se producen a la vez Son inseparables ya que los productos de la fase fotoquiacutemica son empleados en la fase biosinteacutetica Por otro lado al consumir en la fase biosinteacutetica el ATP y NADPH se obtienen ADP y NADP
+ para la fase
fotoquiacutemica Para asegurar que ambas fases se produzcan a la vez existe una fuerte fotorregulacioacuten sobre las enzimas del ciclo de Calvin para que esteacuten activas por el diacutea e inactivas por la noche en especial sobre la enzima rubisco No obstante existe una variante de fotosiacutentesis presente en ciertas plantas que permite separar la fijacioacuten del CO2 de la fase fotoquiacutemica Se trata de la fotosiacutentesis tipo CAM empleada por plantas adaptadas a climas deseacuterticos para evitar que se abran las estomas por el diacutea para fijar el CO2 con la consiguiente peacuterdida de agua
Divisioacuten celular
Comparacioacuten de tres tipos de reproduccioacuten celular
Definicioacuten
La divisioacuten celular es la parte del ciclo
celular en la que una ceacutelula inicial (llamada madre) se divide en dos para formar dos ceacutelulas hijas Gracias a la divisioacuten celular se produce el crecimiento de los organismos pluricelulares con el crecimiento de los tejidos y la reproduccioacuten vegetativa en seres unicelulares
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas
Tipos de divisioacuten celular
Biparticioacuten la divisioacuten de la ceacutelula madre en dos ceacutelulas hijas cada nueva ceacutelula es un nuevo individuo
con estructuras y funciones ideacutenticas a la ceacutelula madre Este tipo de reproduccioacuten la presentan organismos como bacterias amebas y algunas algas
Gemacioacuten se presenta cuando unos nuevos individuos se producen a partir de yemas El proceso de
gemacioacuten es frecuente en esponjas celenterios briozoos En una zona o varias del organismo progenitor
se produce una evaginacioacuten o yema que se va desarrollando y en un momento dado sufre una constriccioacuten en la base y se separa del progenitor comenzando su vida como nuevo ser Las yemas hijas pueden presentar otras yemas a las que se les denomina yemas secundarias En algunos organismos se pueden formar colonias cuando las yemas no se separan del organismo progenitor En las formas maacutes evolucionadas de briozoos se observa en el proceso de gemacioacuten que se realiza de forma maacutes complicado
El nuacutemero de individuos de una colonia la manera en que estaacuten agrupados y su grado de diferenciacioacuten variacutea y a menudo es caracteriacutestica de una especie determinada Los briozoos pueden originar nuevos individuos sobre unas prolongaciones llamados estolones y al proceso se le denomina estolonizacioacuten
Ciertas especies de animales pueden tener gemacioacuten interna yemas que sobreviven en condiciones desfavorables gracias a una envoltura protectora En el caso de las esponjas de agua dulce las yemas tienen una caacutepsula protectora y en el interior hay sustancia de reserva Al llegar la primavera se pierde la caacutepsula protectora y a partir de la yema surge la nueva esponja En los briozoos de agua dulce se produce una capa de quitina y de calcio y no necesitan sustancia de reserva pues se encuentra en estado de hibernacioacuten
Esporulacioacuten la esporulacioacuten o esporo geacutenesis consiste en un proceso de diferenciacioacuten celular para
llegar a la produccioacuten de ceacutelulas reproductivas dispersivas de resistencia llamadas esporas Este proceso ocurre en hongos amebas liacutequenes algunos tipos de bacterias protozoos esporozoos (como el Plasmodium causante de malaria) y es frecuente en vegetales (especialmente algas musgos y helechos) grupos de muy diferentes oriacutegenes evolutivos pero con semejantes estrategias reproductivas todos ellos pueden recurrir a la formacioacuten ceacutelulas de resistencia para favorecer la dispersioacuten Durante la esporulacioacuten se lleva a cabo la divisioacuten del nuacutecleo en varios fragmentos y por una divisioacuten celular asimeacutetrica una parte del citoplasma rodea cada nuevo nuacutecleo dando lugar a las esporas Dependiendo de cada especie se puede producir un nuacutemero parciable de esporas y a partir de cada una de ellas se desarrollaraacute un individuo independiente
Procesos de divisioacuten celular
Fisioacuten binaria es la forma de divisioacuten celular de las ceacutelulas procariotas
Mitosis es la forma maacutes comuacuten de la divisioacuten celular en las ceacutelulas eucariotas Una ceacutelula que ha
adquirido determinados paraacutemetros o condiciones de tamantildeo volumen almacenamiento de energiacutea factores medioambientales puede replicar totalmente su dotacioacuten de ADN y dividirse en dos ceacutelulas hijas normalmente iguales Ambas ceacutelulas seraacuten diploides o haploide dependiendo de la ceacutelula madre
Meiosis es la divisioacuten de una ceacutelula diploide en cuatro ceacutelulas haploide Esta divisioacuten celular se
produce en organismos multicelulares para producir gametos haploide que pueden fusionarse despueacutes para formar una ceacutelula diploide llamada zigoto en la fecundacioacuten
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas Las ceacutelulas cancerosas son inmortales Una enzima llamada telomerasa permite a estas ceacutelulas dividirse indefinidamente
La caracteriacutestica principal de la divisioacuten celular en organismos eucariotas es la conservacioacuten de los
mecanismos geneacuteticos del control del ciclo celular y de la divisioacuten celular puesto que se ha mantenido praacutecticamente inalterable desde organismos tan simples como las levaduras a criaturas tan complejas como el ser humano a lo largo de la evolucioacuten bioloacutegica
Factores que explican la divisioacuten celular
Una teoriacutea afirma que existe un momento en el que la ceacutelula comienza a crecer mucho lo que hace que disminuya la proporcioacuten aacutereavolumen Cuando el aacuterea de la membrana plasmaacutetica de la ceacutelula es mucho maacutes pequentildea en relacioacuten con el volumen total de eacutesta se presentan dificultades en la reabsorcioacuten y en el transporte de nutrientes siendo asiacute necesario que se produzca la divisioacuten celular
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular constituye el proceso maacutes importante dentro de la ceacutelula el cual abordaremos en
pequentildea medida pero de manera significativa
Esta investigacioacuten toma en cuenta a todos aquellos que de alguna manera participan aunque sea de
forma miacutenima en la respiracioacuten celular
Hablar de respiracioacuten celular es referirnos a un proceso bioquiacutemico del cual nos ramificaremos a dos tipos
de respiracioacuten celular aeroacutebica y anaeroacutebica
En este proceso interfieren factores quiacutemicos capaces de ser procesados dentro de las ceacutelulas y que en
gran medida constituyen las bases para que la respiracioacuten celular se lleve a cabo
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular es el conjunto de reacciones bioquiacutemicas que ocurren en la mayoriacutea de las ceacutelulas
Tambieacuten es el conjunto de reacciones quiacutemicas mediante las cuales se obtiene energiacutea a partir de la
degradacioacuten de sustancias orgaacutenicas como los azuacutecares y los aacutecidos principalmente
Comprende dos fases
PRIMERA FASE
Se oxida la glucosa (azuacutecar) y no depende del oxiacutegeno por lo que recibe el nombre de respiracioacuten
anaeroacutebica y glicoacutelisis reaccioacuten que se lleva a cabo en el citoplasma de la ceacutelula
SEGUNDA FASE
Se realiza con la intervencioacuten del oxiacutegeno y recibe el nombre de respiracioacuten aeroacutebica o el ciclo de krebs y
se realiza en estructuras especiales de las ceacutelulas llamadas mitocondrias
Tanto que es una parte del metabolismo concretamente del catabolismo en el cual la energiacutea contenida
en distintas biomoleacuteculas como los gluacutecidos (azuacutecares carbohidratos) es liberado de manera controlada
IMPORTANCIA
- Crecimiento
- Transporte activo de sustancias energeacuteticas
- Movimiento ciclosis
- Regeneracioacuten de ceacutelulas
- Siacutentesis de proteiacutenas
- Divisioacuten de ceacutelulas
TIPOS DE RESPIRACIOacuteN CELULAR
RESPIRACIOacuteN ANAEROacuteBICA
La respiracioacuten anaeroacutebica es un proceso bioloacutegico de oxidorreduccioacuten de azuacutecares y otros compuestos
Lo realizan exclusivamente algunos grupos de bacterias
En la respiracioacuten anaeroacutebica no se usa oxiacutegeno sino para la misma funcioacuten se emplea otra sustancia
oxidante distinta como el sulfato No hay que confundir la respiracioacuten anaeroacutebica con la fermentacioacuten
aunque estos dos tipos de metabolismo tienen en comuacuten el no ser dependiente del oxigeno
Todos los posibles aceptores en la respiracioacuten anaeroacutebica tienen un potencial de reduccioacuten menor que el
O2 por lo que se genera menor energiacutea en el proceso
ETAPAS
Glucoacutelisis
Fermentacioacuten
GLUCOacuteLISIS- Tambieacuten denominado glicoacutelisis es la secuencia metaboacutelica en la que se oxida en la
glucoacutelisis cuando hay ausencia de oxiacutegeno la glucoacutelisis es la uacutenica viacutea que produce ATP en los animales
Estaacute presente en todas las formas de viacuteas actuales Es la primera parte del metabolismo energeacutetico y en
las ceacutelulas eucariotas en donde ocurre el citoplasma
Por lo tanto es una secuencia compleja de reacciones que se efectuacutean en el citosol de una ceacutelula
mediante las cuales una moleacutecula de glucosa se desdobla en dos moleacuteculas de acido piruvico De manera
que la glicoacutelisis consta de dos pasos principales
Activacioacuten de la glucosa
Produccioacuten de energiacutea
IMPORTANCIA Permite a los muacutesculos esqueleacuteticos realizar su contraccioacuten
FERMENTACIOacuteN- Es un proceso cataboacutelico de oxidacioacuten completa siendo el producto final de
un compuesto orgaacutenico La fermentacioacuten tiacutepica es llevada acabo por las levaduras Tambieacuten
unos metazoos y plantas menores son capaces de producirla
El proceso de fermentacioacuten anaeroacutebica se produce en la ausencia de oxigeno como aceptor final
de los electrones del NADH producido en la glucoacutelisis
En los seres vivos la fermentacioacuten es un proceso anaeroacutebico y en el no interviene la cadena
respiratoria que son propios del micro organismo como las bacterias y levaduras
Ademaacutes en la industria de la fermentacioacuten puede ser oxidativa es decir como presencia de
oxigeno pero es una oxidacioacuten aeroacutebica incompleta como la produccioacuten de acido aceacutetico a partir
del etanol
La fermentacioacuten puede ser naturales cuando las condiciones ambientales permitan la interaccioacuten
del microorganismo sustratos orgaacutenicos susceptibles o artificiales cuando el hombre propicia
condiciones y en contacto referido
USOS
El conocimiento de la dieta a traveacutes del desarrollo de una diversidad de sabores aromas y
texturas en los substratos de los alimentos
Preservacioacuten de cantidades substanciales de alimentos a traveacutes del acido laacutecteo alcohoacutelico
acido aceacutetico y fermentacioacuten alcalinas
La fermentacioacuten tiene algunos usos exclusivos para los alimentos pueden producir nutrientes
importantes o eliminar auto nutrientes
TIPOS DE FERMENTACIOacuteN
Fermentacioacuten aceacutetica
Fermentacioacuten alcohoacutelica
Fermentacioacuten butirica
Fermentacioacuten de la glicerina
Fermentacioacuten laacutectica
Fermentacioacuten putrica
RESPIRACIOacuteN AEROacuteBICA
Es un tipo de metabolismo energeacutetico en el que los seres vivos extraen energiacutea de moleacuteculas
orgaacutenicas como la glucosa por un proceso complejo en donde el carbono queda oxidado y en el
que el aire es el oxidante empleado
La respiracioacuten aeroacutebica es propia de los organismos eucariontes en general y de algunos tipos
de bacterias
La susecion de reacciones quiacutemicas que ocurren dentro de las ceacutelulas mediante las cuales se
realiza las descomposiciones finales de las moleacuteculas en los alimentos y en la que se produce CO2 y
H2O
Se realiza solo en el proceso de oxigeno Consiste en la degradacioacuten de los piruvatos producidos
durante la glucosis hasta CO2 y H2O como obtencioacuten de 34 a 36 ATP
IMPORTANCIA
Participa en la respiracioacuten celular formando ATP
REACCIONES AEROacuteBICAS
Las reacciones aeroacutebicas ocurre en la mitocondria y son
1 Formacioacuten del acetilo
2 Transferencia del acetilo Actividades en matriz
3 Ciclo de krebs
4 Transporte de electrones
Cadena respiratoria
5 Fosforilacioacuten oxidativa (actividad de crestas)
LA MITOCONDRIA Y SUS PARTES
CICLO DE KREBS
Propuesto por Hans A Krebs en 1937 quien descubrioacute el ciclo estudiando suspensiones de papillas del
muacutesculo pectoral de la paloma que presentaba un elevado ritmo respiratorio
El ciclo de krebs (tambieacuten llamado ciclo del acido ciacutetrico o ciclo de lso aacutecidos tricarboxilicos) es una serie
de reacciones quiacutemicos de gran importancia que forman parte de la respiracioacuten celular en toda las ceacutelulas
aeroacutebicas es decir que utilizan oxigeno En organismo aeroacutebico el ciclo de krebs es parte de la viacutea
cataboacutelica que realizan oxidacioacuten de hidratos de carbono aacutecidos graos y aminoaacutecidos hasta producir CO2
y H2O liberando energiacutea en forma utilizable
El ciclo de krebs tambieacuten proporciona recurso para muchas biomoleculas tales como ciertos aacutenimos
aacutecidos Por ello se considera una viacutea anfibolica es decir que es cataboacutelico y anaboacutelica al mismo tiempo
UBICACIOacuteN
Tiene lugar en tres partes
Matriz mitocondrial
En las eucariotas
En el citoplasma de eucariotas
CICLO DE KREBS
Este proceso permite la formacioacuten de ATP y la reduccioacuten de NADP+ a NADPH + H
+ y necesita de la
energiacutea de la luz como ya se ha dicho Se realiza gracias a los llamados foto sistemas que se encuentran en la membrana de los tilacoides (en los cloroplastos) Estos estaacuten formados por dos partes
Antena donde se agrupan los pigmentos antena junto con proteiacutenas y cuya funcioacuten es captar
la energiacutea de los fotones para transmitirla al pigmento diana y el centro de reaccioacuten Este esta formado por proteiacutenas y por pigmentos encontraacutendose en eacutel el llamado pigmento diana que es
aquel que recibe la energiacutea de excitacioacuten de la antena energiacutea que sirve para excitar y liberar electrones Aquiacute tambieacuten se encuentra el primer dador de electrones que repone los electrones al pigmento diana
Primer aceptor que recibe los electrones liberados
Hay dos tipos de foto sistemas
Fotosistema I que se encuentra sobre todo en los tilacoides de estroma y cuyo pigmento diana
es la clorofila P700
Fotosistema II que se encuentra sobre todo en los grana y cuyo pigmento diana es la clorofila
P680
Proceso
El proceso de la fase luminosa supuesto para dos electrones es el siguiente Los fotones inciden sobre el fotosistema II excitando y liberando dos electrones que pasan al primer aceptor de electrones la feofitina Los electrones los repone el primer dador de electrones el dador Z con los electrones procedentes de la fotoacutelisis del agua en el interior del tilacoide (la moleacutecula de agua se divide en 2H
+ + 2e
-
+ 12O2) Los protones de la fotoacutelisis se acumulan en el interior del tilacoide y el oxiacutegeno es liberado
Los electrones pasan a una cadena de transporte de electrones que invertiraacute su energiacutea liberada en la siacutentesis de ATP iquestCoacutemo La teoriacutea quimioosmoacutetica nos lo explica de la siguiente manera los electrones son cedidos a las plastoquinonas las cuales captan tambieacuten dos protones del estroma Los electrones y los protones pasan al complejo de citocromos bf que bombea los protones al interior del tilacoide Se consigue asiacute una gran concentracioacuten de protones en el tilacoide (entre eacutestos y los resultantes de la fotoacutelisis del agua) que se compensa regresando al estroma a traveacutes de las proteiacutenas ATP-sintasas que invierten la energiacutea del paso de los protones en sintetizar ATP La siacutentesis de ATP en la fase fotoquiacutemica se denomina fotofosforilacioacuten
Los electrones de los citocromos pasan a la plastocianina que los cede a su vez al fotosistema I Con la energiacutea de la luz los electrones son de nuevo liberados y captados por el aceptor A0 De ahiacute pasan a traveacutes de una serie de filoquinonas hasta llegar a la ferredoxina Eacutesta moleacutecula los cede a la enzima NADP
+-reductasa que capta tambieacuten dos protones del estroma Con los dos protones y los dos
electrones reduce un NADP+ en NADPH + H
+
El balance final es por cada moleacutecula de agua (y por cada cuatro fotones) se forman media moleacutecula de oxiacutegeno 13 moleacuteculas de ATP y un NADPH + H
+
Foto fosforilacioacuten ciacuteclica
Tiene lugar al mismo tiempo que la aciacuteclica En ella soacutelo interviene el foto sistema I Los electrones liberados despueacutes de llegar a la ferredoxina pasan a las plastoquinonas y siguen la cadena de transporte de electrones hasta regresar a la plastocianina y al fotosistema I Por tanto se genera ATP en lugar de NADPH Sirve para compensar el hecho de que en la fotofosforilacioacuten aciacuteclica no se genera suficiente ATP para la fase oscura
Fase bioquiacutemica o ciclo de Calvin biosiacutentesis orgaacutenica
Esquema simplificado del ciclo de Calvin-Benson
La fase bioquiacutemica o ciclo de Calvin o ciclo reductivo de las pentosas-fosfato consiste en un ciclo de reacciones quiacutemicas en las que se incorpora el CO2 de la atmoacutesfera en moleacuteculas orgaacutenicas y se originan triosas fosfato los primeros azuacutecares previos a la formacioacuten de sacarosa y almidoacuten Durante este ciclo se
emplean el ATP y el NADPH producidos en la etapa fotoquiacutemica Se divide en tres etapas carboxilacioacuten reduccioacuten y regeneracioacuten
Este ciclo comienza con una pentosa la ribulosa-15-fosfato que se carboxila con el CO2 y se descompone en dos moleacuteculas de aacutecido-3-fosfogliceacuterico Con el gasto de un ATP el aacutecido-3-fosfogliceacuterico se fosforila en aacutecido-13-bifosfogliceacuterico Eacuteste se reduce con el NADPH y se libera una moleacutecula de aacutecido fosfoacuterico formaacutendose el gliceraldehido-3-fosfato La moleacutecula formada puede seguir ahora dos viacuteas una es dar lugar a maacutes ribulosa-15-fosfato para seguir el ciclo y la otra es dar lugar a los distintos principios inmediatos glucosa o fructosa almidoacuten y a partir de ellos los demaacutes gluacutecidos y los liacutepidos proteiacutenas y nucleoacutetidos que requiere la ceacutelula
Hay que destacar que tanto la fase fotoquiacutemica como la fase biosinteacutetica se producen a la vez Son inseparables ya que los productos de la fase fotoquiacutemica son empleados en la fase biosinteacutetica Por otro lado al consumir en la fase biosinteacutetica el ATP y NADPH se obtienen ADP y NADP
+ para la fase
fotoquiacutemica Para asegurar que ambas fases se produzcan a la vez existe una fuerte fotorregulacioacuten sobre las enzimas del ciclo de Calvin para que esteacuten activas por el diacutea e inactivas por la noche en especial sobre la enzima rubisco No obstante existe una variante de fotosiacutentesis presente en ciertas plantas que permite separar la fijacioacuten del CO2 de la fase fotoquiacutemica Se trata de la fotosiacutentesis tipo CAM empleada por plantas adaptadas a climas deseacuterticos para evitar que se abran las estomas por el diacutea para fijar el CO2 con la consiguiente peacuterdida de agua
Divisioacuten celular
Comparacioacuten de tres tipos de reproduccioacuten celular
Definicioacuten
La divisioacuten celular es la parte del ciclo
celular en la que una ceacutelula inicial (llamada madre) se divide en dos para formar dos ceacutelulas hijas Gracias a la divisioacuten celular se produce el crecimiento de los organismos pluricelulares con el crecimiento de los tejidos y la reproduccioacuten vegetativa en seres unicelulares
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas
Tipos de divisioacuten celular
Biparticioacuten la divisioacuten de la ceacutelula madre en dos ceacutelulas hijas cada nueva ceacutelula es un nuevo individuo
con estructuras y funciones ideacutenticas a la ceacutelula madre Este tipo de reproduccioacuten la presentan organismos como bacterias amebas y algunas algas
Gemacioacuten se presenta cuando unos nuevos individuos se producen a partir de yemas El proceso de
gemacioacuten es frecuente en esponjas celenterios briozoos En una zona o varias del organismo progenitor
se produce una evaginacioacuten o yema que se va desarrollando y en un momento dado sufre una constriccioacuten en la base y se separa del progenitor comenzando su vida como nuevo ser Las yemas hijas pueden presentar otras yemas a las que se les denomina yemas secundarias En algunos organismos se pueden formar colonias cuando las yemas no se separan del organismo progenitor En las formas maacutes evolucionadas de briozoos se observa en el proceso de gemacioacuten que se realiza de forma maacutes complicado
El nuacutemero de individuos de una colonia la manera en que estaacuten agrupados y su grado de diferenciacioacuten variacutea y a menudo es caracteriacutestica de una especie determinada Los briozoos pueden originar nuevos individuos sobre unas prolongaciones llamados estolones y al proceso se le denomina estolonizacioacuten
Ciertas especies de animales pueden tener gemacioacuten interna yemas que sobreviven en condiciones desfavorables gracias a una envoltura protectora En el caso de las esponjas de agua dulce las yemas tienen una caacutepsula protectora y en el interior hay sustancia de reserva Al llegar la primavera se pierde la caacutepsula protectora y a partir de la yema surge la nueva esponja En los briozoos de agua dulce se produce una capa de quitina y de calcio y no necesitan sustancia de reserva pues se encuentra en estado de hibernacioacuten
Esporulacioacuten la esporulacioacuten o esporo geacutenesis consiste en un proceso de diferenciacioacuten celular para
llegar a la produccioacuten de ceacutelulas reproductivas dispersivas de resistencia llamadas esporas Este proceso ocurre en hongos amebas liacutequenes algunos tipos de bacterias protozoos esporozoos (como el Plasmodium causante de malaria) y es frecuente en vegetales (especialmente algas musgos y helechos) grupos de muy diferentes oriacutegenes evolutivos pero con semejantes estrategias reproductivas todos ellos pueden recurrir a la formacioacuten ceacutelulas de resistencia para favorecer la dispersioacuten Durante la esporulacioacuten se lleva a cabo la divisioacuten del nuacutecleo en varios fragmentos y por una divisioacuten celular asimeacutetrica una parte del citoplasma rodea cada nuevo nuacutecleo dando lugar a las esporas Dependiendo de cada especie se puede producir un nuacutemero parciable de esporas y a partir de cada una de ellas se desarrollaraacute un individuo independiente
Procesos de divisioacuten celular
Fisioacuten binaria es la forma de divisioacuten celular de las ceacutelulas procariotas
Mitosis es la forma maacutes comuacuten de la divisioacuten celular en las ceacutelulas eucariotas Una ceacutelula que ha
adquirido determinados paraacutemetros o condiciones de tamantildeo volumen almacenamiento de energiacutea factores medioambientales puede replicar totalmente su dotacioacuten de ADN y dividirse en dos ceacutelulas hijas normalmente iguales Ambas ceacutelulas seraacuten diploides o haploide dependiendo de la ceacutelula madre
Meiosis es la divisioacuten de una ceacutelula diploide en cuatro ceacutelulas haploide Esta divisioacuten celular se
produce en organismos multicelulares para producir gametos haploide que pueden fusionarse despueacutes para formar una ceacutelula diploide llamada zigoto en la fecundacioacuten
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas Las ceacutelulas cancerosas son inmortales Una enzima llamada telomerasa permite a estas ceacutelulas dividirse indefinidamente
La caracteriacutestica principal de la divisioacuten celular en organismos eucariotas es la conservacioacuten de los
mecanismos geneacuteticos del control del ciclo celular y de la divisioacuten celular puesto que se ha mantenido praacutecticamente inalterable desde organismos tan simples como las levaduras a criaturas tan complejas como el ser humano a lo largo de la evolucioacuten bioloacutegica
Factores que explican la divisioacuten celular
Una teoriacutea afirma que existe un momento en el que la ceacutelula comienza a crecer mucho lo que hace que disminuya la proporcioacuten aacutereavolumen Cuando el aacuterea de la membrana plasmaacutetica de la ceacutelula es mucho maacutes pequentildea en relacioacuten con el volumen total de eacutesta se presentan dificultades en la reabsorcioacuten y en el transporte de nutrientes siendo asiacute necesario que se produzca la divisioacuten celular
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular constituye el proceso maacutes importante dentro de la ceacutelula el cual abordaremos en
pequentildea medida pero de manera significativa
Esta investigacioacuten toma en cuenta a todos aquellos que de alguna manera participan aunque sea de
forma miacutenima en la respiracioacuten celular
Hablar de respiracioacuten celular es referirnos a un proceso bioquiacutemico del cual nos ramificaremos a dos tipos
de respiracioacuten celular aeroacutebica y anaeroacutebica
En este proceso interfieren factores quiacutemicos capaces de ser procesados dentro de las ceacutelulas y que en
gran medida constituyen las bases para que la respiracioacuten celular se lleve a cabo
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular es el conjunto de reacciones bioquiacutemicas que ocurren en la mayoriacutea de las ceacutelulas
Tambieacuten es el conjunto de reacciones quiacutemicas mediante las cuales se obtiene energiacutea a partir de la
degradacioacuten de sustancias orgaacutenicas como los azuacutecares y los aacutecidos principalmente
Comprende dos fases
PRIMERA FASE
Se oxida la glucosa (azuacutecar) y no depende del oxiacutegeno por lo que recibe el nombre de respiracioacuten
anaeroacutebica y glicoacutelisis reaccioacuten que se lleva a cabo en el citoplasma de la ceacutelula
SEGUNDA FASE
Se realiza con la intervencioacuten del oxiacutegeno y recibe el nombre de respiracioacuten aeroacutebica o el ciclo de krebs y
se realiza en estructuras especiales de las ceacutelulas llamadas mitocondrias
Tanto que es una parte del metabolismo concretamente del catabolismo en el cual la energiacutea contenida
en distintas biomoleacuteculas como los gluacutecidos (azuacutecares carbohidratos) es liberado de manera controlada
IMPORTANCIA
- Crecimiento
- Transporte activo de sustancias energeacuteticas
- Movimiento ciclosis
- Regeneracioacuten de ceacutelulas
- Siacutentesis de proteiacutenas
- Divisioacuten de ceacutelulas
TIPOS DE RESPIRACIOacuteN CELULAR
RESPIRACIOacuteN ANAEROacuteBICA
La respiracioacuten anaeroacutebica es un proceso bioloacutegico de oxidorreduccioacuten de azuacutecares y otros compuestos
Lo realizan exclusivamente algunos grupos de bacterias
En la respiracioacuten anaeroacutebica no se usa oxiacutegeno sino para la misma funcioacuten se emplea otra sustancia
oxidante distinta como el sulfato No hay que confundir la respiracioacuten anaeroacutebica con la fermentacioacuten
aunque estos dos tipos de metabolismo tienen en comuacuten el no ser dependiente del oxigeno
Todos los posibles aceptores en la respiracioacuten anaeroacutebica tienen un potencial de reduccioacuten menor que el
O2 por lo que se genera menor energiacutea en el proceso
ETAPAS
Glucoacutelisis
Fermentacioacuten
GLUCOacuteLISIS- Tambieacuten denominado glicoacutelisis es la secuencia metaboacutelica en la que se oxida en la
glucoacutelisis cuando hay ausencia de oxiacutegeno la glucoacutelisis es la uacutenica viacutea que produce ATP en los animales
Estaacute presente en todas las formas de viacuteas actuales Es la primera parte del metabolismo energeacutetico y en
las ceacutelulas eucariotas en donde ocurre el citoplasma
Por lo tanto es una secuencia compleja de reacciones que se efectuacutean en el citosol de una ceacutelula
mediante las cuales una moleacutecula de glucosa se desdobla en dos moleacuteculas de acido piruvico De manera
que la glicoacutelisis consta de dos pasos principales
Activacioacuten de la glucosa
Produccioacuten de energiacutea
IMPORTANCIA Permite a los muacutesculos esqueleacuteticos realizar su contraccioacuten
FERMENTACIOacuteN- Es un proceso cataboacutelico de oxidacioacuten completa siendo el producto final de
un compuesto orgaacutenico La fermentacioacuten tiacutepica es llevada acabo por las levaduras Tambieacuten
unos metazoos y plantas menores son capaces de producirla
El proceso de fermentacioacuten anaeroacutebica se produce en la ausencia de oxigeno como aceptor final
de los electrones del NADH producido en la glucoacutelisis
En los seres vivos la fermentacioacuten es un proceso anaeroacutebico y en el no interviene la cadena
respiratoria que son propios del micro organismo como las bacterias y levaduras
Ademaacutes en la industria de la fermentacioacuten puede ser oxidativa es decir como presencia de
oxigeno pero es una oxidacioacuten aeroacutebica incompleta como la produccioacuten de acido aceacutetico a partir
del etanol
La fermentacioacuten puede ser naturales cuando las condiciones ambientales permitan la interaccioacuten
del microorganismo sustratos orgaacutenicos susceptibles o artificiales cuando el hombre propicia
condiciones y en contacto referido
USOS
El conocimiento de la dieta a traveacutes del desarrollo de una diversidad de sabores aromas y
texturas en los substratos de los alimentos
Preservacioacuten de cantidades substanciales de alimentos a traveacutes del acido laacutecteo alcohoacutelico
acido aceacutetico y fermentacioacuten alcalinas
La fermentacioacuten tiene algunos usos exclusivos para los alimentos pueden producir nutrientes
importantes o eliminar auto nutrientes
TIPOS DE FERMENTACIOacuteN
Fermentacioacuten aceacutetica
Fermentacioacuten alcohoacutelica
Fermentacioacuten butirica
Fermentacioacuten de la glicerina
Fermentacioacuten laacutectica
Fermentacioacuten putrica
RESPIRACIOacuteN AEROacuteBICA
Es un tipo de metabolismo energeacutetico en el que los seres vivos extraen energiacutea de moleacuteculas
orgaacutenicas como la glucosa por un proceso complejo en donde el carbono queda oxidado y en el
que el aire es el oxidante empleado
La respiracioacuten aeroacutebica es propia de los organismos eucariontes en general y de algunos tipos
de bacterias
La susecion de reacciones quiacutemicas que ocurren dentro de las ceacutelulas mediante las cuales se
realiza las descomposiciones finales de las moleacuteculas en los alimentos y en la que se produce CO2 y
H2O
Se realiza solo en el proceso de oxigeno Consiste en la degradacioacuten de los piruvatos producidos
durante la glucosis hasta CO2 y H2O como obtencioacuten de 34 a 36 ATP
IMPORTANCIA
Participa en la respiracioacuten celular formando ATP
REACCIONES AEROacuteBICAS
Las reacciones aeroacutebicas ocurre en la mitocondria y son
1 Formacioacuten del acetilo
2 Transferencia del acetilo Actividades en matriz
3 Ciclo de krebs
4 Transporte de electrones
Cadena respiratoria
5 Fosforilacioacuten oxidativa (actividad de crestas)
LA MITOCONDRIA Y SUS PARTES
CICLO DE KREBS
Propuesto por Hans A Krebs en 1937 quien descubrioacute el ciclo estudiando suspensiones de papillas del
muacutesculo pectoral de la paloma que presentaba un elevado ritmo respiratorio
El ciclo de krebs (tambieacuten llamado ciclo del acido ciacutetrico o ciclo de lso aacutecidos tricarboxilicos) es una serie
de reacciones quiacutemicos de gran importancia que forman parte de la respiracioacuten celular en toda las ceacutelulas
aeroacutebicas es decir que utilizan oxigeno En organismo aeroacutebico el ciclo de krebs es parte de la viacutea
cataboacutelica que realizan oxidacioacuten de hidratos de carbono aacutecidos graos y aminoaacutecidos hasta producir CO2
y H2O liberando energiacutea en forma utilizable
El ciclo de krebs tambieacuten proporciona recurso para muchas biomoleculas tales como ciertos aacutenimos
aacutecidos Por ello se considera una viacutea anfibolica es decir que es cataboacutelico y anaboacutelica al mismo tiempo
UBICACIOacuteN
Tiene lugar en tres partes
Matriz mitocondrial
En las eucariotas
En el citoplasma de eucariotas
CICLO DE KREBS
Foto fosforilacioacuten ciacuteclica
Tiene lugar al mismo tiempo que la aciacuteclica En ella soacutelo interviene el foto sistema I Los electrones liberados despueacutes de llegar a la ferredoxina pasan a las plastoquinonas y siguen la cadena de transporte de electrones hasta regresar a la plastocianina y al fotosistema I Por tanto se genera ATP en lugar de NADPH Sirve para compensar el hecho de que en la fotofosforilacioacuten aciacuteclica no se genera suficiente ATP para la fase oscura
Fase bioquiacutemica o ciclo de Calvin biosiacutentesis orgaacutenica
Esquema simplificado del ciclo de Calvin-Benson
La fase bioquiacutemica o ciclo de Calvin o ciclo reductivo de las pentosas-fosfato consiste en un ciclo de reacciones quiacutemicas en las que se incorpora el CO2 de la atmoacutesfera en moleacuteculas orgaacutenicas y se originan triosas fosfato los primeros azuacutecares previos a la formacioacuten de sacarosa y almidoacuten Durante este ciclo se
emplean el ATP y el NADPH producidos en la etapa fotoquiacutemica Se divide en tres etapas carboxilacioacuten reduccioacuten y regeneracioacuten
Este ciclo comienza con una pentosa la ribulosa-15-fosfato que se carboxila con el CO2 y se descompone en dos moleacuteculas de aacutecido-3-fosfogliceacuterico Con el gasto de un ATP el aacutecido-3-fosfogliceacuterico se fosforila en aacutecido-13-bifosfogliceacuterico Eacuteste se reduce con el NADPH y se libera una moleacutecula de aacutecido fosfoacuterico formaacutendose el gliceraldehido-3-fosfato La moleacutecula formada puede seguir ahora dos viacuteas una es dar lugar a maacutes ribulosa-15-fosfato para seguir el ciclo y la otra es dar lugar a los distintos principios inmediatos glucosa o fructosa almidoacuten y a partir de ellos los demaacutes gluacutecidos y los liacutepidos proteiacutenas y nucleoacutetidos que requiere la ceacutelula
Hay que destacar que tanto la fase fotoquiacutemica como la fase biosinteacutetica se producen a la vez Son inseparables ya que los productos de la fase fotoquiacutemica son empleados en la fase biosinteacutetica Por otro lado al consumir en la fase biosinteacutetica el ATP y NADPH se obtienen ADP y NADP
+ para la fase
fotoquiacutemica Para asegurar que ambas fases se produzcan a la vez existe una fuerte fotorregulacioacuten sobre las enzimas del ciclo de Calvin para que esteacuten activas por el diacutea e inactivas por la noche en especial sobre la enzima rubisco No obstante existe una variante de fotosiacutentesis presente en ciertas plantas que permite separar la fijacioacuten del CO2 de la fase fotoquiacutemica Se trata de la fotosiacutentesis tipo CAM empleada por plantas adaptadas a climas deseacuterticos para evitar que se abran las estomas por el diacutea para fijar el CO2 con la consiguiente peacuterdida de agua
Divisioacuten celular
Comparacioacuten de tres tipos de reproduccioacuten celular
Definicioacuten
La divisioacuten celular es la parte del ciclo
celular en la que una ceacutelula inicial (llamada madre) se divide en dos para formar dos ceacutelulas hijas Gracias a la divisioacuten celular se produce el crecimiento de los organismos pluricelulares con el crecimiento de los tejidos y la reproduccioacuten vegetativa en seres unicelulares
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas
Tipos de divisioacuten celular
Biparticioacuten la divisioacuten de la ceacutelula madre en dos ceacutelulas hijas cada nueva ceacutelula es un nuevo individuo
con estructuras y funciones ideacutenticas a la ceacutelula madre Este tipo de reproduccioacuten la presentan organismos como bacterias amebas y algunas algas
Gemacioacuten se presenta cuando unos nuevos individuos se producen a partir de yemas El proceso de
gemacioacuten es frecuente en esponjas celenterios briozoos En una zona o varias del organismo progenitor
se produce una evaginacioacuten o yema que se va desarrollando y en un momento dado sufre una constriccioacuten en la base y se separa del progenitor comenzando su vida como nuevo ser Las yemas hijas pueden presentar otras yemas a las que se les denomina yemas secundarias En algunos organismos se pueden formar colonias cuando las yemas no se separan del organismo progenitor En las formas maacutes evolucionadas de briozoos se observa en el proceso de gemacioacuten que se realiza de forma maacutes complicado
El nuacutemero de individuos de una colonia la manera en que estaacuten agrupados y su grado de diferenciacioacuten variacutea y a menudo es caracteriacutestica de una especie determinada Los briozoos pueden originar nuevos individuos sobre unas prolongaciones llamados estolones y al proceso se le denomina estolonizacioacuten
Ciertas especies de animales pueden tener gemacioacuten interna yemas que sobreviven en condiciones desfavorables gracias a una envoltura protectora En el caso de las esponjas de agua dulce las yemas tienen una caacutepsula protectora y en el interior hay sustancia de reserva Al llegar la primavera se pierde la caacutepsula protectora y a partir de la yema surge la nueva esponja En los briozoos de agua dulce se produce una capa de quitina y de calcio y no necesitan sustancia de reserva pues se encuentra en estado de hibernacioacuten
Esporulacioacuten la esporulacioacuten o esporo geacutenesis consiste en un proceso de diferenciacioacuten celular para
llegar a la produccioacuten de ceacutelulas reproductivas dispersivas de resistencia llamadas esporas Este proceso ocurre en hongos amebas liacutequenes algunos tipos de bacterias protozoos esporozoos (como el Plasmodium causante de malaria) y es frecuente en vegetales (especialmente algas musgos y helechos) grupos de muy diferentes oriacutegenes evolutivos pero con semejantes estrategias reproductivas todos ellos pueden recurrir a la formacioacuten ceacutelulas de resistencia para favorecer la dispersioacuten Durante la esporulacioacuten se lleva a cabo la divisioacuten del nuacutecleo en varios fragmentos y por una divisioacuten celular asimeacutetrica una parte del citoplasma rodea cada nuevo nuacutecleo dando lugar a las esporas Dependiendo de cada especie se puede producir un nuacutemero parciable de esporas y a partir de cada una de ellas se desarrollaraacute un individuo independiente
Procesos de divisioacuten celular
Fisioacuten binaria es la forma de divisioacuten celular de las ceacutelulas procariotas
Mitosis es la forma maacutes comuacuten de la divisioacuten celular en las ceacutelulas eucariotas Una ceacutelula que ha
adquirido determinados paraacutemetros o condiciones de tamantildeo volumen almacenamiento de energiacutea factores medioambientales puede replicar totalmente su dotacioacuten de ADN y dividirse en dos ceacutelulas hijas normalmente iguales Ambas ceacutelulas seraacuten diploides o haploide dependiendo de la ceacutelula madre
Meiosis es la divisioacuten de una ceacutelula diploide en cuatro ceacutelulas haploide Esta divisioacuten celular se
produce en organismos multicelulares para producir gametos haploide que pueden fusionarse despueacutes para formar una ceacutelula diploide llamada zigoto en la fecundacioacuten
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas Las ceacutelulas cancerosas son inmortales Una enzima llamada telomerasa permite a estas ceacutelulas dividirse indefinidamente
La caracteriacutestica principal de la divisioacuten celular en organismos eucariotas es la conservacioacuten de los
mecanismos geneacuteticos del control del ciclo celular y de la divisioacuten celular puesto que se ha mantenido praacutecticamente inalterable desde organismos tan simples como las levaduras a criaturas tan complejas como el ser humano a lo largo de la evolucioacuten bioloacutegica
Factores que explican la divisioacuten celular
Una teoriacutea afirma que existe un momento en el que la ceacutelula comienza a crecer mucho lo que hace que disminuya la proporcioacuten aacutereavolumen Cuando el aacuterea de la membrana plasmaacutetica de la ceacutelula es mucho maacutes pequentildea en relacioacuten con el volumen total de eacutesta se presentan dificultades en la reabsorcioacuten y en el transporte de nutrientes siendo asiacute necesario que se produzca la divisioacuten celular
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular constituye el proceso maacutes importante dentro de la ceacutelula el cual abordaremos en
pequentildea medida pero de manera significativa
Esta investigacioacuten toma en cuenta a todos aquellos que de alguna manera participan aunque sea de
forma miacutenima en la respiracioacuten celular
Hablar de respiracioacuten celular es referirnos a un proceso bioquiacutemico del cual nos ramificaremos a dos tipos
de respiracioacuten celular aeroacutebica y anaeroacutebica
En este proceso interfieren factores quiacutemicos capaces de ser procesados dentro de las ceacutelulas y que en
gran medida constituyen las bases para que la respiracioacuten celular se lleve a cabo
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular es el conjunto de reacciones bioquiacutemicas que ocurren en la mayoriacutea de las ceacutelulas
Tambieacuten es el conjunto de reacciones quiacutemicas mediante las cuales se obtiene energiacutea a partir de la
degradacioacuten de sustancias orgaacutenicas como los azuacutecares y los aacutecidos principalmente
Comprende dos fases
PRIMERA FASE
Se oxida la glucosa (azuacutecar) y no depende del oxiacutegeno por lo que recibe el nombre de respiracioacuten
anaeroacutebica y glicoacutelisis reaccioacuten que se lleva a cabo en el citoplasma de la ceacutelula
SEGUNDA FASE
Se realiza con la intervencioacuten del oxiacutegeno y recibe el nombre de respiracioacuten aeroacutebica o el ciclo de krebs y
se realiza en estructuras especiales de las ceacutelulas llamadas mitocondrias
Tanto que es una parte del metabolismo concretamente del catabolismo en el cual la energiacutea contenida
en distintas biomoleacuteculas como los gluacutecidos (azuacutecares carbohidratos) es liberado de manera controlada
IMPORTANCIA
- Crecimiento
- Transporte activo de sustancias energeacuteticas
- Movimiento ciclosis
- Regeneracioacuten de ceacutelulas
- Siacutentesis de proteiacutenas
- Divisioacuten de ceacutelulas
TIPOS DE RESPIRACIOacuteN CELULAR
RESPIRACIOacuteN ANAEROacuteBICA
La respiracioacuten anaeroacutebica es un proceso bioloacutegico de oxidorreduccioacuten de azuacutecares y otros compuestos
Lo realizan exclusivamente algunos grupos de bacterias
En la respiracioacuten anaeroacutebica no se usa oxiacutegeno sino para la misma funcioacuten se emplea otra sustancia
oxidante distinta como el sulfato No hay que confundir la respiracioacuten anaeroacutebica con la fermentacioacuten
aunque estos dos tipos de metabolismo tienen en comuacuten el no ser dependiente del oxigeno
Todos los posibles aceptores en la respiracioacuten anaeroacutebica tienen un potencial de reduccioacuten menor que el
O2 por lo que se genera menor energiacutea en el proceso
ETAPAS
Glucoacutelisis
Fermentacioacuten
GLUCOacuteLISIS- Tambieacuten denominado glicoacutelisis es la secuencia metaboacutelica en la que se oxida en la
glucoacutelisis cuando hay ausencia de oxiacutegeno la glucoacutelisis es la uacutenica viacutea que produce ATP en los animales
Estaacute presente en todas las formas de viacuteas actuales Es la primera parte del metabolismo energeacutetico y en
las ceacutelulas eucariotas en donde ocurre el citoplasma
Por lo tanto es una secuencia compleja de reacciones que se efectuacutean en el citosol de una ceacutelula
mediante las cuales una moleacutecula de glucosa se desdobla en dos moleacuteculas de acido piruvico De manera
que la glicoacutelisis consta de dos pasos principales
Activacioacuten de la glucosa
Produccioacuten de energiacutea
IMPORTANCIA Permite a los muacutesculos esqueleacuteticos realizar su contraccioacuten
FERMENTACIOacuteN- Es un proceso cataboacutelico de oxidacioacuten completa siendo el producto final de
un compuesto orgaacutenico La fermentacioacuten tiacutepica es llevada acabo por las levaduras Tambieacuten
unos metazoos y plantas menores son capaces de producirla
El proceso de fermentacioacuten anaeroacutebica se produce en la ausencia de oxigeno como aceptor final
de los electrones del NADH producido en la glucoacutelisis
En los seres vivos la fermentacioacuten es un proceso anaeroacutebico y en el no interviene la cadena
respiratoria que son propios del micro organismo como las bacterias y levaduras
Ademaacutes en la industria de la fermentacioacuten puede ser oxidativa es decir como presencia de
oxigeno pero es una oxidacioacuten aeroacutebica incompleta como la produccioacuten de acido aceacutetico a partir
del etanol
La fermentacioacuten puede ser naturales cuando las condiciones ambientales permitan la interaccioacuten
del microorganismo sustratos orgaacutenicos susceptibles o artificiales cuando el hombre propicia
condiciones y en contacto referido
USOS
El conocimiento de la dieta a traveacutes del desarrollo de una diversidad de sabores aromas y
texturas en los substratos de los alimentos
Preservacioacuten de cantidades substanciales de alimentos a traveacutes del acido laacutecteo alcohoacutelico
acido aceacutetico y fermentacioacuten alcalinas
La fermentacioacuten tiene algunos usos exclusivos para los alimentos pueden producir nutrientes
importantes o eliminar auto nutrientes
TIPOS DE FERMENTACIOacuteN
Fermentacioacuten aceacutetica
Fermentacioacuten alcohoacutelica
Fermentacioacuten butirica
Fermentacioacuten de la glicerina
Fermentacioacuten laacutectica
Fermentacioacuten putrica
RESPIRACIOacuteN AEROacuteBICA
Es un tipo de metabolismo energeacutetico en el que los seres vivos extraen energiacutea de moleacuteculas
orgaacutenicas como la glucosa por un proceso complejo en donde el carbono queda oxidado y en el
que el aire es el oxidante empleado
La respiracioacuten aeroacutebica es propia de los organismos eucariontes en general y de algunos tipos
de bacterias
La susecion de reacciones quiacutemicas que ocurren dentro de las ceacutelulas mediante las cuales se
realiza las descomposiciones finales de las moleacuteculas en los alimentos y en la que se produce CO2 y
H2O
Se realiza solo en el proceso de oxigeno Consiste en la degradacioacuten de los piruvatos producidos
durante la glucosis hasta CO2 y H2O como obtencioacuten de 34 a 36 ATP
IMPORTANCIA
Participa en la respiracioacuten celular formando ATP
REACCIONES AEROacuteBICAS
Las reacciones aeroacutebicas ocurre en la mitocondria y son
1 Formacioacuten del acetilo
2 Transferencia del acetilo Actividades en matriz
3 Ciclo de krebs
4 Transporte de electrones
Cadena respiratoria
5 Fosforilacioacuten oxidativa (actividad de crestas)
LA MITOCONDRIA Y SUS PARTES
CICLO DE KREBS
Propuesto por Hans A Krebs en 1937 quien descubrioacute el ciclo estudiando suspensiones de papillas del
muacutesculo pectoral de la paloma que presentaba un elevado ritmo respiratorio
El ciclo de krebs (tambieacuten llamado ciclo del acido ciacutetrico o ciclo de lso aacutecidos tricarboxilicos) es una serie
de reacciones quiacutemicos de gran importancia que forman parte de la respiracioacuten celular en toda las ceacutelulas
aeroacutebicas es decir que utilizan oxigeno En organismo aeroacutebico el ciclo de krebs es parte de la viacutea
cataboacutelica que realizan oxidacioacuten de hidratos de carbono aacutecidos graos y aminoaacutecidos hasta producir CO2
y H2O liberando energiacutea en forma utilizable
El ciclo de krebs tambieacuten proporciona recurso para muchas biomoleculas tales como ciertos aacutenimos
aacutecidos Por ello se considera una viacutea anfibolica es decir que es cataboacutelico y anaboacutelica al mismo tiempo
UBICACIOacuteN
Tiene lugar en tres partes
Matriz mitocondrial
En las eucariotas
En el citoplasma de eucariotas
CICLO DE KREBS
Esquema simplificado del ciclo de Calvin-Benson
La fase bioquiacutemica o ciclo de Calvin o ciclo reductivo de las pentosas-fosfato consiste en un ciclo de reacciones quiacutemicas en las que se incorpora el CO2 de la atmoacutesfera en moleacuteculas orgaacutenicas y se originan triosas fosfato los primeros azuacutecares previos a la formacioacuten de sacarosa y almidoacuten Durante este ciclo se
emplean el ATP y el NADPH producidos en la etapa fotoquiacutemica Se divide en tres etapas carboxilacioacuten reduccioacuten y regeneracioacuten
Este ciclo comienza con una pentosa la ribulosa-15-fosfato que se carboxila con el CO2 y se descompone en dos moleacuteculas de aacutecido-3-fosfogliceacuterico Con el gasto de un ATP el aacutecido-3-fosfogliceacuterico se fosforila en aacutecido-13-bifosfogliceacuterico Eacuteste se reduce con el NADPH y se libera una moleacutecula de aacutecido fosfoacuterico formaacutendose el gliceraldehido-3-fosfato La moleacutecula formada puede seguir ahora dos viacuteas una es dar lugar a maacutes ribulosa-15-fosfato para seguir el ciclo y la otra es dar lugar a los distintos principios inmediatos glucosa o fructosa almidoacuten y a partir de ellos los demaacutes gluacutecidos y los liacutepidos proteiacutenas y nucleoacutetidos que requiere la ceacutelula
Hay que destacar que tanto la fase fotoquiacutemica como la fase biosinteacutetica se producen a la vez Son inseparables ya que los productos de la fase fotoquiacutemica son empleados en la fase biosinteacutetica Por otro lado al consumir en la fase biosinteacutetica el ATP y NADPH se obtienen ADP y NADP
+ para la fase
fotoquiacutemica Para asegurar que ambas fases se produzcan a la vez existe una fuerte fotorregulacioacuten sobre las enzimas del ciclo de Calvin para que esteacuten activas por el diacutea e inactivas por la noche en especial sobre la enzima rubisco No obstante existe una variante de fotosiacutentesis presente en ciertas plantas que permite separar la fijacioacuten del CO2 de la fase fotoquiacutemica Se trata de la fotosiacutentesis tipo CAM empleada por plantas adaptadas a climas deseacuterticos para evitar que se abran las estomas por el diacutea para fijar el CO2 con la consiguiente peacuterdida de agua
Divisioacuten celular
Comparacioacuten de tres tipos de reproduccioacuten celular
Definicioacuten
La divisioacuten celular es la parte del ciclo
celular en la que una ceacutelula inicial (llamada madre) se divide en dos para formar dos ceacutelulas hijas Gracias a la divisioacuten celular se produce el crecimiento de los organismos pluricelulares con el crecimiento de los tejidos y la reproduccioacuten vegetativa en seres unicelulares
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas
Tipos de divisioacuten celular
Biparticioacuten la divisioacuten de la ceacutelula madre en dos ceacutelulas hijas cada nueva ceacutelula es un nuevo individuo
con estructuras y funciones ideacutenticas a la ceacutelula madre Este tipo de reproduccioacuten la presentan organismos como bacterias amebas y algunas algas
Gemacioacuten se presenta cuando unos nuevos individuos se producen a partir de yemas El proceso de
gemacioacuten es frecuente en esponjas celenterios briozoos En una zona o varias del organismo progenitor
se produce una evaginacioacuten o yema que se va desarrollando y en un momento dado sufre una constriccioacuten en la base y se separa del progenitor comenzando su vida como nuevo ser Las yemas hijas pueden presentar otras yemas a las que se les denomina yemas secundarias En algunos organismos se pueden formar colonias cuando las yemas no se separan del organismo progenitor En las formas maacutes evolucionadas de briozoos se observa en el proceso de gemacioacuten que se realiza de forma maacutes complicado
El nuacutemero de individuos de una colonia la manera en que estaacuten agrupados y su grado de diferenciacioacuten variacutea y a menudo es caracteriacutestica de una especie determinada Los briozoos pueden originar nuevos individuos sobre unas prolongaciones llamados estolones y al proceso se le denomina estolonizacioacuten
Ciertas especies de animales pueden tener gemacioacuten interna yemas que sobreviven en condiciones desfavorables gracias a una envoltura protectora En el caso de las esponjas de agua dulce las yemas tienen una caacutepsula protectora y en el interior hay sustancia de reserva Al llegar la primavera se pierde la caacutepsula protectora y a partir de la yema surge la nueva esponja En los briozoos de agua dulce se produce una capa de quitina y de calcio y no necesitan sustancia de reserva pues se encuentra en estado de hibernacioacuten
Esporulacioacuten la esporulacioacuten o esporo geacutenesis consiste en un proceso de diferenciacioacuten celular para
llegar a la produccioacuten de ceacutelulas reproductivas dispersivas de resistencia llamadas esporas Este proceso ocurre en hongos amebas liacutequenes algunos tipos de bacterias protozoos esporozoos (como el Plasmodium causante de malaria) y es frecuente en vegetales (especialmente algas musgos y helechos) grupos de muy diferentes oriacutegenes evolutivos pero con semejantes estrategias reproductivas todos ellos pueden recurrir a la formacioacuten ceacutelulas de resistencia para favorecer la dispersioacuten Durante la esporulacioacuten se lleva a cabo la divisioacuten del nuacutecleo en varios fragmentos y por una divisioacuten celular asimeacutetrica una parte del citoplasma rodea cada nuevo nuacutecleo dando lugar a las esporas Dependiendo de cada especie se puede producir un nuacutemero parciable de esporas y a partir de cada una de ellas se desarrollaraacute un individuo independiente
Procesos de divisioacuten celular
Fisioacuten binaria es la forma de divisioacuten celular de las ceacutelulas procariotas
Mitosis es la forma maacutes comuacuten de la divisioacuten celular en las ceacutelulas eucariotas Una ceacutelula que ha
adquirido determinados paraacutemetros o condiciones de tamantildeo volumen almacenamiento de energiacutea factores medioambientales puede replicar totalmente su dotacioacuten de ADN y dividirse en dos ceacutelulas hijas normalmente iguales Ambas ceacutelulas seraacuten diploides o haploide dependiendo de la ceacutelula madre
Meiosis es la divisioacuten de una ceacutelula diploide en cuatro ceacutelulas haploide Esta divisioacuten celular se
produce en organismos multicelulares para producir gametos haploide que pueden fusionarse despueacutes para formar una ceacutelula diploide llamada zigoto en la fecundacioacuten
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas Las ceacutelulas cancerosas son inmortales Una enzima llamada telomerasa permite a estas ceacutelulas dividirse indefinidamente
La caracteriacutestica principal de la divisioacuten celular en organismos eucariotas es la conservacioacuten de los
mecanismos geneacuteticos del control del ciclo celular y de la divisioacuten celular puesto que se ha mantenido praacutecticamente inalterable desde organismos tan simples como las levaduras a criaturas tan complejas como el ser humano a lo largo de la evolucioacuten bioloacutegica
Factores que explican la divisioacuten celular
Una teoriacutea afirma que existe un momento en el que la ceacutelula comienza a crecer mucho lo que hace que disminuya la proporcioacuten aacutereavolumen Cuando el aacuterea de la membrana plasmaacutetica de la ceacutelula es mucho maacutes pequentildea en relacioacuten con el volumen total de eacutesta se presentan dificultades en la reabsorcioacuten y en el transporte de nutrientes siendo asiacute necesario que se produzca la divisioacuten celular
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular constituye el proceso maacutes importante dentro de la ceacutelula el cual abordaremos en
pequentildea medida pero de manera significativa
Esta investigacioacuten toma en cuenta a todos aquellos que de alguna manera participan aunque sea de
forma miacutenima en la respiracioacuten celular
Hablar de respiracioacuten celular es referirnos a un proceso bioquiacutemico del cual nos ramificaremos a dos tipos
de respiracioacuten celular aeroacutebica y anaeroacutebica
En este proceso interfieren factores quiacutemicos capaces de ser procesados dentro de las ceacutelulas y que en
gran medida constituyen las bases para que la respiracioacuten celular se lleve a cabo
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular es el conjunto de reacciones bioquiacutemicas que ocurren en la mayoriacutea de las ceacutelulas
Tambieacuten es el conjunto de reacciones quiacutemicas mediante las cuales se obtiene energiacutea a partir de la
degradacioacuten de sustancias orgaacutenicas como los azuacutecares y los aacutecidos principalmente
Comprende dos fases
PRIMERA FASE
Se oxida la glucosa (azuacutecar) y no depende del oxiacutegeno por lo que recibe el nombre de respiracioacuten
anaeroacutebica y glicoacutelisis reaccioacuten que se lleva a cabo en el citoplasma de la ceacutelula
SEGUNDA FASE
Se realiza con la intervencioacuten del oxiacutegeno y recibe el nombre de respiracioacuten aeroacutebica o el ciclo de krebs y
se realiza en estructuras especiales de las ceacutelulas llamadas mitocondrias
Tanto que es una parte del metabolismo concretamente del catabolismo en el cual la energiacutea contenida
en distintas biomoleacuteculas como los gluacutecidos (azuacutecares carbohidratos) es liberado de manera controlada
IMPORTANCIA
- Crecimiento
- Transporte activo de sustancias energeacuteticas
- Movimiento ciclosis
- Regeneracioacuten de ceacutelulas
- Siacutentesis de proteiacutenas
- Divisioacuten de ceacutelulas
TIPOS DE RESPIRACIOacuteN CELULAR
RESPIRACIOacuteN ANAEROacuteBICA
La respiracioacuten anaeroacutebica es un proceso bioloacutegico de oxidorreduccioacuten de azuacutecares y otros compuestos
Lo realizan exclusivamente algunos grupos de bacterias
En la respiracioacuten anaeroacutebica no se usa oxiacutegeno sino para la misma funcioacuten se emplea otra sustancia
oxidante distinta como el sulfato No hay que confundir la respiracioacuten anaeroacutebica con la fermentacioacuten
aunque estos dos tipos de metabolismo tienen en comuacuten el no ser dependiente del oxigeno
Todos los posibles aceptores en la respiracioacuten anaeroacutebica tienen un potencial de reduccioacuten menor que el
O2 por lo que se genera menor energiacutea en el proceso
ETAPAS
Glucoacutelisis
Fermentacioacuten
GLUCOacuteLISIS- Tambieacuten denominado glicoacutelisis es la secuencia metaboacutelica en la que se oxida en la
glucoacutelisis cuando hay ausencia de oxiacutegeno la glucoacutelisis es la uacutenica viacutea que produce ATP en los animales
Estaacute presente en todas las formas de viacuteas actuales Es la primera parte del metabolismo energeacutetico y en
las ceacutelulas eucariotas en donde ocurre el citoplasma
Por lo tanto es una secuencia compleja de reacciones que se efectuacutean en el citosol de una ceacutelula
mediante las cuales una moleacutecula de glucosa se desdobla en dos moleacuteculas de acido piruvico De manera
que la glicoacutelisis consta de dos pasos principales
Activacioacuten de la glucosa
Produccioacuten de energiacutea
IMPORTANCIA Permite a los muacutesculos esqueleacuteticos realizar su contraccioacuten
FERMENTACIOacuteN- Es un proceso cataboacutelico de oxidacioacuten completa siendo el producto final de
un compuesto orgaacutenico La fermentacioacuten tiacutepica es llevada acabo por las levaduras Tambieacuten
unos metazoos y plantas menores son capaces de producirla
El proceso de fermentacioacuten anaeroacutebica se produce en la ausencia de oxigeno como aceptor final
de los electrones del NADH producido en la glucoacutelisis
En los seres vivos la fermentacioacuten es un proceso anaeroacutebico y en el no interviene la cadena
respiratoria que son propios del micro organismo como las bacterias y levaduras
Ademaacutes en la industria de la fermentacioacuten puede ser oxidativa es decir como presencia de
oxigeno pero es una oxidacioacuten aeroacutebica incompleta como la produccioacuten de acido aceacutetico a partir
del etanol
La fermentacioacuten puede ser naturales cuando las condiciones ambientales permitan la interaccioacuten
del microorganismo sustratos orgaacutenicos susceptibles o artificiales cuando el hombre propicia
condiciones y en contacto referido
USOS
El conocimiento de la dieta a traveacutes del desarrollo de una diversidad de sabores aromas y
texturas en los substratos de los alimentos
Preservacioacuten de cantidades substanciales de alimentos a traveacutes del acido laacutecteo alcohoacutelico
acido aceacutetico y fermentacioacuten alcalinas
La fermentacioacuten tiene algunos usos exclusivos para los alimentos pueden producir nutrientes
importantes o eliminar auto nutrientes
TIPOS DE FERMENTACIOacuteN
Fermentacioacuten aceacutetica
Fermentacioacuten alcohoacutelica
Fermentacioacuten butirica
Fermentacioacuten de la glicerina
Fermentacioacuten laacutectica
Fermentacioacuten putrica
RESPIRACIOacuteN AEROacuteBICA
Es un tipo de metabolismo energeacutetico en el que los seres vivos extraen energiacutea de moleacuteculas
orgaacutenicas como la glucosa por un proceso complejo en donde el carbono queda oxidado y en el
que el aire es el oxidante empleado
La respiracioacuten aeroacutebica es propia de los organismos eucariontes en general y de algunos tipos
de bacterias
La susecion de reacciones quiacutemicas que ocurren dentro de las ceacutelulas mediante las cuales se
realiza las descomposiciones finales de las moleacuteculas en los alimentos y en la que se produce CO2 y
H2O
Se realiza solo en el proceso de oxigeno Consiste en la degradacioacuten de los piruvatos producidos
durante la glucosis hasta CO2 y H2O como obtencioacuten de 34 a 36 ATP
IMPORTANCIA
Participa en la respiracioacuten celular formando ATP
REACCIONES AEROacuteBICAS
Las reacciones aeroacutebicas ocurre en la mitocondria y son
1 Formacioacuten del acetilo
2 Transferencia del acetilo Actividades en matriz
3 Ciclo de krebs
4 Transporte de electrones
Cadena respiratoria
5 Fosforilacioacuten oxidativa (actividad de crestas)
LA MITOCONDRIA Y SUS PARTES
CICLO DE KREBS
Propuesto por Hans A Krebs en 1937 quien descubrioacute el ciclo estudiando suspensiones de papillas del
muacutesculo pectoral de la paloma que presentaba un elevado ritmo respiratorio
El ciclo de krebs (tambieacuten llamado ciclo del acido ciacutetrico o ciclo de lso aacutecidos tricarboxilicos) es una serie
de reacciones quiacutemicos de gran importancia que forman parte de la respiracioacuten celular en toda las ceacutelulas
aeroacutebicas es decir que utilizan oxigeno En organismo aeroacutebico el ciclo de krebs es parte de la viacutea
cataboacutelica que realizan oxidacioacuten de hidratos de carbono aacutecidos graos y aminoaacutecidos hasta producir CO2
y H2O liberando energiacutea en forma utilizable
El ciclo de krebs tambieacuten proporciona recurso para muchas biomoleculas tales como ciertos aacutenimos
aacutecidos Por ello se considera una viacutea anfibolica es decir que es cataboacutelico y anaboacutelica al mismo tiempo
UBICACIOacuteN
Tiene lugar en tres partes
Matriz mitocondrial
En las eucariotas
En el citoplasma de eucariotas
CICLO DE KREBS
emplean el ATP y el NADPH producidos en la etapa fotoquiacutemica Se divide en tres etapas carboxilacioacuten reduccioacuten y regeneracioacuten
Este ciclo comienza con una pentosa la ribulosa-15-fosfato que se carboxila con el CO2 y se descompone en dos moleacuteculas de aacutecido-3-fosfogliceacuterico Con el gasto de un ATP el aacutecido-3-fosfogliceacuterico se fosforila en aacutecido-13-bifosfogliceacuterico Eacuteste se reduce con el NADPH y se libera una moleacutecula de aacutecido fosfoacuterico formaacutendose el gliceraldehido-3-fosfato La moleacutecula formada puede seguir ahora dos viacuteas una es dar lugar a maacutes ribulosa-15-fosfato para seguir el ciclo y la otra es dar lugar a los distintos principios inmediatos glucosa o fructosa almidoacuten y a partir de ellos los demaacutes gluacutecidos y los liacutepidos proteiacutenas y nucleoacutetidos que requiere la ceacutelula
Hay que destacar que tanto la fase fotoquiacutemica como la fase biosinteacutetica se producen a la vez Son inseparables ya que los productos de la fase fotoquiacutemica son empleados en la fase biosinteacutetica Por otro lado al consumir en la fase biosinteacutetica el ATP y NADPH se obtienen ADP y NADP
+ para la fase
fotoquiacutemica Para asegurar que ambas fases se produzcan a la vez existe una fuerte fotorregulacioacuten sobre las enzimas del ciclo de Calvin para que esteacuten activas por el diacutea e inactivas por la noche en especial sobre la enzima rubisco No obstante existe una variante de fotosiacutentesis presente en ciertas plantas que permite separar la fijacioacuten del CO2 de la fase fotoquiacutemica Se trata de la fotosiacutentesis tipo CAM empleada por plantas adaptadas a climas deseacuterticos para evitar que se abran las estomas por el diacutea para fijar el CO2 con la consiguiente peacuterdida de agua
Divisioacuten celular
Comparacioacuten de tres tipos de reproduccioacuten celular
Definicioacuten
La divisioacuten celular es la parte del ciclo
celular en la que una ceacutelula inicial (llamada madre) se divide en dos para formar dos ceacutelulas hijas Gracias a la divisioacuten celular se produce el crecimiento de los organismos pluricelulares con el crecimiento de los tejidos y la reproduccioacuten vegetativa en seres unicelulares
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas
Tipos de divisioacuten celular
Biparticioacuten la divisioacuten de la ceacutelula madre en dos ceacutelulas hijas cada nueva ceacutelula es un nuevo individuo
con estructuras y funciones ideacutenticas a la ceacutelula madre Este tipo de reproduccioacuten la presentan organismos como bacterias amebas y algunas algas
Gemacioacuten se presenta cuando unos nuevos individuos se producen a partir de yemas El proceso de
gemacioacuten es frecuente en esponjas celenterios briozoos En una zona o varias del organismo progenitor
se produce una evaginacioacuten o yema que se va desarrollando y en un momento dado sufre una constriccioacuten en la base y se separa del progenitor comenzando su vida como nuevo ser Las yemas hijas pueden presentar otras yemas a las que se les denomina yemas secundarias En algunos organismos se pueden formar colonias cuando las yemas no se separan del organismo progenitor En las formas maacutes evolucionadas de briozoos se observa en el proceso de gemacioacuten que se realiza de forma maacutes complicado
El nuacutemero de individuos de una colonia la manera en que estaacuten agrupados y su grado de diferenciacioacuten variacutea y a menudo es caracteriacutestica de una especie determinada Los briozoos pueden originar nuevos individuos sobre unas prolongaciones llamados estolones y al proceso se le denomina estolonizacioacuten
Ciertas especies de animales pueden tener gemacioacuten interna yemas que sobreviven en condiciones desfavorables gracias a una envoltura protectora En el caso de las esponjas de agua dulce las yemas tienen una caacutepsula protectora y en el interior hay sustancia de reserva Al llegar la primavera se pierde la caacutepsula protectora y a partir de la yema surge la nueva esponja En los briozoos de agua dulce se produce una capa de quitina y de calcio y no necesitan sustancia de reserva pues se encuentra en estado de hibernacioacuten
Esporulacioacuten la esporulacioacuten o esporo geacutenesis consiste en un proceso de diferenciacioacuten celular para
llegar a la produccioacuten de ceacutelulas reproductivas dispersivas de resistencia llamadas esporas Este proceso ocurre en hongos amebas liacutequenes algunos tipos de bacterias protozoos esporozoos (como el Plasmodium causante de malaria) y es frecuente en vegetales (especialmente algas musgos y helechos) grupos de muy diferentes oriacutegenes evolutivos pero con semejantes estrategias reproductivas todos ellos pueden recurrir a la formacioacuten ceacutelulas de resistencia para favorecer la dispersioacuten Durante la esporulacioacuten se lleva a cabo la divisioacuten del nuacutecleo en varios fragmentos y por una divisioacuten celular asimeacutetrica una parte del citoplasma rodea cada nuevo nuacutecleo dando lugar a las esporas Dependiendo de cada especie se puede producir un nuacutemero parciable de esporas y a partir de cada una de ellas se desarrollaraacute un individuo independiente
Procesos de divisioacuten celular
Fisioacuten binaria es la forma de divisioacuten celular de las ceacutelulas procariotas
Mitosis es la forma maacutes comuacuten de la divisioacuten celular en las ceacutelulas eucariotas Una ceacutelula que ha
adquirido determinados paraacutemetros o condiciones de tamantildeo volumen almacenamiento de energiacutea factores medioambientales puede replicar totalmente su dotacioacuten de ADN y dividirse en dos ceacutelulas hijas normalmente iguales Ambas ceacutelulas seraacuten diploides o haploide dependiendo de la ceacutelula madre
Meiosis es la divisioacuten de una ceacutelula diploide en cuatro ceacutelulas haploide Esta divisioacuten celular se
produce en organismos multicelulares para producir gametos haploide que pueden fusionarse despueacutes para formar una ceacutelula diploide llamada zigoto en la fecundacioacuten
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas Las ceacutelulas cancerosas son inmortales Una enzima llamada telomerasa permite a estas ceacutelulas dividirse indefinidamente
La caracteriacutestica principal de la divisioacuten celular en organismos eucariotas es la conservacioacuten de los
mecanismos geneacuteticos del control del ciclo celular y de la divisioacuten celular puesto que se ha mantenido praacutecticamente inalterable desde organismos tan simples como las levaduras a criaturas tan complejas como el ser humano a lo largo de la evolucioacuten bioloacutegica
Factores que explican la divisioacuten celular
Una teoriacutea afirma que existe un momento en el que la ceacutelula comienza a crecer mucho lo que hace que disminuya la proporcioacuten aacutereavolumen Cuando el aacuterea de la membrana plasmaacutetica de la ceacutelula es mucho maacutes pequentildea en relacioacuten con el volumen total de eacutesta se presentan dificultades en la reabsorcioacuten y en el transporte de nutrientes siendo asiacute necesario que se produzca la divisioacuten celular
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular constituye el proceso maacutes importante dentro de la ceacutelula el cual abordaremos en
pequentildea medida pero de manera significativa
Esta investigacioacuten toma en cuenta a todos aquellos que de alguna manera participan aunque sea de
forma miacutenima en la respiracioacuten celular
Hablar de respiracioacuten celular es referirnos a un proceso bioquiacutemico del cual nos ramificaremos a dos tipos
de respiracioacuten celular aeroacutebica y anaeroacutebica
En este proceso interfieren factores quiacutemicos capaces de ser procesados dentro de las ceacutelulas y que en
gran medida constituyen las bases para que la respiracioacuten celular se lleve a cabo
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular es el conjunto de reacciones bioquiacutemicas que ocurren en la mayoriacutea de las ceacutelulas
Tambieacuten es el conjunto de reacciones quiacutemicas mediante las cuales se obtiene energiacutea a partir de la
degradacioacuten de sustancias orgaacutenicas como los azuacutecares y los aacutecidos principalmente
Comprende dos fases
PRIMERA FASE
Se oxida la glucosa (azuacutecar) y no depende del oxiacutegeno por lo que recibe el nombre de respiracioacuten
anaeroacutebica y glicoacutelisis reaccioacuten que se lleva a cabo en el citoplasma de la ceacutelula
SEGUNDA FASE
Se realiza con la intervencioacuten del oxiacutegeno y recibe el nombre de respiracioacuten aeroacutebica o el ciclo de krebs y
se realiza en estructuras especiales de las ceacutelulas llamadas mitocondrias
Tanto que es una parte del metabolismo concretamente del catabolismo en el cual la energiacutea contenida
en distintas biomoleacuteculas como los gluacutecidos (azuacutecares carbohidratos) es liberado de manera controlada
IMPORTANCIA
- Crecimiento
- Transporte activo de sustancias energeacuteticas
- Movimiento ciclosis
- Regeneracioacuten de ceacutelulas
- Siacutentesis de proteiacutenas
- Divisioacuten de ceacutelulas
TIPOS DE RESPIRACIOacuteN CELULAR
RESPIRACIOacuteN ANAEROacuteBICA
La respiracioacuten anaeroacutebica es un proceso bioloacutegico de oxidorreduccioacuten de azuacutecares y otros compuestos
Lo realizan exclusivamente algunos grupos de bacterias
En la respiracioacuten anaeroacutebica no se usa oxiacutegeno sino para la misma funcioacuten se emplea otra sustancia
oxidante distinta como el sulfato No hay que confundir la respiracioacuten anaeroacutebica con la fermentacioacuten
aunque estos dos tipos de metabolismo tienen en comuacuten el no ser dependiente del oxigeno
Todos los posibles aceptores en la respiracioacuten anaeroacutebica tienen un potencial de reduccioacuten menor que el
O2 por lo que se genera menor energiacutea en el proceso
ETAPAS
Glucoacutelisis
Fermentacioacuten
GLUCOacuteLISIS- Tambieacuten denominado glicoacutelisis es la secuencia metaboacutelica en la que se oxida en la
glucoacutelisis cuando hay ausencia de oxiacutegeno la glucoacutelisis es la uacutenica viacutea que produce ATP en los animales
Estaacute presente en todas las formas de viacuteas actuales Es la primera parte del metabolismo energeacutetico y en
las ceacutelulas eucariotas en donde ocurre el citoplasma
Por lo tanto es una secuencia compleja de reacciones que se efectuacutean en el citosol de una ceacutelula
mediante las cuales una moleacutecula de glucosa se desdobla en dos moleacuteculas de acido piruvico De manera
que la glicoacutelisis consta de dos pasos principales
Activacioacuten de la glucosa
Produccioacuten de energiacutea
IMPORTANCIA Permite a los muacutesculos esqueleacuteticos realizar su contraccioacuten
FERMENTACIOacuteN- Es un proceso cataboacutelico de oxidacioacuten completa siendo el producto final de
un compuesto orgaacutenico La fermentacioacuten tiacutepica es llevada acabo por las levaduras Tambieacuten
unos metazoos y plantas menores son capaces de producirla
El proceso de fermentacioacuten anaeroacutebica se produce en la ausencia de oxigeno como aceptor final
de los electrones del NADH producido en la glucoacutelisis
En los seres vivos la fermentacioacuten es un proceso anaeroacutebico y en el no interviene la cadena
respiratoria que son propios del micro organismo como las bacterias y levaduras
Ademaacutes en la industria de la fermentacioacuten puede ser oxidativa es decir como presencia de
oxigeno pero es una oxidacioacuten aeroacutebica incompleta como la produccioacuten de acido aceacutetico a partir
del etanol
La fermentacioacuten puede ser naturales cuando las condiciones ambientales permitan la interaccioacuten
del microorganismo sustratos orgaacutenicos susceptibles o artificiales cuando el hombre propicia
condiciones y en contacto referido
USOS
El conocimiento de la dieta a traveacutes del desarrollo de una diversidad de sabores aromas y
texturas en los substratos de los alimentos
Preservacioacuten de cantidades substanciales de alimentos a traveacutes del acido laacutecteo alcohoacutelico
acido aceacutetico y fermentacioacuten alcalinas
La fermentacioacuten tiene algunos usos exclusivos para los alimentos pueden producir nutrientes
importantes o eliminar auto nutrientes
TIPOS DE FERMENTACIOacuteN
Fermentacioacuten aceacutetica
Fermentacioacuten alcohoacutelica
Fermentacioacuten butirica
Fermentacioacuten de la glicerina
Fermentacioacuten laacutectica
Fermentacioacuten putrica
RESPIRACIOacuteN AEROacuteBICA
Es un tipo de metabolismo energeacutetico en el que los seres vivos extraen energiacutea de moleacuteculas
orgaacutenicas como la glucosa por un proceso complejo en donde el carbono queda oxidado y en el
que el aire es el oxidante empleado
La respiracioacuten aeroacutebica es propia de los organismos eucariontes en general y de algunos tipos
de bacterias
La susecion de reacciones quiacutemicas que ocurren dentro de las ceacutelulas mediante las cuales se
realiza las descomposiciones finales de las moleacuteculas en los alimentos y en la que se produce CO2 y
H2O
Se realiza solo en el proceso de oxigeno Consiste en la degradacioacuten de los piruvatos producidos
durante la glucosis hasta CO2 y H2O como obtencioacuten de 34 a 36 ATP
IMPORTANCIA
Participa en la respiracioacuten celular formando ATP
REACCIONES AEROacuteBICAS
Las reacciones aeroacutebicas ocurre en la mitocondria y son
1 Formacioacuten del acetilo
2 Transferencia del acetilo Actividades en matriz
3 Ciclo de krebs
4 Transporte de electrones
Cadena respiratoria
5 Fosforilacioacuten oxidativa (actividad de crestas)
LA MITOCONDRIA Y SUS PARTES
CICLO DE KREBS
Propuesto por Hans A Krebs en 1937 quien descubrioacute el ciclo estudiando suspensiones de papillas del
muacutesculo pectoral de la paloma que presentaba un elevado ritmo respiratorio
El ciclo de krebs (tambieacuten llamado ciclo del acido ciacutetrico o ciclo de lso aacutecidos tricarboxilicos) es una serie
de reacciones quiacutemicos de gran importancia que forman parte de la respiracioacuten celular en toda las ceacutelulas
aeroacutebicas es decir que utilizan oxigeno En organismo aeroacutebico el ciclo de krebs es parte de la viacutea
cataboacutelica que realizan oxidacioacuten de hidratos de carbono aacutecidos graos y aminoaacutecidos hasta producir CO2
y H2O liberando energiacutea en forma utilizable
El ciclo de krebs tambieacuten proporciona recurso para muchas biomoleculas tales como ciertos aacutenimos
aacutecidos Por ello se considera una viacutea anfibolica es decir que es cataboacutelico y anaboacutelica al mismo tiempo
UBICACIOacuteN
Tiene lugar en tres partes
Matriz mitocondrial
En las eucariotas
En el citoplasma de eucariotas
CICLO DE KREBS
se produce una evaginacioacuten o yema que se va desarrollando y en un momento dado sufre una constriccioacuten en la base y se separa del progenitor comenzando su vida como nuevo ser Las yemas hijas pueden presentar otras yemas a las que se les denomina yemas secundarias En algunos organismos se pueden formar colonias cuando las yemas no se separan del organismo progenitor En las formas maacutes evolucionadas de briozoos se observa en el proceso de gemacioacuten que se realiza de forma maacutes complicado
El nuacutemero de individuos de una colonia la manera en que estaacuten agrupados y su grado de diferenciacioacuten variacutea y a menudo es caracteriacutestica de una especie determinada Los briozoos pueden originar nuevos individuos sobre unas prolongaciones llamados estolones y al proceso se le denomina estolonizacioacuten
Ciertas especies de animales pueden tener gemacioacuten interna yemas que sobreviven en condiciones desfavorables gracias a una envoltura protectora En el caso de las esponjas de agua dulce las yemas tienen una caacutepsula protectora y en el interior hay sustancia de reserva Al llegar la primavera se pierde la caacutepsula protectora y a partir de la yema surge la nueva esponja En los briozoos de agua dulce se produce una capa de quitina y de calcio y no necesitan sustancia de reserva pues se encuentra en estado de hibernacioacuten
Esporulacioacuten la esporulacioacuten o esporo geacutenesis consiste en un proceso de diferenciacioacuten celular para
llegar a la produccioacuten de ceacutelulas reproductivas dispersivas de resistencia llamadas esporas Este proceso ocurre en hongos amebas liacutequenes algunos tipos de bacterias protozoos esporozoos (como el Plasmodium causante de malaria) y es frecuente en vegetales (especialmente algas musgos y helechos) grupos de muy diferentes oriacutegenes evolutivos pero con semejantes estrategias reproductivas todos ellos pueden recurrir a la formacioacuten ceacutelulas de resistencia para favorecer la dispersioacuten Durante la esporulacioacuten se lleva a cabo la divisioacuten del nuacutecleo en varios fragmentos y por una divisioacuten celular asimeacutetrica una parte del citoplasma rodea cada nuevo nuacutecleo dando lugar a las esporas Dependiendo de cada especie se puede producir un nuacutemero parciable de esporas y a partir de cada una de ellas se desarrollaraacute un individuo independiente
Procesos de divisioacuten celular
Fisioacuten binaria es la forma de divisioacuten celular de las ceacutelulas procariotas
Mitosis es la forma maacutes comuacuten de la divisioacuten celular en las ceacutelulas eucariotas Una ceacutelula que ha
adquirido determinados paraacutemetros o condiciones de tamantildeo volumen almacenamiento de energiacutea factores medioambientales puede replicar totalmente su dotacioacuten de ADN y dividirse en dos ceacutelulas hijas normalmente iguales Ambas ceacutelulas seraacuten diploides o haploide dependiendo de la ceacutelula madre
Meiosis es la divisioacuten de una ceacutelula diploide en cuatro ceacutelulas haploide Esta divisioacuten celular se
produce en organismos multicelulares para producir gametos haploide que pueden fusionarse despueacutes para formar una ceacutelula diploide llamada zigoto en la fecundacioacuten
Los seres pluricelulares reemplazan su dotacioacuten celular gracias a la divisioacuten celular y suele estar asociada a la diferenciacioacuten celular En algunos animales la divisioacuten celular se detiene en alguacuten momento y las ceacutelulas acaban envejeciendo Las ceacutelulas senescentes se deterioran y mueren debido al envejecimiento del cuerpo Las ceacutelulas dejan de dividirse porque los teloacutemeros se vuelven cada vez maacutes cortos en cada divisioacuten y no pueden proteger a los cromosomas Las ceacutelulas cancerosas son inmortales Una enzima llamada telomerasa permite a estas ceacutelulas dividirse indefinidamente
La caracteriacutestica principal de la divisioacuten celular en organismos eucariotas es la conservacioacuten de los
mecanismos geneacuteticos del control del ciclo celular y de la divisioacuten celular puesto que se ha mantenido praacutecticamente inalterable desde organismos tan simples como las levaduras a criaturas tan complejas como el ser humano a lo largo de la evolucioacuten bioloacutegica
Factores que explican la divisioacuten celular
Una teoriacutea afirma que existe un momento en el que la ceacutelula comienza a crecer mucho lo que hace que disminuya la proporcioacuten aacutereavolumen Cuando el aacuterea de la membrana plasmaacutetica de la ceacutelula es mucho maacutes pequentildea en relacioacuten con el volumen total de eacutesta se presentan dificultades en la reabsorcioacuten y en el transporte de nutrientes siendo asiacute necesario que se produzca la divisioacuten celular
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular constituye el proceso maacutes importante dentro de la ceacutelula el cual abordaremos en
pequentildea medida pero de manera significativa
Esta investigacioacuten toma en cuenta a todos aquellos que de alguna manera participan aunque sea de
forma miacutenima en la respiracioacuten celular
Hablar de respiracioacuten celular es referirnos a un proceso bioquiacutemico del cual nos ramificaremos a dos tipos
de respiracioacuten celular aeroacutebica y anaeroacutebica
En este proceso interfieren factores quiacutemicos capaces de ser procesados dentro de las ceacutelulas y que en
gran medida constituyen las bases para que la respiracioacuten celular se lleve a cabo
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular es el conjunto de reacciones bioquiacutemicas que ocurren en la mayoriacutea de las ceacutelulas
Tambieacuten es el conjunto de reacciones quiacutemicas mediante las cuales se obtiene energiacutea a partir de la
degradacioacuten de sustancias orgaacutenicas como los azuacutecares y los aacutecidos principalmente
Comprende dos fases
PRIMERA FASE
Se oxida la glucosa (azuacutecar) y no depende del oxiacutegeno por lo que recibe el nombre de respiracioacuten
anaeroacutebica y glicoacutelisis reaccioacuten que se lleva a cabo en el citoplasma de la ceacutelula
SEGUNDA FASE
Se realiza con la intervencioacuten del oxiacutegeno y recibe el nombre de respiracioacuten aeroacutebica o el ciclo de krebs y
se realiza en estructuras especiales de las ceacutelulas llamadas mitocondrias
Tanto que es una parte del metabolismo concretamente del catabolismo en el cual la energiacutea contenida
en distintas biomoleacuteculas como los gluacutecidos (azuacutecares carbohidratos) es liberado de manera controlada
IMPORTANCIA
- Crecimiento
- Transporte activo de sustancias energeacuteticas
- Movimiento ciclosis
- Regeneracioacuten de ceacutelulas
- Siacutentesis de proteiacutenas
- Divisioacuten de ceacutelulas
TIPOS DE RESPIRACIOacuteN CELULAR
RESPIRACIOacuteN ANAEROacuteBICA
La respiracioacuten anaeroacutebica es un proceso bioloacutegico de oxidorreduccioacuten de azuacutecares y otros compuestos
Lo realizan exclusivamente algunos grupos de bacterias
En la respiracioacuten anaeroacutebica no se usa oxiacutegeno sino para la misma funcioacuten se emplea otra sustancia
oxidante distinta como el sulfato No hay que confundir la respiracioacuten anaeroacutebica con la fermentacioacuten
aunque estos dos tipos de metabolismo tienen en comuacuten el no ser dependiente del oxigeno
Todos los posibles aceptores en la respiracioacuten anaeroacutebica tienen un potencial de reduccioacuten menor que el
O2 por lo que se genera menor energiacutea en el proceso
ETAPAS
Glucoacutelisis
Fermentacioacuten
GLUCOacuteLISIS- Tambieacuten denominado glicoacutelisis es la secuencia metaboacutelica en la que se oxida en la
glucoacutelisis cuando hay ausencia de oxiacutegeno la glucoacutelisis es la uacutenica viacutea que produce ATP en los animales
Estaacute presente en todas las formas de viacuteas actuales Es la primera parte del metabolismo energeacutetico y en
las ceacutelulas eucariotas en donde ocurre el citoplasma
Por lo tanto es una secuencia compleja de reacciones que se efectuacutean en el citosol de una ceacutelula
mediante las cuales una moleacutecula de glucosa se desdobla en dos moleacuteculas de acido piruvico De manera
que la glicoacutelisis consta de dos pasos principales
Activacioacuten de la glucosa
Produccioacuten de energiacutea
IMPORTANCIA Permite a los muacutesculos esqueleacuteticos realizar su contraccioacuten
FERMENTACIOacuteN- Es un proceso cataboacutelico de oxidacioacuten completa siendo el producto final de
un compuesto orgaacutenico La fermentacioacuten tiacutepica es llevada acabo por las levaduras Tambieacuten
unos metazoos y plantas menores son capaces de producirla
El proceso de fermentacioacuten anaeroacutebica se produce en la ausencia de oxigeno como aceptor final
de los electrones del NADH producido en la glucoacutelisis
En los seres vivos la fermentacioacuten es un proceso anaeroacutebico y en el no interviene la cadena
respiratoria que son propios del micro organismo como las bacterias y levaduras
Ademaacutes en la industria de la fermentacioacuten puede ser oxidativa es decir como presencia de
oxigeno pero es una oxidacioacuten aeroacutebica incompleta como la produccioacuten de acido aceacutetico a partir
del etanol
La fermentacioacuten puede ser naturales cuando las condiciones ambientales permitan la interaccioacuten
del microorganismo sustratos orgaacutenicos susceptibles o artificiales cuando el hombre propicia
condiciones y en contacto referido
USOS
El conocimiento de la dieta a traveacutes del desarrollo de una diversidad de sabores aromas y
texturas en los substratos de los alimentos
Preservacioacuten de cantidades substanciales de alimentos a traveacutes del acido laacutecteo alcohoacutelico
acido aceacutetico y fermentacioacuten alcalinas
La fermentacioacuten tiene algunos usos exclusivos para los alimentos pueden producir nutrientes
importantes o eliminar auto nutrientes
TIPOS DE FERMENTACIOacuteN
Fermentacioacuten aceacutetica
Fermentacioacuten alcohoacutelica
Fermentacioacuten butirica
Fermentacioacuten de la glicerina
Fermentacioacuten laacutectica
Fermentacioacuten putrica
RESPIRACIOacuteN AEROacuteBICA
Es un tipo de metabolismo energeacutetico en el que los seres vivos extraen energiacutea de moleacuteculas
orgaacutenicas como la glucosa por un proceso complejo en donde el carbono queda oxidado y en el
que el aire es el oxidante empleado
La respiracioacuten aeroacutebica es propia de los organismos eucariontes en general y de algunos tipos
de bacterias
La susecion de reacciones quiacutemicas que ocurren dentro de las ceacutelulas mediante las cuales se
realiza las descomposiciones finales de las moleacuteculas en los alimentos y en la que se produce CO2 y
H2O
Se realiza solo en el proceso de oxigeno Consiste en la degradacioacuten de los piruvatos producidos
durante la glucosis hasta CO2 y H2O como obtencioacuten de 34 a 36 ATP
IMPORTANCIA
Participa en la respiracioacuten celular formando ATP
REACCIONES AEROacuteBICAS
Las reacciones aeroacutebicas ocurre en la mitocondria y son
1 Formacioacuten del acetilo
2 Transferencia del acetilo Actividades en matriz
3 Ciclo de krebs
4 Transporte de electrones
Cadena respiratoria
5 Fosforilacioacuten oxidativa (actividad de crestas)
LA MITOCONDRIA Y SUS PARTES
CICLO DE KREBS
Propuesto por Hans A Krebs en 1937 quien descubrioacute el ciclo estudiando suspensiones de papillas del
muacutesculo pectoral de la paloma que presentaba un elevado ritmo respiratorio
El ciclo de krebs (tambieacuten llamado ciclo del acido ciacutetrico o ciclo de lso aacutecidos tricarboxilicos) es una serie
de reacciones quiacutemicos de gran importancia que forman parte de la respiracioacuten celular en toda las ceacutelulas
aeroacutebicas es decir que utilizan oxigeno En organismo aeroacutebico el ciclo de krebs es parte de la viacutea
cataboacutelica que realizan oxidacioacuten de hidratos de carbono aacutecidos graos y aminoaacutecidos hasta producir CO2
y H2O liberando energiacutea en forma utilizable
El ciclo de krebs tambieacuten proporciona recurso para muchas biomoleculas tales como ciertos aacutenimos
aacutecidos Por ello se considera una viacutea anfibolica es decir que es cataboacutelico y anaboacutelica al mismo tiempo
UBICACIOacuteN
Tiene lugar en tres partes
Matriz mitocondrial
En las eucariotas
En el citoplasma de eucariotas
CICLO DE KREBS
La respiracioacuten celular constituye el proceso maacutes importante dentro de la ceacutelula el cual abordaremos en
pequentildea medida pero de manera significativa
Esta investigacioacuten toma en cuenta a todos aquellos que de alguna manera participan aunque sea de
forma miacutenima en la respiracioacuten celular
Hablar de respiracioacuten celular es referirnos a un proceso bioquiacutemico del cual nos ramificaremos a dos tipos
de respiracioacuten celular aeroacutebica y anaeroacutebica
En este proceso interfieren factores quiacutemicos capaces de ser procesados dentro de las ceacutelulas y que en
gran medida constituyen las bases para que la respiracioacuten celular se lleve a cabo
RESPIRACIOacuteN CELULAR
La respiracioacuten celular es el conjunto de reacciones bioquiacutemicas que ocurren en la mayoriacutea de las ceacutelulas
Tambieacuten es el conjunto de reacciones quiacutemicas mediante las cuales se obtiene energiacutea a partir de la
degradacioacuten de sustancias orgaacutenicas como los azuacutecares y los aacutecidos principalmente
Comprende dos fases
PRIMERA FASE
Se oxida la glucosa (azuacutecar) y no depende del oxiacutegeno por lo que recibe el nombre de respiracioacuten
anaeroacutebica y glicoacutelisis reaccioacuten que se lleva a cabo en el citoplasma de la ceacutelula
SEGUNDA FASE
Se realiza con la intervencioacuten del oxiacutegeno y recibe el nombre de respiracioacuten aeroacutebica o el ciclo de krebs y
se realiza en estructuras especiales de las ceacutelulas llamadas mitocondrias
Tanto que es una parte del metabolismo concretamente del catabolismo en el cual la energiacutea contenida
en distintas biomoleacuteculas como los gluacutecidos (azuacutecares carbohidratos) es liberado de manera controlada
IMPORTANCIA
- Crecimiento
- Transporte activo de sustancias energeacuteticas
- Movimiento ciclosis
- Regeneracioacuten de ceacutelulas
- Siacutentesis de proteiacutenas
- Divisioacuten de ceacutelulas
TIPOS DE RESPIRACIOacuteN CELULAR
RESPIRACIOacuteN ANAEROacuteBICA
La respiracioacuten anaeroacutebica es un proceso bioloacutegico de oxidorreduccioacuten de azuacutecares y otros compuestos
Lo realizan exclusivamente algunos grupos de bacterias
En la respiracioacuten anaeroacutebica no se usa oxiacutegeno sino para la misma funcioacuten se emplea otra sustancia
oxidante distinta como el sulfato No hay que confundir la respiracioacuten anaeroacutebica con la fermentacioacuten
aunque estos dos tipos de metabolismo tienen en comuacuten el no ser dependiente del oxigeno
Todos los posibles aceptores en la respiracioacuten anaeroacutebica tienen un potencial de reduccioacuten menor que el
O2 por lo que se genera menor energiacutea en el proceso
ETAPAS
Glucoacutelisis
Fermentacioacuten
GLUCOacuteLISIS- Tambieacuten denominado glicoacutelisis es la secuencia metaboacutelica en la que se oxida en la
glucoacutelisis cuando hay ausencia de oxiacutegeno la glucoacutelisis es la uacutenica viacutea que produce ATP en los animales
Estaacute presente en todas las formas de viacuteas actuales Es la primera parte del metabolismo energeacutetico y en
las ceacutelulas eucariotas en donde ocurre el citoplasma
Por lo tanto es una secuencia compleja de reacciones que se efectuacutean en el citosol de una ceacutelula
mediante las cuales una moleacutecula de glucosa se desdobla en dos moleacuteculas de acido piruvico De manera
que la glicoacutelisis consta de dos pasos principales
Activacioacuten de la glucosa
Produccioacuten de energiacutea
IMPORTANCIA Permite a los muacutesculos esqueleacuteticos realizar su contraccioacuten
FERMENTACIOacuteN- Es un proceso cataboacutelico de oxidacioacuten completa siendo el producto final de
un compuesto orgaacutenico La fermentacioacuten tiacutepica es llevada acabo por las levaduras Tambieacuten
unos metazoos y plantas menores son capaces de producirla
El proceso de fermentacioacuten anaeroacutebica se produce en la ausencia de oxigeno como aceptor final
de los electrones del NADH producido en la glucoacutelisis
En los seres vivos la fermentacioacuten es un proceso anaeroacutebico y en el no interviene la cadena
respiratoria que son propios del micro organismo como las bacterias y levaduras
Ademaacutes en la industria de la fermentacioacuten puede ser oxidativa es decir como presencia de
oxigeno pero es una oxidacioacuten aeroacutebica incompleta como la produccioacuten de acido aceacutetico a partir
del etanol
La fermentacioacuten puede ser naturales cuando las condiciones ambientales permitan la interaccioacuten
del microorganismo sustratos orgaacutenicos susceptibles o artificiales cuando el hombre propicia
condiciones y en contacto referido
USOS
El conocimiento de la dieta a traveacutes del desarrollo de una diversidad de sabores aromas y
texturas en los substratos de los alimentos
Preservacioacuten de cantidades substanciales de alimentos a traveacutes del acido laacutecteo alcohoacutelico
acido aceacutetico y fermentacioacuten alcalinas
La fermentacioacuten tiene algunos usos exclusivos para los alimentos pueden producir nutrientes
importantes o eliminar auto nutrientes
TIPOS DE FERMENTACIOacuteN
Fermentacioacuten aceacutetica
Fermentacioacuten alcohoacutelica
Fermentacioacuten butirica
Fermentacioacuten de la glicerina
Fermentacioacuten laacutectica
Fermentacioacuten putrica
RESPIRACIOacuteN AEROacuteBICA
Es un tipo de metabolismo energeacutetico en el que los seres vivos extraen energiacutea de moleacuteculas
orgaacutenicas como la glucosa por un proceso complejo en donde el carbono queda oxidado y en el
que el aire es el oxidante empleado
La respiracioacuten aeroacutebica es propia de los organismos eucariontes en general y de algunos tipos
de bacterias
La susecion de reacciones quiacutemicas que ocurren dentro de las ceacutelulas mediante las cuales se
realiza las descomposiciones finales de las moleacuteculas en los alimentos y en la que se produce CO2 y
H2O
Se realiza solo en el proceso de oxigeno Consiste en la degradacioacuten de los piruvatos producidos
durante la glucosis hasta CO2 y H2O como obtencioacuten de 34 a 36 ATP
IMPORTANCIA
Participa en la respiracioacuten celular formando ATP
REACCIONES AEROacuteBICAS
Las reacciones aeroacutebicas ocurre en la mitocondria y son
1 Formacioacuten del acetilo
2 Transferencia del acetilo Actividades en matriz
3 Ciclo de krebs
4 Transporte de electrones
Cadena respiratoria
5 Fosforilacioacuten oxidativa (actividad de crestas)
LA MITOCONDRIA Y SUS PARTES
CICLO DE KREBS
Propuesto por Hans A Krebs en 1937 quien descubrioacute el ciclo estudiando suspensiones de papillas del
muacutesculo pectoral de la paloma que presentaba un elevado ritmo respiratorio
El ciclo de krebs (tambieacuten llamado ciclo del acido ciacutetrico o ciclo de lso aacutecidos tricarboxilicos) es una serie
de reacciones quiacutemicos de gran importancia que forman parte de la respiracioacuten celular en toda las ceacutelulas
aeroacutebicas es decir que utilizan oxigeno En organismo aeroacutebico el ciclo de krebs es parte de la viacutea
cataboacutelica que realizan oxidacioacuten de hidratos de carbono aacutecidos graos y aminoaacutecidos hasta producir CO2
y H2O liberando energiacutea en forma utilizable
El ciclo de krebs tambieacuten proporciona recurso para muchas biomoleculas tales como ciertos aacutenimos
aacutecidos Por ello se considera una viacutea anfibolica es decir que es cataboacutelico y anaboacutelica al mismo tiempo
UBICACIOacuteN
Tiene lugar en tres partes
Matriz mitocondrial
En las eucariotas
En el citoplasma de eucariotas
CICLO DE KREBS
GLUCOacuteLISIS- Tambieacuten denominado glicoacutelisis es la secuencia metaboacutelica en la que se oxida en la
glucoacutelisis cuando hay ausencia de oxiacutegeno la glucoacutelisis es la uacutenica viacutea que produce ATP en los animales
Estaacute presente en todas las formas de viacuteas actuales Es la primera parte del metabolismo energeacutetico y en
las ceacutelulas eucariotas en donde ocurre el citoplasma
Por lo tanto es una secuencia compleja de reacciones que se efectuacutean en el citosol de una ceacutelula
mediante las cuales una moleacutecula de glucosa se desdobla en dos moleacuteculas de acido piruvico De manera
que la glicoacutelisis consta de dos pasos principales
Activacioacuten de la glucosa
Produccioacuten de energiacutea
IMPORTANCIA Permite a los muacutesculos esqueleacuteticos realizar su contraccioacuten
FERMENTACIOacuteN- Es un proceso cataboacutelico de oxidacioacuten completa siendo el producto final de
un compuesto orgaacutenico La fermentacioacuten tiacutepica es llevada acabo por las levaduras Tambieacuten
unos metazoos y plantas menores son capaces de producirla
El proceso de fermentacioacuten anaeroacutebica se produce en la ausencia de oxigeno como aceptor final
de los electrones del NADH producido en la glucoacutelisis
En los seres vivos la fermentacioacuten es un proceso anaeroacutebico y en el no interviene la cadena
respiratoria que son propios del micro organismo como las bacterias y levaduras
Ademaacutes en la industria de la fermentacioacuten puede ser oxidativa es decir como presencia de
oxigeno pero es una oxidacioacuten aeroacutebica incompleta como la produccioacuten de acido aceacutetico a partir
del etanol
La fermentacioacuten puede ser naturales cuando las condiciones ambientales permitan la interaccioacuten
del microorganismo sustratos orgaacutenicos susceptibles o artificiales cuando el hombre propicia
condiciones y en contacto referido
USOS
El conocimiento de la dieta a traveacutes del desarrollo de una diversidad de sabores aromas y
texturas en los substratos de los alimentos
Preservacioacuten de cantidades substanciales de alimentos a traveacutes del acido laacutecteo alcohoacutelico
acido aceacutetico y fermentacioacuten alcalinas
La fermentacioacuten tiene algunos usos exclusivos para los alimentos pueden producir nutrientes
importantes o eliminar auto nutrientes
TIPOS DE FERMENTACIOacuteN
Fermentacioacuten aceacutetica
Fermentacioacuten alcohoacutelica
Fermentacioacuten butirica
Fermentacioacuten de la glicerina
Fermentacioacuten laacutectica
Fermentacioacuten putrica
RESPIRACIOacuteN AEROacuteBICA
Es un tipo de metabolismo energeacutetico en el que los seres vivos extraen energiacutea de moleacuteculas
orgaacutenicas como la glucosa por un proceso complejo en donde el carbono queda oxidado y en el
que el aire es el oxidante empleado
La respiracioacuten aeroacutebica es propia de los organismos eucariontes en general y de algunos tipos
de bacterias
La susecion de reacciones quiacutemicas que ocurren dentro de las ceacutelulas mediante las cuales se
realiza las descomposiciones finales de las moleacuteculas en los alimentos y en la que se produce CO2 y
H2O
Se realiza solo en el proceso de oxigeno Consiste en la degradacioacuten de los piruvatos producidos
durante la glucosis hasta CO2 y H2O como obtencioacuten de 34 a 36 ATP
IMPORTANCIA
Participa en la respiracioacuten celular formando ATP
REACCIONES AEROacuteBICAS
Las reacciones aeroacutebicas ocurre en la mitocondria y son
1 Formacioacuten del acetilo
2 Transferencia del acetilo Actividades en matriz
3 Ciclo de krebs
4 Transporte de electrones
Cadena respiratoria
5 Fosforilacioacuten oxidativa (actividad de crestas)
LA MITOCONDRIA Y SUS PARTES
CICLO DE KREBS
Propuesto por Hans A Krebs en 1937 quien descubrioacute el ciclo estudiando suspensiones de papillas del
muacutesculo pectoral de la paloma que presentaba un elevado ritmo respiratorio
El ciclo de krebs (tambieacuten llamado ciclo del acido ciacutetrico o ciclo de lso aacutecidos tricarboxilicos) es una serie
de reacciones quiacutemicos de gran importancia que forman parte de la respiracioacuten celular en toda las ceacutelulas
aeroacutebicas es decir que utilizan oxigeno En organismo aeroacutebico el ciclo de krebs es parte de la viacutea
cataboacutelica que realizan oxidacioacuten de hidratos de carbono aacutecidos graos y aminoaacutecidos hasta producir CO2
y H2O liberando energiacutea en forma utilizable
El ciclo de krebs tambieacuten proporciona recurso para muchas biomoleculas tales como ciertos aacutenimos
aacutecidos Por ello se considera una viacutea anfibolica es decir que es cataboacutelico y anaboacutelica al mismo tiempo
UBICACIOacuteN
Tiene lugar en tres partes
Matriz mitocondrial
En las eucariotas
En el citoplasma de eucariotas
CICLO DE KREBS
La susecion de reacciones quiacutemicas que ocurren dentro de las ceacutelulas mediante las cuales se
realiza las descomposiciones finales de las moleacuteculas en los alimentos y en la que se produce CO2 y
H2O
Se realiza solo en el proceso de oxigeno Consiste en la degradacioacuten de los piruvatos producidos
durante la glucosis hasta CO2 y H2O como obtencioacuten de 34 a 36 ATP
IMPORTANCIA
Participa en la respiracioacuten celular formando ATP
REACCIONES AEROacuteBICAS
Las reacciones aeroacutebicas ocurre en la mitocondria y son
1 Formacioacuten del acetilo
2 Transferencia del acetilo Actividades en matriz
3 Ciclo de krebs
4 Transporte de electrones
Cadena respiratoria
5 Fosforilacioacuten oxidativa (actividad de crestas)
LA MITOCONDRIA Y SUS PARTES
CICLO DE KREBS
Propuesto por Hans A Krebs en 1937 quien descubrioacute el ciclo estudiando suspensiones de papillas del
muacutesculo pectoral de la paloma que presentaba un elevado ritmo respiratorio
El ciclo de krebs (tambieacuten llamado ciclo del acido ciacutetrico o ciclo de lso aacutecidos tricarboxilicos) es una serie
de reacciones quiacutemicos de gran importancia que forman parte de la respiracioacuten celular en toda las ceacutelulas
aeroacutebicas es decir que utilizan oxigeno En organismo aeroacutebico el ciclo de krebs es parte de la viacutea
cataboacutelica que realizan oxidacioacuten de hidratos de carbono aacutecidos graos y aminoaacutecidos hasta producir CO2
y H2O liberando energiacutea en forma utilizable
El ciclo de krebs tambieacuten proporciona recurso para muchas biomoleculas tales como ciertos aacutenimos
aacutecidos Por ello se considera una viacutea anfibolica es decir que es cataboacutelico y anaboacutelica al mismo tiempo
UBICACIOacuteN
Tiene lugar en tres partes
Matriz mitocondrial
En las eucariotas
En el citoplasma de eucariotas
CICLO DE KREBS
CICLO DE KREBS
Propuesto por Hans A Krebs en 1937 quien descubrioacute el ciclo estudiando suspensiones de papillas del
muacutesculo pectoral de la paloma que presentaba un elevado ritmo respiratorio
El ciclo de krebs (tambieacuten llamado ciclo del acido ciacutetrico o ciclo de lso aacutecidos tricarboxilicos) es una serie
de reacciones quiacutemicos de gran importancia que forman parte de la respiracioacuten celular en toda las ceacutelulas
aeroacutebicas es decir que utilizan oxigeno En organismo aeroacutebico el ciclo de krebs es parte de la viacutea
cataboacutelica que realizan oxidacioacuten de hidratos de carbono aacutecidos graos y aminoaacutecidos hasta producir CO2
y H2O liberando energiacutea en forma utilizable
El ciclo de krebs tambieacuten proporciona recurso para muchas biomoleculas tales como ciertos aacutenimos
aacutecidos Por ello se considera una viacutea anfibolica es decir que es cataboacutelico y anaboacutelica al mismo tiempo
UBICACIOacuteN
Tiene lugar en tres partes
Matriz mitocondrial
En las eucariotas
En el citoplasma de eucariotas
CICLO DE KREBS
