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3 Índice Glosario...................................................................................................................... 4 Introducción………………..…………………………………………………………………6 Objetivos……………………………………………………………………………………...7 Organización celular................................................................................................... 8 La célula: unidad básica de la vida....................................................................... 9 Células procariotas y eucariotas......................................................................... 11 Núcleo celular 13 Orgánulos del citoplasma 14 Citoesqueleto 17 Cubiertas celulares 19 Membranas biológicas 20 Estructura de las membranas 21 Funciones de las membranas 23 Estructura y permeabilidad de la membrana celular 25 Transporte pasivo 27 Transporte activo 28 Exocitosis y endocitosis 30 Uniones celulares 31 Rutas de liberación de energía, el ATP 32 Reacciones Redox 33 Etapas de la respiración aerobia 34 Producción de energía a partir de otros nutrientes 35 Respiración anaerobia y fermentación................................................................ 36 Fotosíntesis.............................................................................................................. 38 Luz y fotosíntesis……………………………..………………………………………..39 Cloroplastos........................................................................................................ 41 Reacciones dependientes de la luz .................................................................... 42 Reacciones de fijación de carbono..................................................................... 44 Noticias importantes……………………………………………………………...………..45 ....Células…………………………………………………………………………………...45 Membranas biológicas………………………………………………………………....46 Rutas de liberación de energía, el ATP……………………………………………...46 …. Fotosíntesis………………………………………………………………………….....46 Bibliografía 47
Glosario
Aminoácidos: Es la unidad base que actúa como estructura fundamental de las proteínas. Hay 20 aminoácidos distintos. Una proteína tiene dos o más cadenas de aminoácidos (llamadas polipéptidos) cuya secuencia se codifica en un gen (National Human Genome Research Institute, 2023).
Citosol: es el fluido intracelular de las células que conforman la mayor parte de lo que se denomina el citoplasma en las células (Significados, s.f.).
Cloroplastos: Son los organelos de membrana de los vegetales y algas verdes que se encargan de llevar a cabo la fotosíntesis (Significados, s.f.).
Cromosomas: Son filamentos o anillos condensados de ADN y son solo visibles durante la división celular (mitosis y meiosis) (Significados, s.f.).
Cromátida: Sustancia que se encuentra en el núcleo de la célula formando el material cromosómico durante la interfase; está compuesto de ADN unido a proteínas (Oxford Languages, s.f.).
Células eucariotas: Es aquella que tiene un núcleo definido, cubierto por el citoplasma y protegido por una envoltura que constituye la membrana celular (Significados, s.f.).
Células procariotas: Forman organismos vivientes unicelulares, pertenecientes al superreino o imperio Prokaryota o a los dominios Archaea y Bacteria (Conceptos.de 2020).
Endocitosis: Proceso por el que una célula integra moléculas u otras partículas exteriores, que forman una vesícula capaz de desplazarse por su interior (Oxford Languages, s.f.).
Fagocitosis: Proceso por el cual ciertas células y organismos unicelulares capturan y digieren partículas nocivas o alimentos (Oxford Languages, s.f.).
Filamentos: Son componentes del citoesqueleto cuya principal misión es permitir a las células o estructuras celulares soportar tensiones mecánicas (Uvigo, 2022).
Glucocálix: Es mediador de los cambios de permeabilidad del agua ante las fuerzas de tensión, evitando el edema y regulando la filtración de proteínas (Scielo, s.f.).
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Leucocitos: Tipo de glóbulo sanguíneo (célula de la sangre) que se produce en la médula ósea y se encuentra en la sangre y el tejido linfático (Diccionario de cáncer NCI, s.f.).
Nucleolos: Área en el interior del núcleo de una célula que se compone de ARN y proteínas; es el lugar donde se elaboran los ribosomas, los cuales ayudan a unir los aminoácidos para formar proteínas (Diccionario de cáncer NCI, s.f.).
Ósmosis: Difusión pasiva, caracterizada por el paso del agua, disolvente, a través de la membrana semipermeable, desde la solución más diluida a la más concentrada (Um.es, s.f.).
Pinocitosis: Es una forma de endocitosis en la cual una célula absorbe pequeñas cantidades de líquido extracelular (Khan Academy. s.f.).
Quimiósmosis: Es la formación de ATP acoplada a una cadena de transporte de electrones. La energía liberada se utiliza para bombear protones y crear un gradiente electroquímico, a través de una membrana (Solomon et al., 2013).
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Introducción
El estudio de la biología se centra en la comprensión de la vida de los organismos vivos, para ello los científicos utilizan como objeto de estudio a la célula. En la presente síntesis se describe a la célula como unidad fundamental de la vida. Describiendo su estructura, comportamiento y funcionalidad. La célula es una unidad tan compleja que es necesario dedicar diversos espacios para cada una de sus funcionalidades. En el presente se detalla el material genético encontrado dentro de la célula y cómo éste identifica y aporta individualidad a cada organismo y a su vez como lo conecta con la demás vida dentro de la tierra.
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Objetivos
● Determinar las características físicas y químicas de las células eucariotas, por medio de un análisis investigativo centrado en elaborar una síntesis de información, con la finalidad de interpretar la relación que existe entre sus estructuras y las funciones químicas que influyen en procesos de creación de energía, ya sea en las células animales con las rutas de liberación de energía por medio de la respiración celular, o bien en las células vegetales, en la absorción de la energía lumínica para llevar a cabo el proceso de fotosíntesis.
● Complementar de forma más específica los temas vistos en clase, a través de la examinación crítica de la investigación para facilitar la conexión de datos.
● Identificar los mecanismos llevados a cabo en las células vegetales en el proceso de fotosíntesis, comparando los procesos en función de la acepción de luz.
● Mostrar la importancia de las membranas biológicas más allá de un componente estructural reconociendo el funcionamiento de transporte realizado.
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La célula: unidad básica de la vida
La célula es la unidad más pequeña que puede vivir por sí sola. Forma todos los organismos vivos y los tejidos del cuerpo (Solomon et al., 2013). La teoría celular es uno de los más importantes y centrales postulados del campo de la biología; La teoría celular expone que absolutamente todos los seres vivos están compuestos por células (Audesirk et al., 2013).
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La organización de las células y su diminuto tamaño les permite realizar la homeostasis. Para que puedan realizar la homeostasis su contenido debe de estar separado del entorno exterior esta función la realiza la membrana plasmática la cual rodea la superficie de todas las células, funciona también como barrera selectiva entre el contenido celular y el entorno exterior. Las células intercambian materiales con el entorno; la mayoría de las células poseen estructuras internas llamadas orgánulos o organelos, pese a tener mucha diversidad tienen en común muchos organelos (Solomon et al., 2013).
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Sus funciones las limita su tamaño, la mayoría de las células tienen un diámetro que va de 1 a 100 micras, son muy pequeñas porque necesitan intercambiar nutrientes y desechos por las membranas plasmáticas.
Se sabe que la forma y el tamaño de la célula se adapta según sea su función El tamaño y la forma de las células se adaptan a las funciones particulares que realizan. Algunas células, como las amebas y los leucocitos, cambian de forma cuando se mueven. Los espermatozoides son células con largas colas, semejantes a látigos, llamadas flagelos, para la locomoción. Las células nerviosas presentan largas y delgadas prolongaciones, que les permiten transmitir mensajes a grandes distancias, y así como estas células existen de muchos tipos y de diferentes formas (Solomon et al., 2013).
Haileyfournier (6 de diciembre de 2020). Diferentes tipos de células [Imagen]
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Células procariotas y eucariotas
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Eltérminoprocariontesignifica“antesdelnúcleo”esdecirquelascélulasprocariontes no poseen un núcleo como las eucariontes “Núcleo verdadero”.
Al igual que las células eucariotas, las procariotas tienen una membrana plasmática que rodea la célula (la membrana plasmática) la cual delimita el contenido de la célula a un compartimento interno (Solomon et al., 2013).
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Las células eucariotas se caracterizan por tener orgánulos muy organizados rodeados de membrana, tienen su propio centro de control para producir los materiales necesarios. Dentro del citoplasma se encuentra un fluido llamado citosol en el cual se encuentran todos los organelos de la célula.
Algunos orgánulos sólo están presentes en células especializadas. Como ejemplo tenemos a los cloroplastos los cuales atrapan luz del sol para convertirla en energía, los cloroplastos solo se encuentran en las células de los organismos que pueden realizar la fotosíntesis (Solomon et al., 2013).
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Núcleo celular
El núcleo celular es el que contiene a los cromosomas, el núcleo tiene una membrana que lo rodea y es en el núcleo celular en donde se elabora el ARN con el ADN de los cromosomas. Por lo general es esférico u ovalado
El núcleo es el organelo más destacado de la célula ya que es el organelo más grande que se encuentra en ella; está compuesto por tres partes principales: Envoltura nuclear, cromatina y nucléolo (Audesirk et al., 2013).
El ADN de una célula guarda toda la información necesaria para formar la célula y dirigir las innumerables reacciones químicas que se requieren para la vida y la reproducción. La célula usa selectivamente la información genética del ADN, dependiendo de su etapa de desarrollo, su entorno y la función de la célula en un cuerpo multicelular. En las células eucariontes, el ADN está alojado en el núcleo (Audesirk et al., 2013).
Un dato curioso sobre el núcleo celular, fue el primer orgánulo en ser descubierto por medio de la observación en un microscopio, fue descubierto en 1911 por Anton van Leeuwenhoek, por medio de la observación/ análisis del lumen de los eritrocitos del salmón (Audesirk et al., 2013).
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Verkolje Jan (1680). Retrato de Anthonie Van Leeuwenhoek, filosofo natural y zoólogo en Delft . Wikimedia Commons. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Jan_Verkolje_-_Antonie_van_Leeuwenhoek.jpg
Orgánulos del citoplasma
La célula realiza varias funciones complejas por consecuencia la célula está compuesta por muchos y diferentes orgánulos (también conocidos como organelos), los cuales son pequeñas estructuras o subunidades de la célula que tienen una función específica. Los organelos desempeñan diversas funciones tales como el mantenimiento de la célula, la reproducción, el movimiento, la síntesis de proteínas, producción de energía, entre muchas otras (Audesirk et al., 2013).
Los organelos se dividen en tres partes:
Núcleo de la célula
Núcleo: Es el centro de control celular y encierra la información genética la cual otorga a cada célula las características morfológicas, fisiológicas y bioquímicas. Es el organelo más grande de la célula, el cual está compuesto por tres partes principales: Envoltura nuclear, cromatina y nucléolo (Audesirk et al., 2013).
● Envoltura nuclear: Permite el intercambio selectivo de materiales.
● Cromatina: Contiene ADN, el cual codifica la síntesis de proteínas.
● Nucléolo: Es el centro de ensamblaje de los ribosomas
Orgánulos citoplásmicos
● Membrana plasmática: También llamada plasmalema, delimita el territorio de la célula y controla su contenido químico (Angulo et al., 2012).
● Ribosomas: Partículas que realizan la síntesis de proteínas (Angulo et al., 2012).
● Retículo endoplasmático
❖ Liso: Síntesis de lípidos; destoxificación de proteínas; almacenamiento de iones de calcio.
❖ Rugoso: Fabrican proteínas (Solomon et al., 2013).
● Complejo de Golgi: Es el encargado de sintetizar, empaqueta y secreta productos celulares (Angulo et al., 2012).
● Lisosomas: Vesículas que contienen enzimas para digerir macromoléculas y partes celulares (Angulo et al., 2012).
● Vacuolas: Almacenan materiales, residuos, agua; mantienen la presión hidrostática (Solomon et al., 2013).
● Peroxisomas: son vesículas que contienen enzimas para convertir el peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno (Angulo et al., 2012).
● Mitocondrias: Ocurre la mayoría de las reacciones de la respiración celular, se da también la transformación de la energía que procede de la glucosa o de los lípidos en energía de ATP (Solomon et al., 2013).
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Citoesqueleto
● Microtúbulos: Es el soporte estructural, participa en los movimientos de sustancias celulares (Solomon et al., 2013).
● Microfilamentos: Proporcionan soporte estructural, participan en el movimiento de la célula (Solomon et al., 2013).
● Filamentos intermedios: Ayudan a fortalecer el citoesqueleto y estabilizan la forma celular (Solomon et al., 2013).
● Centriolos: Son cilindros cortes de Microtúbulos (Angulo et al., 2012).
● Cilios: Permiten el movimiento de algunos organismos unicelulares (Solomon et al., 2013).
● Flagelos: Permiten la locomoción de células espermatozoides y de algunos organismos unicelulares (Solomon et al., 2013).
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Porto, A. (29 de noviembre de 2012). Esquema básico de una célula eucariota animal. Wikimedia Commons. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:CelulaEucariotaAnimal.jpg
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Citoesqueleto
También conocido como esqueleto del citoplasma o matrizintercelular, es un armazón formado por una densa red grande de fibras de proteínas que proporcionan a las células resistencia mecánica y soporte importante para mantener la forma, capacidad para moverse, transportar materiales dentro de la célula yel movimiento de organelos. El citoesqueleto es comparado con frecuencia con los huesos y los músculos de un animal (Solomon et al., 2013).
El citoesqueleto ayuda a organizar los organelos y otras sustancias dentro de la célula
Significados. (18 de marzo de 2023). Citoesqueleto. Wikimedia Commons.
Las proteínas que componen el citoesqueleto se interconectan y se extienden desde el núcleo hasta la membrana plasmática en células eucarióticas. En 1970, se creía que el citoplasma estaba organizado a partir de una mezcla de moléculas orgánicas. Con el microscopio electrónico se logró observar que el citoplasma está altamente organizado y con el microscopio de inmunofluorescencia se identifican los componentes proteínicos del citoesqueleto. El citoesqueleto es muy dinámico y está en continuo cambio porque las proteínas que lo constituyen se contraen y relajan. Su armazón contiene tres tipos de filamentos de proteínas: filamentos de actina, filamentos intermedios y microtúbulos (Angulo et al., 2012).
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Cubiertas celulares
La mayoría de las células está rodeada por un glucocálix o también llamada cubierta celular. Está cubierta se encuentra formada por cadenas laterales de polisacáridos de proteínas y lípidos que forman parte de la membrana plasmática. La cubierta celular protege, sostiene, une a las células y ayuda a separarla de otras células, la mayoría de las células tienen cubiertas adicionales que rodean a la membrana celular (Solomon et al., 2013).
● Pared celular: Se encuentran en la célula vegetal, es una zona límite en donde se contacta el mundo exterior. Su misión es: Proteger a la célula de daños mecánicos, dar una forma definida, mantener el balance osmótico, entre muchas otras más (Audesirk et al., 2013).
● Matriz extra celular: Por carecer de paredes rígidas, las células animales fabrican, en su lugar, matrices como las que se forman en los extremos de los huesos, fibras de colágeno y elastina. La matriz extracelular generalmente es una capa de glucoproteínas que ayuda a mantener juntas a las células, y su función es protección, comunicación y sostén (Audesirk et al., 2013).
● Cápsula celular: En algunas bacterias, como las que causan enfermedades, existe una cubierta externa llamada cápsula, que rodea a la célula y la protege aún más. Además, la cápsula participa en la adhesión de las bacterias a cualquier superficie, incluyendo la de su huésped. Se cree que la cápsula es como un disfraz que evita que el huésped la detecte (Audesirk et al., 2013).
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Membranas biológicas
Las membranas biológicas son estructuras de permeabilidad selectiva o semipermeables que ayudan a mantener la homeostasis en la célula: cada membrana de la célula se compone de una bicapa fluida como esta de fosfolípidos en las que están integradas diversas proteínas (Solomon et al., 2013).
Estructura de las membranas
Cada célula está rodeada por una membrana plasmática que físicamente la separa del mundo exterior y la define como una entidad distinta. Mediante la regulación del paso de materiales dentro y fuera de la célula, la membrana plasmática ayuda a mantener un entorno interno que sustenta la vida (Solomon et al., 2013)
La estructura de las membranas biológicas se compone de una bicapa lipídica, proteínas y carbohidratos. La bicapa lipídica está formada por fosfolípidos, colesterol y glucolípidos dispuestos en una configuración de "cabeza hidrofílica-cola hidrofóbica". Las proteínas de membrana, tanto integrales como periféricas, están incrustadas en la bicapa lipídica. (Solomon et al., 2013).
Los carbohidratos se encuentran principalmente en la superficie externa de la membrana, formando parte de los glucocáliz que rodean las células y les permiten reconocer y comunicarse con otras células.
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La membrana plasmática es la principal membrana que rodea las células y tiene una función de barrera que regula el flujo de sustancias hacia adentro y hacia afuera de la célula. También contiene proteínas receptoras que permiten a las células recibir señales del entorno y responder a ellas. Además, las membranas se encuentran en otras partes de las células, como en el retículo endoplásmico, el aparato de Golgi y las mitocondrias, y tienen funciones específicas en cada una de estas estructuras (Solomon et al., 2013).
Canalla J. (22 diciembre de 2008). Diagrama detallado de la estructura de la membrana citoplasmática y sus componentes. Wikimedia Commons. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Detalle_de_la_membrana_celular.svg
En resumen, la estructura de las membranas biológicas está compuesta principalmente de lípidos, proteínas y carbohidratos. La bicapa lipídica es la estructura principal de la membrana, y está formada por fosfolípidos, colesterol y glucolípidos. Las proteínas de membrana están incrustadas en la bicapa lipídica, y se clasifican en proteínas integrales y proteínas periféricas. Los carbohidratos se encuentran principalmente en la superficie externa de la membrana, donde forman parte de los glucocáliz. Estas estructuras son esenciales para la regulación del flujo de sustancias hacia adentro y hacia afuera de la célula, la comunicación celular y la protección celular.
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Funciones de las membranas
Barrera selectiva: una de las funciones principales de las membranas biológicas es actuar como una barrera selectiva que permite el paso de ciertas moléculas mientras excluye otras. Esto se debe a la estructura de bicapa lipídica de la membrana, que impide el paso de moléculas hidrofóbicas mientras que permite el paso de moléculas hidrofílicas (Lodish, et al., 2013)
Transporte de moléculas: las membranas biológicas son responsables del transporte de moléculas hacia y desde la célula. Existen varios mecanismos de transporte, incluyendo la difusión simple, la difusión facilitada, el transporte activo y el transporte pasivo (Lodish, et al., 2013)
Transducción de señales: las membranas biológicas son sitios clave para la transducción de señales, es decir, la conversión de una señal externa en una señal interna que la célula pueda procesar. Esto se debe a la presencia de receptores de membrana que pueden unirse a moléculas específicas en el ambiente extracelular (Lodish, et al., 2013)
Adhesión celular: las membranas biológicas son responsables de la adhesión entre células y entre células y la matriz extracelular. Esto se debe a la presencia de proteínas de adhesión en la superficie celular que pueden unirse a proteínas similares en otras células o en la matriz extracelular (Lodish, et al., 2013)
Reconocimiento celular: las membranas biológicas son importantes en el reconocimiento celular, es decir, la capacidad de una célula para distinguir entre células propias y extrañas. Esto se debe a la presencia de proteínas de reconocimiento en la superficie celular que pueden unirse a moléculas específicas en otras células (Lodish, et al., 2013)
Homeostasis: las membranas biológicas son responsables de mantener la homeostasis celular, es decir, el equilibrio interno de la célula. Esto se debe a la capacidad de la
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membrana para regular el flujo de moléculas hacia y desde la célula (Lodish, et al., 2013).
Además de las funciones mencionadas anteriormente, podemos concluir que las membranas biológicas son estructuras multifuncionales que participan en una variedad de procesos celulares esenciales para la vida. Estas funciones incluyen la protección de la célula contra el ambiente externo, la regulación del intercambio de nutrientes, la comunicación celular y la respuesta a estímulos externos (Lodish, et al., 2013).
Asimismo, las membranas biológicas son responsables de la formación de compartimentos celulares, permitiendo la organización espacial y la segregación de procesos celulares. También son cruciales en el proceso de endocitosis y exocitosis, por medio de las cuales las células pueden absorber y secretar moléculas, respectivamente (Lodish, et al., 2013).
Es importante destacar que las membranas biológicas son estructuras dinámicas y altamente reguladas, y que las funciones de las membranas pueden ser moduladas en respuesta a estímulos ambientales o señales internas. Por lo tanto, las membranas biológicas son clave en la adaptación y la supervivencia celular (Lodish, et al., 2013).
BQUB22-Kgoyal. (2022). Adhesión celular. Wikimedia Commons.
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cell_adhesion.jpg
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Estructura y permeabilidad de la membrana celular
La permeabilidad en las membranas celulares es la capacidad de la célula para controlar qué sustancias pueden pasar a través de la membrana y cuáles no. Esto se debe a que las membranas celulares están formadas por una bicapa lipídica, que es impermeable a la mayoría de las moléculas hidrofílicas y polares. Mader, S. (2020). Permeabilidad de la membrana en diferentes solutos Sin embargo, la célula necesita transportar nutrientes, iones y otros compuestos a través de la membrana celular para mantener su funcionamiento normal. Por lo tanto, las células utilizan diferentes mecanismos para regular la permeabilidad de la membrana celular (Mader, 2020).
Hay dos mecanismos involucrados en el movimiento del agua y de los solutos: el flujo global y la difusion. En los sistemas vivos, el flujo global mueve agua y solutos de una parte de un organismo multicelular a otra, mientras que la difusión mueve moléculas e iones hacia dentro, hacia fuera y a través de la célula. Un caso particular de difusión, el del agua a través de una membrana que separa soluciones de diferente concentración, se conoce como ósmosis (Mader, 2020).
Uno de los mecanismos de transporte que utiliza la célula para regular la permeabilidad es la difusión simple. Según Mader (2020), la difusión simple es "el movimiento neto de moléculas de una región de mayor concentración a una región de menor concentración debido a su movimiento aleatorio" (p. 94). Por ejemplo, el oxígeno y el dióxido de carbono pueden atravesar la membrana celular por difusión simple.
Otro mecanismo de transporte que utiliza la célula para regular la permeabilidad es la difusión facilitada. La difusión facilitada es un proceso que implica el uso de proteínas de canal y proteínas transportadoras para ayudar en el movimiento de sustancias a
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través de la membrana celular. Según Mader (2020), la difusión facilitada es "el movimiento de moléculas a través de una membrana debido a la presencia de proteínas de canal o proteínas transportadoras" (p. 98). Por ejemplo, la glucosa es transportada a través de la membrana celular por una proteína transportadora.
La célula también utiliza la endocitosis y la exocitosis para transportar sustancias a través de la membrana celular. La endocitosis es el proceso mediante el cual la célula toma sustancias del exterior y las lleva al interior de la célula. La exocitosis es el proceso mediante el cual la célula elimina sustancias al exterior de la célula. Según Mader (2020), la endocitosis y la exocitosis son "procesos celulares que implican la fusión de vesículas membranosas con la membrana celular" (p. 102).
En resumen, la permeabilidad en las membranas celulares es una característica esencial de la célula para mantener su funcionamiento normal. La célula utiliza diferentes mecanismos de transporte para controlar la permeabilidad de la membrana celular y permitir el paso de sustancias necesarias para su supervivencia.
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Transporte pasivo
Proceso donde muchas moléculas pequeñas traspasan la membrana por la difusión que ocurre a favor del gradiente de concentración. Partículas que realizan un movimiento aleatorio e impredecible dentro o fuera de la célula, éstas se mueven de un lugar de mayor concentración de partículas a una de menor concentración, se produce con rapidez en distancias cortas y aumenta al incrementar la temperatura, movimiento de solutos realizado para encontrar un estado de equilibrio donde se encuentran distribuidas uniformemente (Solomon et al., 2013)
Tipos de difusión
Difusión simple
Solutos no polares a través sin carga se mueven de forma directa a través de la membrana (Solomon et al., 2013).
Difusión facilitada
Permitido por una proteína de transporte específico para un soluto, transporte de una mayor concentración de soluto a una menor. Estas proteínas de transporte presentan un cambio de forma al pasar el soluto al otro lado de la membrana, un ejemplo de esto es el transporte de la glucosa la proteína conocida como GLUT1 transporta a la glucosa hasta 50,000 veces más rápido que la difusión simple (Solomon et al., 2013).
Ósmosis.
El transporte de agua en ambas direcciones, está separado por una membrana semipermeable donde no se difunden libremente las moléculas de soluto a través de las membranas.
Tipos de disoluciones
Isotónica: Fluido con la misma presión osmótica por lo que la célula permanece del mismo tamaño (Solomon et al., 2013).
Hipertónica: Mayor presión fuera de la célula por lo que la célula se contrae al contener menos cantidad de soluto dentro de ella (Solomon et al., 2013).
Hipotónica: El fluido contiene una menor concentración en la parte externa el agua pasa a dentro de la célula causando que se hinche (Solomon et al.,2013).
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Transporte activo
Las proteínas de la membrana transportan moléculas o iones en contra del gradiente de concentración, en donde poseen dos sitios activos, puede estar hacia dentro o hacia fuera de la membrana (Solomon et al.,2013).
La razón del transporte activo es que las células necesitan tener muchas sustancias en mayor concentración dentro de ella, por lo que bombea solutos de un área de menos concentración a una de alta concentración. La mayoría de veces se utiliza la energía de ATP directamente, pero puede ser utilizado de forma indirecta proporcionando energía para el cotransporte (Audesirk et al., 2013).
Las proteínas transmembrana de transporte encargadas del transporte activo se les conoce como bombas, un ejemplo de estas es la bomba de sodio-potasio esta proteína es específica de bombear tres iones de sodio fuera de la célula y dos iones de potasio dentro, los cuales se encuentran cargados positivamente y la bomba es la encargada de transportarlos dentro de la célula cargada negativamente o fuera de esta cargado positivamente (Solomon et al.,2013).
En la bomba de sodio y potasio se coloca una molécula transportadora de energía como lo es el ATP para mover el ión esta se vuelve ADP (Audesirk et al., 2013)
Adaptado de Scheme sodium-potassium pump, de Ruiz, M., 17 de mayo 2012, Wikimedia Commons (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Scheme_sodiumpotassium_pump-es.svg ). Public domain.
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Cuando se mueven dos solutos al mismo tiempo se genera un transporte activo indirecto por un cotransporte, el soluto movido a favor del gradiente genera energía para transportar más solutos (Solomon et al., 2013).
Las bombas de iones tienen otras funciones, en las células animales tienen la capacidad para igualar las presiones osmóticas de su citoplasma (Solomon et al., 2013)
Proteínas de transporte pueden ser divididas en: Uniportadores. Las transportadoras de un solo tipo de molécula en una sola dirección como ejemplo las bombas de protones. (Solomon et al., 2013)
Simportadora: Mueve dos tipos de sustancias en una misma dirección como la proteína transportadora del sodio y glucosa. (Solomon et al., 2013)
Antiportadoras. Mueven dos sustancias en direcciones opuestas, un ejemplo es la bomba de sodio-potasio. (Solomon et al., 2013)
Adaptado de Scheme secundary active transport, de Ruiz, M., 23 de febrero 2007, Wikimedia Commons
(https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Scheme_secundary_active_transporten.svg ). Public domain.
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Exocitosis y endocitosis
Tipo de transporte que permite el paso de moléculas grandes, o células pequeñas, el cual requiere de gasto de energía (Solomon et al., 2013).
Exocitosis
Cuando la célula expulsa desechos o secreta hormonas. Realizado mediante la fusión de una vesícula a la membrana plasmática (Solomon et al., 2013).
Endocitosis
Mecanismo para incorporar grandes moléculas el cual se divide en:
Fagocitosis
La célula ingiere partículas sólidas como alimentos o bacterias por medio de la fusión de la membrana formando una vacuola (Solomon et al., 2013)
Pinocitosis
Ingestión de materiales disueltos formando vesículas pequeñas (Solomon et al., 2013)
Endocitosis mediada por un receptor
Moléculas específicas se unen a proteínas receptoras, un ejemplo de esto es la endocitosis del colesterol. Cuando es necesario el colesterol la célula utiliza receptores de LDL, donde se une la molécula específica denominada ligando. Comienza con los receptores específicos en la parte externa de la membrana, esta se reviste y se une a un endosoma que se redirige a un lisosoma para ser digerido, mientras que los receptores vuelven a la membrana para ser reciclado (Solomon et al., 2013).
Adaptado de Endocytosis, de Ruiz, M., 27 de julio 2007, Wikimedia Commons (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Endocytosis_types.svg ). Public domain.
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Uniones celulares
Las uniones celulares son estructuras proteicas que mantienen unidas físicamente 2 superficies (célula a célula o célula a matriz). Las uniones celulares ayudan en la comunicación y el soporte estructural y actúan como una barrera. Se clasifican en oclusivas (uniones estrechas), de anclaje (adherentes, desmosomas y hemidesmosomas) y comunicantes (uniones gap).
Uniones Estrechas
Las uniones estrechas son complejos de adhesión intercelular compuestos por proteínas cuyo papel principal es regular el paso de agua y solutos entre las células epiteliales.
Compuestos por uniones celulares son redes ramificadas de filamentos de sellado, cada una formada por múltiples proteínas.
Se encuentran en los lados apicales y basolaterales de las células epiteliales. Están presentes principalmente en la mucosa gástrica, túbulos renales, capilares cerebrales.
Uniones de Anclaje
Adherentes. Son uniones entre células que están unidas al citoesqueleto de actina. Desmosoma. Son estructuras resistentes que ayudan en la adhesión celular, uniendo los filamentos intermedios a la membrana plasmática.
Hemidesmosoma. Son pequeñas estructuras especializadas cuya función es conectar una célula a la matriz extracelular. (Solomon et al., 2013).
Uniones Gap
Las uniones gap son canales de proteínas que conectan el citoplasma de 2 células para permitir el paso molecular. (Solomon et al., 2013).
Localizadas entre células epiteliales adyacentes. Se encuentran en cualquier célula inmóvil del cuerpo (no se encuentra en células móviles como los espermatozoides).
Se encuentran con mayor frecuencia en las células cardíacas y células de la retina.
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Reacciones Redox
Las células conservan energía en forma de ATP acoplando su síntesis a la liberación de energía a través de reacciones de oxidación-reducción (redox), donde los electrones pasan de un donante de electrones a un aceptor de electrones.
La oxidación de una molécula se refiere a la pérdida de sus electrones, mientras que la reducción de una molécula se refiere a su ganancia de electrones. Los químicos orgánicos suelen referirse al proceso por el mnemotécnico OIL RIG: La Oxidación Es Pérdida, La Reducción Es Ganancia. Una molécula que se oxida está actuando como donante de electrones, mientras que la molécula que se está reduciendo actúa como aceptor de electrones. Dado que los electrones representan energía, una sustancia con muchos electrones para donar puede pensarse como rica en energía.
Libretxts.org (Octubre, 2022) 12: Energética y Reacciones Redox https://espanol.libretexts.org/Biologia/Microbiolog%C3%ADa/Libro%3A_Microbiolog%C3%A Da_(Bruslind)/12%3A_Energ%C3%A9tica_y_Reacciones_Redox
Los electrones no existen libremente en solución, deben estar acoplados con átomos o moléculas. Cada reacción redox consiste en dos medias reacciones, donde una sustancia dona electrones y así se convierte en un producto oxidado mientras que otra sustancia acepta los electrones y así se convierte en un producto reducido. El par redoxconjugado se refiere al receptor ydonante de una media reacción. (Solomon et al., 2013).
Una sustancia puede ser un donador de electrones o un aceptor de electrones, dependiendo de las otras sustancias en la reacción. Un par redox representa ambas formas de una sustancia en media reacción, con la forma oxidada (el aceptor de electrones) siempre colocada a la izquierda y la forma reducida (el donador de electrones) a la derecha. Un ejemplo sería ½ O2/H2O, donde H2O podría servir como donador de electrones y O2 podría servir como aceptor de electrones. A cada media reacción se le da un potencial de reducción estándar (E'0) en voltios o milivoltios, que es una medida de la tendencia del donante en la reacción a renunciar a los electrones (Solomon et al., 2013).
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Etapas de la respiración aerobia
La respiración aeróbica es el tipo de respiración celular que ocurre en presencia de oxígeno. Todos los seres vivos obtienen energía de los nutrientes descomponiéndose a través de una serie de reacciones bioquímicas conocida como respiración celular Sin embargo, esta puede llevarse a cabo con o sin oxígeno.
La respiración aeróbica consta de cuatro etapas: glucólisis, formación de acetilcoenzima A, ciclo de Krebs y la fosforilación oxidativa. En las células eucariotas, la formación de acetil-coenzima A, el ciclo de Krebs y la fosforilación oxidativa se llevan a cabo en las mitocondrias. La etapa de la glucólisis, al igual que todo el proceso en las células procariotas, se lleva a cabo en el citoplasma.
Fuente, elaboración propia (2023)
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La quimiósmosis es la formación de ATP acoplada a una cadena de transporte de electrones. La energía liberada se utiliza para bombear protones y crear un gradiente electroquímico, a través de una membrana (Solomon et al., 2013).
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Producción de energía a partir de otros nutrientes
Muchos de los organismos, incluyendo a los seres humanos, dependen de otros nutrientes diferentes de la glucosa como fuente de energía. Por lo general, obtienen más energía mediante oxidación de ácidos grasos que por oxidación de la glucosa. Los aminoácidos derivados de la digestión de proteínas también se utilizan como moléculas de combustible. Estos nutrientes se transforman en uno de los intermediarios metabólicos que ingresan en la glucólisis o en el ciclo del ácido cítrico (Solomon et al., 2013).
Los aminoácidos se metabolizan por reacciones en las que se elimina primero al grupo amino (¬NH2), un proceso llamado desaminación. En los mamíferos y algunos otros animales, el grupo amino se convierte en urea y se excreta, pero la cadena de carbono se metaboliza y a la larga se utiliza como reactivo en uno de los pasos de la respiración aeróbica. El aminoácido alanina, por ejemplo, se somete a la desaminación para convertirse en piruvato, el aminoácido glutamato se convierte en αcetoglutarato, y el aminoácido aspartato produce oxaloacetato. El piruvato entra a la respiración aeróbica como el producto final de la glucólisis, y la αcetoglutarato y el oxaloacetato entran en la respiración aeróbica como intermediarios en el ciclo del ácido cítrico. En última instancia, las cadenas de carbono de todos los aminoácidos se metabolizan de esta manera (Solomon et al., 2013).
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Respiración anaerobia y fermentación
La respiración anaeróbica es la que no utiliza oxígeno como el aceptor final de electrones, es realizada por algunas procariotas que viven en ambientes anaeróbicos, como el suelo saturado de agua, aguas estancadas, y en los intestinos de los animales. Como en la respiración aeróbica, los electrones son transferidos en la respiración anaeróbica, de la glucosa al NADH; mediante una cadena de transporte de electrones que se acopla a la síntesis de ATP, por quimiosmosis. El producto final de la respiración anaerobia son el dióxido de carbono, una o más sustancias inorgánicas reducidas, y ATP (Solomon et al., 2013).
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Algunas bacterias como los hongos, regularmente utilizan la fermentación, la cual es una ruta anaeróbica que no implica una cadena de transporte de electrones. Durante la fermentación se forman sólo dos moléculas de ATP por glucosa (mediante fosforilación a nivel de sustrato durante la glucólisis). En la fermentación, las moléculas de NADH transfieren sus átomos de hidrógeno a las moléculas orgánicas, la regeneración del NAD+ es necesaria para mantener la glucólisis en marcha. Las moléculas orgánicas que resultan relativamente reducidas (por lo común, el alcohol o
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lactato) tienden a ser tóxicas para las células y son esencialmente los productos de desecho (Solomon et al., 2013).
La fermentación alcohólica y la fermentación del lactato son ineficientes: Las levaduras son microorganismos anaerobios facultativos que realizan la respiración aeróbica cuando el oxígeno está disponible, pero cambian a la fermentación de alcohol cuando se les priva de oxígeno. La fermentación del alcohol es la base para la producción de cerveza, vino y otras bebidas alcohólicas. Las células de levadura se utilizan también en la cocción para producir dióxido de carbono, que provoca que la masa se infle; el alcohol se evapora durante la cocción. Algunos hongos y bacterias realizan la fermentación láctica (ácido láctico). En esta ruta alternativa, el NADH producido durante la glucólisis transfiere átomos de hidrógeno al piruvato, reduciéndolo a lactato. La capacidad de algunas bacterias para producir el lactato es aprovechada por los seres humanos, que utilizan estas bacterias para hacer yogur y para fermentar la col a col agria (Solomon et al., 2013).
Porto, A. (25 de febrero de 2013). Fermentación del piruvato a lactato https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fermentacionlactica.svg
Porto, A. (25 de febrero de 2013). Fermentación del piruvato a etanol y CO2. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fermentacion-alcoholica.png
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Fotosíntesis
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Ronan, P. (15 de febrero de 2008). Espectro de las ondas electromagnéticas.
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:EM_spectrum_es.svg
En el espectro toda la radiación viaja como ondas; La longitud de onda es la distancia entre el pico de una onda y de la próxima. En un extremo del espectro se encuentran los rayos gamma; los cuales tienen longitudes de onda muy cortas, se miden en fracciones de nanómetros (nm). En el otro extremo del espectro se encuentran las ondas de radio, cuyas longitudes de onda son tan largas que pueden medirse en kilómetros. La franja del espectro electromagnético con longitud de onda entre 380 y 760 nm se llama espectro visible (el violeta tiene la longitud de onda más corta y el rojo la más larga), ya que los humanos pueden verlo. El espectro visible incluye todos los colores del arco iris (Solomon et al., 2013).
La luz se encuentra compuesta por pequeñas partículas llamadas fotones, la luz con menor longitud de onda tiene más energía por fotón que la luz con mayor longitud de onda. Cuando una molécula absorbe un fotón de energía luminosa, uno de sus electrones queda energizado, lo que significa que el electrón se transfiere de un orbital atómico de baja energía a otro orbital de alta energía más alejado del núcleo atómico. Entonces pueden presentarse dos situaciones para este electrón, dependiendo del átomo y sus alrededores. El átomo puede retornar a su estado fundamental (niveles normales); Cuando un electrón regresa a su estado fundamental, su energía se disipa como calor o como emisión de luz con longitud de onda más grande que en la luz absorbida; esta emisión de luz se llama fluorescencia. Alternativamente, el electrón energizado puede abandonar el núcleo y ser capturado por una molécula aceptora de electrones, la cual queda reducida en el proceso; esto es lo que sucede en la fotosíntesis
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Cloroplastos
Fuente, elaboración propia (2023).
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Los cloroplastos son orgánulos celulares que se encuentran en las células de las plantas y otros organismos fotosintéticos como las algas. Son los responsables de la fotosíntesis, un proceso en el cual la energía de la luz se convierte en energía química que se almacena en forma de carbohidratos.
Los cloroplastos tienen forma de disco y están rodeados por una membrana externa e interna. Contienen clorofila, un pigmento verde que absorbe la energía de la luz y la utiliza para generar energía química. Además de la clorofila, los cloroplastos también contienen otros pigmentos como carotenoides y ficobilinas (Solomon et al. 2013).
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Reacciones dependientes de la luz
Fuente, elaboración propia (2023)
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Las reacciones dependientes de la luz son la primera etapa de la fotosíntesis, un proceso mediante el cual las plantas, algas y algunas bacterias convierten la energía solar en energía química que pueden utilizar para llevar a cabo sus funciones metabólicas
Estas reacciones tienen lugar en los tilacoides de los cloroplastos y consisten en una serie de procesos bioquímicos que culminan en la producción de ATP (adenosín trifosfato) y NADPH (nicotinamida adenina dinucleótido fosfato reducido), dos moléculas que son fundamentales para la segunda etapa de la fotosíntesis, las reacciones independientes de la luz.
Licencia de Creative Commons
Imagen basada en, y trazada parcialmente a partir de, imagen similar de R. Gutierrez
Las reacciones dependientes de la luz (artículo). Khan Academy. https://es.khanacademy.org/science/apbiology/cellular-energetics/photosynthesis/a/light-dependent-reactions
Las reacciones dependientes de la luz son esenciales para la fotosíntesis ya que generan la energía química que será utilizada en la segunda etapa del proceso para sintetizar carbohidratos a partir del dióxido de carbono y el agua (Solomon et al. 2013).
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Reacciones de fijación de carbono
Las reacciones de fijación de carbono son esenciales para la fotosíntesis ya que permiten a las plantasyotros organismosfotosintéticos sintetizar moléculas orgánicas a partir del dióxido de carbono y la energía química generada en las reacciones dependientes de la luz. Estas moléculas orgánicas son la base de la cadena alimentaria y son utilizadas por los seres vivos como fuente de energía y materiales estructurales (Solomon et al. 2013).
El ciclo de Calvin-Benson se lleva a cabo en el estroma de los cloroplastos y puede resumirse en los siguientes pasos:
1. Fijación del carbono: El CO2 atmosférico se une a una molécula de cinco carbonos llamada ribulosa-1,5-bisfosfato (RuBP) para formar una molécula de seis carbonos que es altamente inestable. Esta molécula se divide inmediatamente en dos moléculas de tres carbonos llamadas 3-fosfoglicerato (3PG).
2. Reducción del 3PG: El ATP y el NADPH producidos en las reacciones dependientes de la luz se utilizan para reducir el 3PG a una molécula de tres carbonos llamada gliceraldehído-3-fosfato (G3P). De las seis moléculas de G3P producidas, cinco se regeneran en el ciclo y una se utiliza para sintetizar carbohidratos y otros compuestos orgánicos.
3. Regeneración de RuBP: Las moléculas de cinco carbonos necesarias para la fijación del CO2 se regeneran a partir de las moléculas de G3P restantes mediante una serie de reacciones que requieren ATP
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Licencia
de Creative Commons. El ciclo de Calvin (artículo) | Fotosíntesis. Khan Academy. https://es.khanacademy.org/science/ap-biology/cellular-energetics/photosynthesis/a/calvin-cycle
Noticias importantes
Células
¿Cómo eligen las células su destino en nuestro cuerpo?
Un grupo de investigadores españoles ofrecen nuevos descubrimientos sobre el proceso de división de nuestras células y como eligen su función vital en nuestro cuerpo.
National Geographic, 26 de enero, 2022
https://www.nationalgeographic.es/ciencia/2022/01/como-eligen-las-celulas-sudestino-en-nuestro-cuerpo
El nuevo descubrimiento que nos acerca a la creación de vida artificial compleja Los investigadores han encontrado un método que usa el potencial de las bacterias para construir células sintéticas complejas que imitan las funcionalidades de las células vivas.
El Confidencial, 18 de septiembre, 2022
https://www.elconfidencial.com/tecnologia/novaceno/2022-09-18/nuevodescubrimiento-creacion-vida-artificial-compleja_3491722/
Científicos descubren un nuevo tipo de célula oculta en el cuerpo humano con propiedades regenerativas.
El nuevo tipo de célula, similares a las células madre, reside en las profundidades de los pulmones humanos y podría desempeñar un papel clave en el buen funcionamiento del sistema respiratorio.
DW. 06 de abril, 2022.
https://www.dw.com/es/cient%C3%ADficos-descubren-un-nuevo-tipo-dec%C3%A9lula-oculta-en-el-cuerpo-humano-con-propiedades-regenerativas/a61383844
¿Cómo “se suicidan” las células cancerosas? Nuevos hallazgos podrían mejorar los tratamientos.
Que las células mueren es algo que tenemos claro; forma parte del ciclo de la vida. Y tampoco hay duda de que existen dos tipos de muerte celular: la “accidental” y la “programada”, que podría considerarse como una especie de suicidiocelular.
The conversation. 22 de febrero, 2023.
https://theconversation.com/como-se-suicidan-las-celulas-cancerosas-nuevoshallazgos-podrian-mejorar-los-tratamientos-199206
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Membranas biológicas
Patrón celular por flujos de membrana plasmática inducidos por secreción
Las células se autoorganizan utilizando principios de reacción-difusión y flujo de fluidos. No se ha establecido si los flujos de membrana a granel contribuyen al patrón celular. Aquí, utilizando modelos matemáticos, optogenética y sondas sintéticas, mostramos que la exocitosis polarizada hace que la membrana lateral fluya lejos de las regiones de inserción de la membrana. Las proteínas asociadas a la membrana plasmática con tasas de difusión y/o desprendimiento suficientemente bajas se acoplan a los flujos y se agotan de las áreas de exocitosis.
Science, 17 de septiembre 2021
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abg6718
Rutas de liberación de energía, el ATP
Metabolismo: tu cuerpo visto como una central de energía
Un examen del genoma humano revela el desempeño de distintos genes en la producción yconsumo de energía. El estudio ofrece una nueva visión del metabolismo celular con grandes implicaciones en el tratamiento de diversas enfermedades.
National Geographic, 18 de noviembre, 2020
https://www.nationalgeographic.com.es/ciencia/metabolismo-tu-cuerpo-visto-comocentral-energia_15856
Fotosíntesis
Fotosíntesis, el gran invento de la evolución
La vida en la Tierra, y en definitiva, el mundo que conoces, es posible gracias a una simple reacción química mediada por plantas, algas y algunas bacterias: la fotosíntesis.
National Geographic, 05 de diciembre, 2022
https://www.nationalgeographic.com.es/medio-ambiente/fotosintesis-el-gran-inventode-la-evolucion-plantas_18885
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Angulo,A.,Avendaño,R.,Galindo,A.yPérez,C.(2012).Biologíacelular.(1aed).
https://dgep.uas.edu.mx/librosdigitales/6to_SEMESTRE/59_Biologia_Celular.pdf
Audesirk, T., Audesirk, G. y Bruce E. (2013). Biología. La vida en la tierra con fisiología.(9ªed).Person.
Crespo, C. (2022, 26 de enero). ¿Cómo eligen las células su destino en nuestro cuerpo?. National Geographic.
https://www.nationalgeographic.es/ciencia/2022/01/como-eligen-las-celulas-sudestino-en-nuestro-cuerpo
Espinosa,F.(2022,06deabril).Científicosdescubrenunnuevotipodecélulaoculta en el cuerpo humano con propiedades regenerativas. DW.
https://www.dw.com/es/cient%C3%ADficos-descubren-un-nuevo-tipo-dec%C3%A9lula-oculta-en-el-cuerpo-humano-con-propiedades-regenerativas/a61383844
Fox, C. (2023, 22 de febrero). ¿Cómo “ se suicidan” las células cancerosas? Nuevos hallazgos podrían mejorar los tratamientos. The Conversation.
https://theconversation.com/como-se-suicidan-las-celulas-cancerosas-nuevoshallazgos-podrian-mejorar-los-tratamientos-199206
Kardoudi,O.(2022,18deseptiembre).Elnuevodescubrimientoquenosacercaala creación de vida artificial compleja. El Confidencial.
https://www.elconfidencial.com/tecnologia/novaceno/2022-09-18/nuevodescubrimiento-creacion-vida-artificial-compleja_3491722/
Lodish,H.,Berk,A.,Kaiser,C.A.,Krieger,M.,Scott,M.,Bretscher,A.,&Matsudaira, P.(2013).Biologíacelularymolecular(7maed.).MédicaPanamericana.
Mader,S.S.(2020).Biologíacelularymolecular.McGraw-Hill.
Solomon, E.P., Berg, L.R. y Martin, D.W. (2013). Biología. (9 a ed.). Cengage Learning.
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Bibliografía
Gerganova, V., Lamas, I., Rutkowski, D., Vještica, A., Castro, D. Vincenzetti, V., Vavylonis, D., Martin, S. (17 de septiembre 2021). Science. https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abg6718
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