Biología Celular

DDIARIO IARIO

CCIENTÍFICO IENTÍFICO

IIntegrantes: ntegrantes:

Gloria Saraí Secaida Hernández

Maria Leonel Ruano Del Cid

Astrid Gabriela Ruiz Sandoval

Jeffrey Estuardo Rodas Hernández

Edwin Rodrigo Vasquez García

Carolina Yamileth Ramos Machan

Dr. Rosa Alicia Jiménez

Dr. Rosa Alicia Jiménez

Sección: "D" Sección: "D"

Módulo II

Tema: Biología Celular

Período de tiempo que abarca el diario científico: 6 de febrero al 10 de marzo de 2023

Coordinador: Gloria Saraí Secaida Hernández

Secretario: Carolina Yamileth Ramos Machán

Glosario

Adenosina trifosfato (ATP): compuesto orgánico que contiene adenina, ribosa y tres grupos fosfato, muy importante en la transferencia de energía (Solomon et al., 2013).

Adyacente: situado en la inmediación o proximidad de algo (RAE, s.f.)

Cilio. Filamento vibrátil consistente en una prolongación corta y delgada que surge del protoplasma de ciertos protozoos. (Veliz et al., 2017).

Clorofila. pigmento presente en los cloroplastos de las plantas que permite realizar la fotosíntesis. (Veliz et al., 2017).

Endomembrana: es el sistema de membranas internas de las células eucariotas que divide la célula en compartimientos funcionales y estructurales (RAE, s.f.)

Especie: un grupo de organismos capaces de reproducirse y generar descendencia fértil (RAE, s.f.)

Estomas. Poros situados en las hojas de las plantas que se abren o se cierran para controlar el intercambio de gases. (Veliz et al., 2017).

Estructura: formación de elementos que cada una tiene una función específica (RAE, s.f.)

Fagocitosis. Proceso por el que ciertas células engloban y capturan partículas de gran tamaño. (Veliz et al., 2017).

Fosfoglicerato. Enzima que cataliza la segunda etapa de la glucolisis con la generación de adenosín trifosfato. (Veliz et al., 2017).

Fosfolípido. Lípido anfipático que se encuentra en las membranas celulares como bicapas lipídicas. (Solomon et al., 2013).

Gradiente de concentración. "Diferencia de concentración que existe en una molécula entre una región y otra de la misma" (Pérez, 2016).

Metabolismo. "Conjunto de los cambios químicos y biológicos que se producen continuamente en las células vivas de un organismo" (Oxford Languages, s.f.).

Oxalacetato. "Compuesto de cuatro carbonos; intermediario importante en el ciclo del ácido cítrico y en las vías C4 y MAC de fijación de carbono durante la fotosíntesis" (Solomon et al, 2013).

Pluricelular. se refiere a organismos compuestos por varias células especializadas y diferenciadas. (RAE, s.f.)

Ribulosa bifosfato. Compuesto de cinco carbonos fosfolirado. (Solomon et al., 2013).

Unicelular. se refiere a organismos compuestos por una sola célula (RAE, s.f.)

Urea. sustancia orgánica toxica, resultante de la degradación de sustancia nitrogenadas en el organismo de muchas especies de mamíferos, que se expulsa a través de la orina y del sudor (Oxford Languages, s.f.)

Índice 1

La célula Unidad básica de la vida

Los organismos están formados por unidades de materia viva: las células. Múltiples investigaciones a lo largo del tiempo han dado como resultado el conocimiento sobre la estructura de las células. (Veliz et al., 2017).

Hacia la teoría celular

Como las células son muy pequeñas, no se supo de ellas hasta la invención del microscopio, a mediados del siglo XVII. En 1838

Matthias Schleiden concluyó que las células y las sustancias que producen forman la estructura básica de las plantas y que el crecimiento vegetal se da por agregación de células nuevas. Solomon et al., 2013).

En 1839 Theodor Schwann llegó a conclusiones similares para las células animales. El trabajo de Schleiden y Schwann arrojó una teoría unificada de las células como unidades fundamentales de la vida. En 1855, Rudolf Virchow completó la teoría celular al concluir que todas las células provienen de células ya existentes. (Solomon et al., 2013).

Microscopio del siglo XVII (Audesirk et al., 2013).

Postulados de la teoría celular

La teoría celular es un concepto unificador en la biología y comprende tres principios. (Veliz et al., 2017).

Unidad estructural. Todo individuo está formado por células. Un organismo puede estar constituido por una célula, como en los unicelulares o por muchas células, como en los pluricelulares. (Veliz et al., 2017).

Unidad funcional. La célula es la unidad de la vida y son capaces de desarrollar características vitales. (Veliz et al., 2017).

Unidad reproductora. Todas las células se originan a partir de otras células preexistentes. (Veliz et al., 2017).

Todas las formas de vida están compuestas por dos tipos diferentes de células. Las células procariontes “antes del núcleo” forman el “ cuerpo ” de bacterias y arqueas, que son las formas más simples de vida. Las células eucariontes “núcleo verdadero” son mucho más complejas y se encuentran en el cuerpo de animales, plantas, hongos y protistas. (Audesirk et al., 2013).

2.0 .

"Rudolf Virchow" de quintinoyang tiene licencia CC BY-NC-SA

Celulas procariotas y eucariotas

Se puede decir que las células son diversa pueden realizar varias funciones. Vienen diferentes formas y realizan funcion especializadas (Collado-Vides et al., 202 Las bacterias y Archaea son célu procariotas. Todos los demás organism conocidos consisten en células eucariotas Hay procariotas unicelulares y muchos protistas y hongos, así como algunos protistas y hongos pluricelulares, plantas y animales (Collado-Vides et al., 2021).

Procariotas

El término procariota, que significa "antes de un núcleo", se refiere a esta importante diferencia entre las células procariotas y eucariotas. Son más pequeñas que las células eucariotas. En las células procariotas, el ADN se encuentra en una región confinada de la célula llamada región nuclear o nucleoide. La mayoría de las células procariotas tienen una pared celular, que es una estructura extracelular que rodea completamente a la célula, incluida la membrana plasmática, donde se depositan glucógeno, lípidos y compuestos de fosfato. Al plegarse hacia adentro y puede formar una superficie sobre la cual tienen lugar las reacciones metabólicas.

(Collado-Vides et al., 2021)

Medirán (2012) Atribución Creative Commons 3 0 via Wikimedia Commons

CNX O. (2016). Atribución Creative Commons 4.0 .via Wikimedia Commons

Eucariotas

Las células eucariotas se caracterizan por organelos rodeados de membrana altamente organizados, como el núcleo prominente, que contiene el materia genético ADN (López Otín et al., 2015). Lo primeros biólogos creían que las células estaban hechas de una sustancia gelatinosa homogénea a la que llamaban protoplasma

Las células eucariotas contienen, entre otras cosas, un centro de control, un sistema de transporte interno, sitios de conversión de energía, fábricas para la producción de los materiales necesarios, una fábrica de empaques moleculares y un sistema para destruir orgánulos inútiles (López Otín et al., 2015).

La parte de la célula fuera del núcleo se llama citoplasma. La parte líquida del núcleo se llama nucleoplasma. Varios orgánulos están suspendidos en el líquido que forma el citoplasma, citosol (López Otín et al., 2015). El citoplasma incluye el citoplasma y todos los demás orgánulos excepto el núcleo. Las células eucariotas también se diferencian de las procariotas en que tienen un citoesqueleto, o estructura, que es importante para mantener la forma de la célula y transportar materiales dentro de la célula (López Otín et al., 2015).

alejandro p. (2012). Creative Commons Zero, Dedicación al Dominio Público.via Wikimedia Commons

Laurararás. (2014). Atribución Creative Commons 4 0 via Wikimedia Commons

Núcleo celular

El núcleo es la estructura más destacada de la célula Eucarionte, debido a su morfología y sus funciones. Su tamaño puede variar entre 5 a 10mm (Alberts, 2010).

Las funciones principales del núcleo relacionadas con su contenido de ADN son:

Almacenar información genética en el ADN. Recuperar toda la información genética almacenada en el ADN en forma de ARN.

Ejecutar, dirigir, y regular las actividades citoplasmáticas, a través del producto de la expresión de genes. (Alberts, 2010)

El Núcleo está rodeado por envoltura nuclear, una doble membrana interrumpida por numerosos poros nucleares. Estos poros ayudan a las proteínas a ingresar al citoplasma, también ayudan a la salida de ARN (Cooper & Hausman, 2010).

La envoltura nuclear está sostenida por una red de filamentos intermedios dependientes del citoesqueleto, a la vez que la lámina celular, que se localiza en la superficie interna de la envoltura nuclear, provee soporte interno. Los genes que codifican productos relacionados, están localizados en algunos cromosomas. Los cromosomas 13, 14, 15, 21 y 22 tienen un gran número de genes que codifican al ARN. (Cooper & Hausman, 2010).

Diagramanucleocelulahumana,porMarianaRuiz Villarreal, 2012,WikimediaCommons(Trabajo propio) CreativeCommonsCC010

Orgánulos del citoplasma

Todas las células poseen un citoplasma, el cual cuenta con compuestos químicos y estructuras que están dentro de la membrana, pero fuera del núcleo. La mayoría de actividades metabólicas y reacciones bioquímicas ocurren aquí. Está compuesto por una parte fluida, llamada citosol y una estructura fibrosa, citoesqueleto; conformada principalmente por sales, minerales y moléculas orgánicas (Audesirk, Audesirk & Byers 2013).

A continuación se describen organelos que científicos celulares han logrado identificar en el citoplasma de células eucariotas:

Ribosomas: pueden encontrarse libres en el citoplasma o adheridas a ciertas membranas. Están formados por ARN y proteínas, y son sintetizados en el núcleo; tienen dos componentes: una subunidad grande y una pequeña. Estos se encargan de producir proteínas (Solomon et al, 2013).

Membrana Plasmática: compuesta por una bicapa de fosfolípidos delimita la célula encerrando el contenido celular, mantiene la forma; se encarga de regular los materiales o sustancias que entran o salen de la célula, también da lugar a la comunicación entre células (Solomon et al, 2013).

Retículo Endoplásmico: serie de membranas interconectadas que forman un laberinto de sacos aplanados y canales dentro del citoplasma. Dependiendo del tipo de formas que presente será su función:

Retículo endoplásmico rugoso: hay 1. presencia de ribosomas, lo que significa que puede sintetizar proteínas como las enzimas digestivas y hormonas (Audesirk, Audesirk & Byers, 2013).

2. Retículo Endoplásmico Liso: no contiene ribosomas, tiene una especialización dependiendo en la célula que se encuentre. Este elabora gran cantidad de lípidos, también se encarga de la detoxificación y almacenar el calcio que se requiere para las contracciones musculares (Audesirk, Audesirk & Byers 2013).

Aparato o Complejo de Golgi: formado por pilas de sacos membranosos y aplanados llamados cisternas; se divide en tres áreas: cara cis (entrada), recibe materiales de las vesículas de transporte del RE; región intermedia, cara trans (salida), empaquetan y modifican, si es necesario, moléculas como las proteínas o materiales en vesículas y las transporta fuera del complejo. En general modifica, empaqueta y clasifica las proteínas para dirigirlas hacia las vacuolas u otros orgánulos (Solomon et al, 2013).

Retículoendoplásmico,porPersonaldeBlausen, 2013, WikimediaCommons (https://blausencom/en/video/endoplasmicreticulum/) CreativeCommonsAttribution30

Lisosomas: son pequeños sacos de enzimas digestivas que se dispersan en el citoplasma. Degradan diferentes materiales ingeridos, así como orgánulos y proteínas deteriorados o que ya no se necesitan (Solomon et al, 2013).

Vacuolas: estos orgánulos no tienen estructura interna, tienen una función importante en el crecimiento y desarrollo de las plantas. Almacenan materiales, residuos, agua; mantienen la presión hidrostática(Solomon et al, 2013).

Peroxisomas: orgánulos rodeados con una membrana, contienen enzimas que catalizan una variedad de reacciones metabólicas, durante estas reacciones de oxidación producen peróxido de hidrógeno. Degradan moléculas de ácidos grasos (Solomon et al, 2013).

Mitocondrias: ocurre la respiración aerobia, está rodeada por una membrana doble que forma dos compartimentos: el espacio intermembrana y la matriz mitocondrial. Se da la transformación de la energía que procede de la glucosa o de lípidos en energía de ATP (Audesirk, Audesirk & Byers 2013).

Mitocondrias en el cerebro y sus alteraciones en la Enfermedad de Alzheimer

En el cerebro, las mitocondrias y los procesos involucrados en su dinámica son importantes para sostener funciones neuronales y alteraciones en su función e integridad.

Bombeodeprotonesatravésdelamembranadellisosoma, porAlejandroPorto, 2014,WikimediaCommons(trabajo propio) CreativeCommonsAttribution-ShareAlike 30

DiagramadeMitocondria,porKelvinSong, 2012, WikimediaCommons(trabajopropio) CreativeCommons CC010

El cito esqueleto

Es una densa red de fibras de proteína que proporciona a las células su resistencia es mecánica tienen forma para tener capacidad para moverse. El cito esqueleto también participa en división celular y en el transporte de materiales (Solomon et al., 2013).

El cito esqueleto esta constituido por tres estructuras.

-Microtubos: tubos espirales de dos proteínas. Formados por una proteína llamada actina. Estos permiten el movimiento de los cromosomas durante la división celular, forman los centriolos, cuerpos basales, y los cilios y flagelos (Audesirk, Audesirk & Byers 2013).

-Microfilamentos: formados por la proteína actina, son cadenas dobles de proteínas enrolladas. Participa en la contracción muscular, permite cambiar la forma de la célula y facilita la citocinesis (Audesirk, Audesirk & Byers 2013).

-Filamentos intermedios: unidades helicoidales enrolladas una alrededor de otra, unidas en grupos de 4, las proteínas que las conforman dependen de la función y tipo de célula a la que pertenezca. Estos marcan el soporte dentro de la célula, sostiene la membrana, afianza los organelos y une células (Audesirk, Audesirk & Byers 2013).

Proteínas asociadas a los microtubos (MAP):

Una proteína motora la kinesina mueve los orgánulos hacia el extremo mas de un microtubo la dineína otra proteína motora es la que transporta los orgánulos en el sentido opuesto hacia el extremo (Solomon et al., 2013). Los movimientos son conocidos como:

Los MAP estructurales pueden ayudar a regular el ensamblaje de microtubos. Y una proteína motora, la Kinesina mueve los orgánulos hacia el externo más de un microtubo la dineína es otra proteína motora transporta los orgánulos en el sentido opuesto hacia el externo menos.

Los centrosomas y los centriolos participan en la división celular.

Para que los microtubos actúen como soporte estructural o participen en la división celular, deben anclarse a otras partes de la célula (Solomon et al., 2013). El centrosoma contiene dos estructuras llamadas centriolos, los cuales se encuentran perpendicularmente entre sí. Estos centriolos están formados

por nueve grupos de tres microtúbulos unidos, llamados tripletes (Solomon et al., 2013). Las subunidades de la tubulina se organizan para formar el huso mitótico durante la división celular, que da soporte al distribuirse ordenadamente los cromosomas (Solomon et al., 2013).

3dimensionalviewofacentriole,porTwooarsatEnglishWikipedia,2008,WikimediaCommons (Trabajopropio,(textooriginal:self-made)) CreativeCommonsAttributionShareAlike30

Cubiertas celulares:

La cubierta celular se encuentra rodeando las celulas y se encarga de proteger, sostener y unir a las células, esta puede estar formada por:

Cubierta celular

Pared Celular Matriz extra celular

La pared celular: en las célula vegetal es la zona límite del contacto exterior, esta protege a la célula, le da forma definida, limita la entrada y salida de materiales, también participa en el proceso de transpiración, secreción y absorción (Unam, s.f.).

La matriz extra celular: por carecer de paredes rígidas las células animales fabrican un tipo de matrices de fibras, colágeno y elastinas, esta capa ayuda a mantener juntas las células y su función es protección, comunicación y sostén. En los tejidos animales las células adyacentes se conectan entre si por uniones estrechas, uniones de anclaje y los desmosomas (Unam, s.f.).

Membrana plasmática, Estructura

La membrana plasmática está constituida por una doble capa de fosfolípidos. En ella se anclan otras moléculas de membrana, donde se encuentran proteínas que forman un modelo de mosaico. Los fosfolípidos se mueven constantemente, sin perder el contacto unos con otros, lo que confiere gran dinamismo a la membrana. Por eso, el modelo más aceptado para explicar la estructura de la membrana plasmática se denomina modelo de mosaico fluido. (Solomon et al., 2013). El modelo reconoce dos tipos básicos de proteínas de membrana:

Integrales. Atraviesan la membrana de lado a lado. Periféricas. Se encuentran ancladas en los fosfolípidos de manera parcial; no atraviesan la membrana.

La monocapa exterior contiene glúcidos en su superficie, estos son oligosacáridos unidos covalentemente a los lípidos formando “glucolípidos” y a las proteínas formando “glucoproteínas” a este conjunto de oligosacáridos unidos a lípidos y proteínas se les llama Glucocálix. (Solomon et al., 2013).

Estructura de membrana (Audesirk et al., 2013).

Funciones de las membranas

Anclaje. Algunas proteínas de membrana, como las integrinas, anclan la célula a la matriz extracelular, y también se unen a los microfilamentos dentro de la célula (Solomon et al., 2013).

Transporte pasivo. Ciertas proteínas forman canales para el paso selectivo de iones o moléculas (Solomon et al., 2013).

Transporte activo. Algunas proteínas de transporte bombean solutos a través de la membrana, requiriendo un ingreso directo de energía ATP (Solomon et al., 2013).

Actividad enzimática. Muchas enzimas unidas a la membrana catalizan las reacciones que ocurren dentro o en la superficie de la membrana (Solomon et al., 2013).

Transducción de señales. Algunos receptores se unen con las moléculas de señales como las hormonas y transmiten la información al interior de la célula (Solomon et al., 2013).

Reconocimiento de células. Algunas glicoproteínas funcionan como etiquetas de identificación (Solomon et al., 2013).

Unión intercelular. Las proteínas de adhesión celular unen las membranas de las células adyacentes (Solomon et al., 2013).

Algunasdelasfuncionesdelasproteínas demembrana,Solomon,E P ,Berg,L R y Martin,D W (2013) Biología (9ªed) CengageLearning

Estructura y permeabilidad de la membrana celular

Biologia de la membrana celular: la celula y sus procesos en nefrologia.

https://www.revistanefrologia.com/es-biologia-membrana-celular-articulo-X021169959400663X

p , p y g , proporción similar a esta se encuentra comúnmente en las membranas plasmáticas de todas las células animales con algunas excepciones (Univercidad de vigo, 2022).

(Alamy Vector, 2016)

La membrana celular es una estructura fluida que hace que sus moléculas tengan movilidad lateral, es semipermeable por lo que puede actuar como una barrera selectiva frente a determinas moléculas. Posee la capacidad de romperse y repararse de nuevo sin perder su organización por lo que es una estructura flexible y maleable que se adapta facilmente a las necesidades de la célula ya que esta se mantiene en renovación, es decir que se mantiene eliminando y añadiendo moléculas que permitan que se adapte a las necesidades fisiológicas de la células (Univercidad de vigo, 2022).

Una de las múltiples funciones de la membrana es la creación y mantenimiento de gradientes iónicos, los cuales hacen a la célula sensible ante estímulos externos lo cual permite la transmisión de información y producción de ATP que es necesario para un transporte selectivo, también hacen posible la creación de compartimentos intracelulares donde se realizan la envoltura nuclear que contiene el ADN (Univercidad de vigo, 2022).

(Atlas de histologia vegetal y animal)

Transporte pasivo

Es un proceso en el que las moléculas se mueven a través de la membrana celular sin utilizar energía (S 2016).

Difusión simple: las moléculas se mueven de áreas de alta concentración a áreas de baja concentración hasta que se alcanza un equilibrio (Starr et al., 2016).

Difusión facilitada: utiliza proteínas transportadoras para mover moléculas grandes o polarizadas a través de la membrana celular.

Ósmosis: el agua se mueve a través de la membrana celular de un área de baja concentración de solutos a un área de alta concentración de solutos.

La osmosis

La ósmosis es el transporte de agua a través de una membrana, que permite el pas solvente, pero no de los solutos. El ag mueve de una solución hipotónica (m concentrada) a una solución hipert (más concentrada) para equilibra concentración de solutos a ambos lados membrana. La dirección del fluj determinada por la diferencia de concentración de solutos entre las dos soluciones, conocida como gradiente de concentración (Starr et al., 2016).

lsumi (2023) Atribución Creative Commons 4 0 Wikimedia Commons

OpenStax (2016) Atribución Creative Commons 4.0 Wikimedia Common

Transporte Activo

Es la forma en que la membrana permite el paso de sustancias hacia el interior o exterior de la célula. En este tipo de transporte, la membrana utiliza energía para mover moléculas o iones contra su gradiente de concentración, la razón es porque la célula necesita muchas sustancias en concentraciones mayores dentro que su concentración fuera de ella (Solomon et al, 2013). Requiere que la célula invierta energía metabólica directamente para llevar a cabo el proceso, por lo que al bombear materiales de una baja concentración a una región con alta, la energía almacenada en el gradiente de concentración no está disponible para el sistema, por lo que trabaja contra ella, por lo que necesita otra fuente de energía. Puede utilizar energía del ATP directa o indirectamente (Solomon et al, 2013).

Bomba de sodio- potasio: es un transportador ABC, proteína específica. Este es un ejemplo de mecanismo de transporte activo. Utiliza la energía del ATP para bombear iones sodio fuera de la célula e iones potasio dentro de esta. Como se puede observar, el cambio es desigual; 3 iones sodio, por 2 iones potasio (Solomon et al, 2013).

Las bombas de iones tienen funciones importantes, como el papel decisivo en la capacidad de una célula animal para igualar las presiones osmóticas de su citoplasma y entorno externo (Solomon et al, 2013).

En este movimiento de sustancias participan proteínas de transporte que se clasifican dependiendo de cuantos solutos en qué dirección los transporte:

Uniportadoras: transportan un tipo de sustancia en una sola dirección.

Simportadoras: mueven dos tipos de sustancia en una misma dirección.

Antiportadoras: bombean dos tipos de sustancias, pero en direcciones opuestas (Solomon et al, 2013).

Sistema de cotransporte

Los solutos se mueven a través de la membrana indirectamente, es decir, por un transporte activo indirecto. El movimiento de un soluto a favor de su gradiente proporciona energía para trasladar otros solutos. La proteína transportadora captura la energía liberada y la utiliza para acarrear otra sustancia. Por ejemplo, el sistema de trasporte activo indirecto para la glucosa es impulsado por el cotransporte de sodio (Solomon et al, 2013).

Exocitosis y Endocitosis

La endocitosis es el proceso por el cual las células obtienen materiales grandes que no pueden pasar a través de la membrana celular. Hay tres tipos:

·Pinocitosis

·Fagocitosis

·Endocitosis medida por receptor

La Fagocitosis es el proceso en el que la célula pseudópodos que rodean la partícula sólida. Ya rodeada los pseudópodos se fusionan y crean una vesícula fagocítica o fagosoma.

La pinocitosis es el proceso en el que la membrana se repliega para crear una vesícula pinocítica.

La endocitosis medida por receptor es similar a la pinocitosis, con la diferencia de que la invaginación de la membrana sólo tiene lugar cuando la molécula ligando, se une al receptor de la membrana. Una vez formada la vesícula endofítica está se une a otras vesículas para formar una estructura mayor llamada endosoma. (Curso de Orientación y Nivelación al estudio Universitario en Ciencias de la Salud, 2020)

Exocitosis

Es lo contrario a la endocitosis

Dentro de las células el aparato de Golgi forma pequeñas vesículas, las vesículas se fusionan con la membrana y liberan material al exterior. (Curso de Orientación y Nivelación al estudio Universitario en Ciencias de la Salud, 2020)

Uniones Celulares

Las uniones celulares pueden tener tres funciones, de adhesión o anclaje entre células o entre éstas y la matriz extracelular, de oclusión y “aislamiento” de ambientes diferentes y de nexo o comunicación. (Alberts et al. 2002).

Las uniones celulares frecuentemente presentan proteínas transmembranosas que podrían relacionar a los citoesqueletos de las células contiguas y pueden ser homotípicas o heterotípicas. (Trewavas et al. 2013).

Las células, para ajustar su conducta adaptativamente, suelen percibir cambios en el ambiente, y lo hacen a través de moléculas solubles como citoquinas y hormonas, o por medio de interacciones directas con otras células o la matriz extracelular. (Ayuob & Alí 2012).

Estas y otras uniones se efectúan gracias a la intervención de las moléculas de adhesión celular o CAM, como pueden sel las claudinas, cadherinas e integrinas. (Sánchez et al. 2005).

Las proteínas transmembranosas se unen, en el espacio extracelular, con otras moléculas de adhesión de las células contiguas, mientras en la región citoplasmática se articulan mediante varias proteínas del citoesqueleto. (Ross & Pawlina 2007).

1.Homotípica; 2. Heterotípica. a, células cilíndricas intestinales; b, neurona; c,astrocito. (Rikitakeetal.2012).

Rutas de liberación de energía, el ATP

Reacciones Redox

Las reacciones redox, también conocidas como reacciones de oxidaciónreducción, son procesos químicos en los que los electrones son transferidos entre especies químicas. En una reacción redox, una especie química se oxida, lo que significa que pierde electrones, mientras que otra se reduce, lo que significa que gana electrones. Son importantes en la producción de energía en organismos vivos, como en la respiración celular, así como en procesos industriales, como la producción de metales y la síntesis de productos químicos. Las reacciones redox también están involucradas en la formación de radicales libres. (Starr et al., 2016)

Los radicales libres son moléculas altamente reactivas que contienen al menos un electrón no emparejado en su capa externa. Debido a su inestabilidad, los radicales libres pueden reaccionar con otras moléculas, robándoles un electrón y desencadenando una reacción en cadena que puede causar daño celular y enfermedades. Los radicales libres se producen normalmente en procesos celulares como la respiración y el metabolismo, pero también pueden ser generados por factores externos como la exposición a la radiación ultravioleta, la contaminación del aire y el consumo de tabaco y alcohol (Starr et al., 2016)

samir. (2006). Creative Commons Atribución-Compartir Igual 3.0. Wikimedia Commons.

SPT J. (2020). Creative Commons AtribuciónCompartir Igual 4.0. Wikimedia Commons

Etapas de la respiración aeróbica

Glucolisis: (Citosol). La glucosa se degrada a piruvato; ganando 2 moléculas de ATP; para producir energía. Se necesita Glucosa, ATP, NAD+, ADP, para producir Piruvato, ATP, NADH. (Solomon et al., 2013).

Formación de acetil CoA: (Mitocondrias). El piruvato se degrada y se combina con la coenzima A para formar acetil CoA; los átomos de hidrógeno se transfieren a los portadores; se libera CO2. Se necesita Piruvato, coenzima A, NAD+ para producir Acetil CoA, CO2, NADH. (Solomon et al., 2013).

Ciclo del ácido cítrico: (Matriz mitocondrial). El acetil CoA se oxida al reaccionar con el oxalacetato, formando el citrato; pierde dos grupos carboxilo en forma de CO2. Un ATP se forma por fosforilación. Dos moléculas de CO2 y ocho átomos de hidrógeno se eliminan, formando tres NADH y un FADH2. Se requieren dos ciclos por molécula de glucosa (Solomon et al., 2013).

Transporte de electrones y quimiosmosis: (Membrana mitocondrial interna). Los electrones eliminados se transfieren del NADH y del FADH2 a una cadena de compuestos aceptores de electrones, , formando un gradiente de protones. La energía de este gradiente de protones se utiliza para producir ATP. Se puede producir hasta 30 ATP (Solomon et al., 2013).

Producción de energía a partir de otros nutrientes

La mayoría de los organismos incluyendo a los seres humanos, dependen de diferentes nutrientes a parte de la glucosa como fuente de energía. Por lo general obtienen más energía mediante la oxidación de ácidos grasos que por la oxidación de la glucosa. Los aminoácidos derivados de la digestión de proteínas también se utilizan como moléculas de combustión, haciendo que estos se transformen en intermediarios metabólicos que ingresan en la glucolisis por medio del ciclo del ácido cítrico (Solomon et al., 2013).

Mediante un proceso llamado desaminación los aminoácidos se metabolizan por reacciones en las que se elimina primero al grupo amino, 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 (Solomon et al., 2013).

Los productos del catabolismo de las proteínas, carbohidratos y grasas entran en la g ácido cítrico (Solomon et al

Respiración anaeróbica y fermentación

En la respiración anaeróbica los electrones extraídos de una molécula de combustible pasan a través de una cadena de transporte de electrones para impulsar la síntesis de ATP (Khan Academy, 2017).

La fermentación es otra vía anaeróbica que no requiere de oxigeno para degradar la glucosa, esta se realiza en muchos tipos de células y organismos. En la fermentación, la única vía de extracción de energía es la glucólisis, con uno o dos reacciones extras al final (Khan Academy, 2017).

La fermentación y la respiración anaeróbica comienzan igual, con la glucólisis. Pero, en la fermentación, el piruvato producido en la glucólisis no continúa su oxidación ni hacia el ciclo del ácido cítrico, tampoco funciona la cadena de transporte de

electrones. Dado que la cadena de transporte de electrones no es funcional, el NADH que se produce en la glucólisis no puede entregar allí sus electrones para regresar a NAD+ (Khan Academy, 2017).

(Khan Academy, 2017)

Conversión enzimática de la biomasa lignocelulósica en productos de valor añadido

Recientemente, investigadores de la Universidad de Tufts han descubierto un nuevo método de fermentación que utiliza una enzima llamada cellobiosa fosforilasa para convertir los desechos de plantas en biocombustibles y productos químicos.

https://www sciencedirect com/science/article/pii/S1364032121003270?via%3Dihub

Luz y fotosíntesis

La mayor cantidad de vida en el planeta depende de la luz ya sea directa o indirectamente, para entender su partición en la fotosíntesis es importante entender su naturaleza (Solomon et al., 2013).

La luz visible representa una pequeña parte del amplio rango de radiación continua llamado espectro electromagnético, en el cual viaja la radiación en ondas y la longitud de ondas es la distancia entre el pico de una onda y la próxima (Solomon et al., 2013).

En un extremo del espectro electromagnético están los rayos gamma, con longitudes de onda muy cortas, que se miden en fracciones de nanómetros, en el otro extremo del espectro se encuentran las ondas de radio, cuyas longitudes de onda son tan largas que pueden medirse en kilómetros (Solomon et al., 2013).

La franja del espectro electromagnético con longitud de onda entre 380 y 760 nm se llama espectro visible, ya que los humanos pueden verlo. La radiación electromagnética del Sol incluye la radiación ultravioleta y la luz visible de diversos colores y longitudes de onda (Solomon et al., 2013).

El espectro electromagnético (Solomon et al., 2013).

Cloroplastos

Los cloroplastos son orgánulos que se encuentran en las células de las plantas y algas, y son responsables de la fotosíntesis. Estos orgánulos están rodeados por una doble membrana y contienen una serie de estructuras internas, como los tilacoides, los estromas y los grana. Los tilacoides son membranas internas que contienen la clorofila, que es la molécula que absorbe la energía de la luz durante la fotosíntesis. Los grana son pilas de tilacoides que se organizan en estructuras en forma de disco. El estroma es una solución acuosa que se encuentra entre la membrana interna y los tilacoides, y contiene enzimas y moléculas de ADN. (Taiz & Zeiger, 2010).

Los cloroplastos están altamente especializados para la fotosíntesis, y tienen la capacidad de convertir la energía de la luz en energía química que la planta puede utilizar.

Durante la fotosíntesis, la energía de la luz se utiliza para dividir el agua en oxígeno y protones, que se utilizan para producir ATP, la molécula que la planta utiliza para almacenar energía.

Además, la fotosíntesis produce glucosa, que se utiliza como fuente de energía para la planta.

(Nelson & Cox, 2008)

Fuente: Blog de Biologia, 2023

Fotosíntesis: reacciones dependientes de la luz

Las reacciones dependientes de la luz son la primera etapa de la fotosíntesis en la que la energía de la luz se convierte en energía química. Estas reacciones ocurren en los tilacoides de los cloroplastos y consisten en la captura de la luz por los pigmentos, incluyendo la clorofila, y la producción de ATP y NADPH a través de una serie de reacciones redox. El oxígeno se libera como subproducto de la reacción de fotosíntesis. Las reacciones dependientes de la luz aportan los sustratos necesarios para la siguiente etapa de la fotosíntesis, las reacciones dependientes de la luz o ciclo de Calvin. (Begon et al., 2018)

Características

1. Requieren luz como fuente de energía.

2. Tienen lugar en los tilacoides de los cloroplastos.

3. Generan ATP y NADPH, que se utilizan para la síntesis de carbohidratos durante la fase oscura de la fotosíntesis.

4. Involucran la transferencia de electrones a través de la cadena de transporte de electrones en los tilacoides.

5. Requieren la presencia de pigmentos fotosintéticos como clorofila y carotenoides para absorber la luz (Begon et al., 2018).

miguelferig. Creative Commons Zero, Dedicación al Dominio Público. Wikimedia Commons.

S.Rifqi.(2017).CreativeCommons Atribución-CompartirIgual30 Wikimedia Commons.

Fotosistemas II y I

son agrupaciones de clorofila y pigmentos accesorios rodeados por distintas proteínas, estos fotosistemas trabajan juntos en las reacciones luminosas (Audesirk, Audesirk & Byers 2013).

El centro de reacción del fotosistema I (PSI) consiste en un par de moléculas de clorofila a con un pico de absorción en 700 nm (P700). El centro de reacción del fotosistema II (PSII) está formado por un par de moléculas de clorofila a con un pico de absorción cercano a 680 nm, P680 (Solomon et al., 2013).

El transporte acíclico de electrones: se produce ATP Y NADPH, el PSII se activa cuando la molécula de pigmento absorbe un fotón de luz, este se energiza a través del movimiento, luego lo recibe un receptor primario de electrones y es trasferido por una cadena de electrones al PSI donde se transfiere a un NADP y de une a un H, liberando NADPH y ATP al estroma (Solomon et al., 2013).

El transporte cíclico de electrones: en este los electrones circulan por el PSI, capturando la energía liberada en forma de ATP por quimiosmosis (Solomon et al., 2013).

Thylakoid membrane, por Somepics, 2015, Wikimedia Commons (trabajo propio). Creative Commons Attribution- Share Alike 4 0

Reacciones de fijación de carbono

La fijación de carbono ocurre en el estroma del cloroplasto mediante 13 reacciones conocidas como el ciclo de Calvin catalizadas por 13 enzimas localizadas en el estroma. (Solomon et al., 2013). Estas reacciones se dividen en tres fases:

Absorción de CO2: Una molécula de CO2 reacciona con la ribulosa bifosfato (RuBP) catalizada por la enzima rubisco y produce un compuesto de 6 carbonos que inmediatamente se rompe en dos moléculas de fosfoglicerato (PGA) con tres carbonos cada uno (Solomon et al., 2013).

Reducción de carbono: El PGA es fosforilado por el ATP y reducido por el NADPH dando un resultado de moléculas de gliceraldehído-3 fosfato (G3P). Dos moleculas de G3P se van para producir glucosa y las demás continúan el ciclo (Solomon et al., 2013).

Regeneración (RuBP): las moléculas de G3P se convierten en moleculas de RuBP mediante ATP y ADP y así se obtienen moléculas de RuBP que van a reaccionar con CO2 y reiniciar el ciclo (Solomon et al., 2013).

El bloqueo de la fijación de dióxido de carbono en las bacterias aumenta la producción de biocombustibles

Reducir la capacidad de ciertas bacterias para fijar el dióxido de carbono puede aumentar en gran medida su producción de gas hidrógeno que puede usarse como biocombustible, informan los investigadores. www.sciencedaily.com/releases/2011/03/110330094022.htm

Crédito de la imagen: "Ciclo de Calvin: Figura 1", de OpenStax College, Conceptos de Biología CC BY 4.0

Referencias

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Barcelona: Omega.

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https://es.khanacademy.org/science/ap-biology/cellularenergetics/cellular-respiration-ap/a/fermentation-andanaerobic-respiration

López Otín, C., Blasco, M. A, Partridge, L., Serrano, M., & Kroemer, G. (2015). Las señas de identidad del envejecimiento. Celda, 153(6)

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