1. INTRODUCCION

La presente investigación presenta temas con respecto a biología celular, abordamos desde el principio de la célula como la unidad básica de la vida, así mismo la organización celular, membranas biológicas, rutas de liberación de energía, elATP y la fotosíntesis. Para analizar estos temas fue necesario mencionar las principales características como lo son la estructura celular, los tipos de transportes, endocitosis y exocitosis, así mismo reacciones de luz y carbono de la fotosíntesis, se realizó una búsqueda exhaustiva desde artículos científicos, libros de texto páginas web.

La investigación se realizó por el interés de conocer al componente básico de todos los seres vivos, ya que este está compuesto por billones de células las cuales brindan estructura al cuerpo, absorben nutrientes de los alimentos y los convierten en energía para realizar funciones especiales, de igual forma el análisis de los procesos fotosintéticos los cuales son vitales para los seres vivos puesto que sin ello no podríamos vivir, y adentrarnos en las etapas, funciones y reacciones que esta conlleva.

En el desarrollo del trabajo cada integrante aporto ideas, las cuales fueron esenciales para desarrollar mejor aún cada tema y poder ejemplificarlos de la mejor manera, se compararon distintas paginas para indagar sobre la mejor información, así que podemos decir que la célula es la unidad anatómica y funcional de todo ser vivo y tiene la función de auto-conservación y auto reproducción, por lo que se le considera la mínima expresión de vida de todo ser vivo, se compone de tres principales partes las cuales son la membrana celular, el núcleo y el citoplasma;

Existe dos tipos de transporte celular, el pasivo que usa la energía cinética y la entropía natural de las moléculas que se mueven y el transporte activo el cual usa la energía celular para moverlas contra una gradiente, repulsión polar y otra resistencia. Las células deben unirse para formar estructuras proteicas, estas mantienen unidas físicamente dos superficies, las uniones celulares ayudan en la comunicación y el soporte estructural y actúan como una barrera.

Así mismo llegaremos al tema de la respiración aerobia, este es un proceso químico en que el oxígeno se usa para producir energía a partir de los carbohidratos y consta de tres etapas las cuales son glucolisis, ciclo de Krebs y Fosforilación oxidativa. También existe la respiración anaerobia la cual es un proceso biológico de óxidoreducción de azucares y otros compuestos en el que el aceptor terminal de electrones es una molécula, en general inorgánica, distinta del oxígeno, La fotosíntesis y la respiración demuestra una forma en que la materia circula a través del ecosistema, podemos decir que no se puede crear ni destruir la materia o la energía, ambos se mueven a través de sistemas. Así es como llegamos a las reacciones de la fotosíntesis, existen las dependientes a la luz las cuales usan la energía lumínica para formar dos moléculas necesarias la del ATP y NADPH y las reacciones de fijación de carbono las cuales son fundamentales, utilizan la luz para convertir el carbono inorgánico en los compuestos orgánicos necesarios para mantener la gran mayoría de la vida en la tierra.

Así fue como tratamos cada tema, en un orden cronológico desde la unidad más básica de la vida hasta los grandes procesos de formación de moléculas en los seres vivos.

2. OBJETIVOS

 Desarrollar los conceptos básicos de biología profundizando cada tema de manera concreta y específica, permitiendo una correcta comprensión de los diferentes temas expuestos en la presente monografía.

 Conocer y analizar sobre la organización estructural y funcional de la célula como unidad constituyente de los seres vivos.

 Comprender la importancia de las funciones en la célula y sus estructuras internas en la realización de diferentes procesos biológicos que se llevan a cabo en el cuerpo de los seres vivos.

3. ORGANIZACIÓN CELULAR

3.1. La célula: unidad básica de la vida Todos los organismos están constituidos por células. La célula es el conjunto de materia más simple que puede vivir, los organismos como las plantas y los animales son multicelulares, las células pueden definirse como la unidad básica de la estructura y función del organismo. ( (Campbell, 2007)

Todas las células están relacionadas entre sí porque descienden de células más primitivas, aunque pueden ser muy diferentes unas de otras, comparten ciertas características comunes. (Campbell, 2007)

Nota: La célula animal principalmente se compone de un núcleo, mitocondrias, vacuolas, retículo endoplasmático, lisosomas, aparato de Golgi, entre otras que la caracterizan de las células vegetales. (Poloskun, 2022)

El concepto de célula como unidad anatómica y funcional de los organismos surgió entre los años 1830 y 1880, aunque fue en el siglo XVII cuando Robert Hooke describió por vez primera la existencia de las mismas, al observar en una preparación vegetal la presencia de una estructura organizada que derivaba de la arquitectura de las paredes celulares vegetales. En 1830 se disponía ya de microscopios con una óptica más avanzada, lo que permitió a investigadores como Theodor Schwann y Matthias Schleiden definir los postulados de la teoría celular, la cual afirma, entre otras cosas: Que la célula es una unidad morfológica de todo ser vivo: es decir, que en los seres vivos todo está formado por células o por sus productos de secreción. (Herrero, 2005)

(Schwann, 1847) expuso que hay células que no forman parte de un tejido y que se encuentran aisladas, “flotando en fluidos”, como las células de la sangre y de la linfa. Argumentó que, si bien las células tienen características en común, poseen un carácter diverso, y que esa variabilidad es lo que determina las funciones fisiológicas. Sobre la base de esa diversidad, morfológica y fisiológica, Schwann planteó su presupuesto teórico más representativo: sostener que la generación de las células se da por un único proceso, sin importar el tipo de tejido.

Nota: Los glóbulos rojos son las células más numerosas de la sangre, su función es transportar el oxígeno. (Estudio Thinkhub, 2018) (Virchow, 1860) postulo que el origen de una célula es otra célula: que una nueva célula puede construirse así misma fuera de cualquier sustancia no celular. Cuando surge una célula, allí debe haber existido previamente una célula (omnis cellula e cellula), del mismo modo que un animal sólo puede brotar de un animal, una planta sólo de una planta”.

Los organismos más grandes no tienen habitualmente células más grandes que los organismos pequeños: simplemente tienen más células. (Campbell, 2007)

Las células vivas son un sistema bioquímico complejo. Las características que permiten diferenciar las células de los sistemas químicos no vivos son:

Nutrición. Las células toman sustancias del medio, las transforman de una forma a otra, liberan energía y eliminan productos de desecho, mediante el metabolismo. Crecimiento ymultiplicación. Las células son capaces de dirigir su propia síntesis. A consecuencia de los procesos nutricionales, una célula crece y se divide, formando dos células, en una célula idéntica a la célula original, mediante la división celular. Evolución.

A diferencia de las estructuras inanimadas, los organismos unicelulares y pluricelulares evolucionan. Esto significa que hay cambios hereditarios. Señalización. Las células responden a estímulos químicos y físicos tanto del medio externo como de su interior y, en el caso de células móviles, hacia determinados estímulos ambientales o en dirección opuesta mediante un proceso que se denomina quimiotaxis. Diferenciación. Muchas células pueden sufrir cambios de forma o función en un proceso llamado diferenciación celular. Cuando una célula se diferencia, se forman algunas sustancias o estructuras que no estaban previamente formadas y otras que lo estaban dejan de formarse. La diferenciación es a menudo parte del ciclo celular en que las células forman estructuras especializadas relacionadas con la reproducción, la dispersión o la supervivencia. (Herrero, 2005)

3.2. Células procariotas y eucariotas

La unidad básica estructural y funcional de todo organismo es uno de los dos tipos de célula: procariontes o eucariontes. Los organismos de los dominios Bacteria y Archea están constituidos por células procariontes. Los protistas, los hongos, los animales y las plantas están constituidos por células eucariontes. (Campbell, 2007)

Características básicas en común.

Todas están rodeadas por una membrana plasmática, dentro de ella encontramos el citosol, en el cual se encuentran orgánulos, todas las células tienen cromosomas en donde se encuentran los genes y todas tienen ribosomas. (Campbell, 2007)

Diferencias La principal diferencia entre las células procariontes y eucariontes es que los cromosomas de una célula eucarionte se localizan en el núcleo. En una célula procarionte el ADN está concentrado en el nucleoide.

La célula eucarionte tiene un núcleo verdadero, limitado por una envoltura nuclear membranosa, mientras que la célula procarionte tiene un nucleoide pero ninguna membrana separa esta región del resto de la célula.

Dentro del citoplasma de una célula eucarionte, suspendidos en el citosol, hay una variedad de orgánulos delimitados por membranas, de forma y función especializada, estos están ausentes en las células procariontes.

Las células eucariontes son generalmente más grandes que las células procariontes. (Campbell, 2007)

Nota: La célula eucariota animal se diferencia de la vegetal por la ausencia de pared celular y cloroplastos. (Fan, 2021)

Célula Eucariota Las células eucariotas son el exponente de la complejidad celular actual. Presentan una estructura básica relativamente estable caracterizada por la presencia de distintos tipos de orgánulos intracitoplasmáticos especializados, entre los cuales destaca el núcleo, que alberga el material genético. Especialmente en los organismos pluricelulares, las células pueden alcanzar un alto grado de especialización. Dicha especialización o diferenciación es tal que, en algunos casos, compromete la propia viabilidad del tipo celular en aislamiento. Así, por ejemplo, las neuronas dependen para su supervivencia de las células gliales. (Herrero, 2005)

La estructura de la célula varía dependiendo de la situación taxonómica el ser vivo: Las células animales carecen de pared celular, son muy variables, no tienen plastos, puede tener vacuolas pero no son muy grandes y presentan centriolos, que son agregados de microtúbulos cilíndricos que contribuyen a la formación de cilios y los flagelos y facilitan la división celular. (Herrero, 2005) las célula vegetales presentan una pared celular compuesta principalmente de celulosa, disponen de plastos como cloroplastos, los cuales realizan la fotosíntesis, cromoplastos que acumulan pigmentos, poseen vacuolas de gran tamaño que acumulan sustancias de reserva o de desecho producidas por la célula y finalmente cuentan también con plasmodesmos, que son conexiones citoplasmáticas que permiten la circulación directa de las sustancias del citoplasma de una célula a otra. (Herrero, 2005)

Nota: Las células animales y Vegetales poseen los mismos orgánulos, sin embargo son pocos los que cambian en cada una de ellas, algunos que podemos mencionar son los cloroplastos en la célula vegetal. (emtic. Educacion y Tecnologia , 2017)

Célula Procariota Se llama procariota a un tipo de células que no poseen núcleo celular definido, por lo que su material genético se encuentra libre en el citoplasma celular. Los organismos cuyas células son procariotas se conocen como procariontes y suelen ser organismos primitivos, unicelulares y de menor tamaño, fueron las primeras formas de vida sobre la tierra, por lo que es lógico asumir que la célula procariota fue el primer tipo de célula organizada que existió, estas presentan una enorme diversidad de métodos de nutrición, dependiendo del tipo de organismo y del hábitat en que evoluciona. (Equipo Editorial Etecè., 2019)

Así, es posible hablar de: Procariontes autótrofos. Aquellos que generan su propio alimento a partir de elementos y energías inorgánicos, empleando métodos como: Fotosíntesis y Quimiosíntesis. Procariontes heterótrofos. Aquellos que requieren del aprovechamiento de la materia orgánica de otros seres vivos (o muertos) para sobrevivir. Pueden ser de tipo: Parásito, cuando se introducen en el organismo de un ser vivo mayor, Saprófito, cuando aprovechan los desechos orgánicos de otros seres vivientes o Simbiótico, cuando se benefician de la materia orgánica de otro ser vivo, sin causarle daños sino beneficiándolo y logrando la ganancia mutua. (Equipo Editorial Etecè., 2019)

Al no tener núcleo celular, las células procariotas se dividen de dos maneras únicamente: Asexual. Por fisión binaria o bipartición, una forma rápida y sencilla en que la célula crece hasta dividirse en dos nuevas de idéntico material genético. Parasexual. Un método de intercambio de ADN que permite obtener variabilidad genética entre células procariotas. (Equipo Editorial Etecè., 2019)

Nota: Las bacterias son muy pequeñas, pueden medir 2 pico metros de longitud. (LISS98G, 2012)

3.3. El núcleo

El núcleo es una de las estructuras que caracteriza a las células eucariotas, aquí se encuentra el ADN ytodo lo necesario para transcribir su información a ARN. (Megías M, 2019).

La forma nuclear suele ser redondeada y adaptada a la forma celular, aunque no siempre es así y puede ser muy variable, la localización habitual del núcleo es en el centro de la célula, pero también puede situarse en otras posiciones más periféricas, como las células secretoras se puede localizar en la parte basal de la célula. (Megías M, 2019).

El núcleo consta de dos componentes que se pueden distinguir morfológicamente, la envoltura nuclear y nucleoplasma. La envoltura nuclear: separa el interior del núcleo del citoplasma, en esta se encuentran los poros nucleares. En el nucleoplasma se encuentran el ADN y sus proteínas asociadas, en él se encuentra su compartimento más conspicuo, el nucleolo, también se pueden observar otras estructuras densas denominadas cuerpos nucleares, que son agrupaciones de moléculas, cromatina y proteínas, que realizan una función común. (Megías M, 2019)

Nota: El tamaño del núcleo se adapta al tamaño o la fisiología celular, pero no depende estrictamente de la cantidad de ADN. (Burgstedt, Componentes de celulas eucariotas, nucleos y organulos y membrana plasmatica. , 2021)

3.4. Orgánulos del citoplasma

Los orgánulos citoplasmáticos son estructuras de la célula que se encuentran en el citoplasma de las mismas, de manera más habitual en las células eucariotas, algunos están delimitados por membranas y otros no tienen membrana en su estructura. Todas las células no contienen los mismos orgánulos, sino que la presencia y abundancia de estos en la célula depende de la función en la que esté especializada la célula. (Miguel, 2023)

Org Nulos Sin Membrana

Ribosomas: Son partículas de pequeño tamaño formadas por ARN y proteínas, se componen de dos subunidades. Los ribosomas permanecen pegados a la membrana del retículo endoplasmático rugoso o bien en el citoplasma. Estos orgánulos se encuentran tanto en células procariotas como eucariotas. (Miguel, 2023) Centriolos: estos orgánulos se encuentran exclusivamente en las células animales. Por cada célula hay dos centriolos, de pequeño tamaño y forma cilíndrica, aparecen y desaparecen durante la división del núcleo de la célula. (Miguel, 2023) En el centrosoma de una célula animal hay un par de centriolos, cada uno compuesto por nueve juegos de tripletes de microtúbulos distribuidos en un anillo, antes que una célula se divida el centriolo se replica, aunque los centriolos pueden colaborar en la organización del ensamblaje de microtúbulos, no son esenciales para esta función en todos los eucariontes. (Campbell, 2007) Microtúbulos y filamentos: los microtúbulos están constituidos por proteínas filamentosas y tienen un tamaño diminuto (diámetro de unos 25 nanómetros); mientras que los filamentos están constituidos por ciertas proteínas (como por ejemplo queratina), y tienen un tamaño más pequeño aún que el de los microtúbulos. (Miguel, 2023)

Org Nulos Con Una Sola Membrana

Lisosomas: son vesículas de pequeño tamaño formadas por una membrana que incluyen enzimas hidrolíticas, necesarias para la función que los lisosomas tienen en la célula, Se forman en el aparato de Golgi, y algunas de las enzimas que contienen se forman en los ribosomas. (Miguel, 2023)

Vacuolas y vesículas: estos orgánulos tienen forma de saco o bolsa. Están formados por una membrana y se producen o bien en el retículo endoplasmático o bien con membrana de la membrana plasmática de la célula. La diferencia entre vacuolas y vesículas es principalmente su tamaño, ya que las vacuolas son más grandes que las vesículas. (Miguel, 2023) Una célula de una planta o de un hongo puede tener una o varias vacuolas, mientras que las vacuolas realizan la hidrolisis y, por ello, son similares a los lisosomas. Vacuolas alimentarias y vacuolas contráctiles, estas bombean el exceso de agua fuera de la célula y mantienen, de esa manera, la concentración adecuada de sales y otras moléculas, las células vegetales maduras tienen una gran vacuola central delimitada por una membrana que se denomina tonoplasto, se desarrolla por la coalescencia de vacuolas mas pequeñas derivadas del retículo endoplasmático y del aparato de Golgi. (Campbell, 2007)

Nota: El aparato de Golgi es una parte de la célula formada por túbulos y vesículas. (Arslan, 2022)

Aparato de Golgi: es un conjunto de vesículas que componen un sistema membranoso formado por sacos aplanados, a los que se les llaman cisternas. Estas cisternas se encuentran en contacto con el retículo endoplasmático y a su vez están intercomunicadas entre sí. (Miguel, 2023) Podemos pensar en el aparato de Golgi como en un centro de manufactura, almacenamiento y secreción de productos. Dentro del aparato de Golgi, los productos del retículo endoplasmático se modifican y almacenan, y posteriormente se envían a otros destinos. Se compone de sacos membranosos aplanados, este fabrica y modifica sus productos en etapas, y diferentes cisternas entre las regiones cis y trans contienen conjuntos específicos de enzimas. (Campbell, 2007)

Retículo endoplasmático: es una red de membranas que está formada por un conjunto de sacos aplanados y de conductos tubulares interconectados. Se divide en dos tipos: si lleva adosados ribosomas recibe el nombre de rugoso, y si carece de ellos se llama liso. Las membranas que forman el retículo endoplasmático rugoso se conectan con la membrana del núcleo de la célula. (Miguel, 2023)

Org Nulos Con Doble Membrana

Núcleo: es una parte esencial de las células procariotas, tiene forma esférica y está delimitado por una membrana. En el interior del núcleo se encierran los ácidos nucleicos (el ADN y el ARN). Generalmente el ADN se encuentra descompensado, formando la cromatina, y cuando se condensa forma los cromosomas. La membrana que delimita al núcleo está formada por una doble membrana, que conecta con el retículo endoplasmático. Esta membrana está repleta de poros, por los cuales entra el ARN mensajero transportando información para ser descodificada. El núcleo estaría compuesto por la membrana nuclear, el nucleoplasma y el nucléolo. (Miguel, 2023)

Nota: El núcleo tiene una membrana que lo rodea y que mantiene todos los cromosomas en el interior. (Burgstedt, Componentes de células eucariotas, núcleos y orgánulos y membrana plasmática, 2021)

Mitocondrias: son orgánulos que tienen una forma esférica y alargada, con una doble membrana. Las mitocondrias proceden por división de mitocondrias que ya existían anteriormente, por lo que poseen su propio ADN independiente del núcleo. Al estarformadas por una doble membrana existe entre ambas un espacio o cápsula externa. La membrana interna posee repliegues hacia el interior, denominados crestas. En el interior de la mitocondria se encuentra la matriz (Miguel, 2023) Convierten la energía en formas que la célula puede utilizar para su trabajo, las mitocondrias son los sitios de la respiración celular, el proceso metabólico que genera ATP extrayendo energía de los hidratos de carbono, las grasas y otros combustibles con la ayuda del oxígeno. (Campbell, 2007)

Cloroplastos: estos orgánulos se encuentran exclusivamente en las células vegetales. Los cloroplastos son los que dan color a las células que los contienen, gracias a sus pigmentos. Están formados por una membrana exterior y una membrana interior, separadas por el espacio intermembrana. El estroma es el líquido que equivaldría al citoplasma, en el estroma se encuentran los tilacoides, que tienen aspecto de monedas apiladas, formando granas. (Miguel, 2023) Convierten la energía en formas que la célula puede utilizar para su trabajo, se encuentran solo en las plantas y las algas, son los sitios donde tiene lugar la fotosíntesis, estos transforman la energía solar en energía química, al absorber la luz solar y utilizarla para impulsar la síntesis de los compuestos orgánicos como los hidratos de carbono a partir del dióxido de carbono y el agua. (Campbell, 2007)

3.5. El citoesqueleto

En los primeros tiempos de la microscopia electrónica los biólogos pensaban que los orgánulos de una célula eucarionte flotaban libremente en el citosol, pero los progresos realizados tanto en la microscopia óptica como en la microscopia electrónica han revelado la presencia del citoesqueleto. (Campbell, 2007). Una red de fibras que se extiende a través del citoplasma, el citoesqueleto, que desempeña un papel importante en la organización de las estructuras y actividades de la célula, está compuesto por tres tipos de estructuras moleculares: microtúbulos, microfilamentos y filamentos intermedios. (Campbell, 2007)

La función más obvia del citoesqueleto es proporcionar soporte mecánico a la célula y mantener su forma. La fuerza y elasticidad del citoesqueleto en conjunto se basa en su estructura, se estabiliza por un equilibrio entre fuerzas opuestas ejercidas por sus elementos, igual que el esqueleto de un animal contribuye a fijar las posiciones de otras partes del cuerpo, proporciona un anclaje para muchos orgánulos e incluso moléculas enzimáticas del citosol, puede desmantelarse en una región de la célula y volver a ensamblarse en una nueva localización, modificando la forma de la célula.

(Campbell, 2007)

El citoesqueleto participa también en varios tipos de motilidad de la célula, el termino motilidad celular incluye tanto las modificaciones de la localización de la célula como los movimientos más limitados de partes de la célula. Es el citoesqueleto el que manipula a la membrana plasmática para formar vacuolas alimentarias durante la fagocitosis, el citoesqueleto también regula las actividades bioquímicas de la célula. (Campbell, 2007)

Nota: El citoesqueleto ayuda a organizar las estructuras llamadas orgánulos y otras sustancias en el líquido dentro de las células. (Fan, 2021)

Componentes Del Citoesqueleto

Los microtúbulos son los más gruesos de los tres tipos de fibras, los microfilamentos son los más delgados y los filamentos intermedios son fibras cuyos diámetros se encuentran en el rango intermedio.

Microtúbulos: se encuentran en el citoplasma de todas las células eucariotas, la pared del tubo hueco está constituida por una proteína globular denominada tubulina, un microtúbulo crece en longitud agregando dímeros de tubulina a sus extremos, los microtúbulos pueden desensamblarse y sus moléculas de tubulina pueden utilizarse para formar microtúbulos en cualquier otro lugar de la célula, estos confieren forma y soporte a la célula y también sirven como trayectos a lo largo de los cuales pueden desplazarse los orgánulos equipados con proteínas motoras. (Campbell, 2007)

Figura 10. Microtúbulos, un polímero compuesto por una tubulina proteína

Nota: Los Microtúbulos son una estructura similar a un tubo hueco y estrecho que se encuentra en el citoplasma. (Dr_Microbe, 2017)

Microfilamentos: son cilindros sólidos, también se denominan filamentos de actina porque están constituidos de moléculas de actina, un microfilamento es una doble cadena enroscada de subunidades de actina. Además de presentarse como filamentos lineales, los microfilamentos pueden formar redes estructurales debido a la presencia de proteínas que se unen en la parte lateral de un filamento de actina y permiten que un nuevo filamento se extienda como una rama. El papel estructural de los microfilamentos en el citoesqueleto es soportar tensiones o sea fuerzas de tracción, la capacidad de los microfilamentos de formar una red tridimensional inmediatamente por dentro de la membrana plasmática contribuye a mantener la forma de la célula. (Campbell, 2007)

Filamentos intermedios: Especializados para soportar tensiones, los filamentos intermedios son otra clase de elementos del citoesqueleto, son componentes celulares más permanentes que los microfilamentos y microtúbulos, incluso después de que las células mueran, persisten a menudo las redes de filamentos intermedios, son especialmente importantes para reforzar la forma de una célula y fijar en su posición ciertos orgánulos, otros filamentos intermedios constituyen la lámina nuclear que reviste el interior de la envoltura nuclear. (Campbell, 2007)

3.6. Cubiertas celulares

Las membranas celulares protegen, sostienen y unen a las células, y seguramente has pensado que la delicada membrana celular por sí sola no puede hacerles frente a todos los desafíos del ambiente exterior de la célula. Pared celular: en la célula vegetal es una zona limite en donde contacta el mundo exterior, es una estructura dinámica cuya misión es, proteger a la célula de daños mecánicos, dar una forma definida, mantener su balance osmótico, limitar el movimiento celular, limitar la entrada y salida de materiales, participar en los procesos de crecimiento y desarrollo de la planta, participar en los procesos de transpiración secreción y absorción, mantener erguidas a las plantas. (Coordinacion de universidad abierta, innovacion educativa y educacion a distancia)

Nota: Biglycan, un pequeño proteoglicano de repetición rico en leucina que se encuentra en una variedad de tejidos de matriz extracelular, incluyendo hueso, cartílago y tendón. (Ibreakstock, 2020)

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 fusión es protección, comunicación y sostén. (Coordinacion de universidad abierta, innovacion educativa y educacion a distancia)

Capsula: En algunas bacterias como las que se causan enfermedades existe una cubierta externa llamada capsula, que rodea a la célula y protege aún más, además, la capsula participa en la adhesión de las bacterias a cualquier superficie, incluyendo la de su huésped.

Se cree que la capsula es como un disfraz que evita que el huésped la detecte, la capsula la protege de los ataques del sistema inmunológico, su constitución química es muy variada pero siempre está formada de una sustancia pegajosa de diferente grosor, densidad y adherencia. (Coordinacion de universidad abierta, innovacion educativa y educacion a distancia)

4. MEMBRANAS CELULAS

4.1. Estructuras de la membrana

La membrana plasmática es el límite de la vida, la frontera que separa la célula viva del medio inerte, controla el tráfico de sustancias hacia dentro y hacia fuera de la célula a la que rodea. Todas las membranas presentan permeabilidad selectiva, es decir, permite que ciertas sustancias la atraviesen con mayor facilidad que otras. Permite la captación de nutrientes y la eliminación de productos de desecho, la capacidad de la célula de discriminar sus intercambios químicos con su entorno es fundamental para la vida, y la membrana plasmática y las moléculas que la componen son las que hacen posible esta selectividad. (Campbell, 2007) Los lípidos y las proteínas son los componentes esenciales de las membranas al igual que los hidratos de carbono, los lípidos más abundantes son los fosfolípidos, la mayoría de las proteínas de las membranas tiene también regiones hidrófobas e hidrófilas. (Campbell, 2007)

Nota: La membrana tiene un espesor de 8nm, se requerirían 8000 membranas para llegar al tamaño de una hoja. (Neumann, 2017)

Las porciones externas de la membrana están compuestas fundamentalmente por grupos polares iónicos que interactúan con la solución acuosa circundante, mientras que la porción interna de la membrana está constituida por cadenas hidrocarbonadas de moléculas lipídicas. (Patiño, 2015).

Nota: Una membrana es un collage de diferentes proteínas embebidas en la matriz fluida de la bicapa liquida. (Campbell, 2007)

4.2. Funciones de la membrana

Transporte: una proteína que atraviesa la membrana puede formar un canal hidrófilo a través de la membrana que es selectivo para un determinado soluto, otras proteínas de transporte desplazan una sustancia de un lado de la membrana al otro cambiando su forman, algunas de estas proteínas hidrolizan ATP como fuente de energía para bombear sustancias activamente a través de la membrana. (Campbell, 2007)

Figura 14. Función de la membrana celular, transporte.

Nota: El movimiento de moléculas a través de la membrana sin entrada de energía es conocido como transporte pasivo. (Campbell, 2007)

Actividad enzimática: Una proteína embebida en la membrana puede ser una enzima con su sitio activo expuesto a las sustancias de la solución adyacente, en algunos casos, muchas enzimas de una membrana están organizadas como un equipo que lleva a cabo paso secuenciales de una vía metabólica. (Campbell, 2007)

Transducción de señales: Una proteína de membrana puede tener un sitio de unión con una forma específica que se adapta a un mensajero químico como, por ejemplo, una hormona, el mensajero externo puede ocasionar un cambio en la conformación de la proteína que transmite el mensaje al interior de la célula. (Campbell, 2007)

Reconocimiento intercelular: Algunas glucoproteínas funcionan como etiquetas de identificación que son reconocidas específicamente por otras células. (Campbell, 2007)

Figura 15. Funciones de la membrana celular, reconocimiento intercelular.

Nota: El reconocimiento intercelular es el proceso en el cual las moléculas de glúcidos constituyen la base química para el reconocimiento mutuo entre las células. (Campbell, 2007)

Uniones intercelulares: Las proteínas de membrana de células adyacentes pueden engancharse mediante varios tipos de uniones, como por ejemplo las uniones de hendidura o las uniones estrechas. (Campbell, 2007)

Figura

Nota: las uniones intercelulares son puntos de contacto entre las membranas plasmáticas de las células o entre célula y matriz extracelular. (Campbell, 2007)

Adherencia al citoesqueleto y a la matriz extracelular: los microfilamentos u otros elementos del citoesqueleto pueden estar unidos a proteínas de membrana, una función que ayuda a mantener la forma de la célula y estabiliza la localización de ciertas proteínas de membrana, las proteínas que adhieren a la matriz extracelular pueden coordinar los intercambios extracelulares e intracelulares. (Campbell, 2007)

4.3. Estructura y permeabilidad de la membrana celular

La estructura de una membrana es una bicapa lipídica. Muchas proteínas diferentes incrustadas en la bicapa lipídica o unidas a unas de sus superficies llevan a cabo funciones particulares de la membrana. Por lo tanto, controla el intercambio de materiales entre los ambientes internos y externos de una célula. Contiene una mezcla gelatinosa de agua, azucares, iones y proteínas llamadas citosol. (Starr. et al. 2018)

Una parte importante del metabolismo celular se realiza en el citosol y los otros componentes internos de la célula, los organelos están suspendidos en él. (Starr. et al. 2018).

Las bicapas de lípidos de lípidos son selectivamente permeables, esto significa que solo ciertas sustancias pueden difundirse a través de ella. Las colas largas de fosfolípidos no polares hacen que el núcleo de una bicapa se bastante hidrofóbico. Las moléculas hidrofóbicas como el colesterol, los gases y las pequeñas moléculas polares (como el agua), pueden moverse fácilmente a través de este núcleo. Las moléculas grandes como la glucosa no pueden hacerlo. (Starr. et al. 2018)

Figura 17

Nota: Permeabilidad selectiva de las bicapas lipídicas. Tomado de (Starr, Taggart, Evers, & Starr, 2018, pág. 90)

Cuando dos fluidos con diferentes concentraciones de soluto están separados por una membrana selectivamente permeable el agua se difundirá a través de la membrana. La dirección y la velocidad de esta difusión depende de la concentración relativa de soluto de los dos fluidos. Si las concentraciones globales de soluto de los dos difieren se dice que el fluido con la menor concentración de solutos es hipotónico, con la concentración de soluto más alta es hipertónica, el agua se difunde de un líquido hipotónico a uno hipertónico. Las difusiones continuaran hasta que los dos fluidos sean isotónicos. El movimiento del agua a través de las membranas es tan importante, recibe el nombre de osmosis. (Starr. et al. 2018) Si el citoplasma de una célula se vuelve hipertónico respecto al fluido fuera de su membrana plasmática, el agua se difundirá hacia la célula, si se vuelve hipotónica, el agua se difundirá hacia fuera. En cualquier caso, la concentración de soluto del citoplasma puede cambiar. Si cambia lo suficiente, las enzimas de la célula dejaran de funcionar con resultados letales. Muchas células tienen mecanismos homeostáticos que compensan la osmosis cuando la concentración del citoplasma difiere del fluido extracelular. En las células que carecen de dicho mecanismo el volumen y la concentración de soluto del citoplasma cambia cuando el agua se difunde dentro o fuera de la célula. (Starr. et al. 2018)

Figura 18

Nota: Efectos de la Tonicidad. Tomado de (Starr, Taggart, Evers, & Starr, 2018, pág. 91)

4.4. Transporte pasivo

La osmosis es un ejemplo de transporte pasivo, un mecanismo de cruce de la membrana que no requiere gasto de energía. Otro ejemplo es la difusión facilitada, en la cual un soluto sigue su gradiente de concentración a través de una membrana al difundirse mediante una proteína de transporte. El movimiento de un soluto a través de una proteína de transporte pasiva es producido completamente por el gradiente de concentración del soluto, por lo que no requiere entrada de energía. Algunas proteínas de transporte forman poros, otros están cerrada, abren y cierran en respuesta a un estímulo como un cambio en la carga eléctrica o la unión a una molécula de señalización. Generalmente, la unión de un soluto desencadena un cambio en la forma de la proteína, y el cambio de forma libera el soluto al lado opuesto de la membrana. (Starr. et al. 2018).

Figura 19

Nota: Transporte Pasivo. Tomado de. (Starr, Taggart, Evers, & Starr, 2018, pág. 92)

4.5. Transporte activo

Los solutos requeridos para muchos procesos celulares deben moverse a través de una membrana en contra de su gradiente de concentración, y esto requiere energía. Una proteína de transporte utiliza energía para bombear un soluto en contra de su gradiente a través de una membrana celular. Comúnmente una entrada de energía, cambia la forma de una proteína de transporte activo. (Starr. et al. 2018)

Otro ejemplo de transporte activo implica bombas de sodio-potasio. Casi todas las células del cuerpo tienen estas proteínas de transporte las cuales bombean dos sustancias en direcciones opuestas a través de membrana. (Starr. et al. 2018).

Nota: Transporte activo. Tomado de. (Starr, Taggart, Evers, & Starr, 2018, pág. 93)

4.6. Endocitosis y exocitosis

Algunas sustancias pueden ingresar o salir de la célula sin atravesar membranas por procesos que implican la fusión o la escisión de membranas y tienen una importancia fundamental para la célula. (Solomon et al, 2009).Estos procesos pueden ser:

Endocitosis: en este proceso, una porción de la membrana plasmática se repliega y genera una pequeña depresión en su lado externo. La depresión se profundiza rodeando la sustancia que va a ingresar en la célula junto con una porción del material del medio extracelular. (Audesirk et al, 2003). Luego se produce un estrangulamiento de la membrana y se forma una vesícula intracelular llamada endosoma dentro de la cual está el material internalizado. Este puede ser una macromolécula, microorganismo. Del mismo modo también se puede formar una vesícula que contenga simplemente una porción de la solución extracelular. (Campbell y Reece, 2007). En algunos casos, las sustancias que serán transportadas al interior de la celular deben primero acamparse a molecular receptoras específicas, mecanismo llamado endocitosis mediada por receptor. (Campbell y Reece, 2007)

Figura 21

Representación de los tipos de Endocitosis

Nota. Representación de los tipos de Endocitosis [Fotografía]. Scientifican animations, 2018, Wikimedia Commons. CC BY-SA 4.0

En la exocitosis: ciertas vesículas intracelulares se fusionan desde el lado interno de la membrana plasmática y el contenido de la vesícula se libera al exterior. Por medio de este proceso se exportan neurotransmisores, enzimas digestivas, hormonas como la insulina en respuesta a una señal o un estímulo de origen externo. (Audesirk et al, 2003).

Figura 22

Exosoma

Nota. Exosoma [Fotografía]. Miguel Ferig, 2011, Wikimedia Commons. CC 0

4.7. Uniones celulares

Las uniones celulares mantienen unidas a las células para formar tejidos, durante el crecimiento y el desarrollo, las células forman adhesiones célula-célula que pueden ser temporarias o desarrollar uniones celulares de carácter permanente. Las moléculas de adhesión celular, CAM son proteínas transmembrana responsables de las uniones celulares y de las adhesiones celulares temporales. Las uniones celulares pueden clasificarse en tres grupos: las uniones en hendidura o comunicantes, las uniones estrechas y las uniones de anclaje. (Audesirk et al, 2003).

 Las uniones de hendidura permiten una combinación directa entre las células. Son las formas más simples de unión célula-célula, crean puentes de comunicación citoplasmática entre las células adyacentes de manera que las señales químicas y electicas pasen rápidamente de una célula a la otra.

 Las uniones estrechas son uniones oclusivas diseñadas para restringir el movimiento de material entre las células que unes. En las uniones estrechas, las membranas de las células adyacentes se fusionan parcialmente con la ayuda de proteínas llamadas claudinas y ocludinas, y de esa manera forman una barrera. (Audesirk et al, 2003).

 Las uniones de anclaje unen unas células a otras células (uniones célulacélula) o a las células con la matriz extracelular (uniones de anclaje célulamatriz). La unión de proteínas por medio de uniones de anclaje es muy fuerte, lo que permite que las láminas de tejido que recubren las cavidades corporales y de la piel resistan el daño producido por el estiramiento y torsión. (Audesirk et al, 2003).

Nota. Tipos de Uniones Celulares [Fotografía]. Ruiz y Rodríguez, 2014, Wikimedia Commons. CC BY-SA 3.0

5. RUTAS DE LIBERACIÓN DE ENERGÍA, EL ATP

5.1. Reacciones redox

En las reacciones de oxidación – reducción (reacciones redox). Estos procesos pueden ser de dos tipos.

 Pilas galvánicas (o también simplemente pilas), que producen una corriente eléctrica continúa mediante la utilización de una reacción redox. Es un proceso espontaneo. (Pérez Lemus, 2016)

 En procesos electrolíticos se produce la transformación de energía eléctrica en química. Hay que aportar energía porque el proceso no es espontáneo. Los procesos electroquímicos están basados en reacciones de oxidación-reducción (redox) que consisten en una transferencia de electrones y pueden ser tratadas bajo la teoría:

Donador Aceptor + Partícula Similitud con ácido-base

En este caso: Oxidante + ne- Reducto

Aceptor

Donador

 Agente oxidante Es toda sustancia que tiene tendencia a captar electrones. Al captar los electrones se reduce. (Pérez Lemus, 2016)

 Agente reductor Es toda sustancia que tiene tendencia a ceder electrones. Al perder los electrones se oxida. (Pérez Lemus, 2016)

 La oxidación Es el proceso en que una sustancia aumenta el número de oxidación por cesión de electrones. (Pérez Lemus, 2016)

 La reducción Es el proceso en que una sustancia disminuye el número de oxidación por ganancia de electrones. (Pérez Lemus, 2016)

Las semirreacciones redox no pueden producirse por sí solas, debe haber un aceptor de electrones (Ox1) y un donador de electrones (Red2).

Ox1 + n1e- Red1

Red2 Ox2 + n2en2 Ox1+ n1 Red2 n2 Red1 + n1 Ox2

5.2. ETAPAS DE LA RESPIRACIÓN AERÓBICA

La respiración aeróbica necesita de oxígeno y sus etapas son. (Starr. et al. 2018)

Glicolisis Es una serie de reacciones que producen ATP al convertirla en piruvato, un compuesto orgánico con una estructura principal de 3 carbonos, se produce en el citoplasma de todas las células. (Starr. et al. 2018)

Se refiere a la liberación de energía química a partir de azucares. Las reacciones usan dos ATP y producen 4, por lo que decimos que el rendimiento neto del glucolisis es de dos ATP. (Starr. et al. 2018)

Figura 24

Nota: Glicolisis y sus productos. Tomada de. (Starr, Taggart, Evers, & Starr, 2018, pág. 118)

Formación de acetil-Coa

Cuando las dos moléculas de piruvato que se forman durante la glicolisis ingresan en una mitocondria ye se dirige a la matriz en donde son procesadas por un complejo de enzimas (piruvato deshidrogenasa). Allí, una reacción redox divide un carbono del piruvato y este carbono se difunde fuera de la célula en CO2, y luego dos átomos de hidrógeno (deshidrogenación). Como resultado, se obtienen radical acetilo (-CO-CH3; este es el Acetil-CoA). (Starr. et al. 2018)

Figura 25

Nota: Formación del acetil CoA. Tomado de: (Academy, Oxidacion del piruvato [fotografia], 2017)

Ciclo del ácido cítrico Es una vía cíclica que libera energía de la acetil-CoA. La energía liberada se captura en forma de electrones transportadores por coenzimas y en el ATP. Es una via cíclica porque su sustrato de la primera reacción, un compuesto de 4 carbonos llamado oxaloacetato, también es un producto de la última reacción. (Starr. et al. 2018)

Figura 26

Nota: Formación del ácido cítrico. Tomado de (Timberlake, 2013, pág. 819)

5.3. Producción de energía a partir de otros nutrientes

Para preparar muchos alimentos utilizamos la fermentación de lactato por bacterias beneficiosas. El yogurt, por ejemplo, se produce al permitir que bacterias como lactobacillus bulgaricus y streptococcus thermophilus crezcan en la leche. La leche contiene un disacárido (lactosa) y una proteína (caseína). Las células recogen energía de otras moléculas orgánicas oxidándolas. Las grasas, los carbohidratos complejos y las proteínas en los alimentos se producen convertir en moléculas que entran en la respiración aeróbica en varias etapas. (Starr. et al. 2018)

Casi todas las células del cuerpo pueden oxidar los ácidos grasos liberados al dividir sus largas cadenas principales en fragmentos de dos carbonos estos fragmentos se convierten en acetil CoA. (Starr. et al. 2018)

Las enzimas de las células del hígado convierten el glicerol en PGAL. Las grasas son una fuente de energía más rica que los carbohidratos. En los humanos y otros mamíferos el sistema digestivo descompone el almidón y otros carbohidratos complejos en monosacáridos. (Starr. et al. 2018)

Nota: Formación de energía. Tomado de: (Starr, Taggart, Evers, & Starr, 2018, pág. 126)

5.4. Respiración anaeróbica

Condición de las células cuando no hay oxígeno. (Timberlake, 2013). Comienza con el glucólisis que divide la glucosa produciendo 2 ATP y Piruvato continuando con el proceso, continúa con el ciclo del ácido cítrico y produce acetil Coenzima A los productos son depositados en la cadena transportadora de electrones, no hay oxígeno que funcione como receptor por lo que se usa otros receptores como sulfatos, nitratos o azufre entre otros estos receptores no son tan eficientes como el oxígeno. (Valdemarra Díaz y Carillo Ramírez. 2018)

5.5. Fermentación

Algunos microorganismos, en particular las levaduras convierten los azucares en etanol en condiciones anaeróbicas mediante un proceso llamado fermentación. Después de que en la glucolisis se forma piruvato, un átomo de carbono se elimina en forma de CO2. El NAD+ para la condición de la glucolisis se regenera cuando el etanol se reduce. (Timberlake, 2013).

Figura 28

Nota: Formación de la fermentación. Tomado de (Timberlake, 2013, pág. 802)

Fermentación Alcohólica

Convierte la glucosa en alcohol etílico. La glicolisis es la primera parte de la vía y, como se sabe produce 2 ATP, 2 NADH y 2 piruvatos. Un carbono se elimina de cada una de las moléculas de piruvato y abandona la célula de forma de CO2. El fragmento restante del piruvato es una molécula orgánica llamada acetaldehído. El acetaldehído acepta electrones y un ion de hidrogeno de NADH, se convierte en etanol. Esta reacción final regenera NAD+. (Starr. et al. 2018)

Figura: 29

Nota: Formación de fermentación alcohólica. Tomado de (Starr, Taggart, Evers, & Starr, 2018, pág. 124)

Fermentación Láctica: Convierte la glucosa en lactato. El segundo paso es una reacción que transfiere electrones e iones de hidrogeno desde el NADH directamente a los piruvatos. La reacción regenera NAD+ y también convierte el piruvato en lactato. No se pierde carbonos, por lo que la fermentación de lactato no produce CO2.

Nota: Formación de la fermentación láctica. Tomado de. (Starr, Taggart, Evers, & Starr, 2018, pág. 125)

6. FOTOSINTESIS

6.1. Luz y fotosíntesis

La luz solar forma parte fundamental e imprescindible de la vida de todos los organismos que habitan la Tierra, esto se debe a su capacidad de generar energía lumínica (Campbell y Reece, 2007), esta energía lumínica es captada por estructuras especializadas de plantas y otros organismos fotosintéticos como plantas, algas y bacterias, que luego es convertida en energía química almacenada en forma de azúcar y moléculas orgánicas. Este proceso de conversión se puede llevar a cabo gracias a la fotosíntesis, que es definida como una secuencia de reacciones donde la energía química es almacenada en moléculas orgánicas. (Solomon et al, 2009)

La fotosíntesis permite que la energía electromagnética de la luz solar se transforme en energía de enlace químico dentro de la célula, esta energía electromagnética es desplazada en forma de ondas dentro de un espectro electromagnético, la distancia que hay entre una onda y otra se le conoce como longitud de onda. (Solomon et al, 2009). En el espectro electromagnético se presenta distintos segmentos compuesto por diferentes tipos de ondas, el segmento más importante para la vida, es el segmento que comprende longitudes de onda entre 380nm y 750 nm, al que se le conoce como espectro visible. (Curtis et al, 2006).

Figura 31

Espectro Electromagnético

Nota. Espectro Electromagnético [Fotografía]. Villate, J. 2013, Wikimedia Commons. CC BY-SA 3.0

La luz está formada por partículas llamadas fotones, cada fotón está formado por una cantidad de energía fija, esta cantidad de energía es inversamente proporcional a su longitud de onda de la luz, lo que quiere decir que entre más corta se la longitud de onda, mayor será la energía contenida en cada fotón. (Solomon et al, 2009). Aunque la luz solar es capaz de emitir un amplio espectro de energía, la atmosfera terrestre actúa como tipo de membrana selectiva, dejando ver únicamente al segmento de ondas visibles, que son justamente las necesarias para impulsar la fotosíntesis.

Receptores de luz

Para que todos los sistemas vivos y los organismos que los conforman puedan utilizar la energía lumínica del sol, en primera instancia ésta debe de ser absorbida, por sustancias especiales llamados pigmentos. Los diferentes tipos de pigmentos son capaces de absorber los diferentes tipos de longitudes de onda. (Alberts et al, 2006). Por ejemplo, la clorofila, el pigmento que hace que las hojas se vean verdes, absorbe luz únicamente de las longitudes de onda azul y violeta, a esto se le conoce como espectro de absorción. Existen diversos grupos de plantas y algas tienen pigmentos involucrados en la fotosíntesis. (Curtis et al, 2006).

Es gracias a estos pigmentos que las plantas pueden usar la energía luminosa de sol. La energía luminosa del sol es considerada como un factor que influye directamente en la fotosíntesis, debido a que se puede decir que la intensidad y calidad de la fotosíntesis es proporcional a la intensidad de luz que recibe. Esto se puede traducir como mayor o menor número de nutrientes elaborados a partir de la fotosíntesis. (Alberts et al, 2006)

Figura 32

Fotosíntesis

Nota. Fotosíntesis [Fotografía]. Nefronus. 2016, Wikimedia Commons. CC BY-SA 4.0

6.2. Cloroplastos

Los cloroplastos son organelos citoplasmáticos exclusivos de las células vegetales, varían en forma, tamaño y número dependiendo del tipo de célula. (Campos-Bedolla et al, 2002), por ejemplo el alga eucarionte Chlamydomonas tiene un solo cloroplasto, mientras que la célula de cualquier hoja tiene de 40 a 50 cloroplastos. (Curtis et al, 2006).

Todas las partes verdes de una planta, incluidos los tallos verdes y las frutas inmaduras, tienen cloroplastos, pero las hojas son los principales sitios de fotosíntesis en la mayoría de las plantas. Los cloroplastos se encuentran principalmente en las células del mesófilo, que es el tejido interior de la hoja. (Campbell y Reece, 2007).

Estos orgánulos son de color verde y poseen una estructura similar a la de las mitocondrias, un cloroplasto presenta dos membranas: una externa que lo delimita y otra interna que encierra una región llena de fluido llamada estroma. (Solomon et al, 2009). De igual manera poseen un tercer conjunto de membranas que forman cavidades aplanadas llamadas tilacoides. Los tilacoides se agrupan en unas pilas denominadas granas. (Campos-Bedolla et al, 2002).

Nota. Esquema de un cloroplasto [Fotografía]. Miguel Ferig . 2014, Wikimedia Commons. CC BY-SA 4.0

Los cloroplastos son verdes porque en su interior contiene una sustancia llamada pigmento, un pigmento se define como cualquier sustancia que es capaz de absorber luz, algunos pigmentosabsorben luz de todas las longitudesde onda, otros solo absorben ciertas longitudes de onda y transmiten o reflejan las longitudes de onda que no absorben. (Curtis et al, 2006). La clorofila el pigmento verde ubicado dentro de los cloroplastos responsable de que las hojas se vean verde, absorbe luz en las longitudes de onda violeta y azul y es capaz de reflejar la luz verde; la clorofila es considerada como una molécula clave captadora de energía debido a que este pigmento se tiene una propiedad que la hace capaz de captar la energía solar y hacer que ciertas moléculas inorgánicas se conviertan en compuestos orgánicos. (Campos-Bedolla et al, 2002). La clorofila reside en las membranas tilacoides. (Campbell y Reece, 2007)

Diferentes grupos de plantas y algas tienen varios pigmentos involucrados en la fotosíntesis. Por lo mismo existen diferentes tipos de clorofila, que se cateterizan por tener una ligera variación en su estructura molecular. (Campbell y Reece, 2007). En las plantas la clorofila a es el pigmento involucrado directamente en la transformación de la energía lumínica en energía química; la mayoría de las células fotosintéticas también contienen un segundo tipo de clorofila, a esta se le denomina clorofila b. (Curtis et al, 2006).

Los tilacoides contienen también otras moléculas llamadas pigmentos accesorios, que captan energía luminosa, llamados pigmentos accesorios, que captan energía luminosa y la transfieren a la clorofila. (Alberts et al, 2006). Por ejemplo, los carotenoides absorben luz azul y verde y reflejan principalmente la luz amarilla, anaranjada o roja; y las ficocianinas que absorben la luz verde y amarilla y son capaces de reflejar luz purpura. (Audesirk et al, 2003).

Dado que todas las longitudes de onda de la luz son absorbidas en alguna medida ya sea a por la clorofila, los carotenoides o las ficocianinas, todas las longitudes de onda pueden impulsar cierto grado de fotosíntesis en las plantas que poseen esos pigmentos. (Curtis et al, 2006).

La función de los cloroplastos es realizar una tarea muy importante, la de la fotosíntesis, esto proceso se puede resumir como: la captura de la energía de la luz solar en las moléculas de la clorofila y la utilizan para la elaboración de moléculas de azúcar ricas en energía. (Campbell y Reece, 2007)

En el proceso se libera oxigeno como un derivado molecular. Las células de las plantas pueden luego extraer esta energía química almacenada cuando la necesitan, oxidando los azucares en sus mitocondrias, al igual que las células animales. De tal manera los cloroplastos generan las moléculas de alimento y también el oxígeno que todas las mitocondrias utilizan. (Alberts et al, 2006)

6.3. Fotosíntesis: reacciones dependientes de la luz

La fotosíntesis puede distinguirse en dos etapas: la etapa dependiente de la luz, llamada reacciones lumínicas y la esta independiente de la luz, también conocida como etapa enzimática.

Las reacciones de la fase luminosa son pasos de la fotosíntesis que convierten la energía solar en energía química. (Solomon et al, 2009). La luz absorbida por la clorofila impulsa una transferencia de electrones yde hidrógeno desde el agua hasta un aceptor denominado NADP+ (nicotinamida adenida dinucleotido fosfato), que se encarga de almacenar temporalmente los electrones energizados. El agua es escindida en el proceso, y por tanto, son las reacciones de la fase luminosa las que liberan O2 como subproducto. (Campos-Bedolla et al, 2002)

Figura 35

Proceso de fotosíntesis

Nota. Proceso de fotosíntesis [Fotografía]. Elaurent 2022, Wikimedia Commons. CC BY-SA 4.0

Las reacciones de la fase luminosa utilizan la energía solar para reducir el NAPD+ a NADPH agregando un par de electrones junto con un núcleo de hidrógeno. Las reacciones de la fase luminosa también generan ATP, utilizando quimiosmosis para impulsar la adición de un grupo fosfato al ADP, a este proceso se le llama Fosforilación. (Alberts et al, 2006)Por tanto, al principio la energía lumínica es convertida en energía química en forma de dos compuestos: NADPH y ATP. (Campbell y Reece, 2007)

Las reacciones dependientes de la luz se efectúan dentro de las membranas tilacoides donde las membranas tilacoides contienen sistemas organizados de proteínas, clorofila, pigmentos accesorios y moléculas portadores de electrones. (Audesirk et al, 2003). Estos sistemas se denominan fotosistemas. Cada tilacoide contiene miles de copias de dos tipos de fotosistemas, llamados fotosistemas I y fotosistemas II. (Solomon et al, 2009).

Cada fotosistema consta de dos partes principales: el complejo recolector de luz y un sistema de transporte de electrones. (Solomon et al, 2009).Cada complejo tiene moléculas de clorofila y de pigmentos accesorios que absorben luz y pasan la energía a una molécula especifica de la clorofila llamada “centro de reacción”, a las moléculas que absorben la luz se denominan “moléculas antena” porque son capaces de captar la energía y transferirla al centro de reacción donde se procesa. (Koolman y Rohm, 2004).

Figura 36

Fotosistema

Nota. Fotosistema [Fotografía]. Jardins. 2019, Wikimedia Commons. CC BY-SA 4.0

La clorofila del centro de reacción está situada muy cerca del sistema de transporte de electrones, esto es debido a que cuando la clorofila del centro de reacción recibe energía de las moléculas antena, uno de los electrones del centro de reacción absorbe la energía y este electrón energético se mueve de un portador al siguiente, la molécula de clorofila del centro de reacción al perder un electrón se oxida y queda con carga positiva y el acepto de electrones se reduce y luego cuando se transfiere el electrón a otra molécula diferente también se oxida.

Las reacciones dependientes de la luz comienzan cuando los fotones son absorbidos por el complejo recolector de luz del fotosistema II, la energía de cada fotón se transfiere de molécula en molécula hasta que llega al centro de reacciones, donde impulsa a un electrón para que salga de la molécula de clorofila. (Curtis et al, 2006). El primer portador de electrones del sistema de transporte de electrones adyacente acepta de inmediato a estos electrones energizados, los electrones se trasladan de una molécula portadora a la siguiente, liberando energía en el camino. Parte de la energía se utiliza para bombear iones de hidrógeno de un lado a otro de la membrana tilacoide. Este gradiente impulsa la síntesis de ATP o un proceso de quimiosmosis. (Solomon et al, 2009).

Nota. Reacción de la luz [Fotografía]. Elaurent. 2022, Wikimedia Commons. CC BY-SA 4.0

Al mismo tiempo, la luz también índice en el complejo recolector de luz del fotosistema I, cada fotón que índice en el fotosistema expulsa un electrón de la clorofila de su centro de reacción. Estos electrones saltan al sistema de transporte de electrones del fotosistema I, de inmediato la clorofila del centro de reacción reemplaza sus electrones perdidos tomándolos del último portador de electrones del sistema de transporte de electrones del fotosistema II. Los electrones de alta energía del fotosistema I se desplazan a través de su sistema de transporte de electrones hasta el portador de electrones NADP+, cada molécula de NADP+ capta dos electrones energéticos y un ion hidrógeno para formar NADPH. En general fluyen electrones del centro de reacción del fotosistema II, a través del sistema de transporte de electrones del fotosistema II, al centro de reacción del fotosistema I a atreves del sistema de transporte de electros del fotosistema I y forman NADPH, para mantener este flujo de electrones se debe abastecer continuamente al centro de reacción del fotosistema II con electrones nuevos que reemplacen a los que cede. Estos electrones de reposición provienen del agua.

6.4. Fotosíntesis: reacciones de fijación de carbono

El ATP y NADPH sintetizados durante las reacciones dependientes de la luz se disuelven en el estroma fluido que rodea a los tilacoides. Ahí proporcionan la energía necesaria para sintetizar glucosa a partir de dióxido de carbono y agua, proceso en el que intervienen enzimas que también están disueltas en el estroma. (Curtis et al, 2006). Las reacciones que producen glucosa se llaman reacciones independientes de la luz porque se pueden efectuar con independencia de la luz, mientras que se cuente con ATP y NADPH producidos en la fase dependencia de luz, el ATP y el NADPH, que constituyen las fuentes principales de energía para la reducción del CO2 durante la síntesis de glúcidos. (Solomon et al, 2009).

El carbono está disponible para las células fotosintéticas en la forma CO2, las algas obtiene CO2 disuelto directamente del agua circundante, en las plantas el CO2 del aire llega a las células fotosintéticas a través de aberturas especializadas de las hojas y altos tallos verdes llamadas estomas. (Curtis et al, 2006).

La captura de dióxido de carbono se efectúa en una serie de reacciones denominadas Ciclo de Calvin, este ciclo se realiza en el estoma de las plantas se realizan reacciones en las que se da la fijación de carbono de forma cíclica. (Koolman y Rohm, 2004).

Figura 38

Proceso simple de fotosíntesis

Nota. Proceso simple de fotosíntesis [Fotografía]. Mayer. 2007, Wikimedia Commons. CC BY-SA 4.0

El ciclo de Calvin también se conoce como la ruta C3 porque el producto de la reacción de fijación de carbono inicial es un compuesto de tres carbonos. Las 13 reacciones del ciclo de Calvin se dividen en tres fases: Absorción de CO2, reducción de carbono, y regeneración de RuBP. (Koolman y Rohm, 2004). Todas las 13 enzimas que catalizan los diferentes pasos en el ciclo de Calvin están localizadas en el estroma del cloroplasto. Diez de las enzimas también participan en la glucólisis. Estas enzimas catalizan reacciones reversibles, degradando moléculas de carbohidratos en la respiración celular y sintetizando moléculas de carbohidratos en la fotosíntesis. (Solomon et al, 2009).

1. Fijación de carbono: el ciclo inicia con RuBP, un azúcar de cinco carbonos. Auxiliadas por enzimas, seis moléculas de RuBP se combina con CO2 de la atmosfera para formar seis moléculas de un compuesto que tiene seis carbonos. Este compuesto al reaccionar con agua forma 12 moléculas de tres carbonos de ácido fosfoglicerido (PGA). La captura de CO2 se denomina fijación de carbono porque se “fija” CO2 gaseoso en una molécula orgánica relativamente estable, PGA. (Koolman y Rohm, 2004).

2. Síntesis de G3P o Reducción de carbono: La segunda fase del ciclo de Calvin consiste en una serie de reacciones catalizadas por enzimas, la energía donada por ATP y NADPH que fueron generados en la fase dependiente de luz se utilizan para convertir PGA en G3P (gliceraldehido-3fosfato). (Audesirk et al, 2003). Por cada seis carbonos que entran al ciclo como CO2, seis carbonos pueden abandonar el sistema como dos moléculas de G3P, para ser empleadas en la síntesis de carbohidratos. (Solomon et al, 2009).

3. Regeneración de RuBP: mediante complejas reacciones que requieren ATP, 10 de las 12 moléculas de G3P regeneran las seis moléculas de RUBP que se habían consumido al principio de la fijación de carbono. Las dos moléculas restantes de G3P se usaran para formar una molécula de glucosa. (Audesirk et al, 2003).

Luego la glucosa podría descomponerse durante la respiración celular o encadenarse para formar almidón o celulosa o modificarse para producir aminoácidos, lípidos y otros compuestos celulares. (Campbell y Reece, 2007)

7. GLOSARIO

Acetil coenzima A (acetil CoA) Compuesto intermediario clave en el metabolismo; consta de un grupo acetilo de dos carbonos unidos covalentemente a la coenzima A.

ATP: Compuesto orgánico que contiene adenina, ribosa y tres grupos fosfato; de importancia fundamental para la transferencia de energía en las células.

Células gliales: células de soporte estructural, metabólico y trófico de las neuronas, sin participar activamente en el proceso de información del SN.

Celulosa: Elemento fundamental de las células y la fibra de las plantas. La celulosa no puede ser digerida por las personas; se usa para agregar masa al régimen de alimentación.

Coenzima: Un cofactor orgánico

Cofactor: Una coenzima o ion de metal que se asocia con una enzima y es necesaria para sus funcionamientos.

Glucosa Aldohexosa imprescindible en muchos procesos metabólicos.

Hipotónico: Describe un líquido que tiene una baja concentración global de solutos en relación con otro liquido

Isotónico: Describe dos fluidos con concentración de solutos idénticas.

Lactobacillus bulgaricus: Se usa como prebiótico para ayudar en la digestión, para prevenir la diarrea, y para aliviar los síntomas del síndrome del intestino irritable.

Mesófilo Tejido fotosintético del interior de una hoja; a veces se diferencia en mesófilo en empalizada y mesófilo esponjoso

Neoplasma: es un cáncer que se origina a partir de células nerviosas inmaduras que se encuentran en varias áreas del cuerpo.

Notoplasto: es la membrana que delimita la vacuola central en las células vegetales. Es selectivamente permeable y permite incorporar ciertos iones al interior de la vacuola. Es responsable de la turgencia celular y permite a las células de las plantas incorporar y almacenar agua con muy poco gasto de energía.

Osmosis: Difusion de agua a través de una membrana selectivamente permeable

PGAL: Glicelaldehído-3-fosfato. Una sustancia formada a partir del PGA durante el (Ciclo de Calvin).

Piruvato: Producto de tres carbonos.

Plasmodesmos: cada una de las unidades continúas de citoplasma que pueden atravesar las paredes celulares

Quimiosíntesis: consiste en la síntesis de ATP a partir de la energía que se desprende de determinadas sustancias inorgánicas en las reacciones de oxidación.

Saprofito: Que vive sobre materia orgánica en descomposición y se alimenta de ella.

Simbiótico: se aplica a la interacción biológica, a la relación o asociación íntima de organismos de especies diferentes para beneficiarse mutuamente en su desarrollo vital.

Transporte electrónico no cíclico En fotosíntesis, flujo lineal de electrones, producido por la fotólisis del agua, a través de los fotosistemas II y I; da lugar a la formación de ATP (mediante quimiósmosis), NADPH, y O2

Tilacoides: Sistema interconectado de estructuras membranosas aplana- das (cisternas) que se encuentran dentro del cloroplasto

Vía metabólica: Serie de reacciones químicas en las que el producto de una reacción se convierte en el sustrato de la siguiente reacción.

Vesícula: Cualquier saco pequeño, en especial un compartimento membranoso esférico pequeño contenido en el citoplasma.

8. REFERENCIAS

Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Keith, R.,Walter,P., (2006). Introducción a la biología celular. (2. ª ed.). Médica Panamericana. https://books.google.com.gt/books?id=qrrYZJhrRm4C&printsec=frontcover# v=onepage&q&f=false

Arslan, O. (02 de Junio de 2022). Ilustraciónde renderizado 3d de ácido ribonucleico de una sola hebra. Obtenido de Flickr: https://www.istockphoto.com/es/foto/ilustraci%C3%B3n-de-renderizado-3dde-%C3%A1cido-ribonucleico-de-una-sola-hebra-investigaci%C3%B3n-ygm1399233228-453155137?phrase=ribosomas%20

Audesirk, T., Audesirk, G., Byers, B. (2003). Biología: la vida en la tierra. (6.ª ed). PearsonEducación.https://books.google.com.gt/books?id=uO486v7GcoC&p rintsec=frontcover&hl=es#v=onepage&q&f=false

Burgstedt, C. (22 de febrero de 2021). Componentes de celulas eucariotas, nucleos y organulos y membrana plasmatica. . Obtenido de Flickr: https://www.istockphoto.com/es/foto/componentes-de-c%C3%A9lulaseucariotas-n%C3%BAcleos-y-org%C3%A1nulos-y-membranaplasm%C3%A1tica-gm1302770617-394411468?phrase=nucleo%20celular

Campbell, N. & Reece, J. (2007). Biología. Médica Panamericana

Campos-Bedolla, P., Puig, N.M., Lobejón, M.D., Zapatero, B., Fernández, M.A., Sáez, N., de la Rubia, M., Rodríguez, R., Casulleras, R., Puigcerver, M. (2002). Biología 2. (2.ª ed.). Limusa S.A. https://books.google.com.gt/books?id=QI0tHB80XqIC&printsec=frontcover# v=onepage&q&f=false

Componentes de celulas eucariotas, nucleos y organulos y membrana plasmatica. (febrero de 2021). Obtenido de Flickr.

Coordinacion de universidad abierta, innovacion educativa y educacion a distancia. (s.f.). Cubierta Celular. Obtenido de B@UNAM: http://uapas2.bunam.unam.mx/ciencias/cubierta_celular/

Curtis, H., Barnes, N., Schnek, A., Flores, G. (2006). Invitación a la Biología. (6ª ed.).MédicaPanamericana.https://books.google.com.co/books?id=BsmllpNz xT8C&newbks=0&printsec=frontcover&hl=es419&redir_esc=y#v=onepage& q&f=false

Dr_Microbe. (30 de Agosto de 2017). Microtúbulos, un polímero compuesto por una tubulina proteína. Obtenido de Flickr : https://www.istockphoto.com/es/foto/microt%C3%BAbulos-unpol%C3%ADmero-compuesto-por-una-tubulina-prote%C3%ADnagm841233538-137169317?phrase=microtubulos%20 https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Light_reaction_cyclic_%26_linear_fl ow.png https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Photosynthesis_overview.png

Elaurent. (2022). Reacción de la luz [Fotografía]. Wikimedia Commons.

Elaurent. (2022). Proceso de fotosíntesis [Fotografía]. Wikimedia Commons.

Equipo Editorial Etecè. (27 de marzo de 2019). La celula Procariota. Obtenido de Enciclopedia Humanidades: https://humanidades.com/celula-procariota/

Fan, J. (11 de Marzo de 2021). Estructura interna de una celula animal. Obtenido de Flickr: https://www.istockphoto.com/es/foto/estructura-interna-de-unac%C3%A9lula-animal-renderizado-3d-vista-en-secci%C3%B3ngm1306045773-396744160?phrase=celulas

H, N. (1872). Introducción al estudio de la Biología. Londres : William Blackwood and Sons.

Herrero, L. S. (2005). El origen de la celula eucariota. Obtenido de Morfo Virtual 2018:http://www.morfovirtual2018.sld.cu/index.php/morfovirtual/2018/paper/ viewPaper/129/612

Ibreakstock. (18 de Mayo de 2020). Matriz extracelular. . Obtenido de Flickr: https://www.istockphoto.com/es/foto/biglycan-un-peque%C3%B1oproteoglicano-de-repetici%C3%B3n-rico-en-leucina-que-se-encuentra-engm1224079492-359777626?phrase=matriz%20extracelular%20

Jardins. (2019). Fotosistema [Fotografía]. Wikimedia Commons. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:How_Light_is_Processed.svg https://books.google.com.gt/books?id=f61Mvdvl60C&newbks=0&dq=fotosint esis&source=gbs_navlinks_s

Karen C. Timberlake., (2013). Química general y biológica. Estructuras de la vida. (Cuarta edición). Pearson.

Koolman, J. y Röhm, K.H. (2004). Bioquímica: texto y atlas. Médica Panamericana.

LISS98G. (3 de enero de 2012). Celula Procariota. Obtenido de Flickr: https://www.flickr.com/photos/crociogomez/6629723757/in/photolistbaLPGH-b6R4U2-6974Y2-dopwMa https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Simple_photosynthesis_overview.P NG

Mayer. (2007). Proceso simple de fotosíntesis [Fotografía]. Wikimedia Commons.

Megías M, M. P. (2019). La célula.. Obtenido de Atlas de histología vegetal y animal. : https://mmegias.webs.uvigo.es/5-celulas/4-nucleo.php

Miguel Ferig. (2014). Esquema de un cloroplasto [Fotografía]. Wikimedia Commons. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Scheme_Chloroplastgl.svg https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Exosoma_vesicle_miguelferig.jpg

Miguel Ferig. (2011). Exosoma [Fotografía]. Wikimedia Commons.

Miguel, J. (22 de Enero de 2023). Los organulos citoplasmaticos, sus estructuras y funciones. Obtenido de EspacioCiencia.com: https://espaciociencia.com/organulos-citoplasmaticos/

Nefronus. (2016). Fotosíntesis [Fotografía]. Wikimedia Commons. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Photosynthesis_en.svg

Neumann, L. (24 de Noviembre de 2017). la membrana de la célula y la bicapa lipídica. Obtenido de https://www.istockphoto.com/es/foto/3dilustraci%C3%B3n-de-la-membrana-de-la-c%C3%A9lula-y-la-bicapalip%C3%ADdica-gm868860640-145034455?phrase=membrana%20celular

Nicholson, N. (1872). Introducción al estudio de la Biología. Londres: William Blackwood and Sons.

Patiño, H. N. (2015). Estructura de la membrana celular. Obtenido de Departamento de fisiologia y bioquímica, file:///C:/Users/garci/Downloads/tavogar,+325978118149-1-CE.pdf