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Integrantes:

KarenVillatoro

MadelynValenzuela

DanielaRodríguez

FabioUmaña

LidiaTzunu

CristopherOsorio

DiarioCientífico

Catedrática: RosaJiménez

Sección:D

TEMA BiologíaCelul

Coordinadora:Karen YulianaVillatoroCalderón

Secretaria:MadelynValenzuela

6defebreroal10demarzode2023

La célula como unidad básica de la vida

Robert Hooke (siglo XVII) observando al microscopio comprobó que en los seres vivos aparecen unas aparecen unas estructuras elementales estructuras elementales a las que llamó células. Fue el primero en utilizar este término. A partir del siglo XVIII hasta nuestros días, el desarrollo de técnicas en microscopía óptica y electrónica ha permitido el descubrimiento y estudio de otras estructuras internas de las células.

La célula es la unidad básica de la vida. Es la unidad más pequeña de un organismo que puede realizar todas las funciones necesarias para la vida. Todos los seres vivos están compuestos por células y llevan a cabo los procesos de la vida, como el crecimiento, la reproducción y la respuesta a los estímulos.

Fuente:National Institutes of Health (NIH)

Fuente:Skincancercellsfromamouseshow howcellsattachatcontactpointsbyNational InstitutesofHealth(NIH)

Hay dos tipos principales de células: procariotas y eucariotas. Las células procariotas son células simples que se encuentran en organismos como las bacterias, y carecen de núcleo y otros orgánulos unidos a la membrana. Las células eucariotas, por otro lado, son más complejas y se encuentran en organismos como plantas, animales y hongos. Tienen un núcleo y varios orgánulos unidos a la membrana, como las mitocondrias y los ribosomas.

Las células cambian constantemente y se adaptan a su entorno para poder sobrevivir y reproducirse. Se comunican con otras células, tanto dentro de su propio organismo como con otros organismos, para coordinar sus funciones y mantener la salud general del organismo.

Fuente:Pancreatic Cancer Cells by National Institutes of Health (NIH)

En general, las células juegan un papel crucial en el funcionamiento de todos los seres vivos y su estudio ha llevado a muchos descubrimientos importantes en los campos de la biología y la medicina y nuestra comprensión de su función y organización sigue evolucionando a medida que se dispone de nuevas tecnologías y métodos de investigación, la célula es la unidad estructural y funcional de cualquier organismo, desde los más simples hasta los más evolucionados. La célula no solo es la unidad básica de organización de los seres vivos, es también la unidad genética, dado que en el ADN contiene las instrucciones genéticas que regulan su funcionamiento y que transmite a sus descendientes. Por lo tanto, el conocimiento de la estructura y el funcionamiento de la célula constituyen uno de los pilares fundamentales en el estudio y la comprensión de la Biología.

La Célula: Unidad básica de la vida

Podemos imaginarla como la primera piedra de una casa; como la unidad básica del organismo, capaz de realizar todas las funciones necesarias para el diario vivir: crecer, reproducirse, respirar, nutrirse, responder a estímulos y diferenciarse unas de otras. (Soto, 2012)

Soto, F (2012) Bases de la vida: la célula, unidad funcional de los seres vivos, Ministerio de Educación, Gobierno de Chile https://epja mineduc cl/wpcontent/uploads/sites/43/2016/04/celula unidad funcional de los seres vivos pdf

Células procariotas y eucariotas

Ya conocemos la importancia de la célula en la vida, y esta tiene sus divisiones. Estas son las células procariotas y eucariotas, las bacterias y arqueas pertenecen a las células procariotas. Los demás organismos se encuentran formados por células eucariotas. Es fácil reconocer las diferencias entre ambos tipos de células y estas son alguna:

Células procariotas:

Tamaño reducido. No posee núcleo. El material genético se encuentra en el área nuclear o nucleoide. Ni área nuclear ni otros orgánulos internos, se encuentra rodeada de una membrana. Su membrana plasmática puede plegarse para formar ayudar a las reacciones metabólicas de la célula.

Poseen paredes celulares que dan estructura a las células. Los flagelos ayudan a las células a desplazarse y a impulsarse. Sus ribosomas son pequeños.

Células eucariotas:

• Su tamaño es mayor al de las células procariotas.

• Posee núcleo.

• La parte que rodea al núcleo es el citoplasma y su fluido se llama citosol.

• La parte dentro del núcleo de la célula se llama nucleoplasma.

• Poseen un citoesqueleto que mantiene su forma y transporta materiales.

Fuente: Ruiz, M (2014) Célula Procariota

Fuente:Porto, A. (2012) Célula Eucariota Animal

Las células eucariotas se dividen en 2 tipos:

• Las células vegetales.

• Las células animales.

El primer tipo (células vegetales) contiene cloroplastos que son aquellos que le proporcionan a la planta su característico color verde. Estos cloroplastos también ayudan en su proceso de fotosíntesis, lo que las convierte en autótrofas. Y también es importante mencionar que su pared celular se encuentra hecha de celulosa. Mientras que las células animales, a diferencia de las células vegetales, son en su mayoría heterótrofas. Las células eucariotas animales, carecen de pared celular celulósica.

(Gama F. & Fernández G., 2017).

En general, la estructura de las células eucariotas es:

• Fundamentales:

- Membrana plasmática

- Citoplasma - Núcleo

• Organelos sin membrana:

- Citoesqueleto - Pared celular

- Flagelo

• Organelos con membrana:

- Mitocondria - Cloroplastos

- Ribosomas

- Retículos endoplasmáticos

- Aparato de Golgi

• Procesamiento y almacenamiento de sustancias:

- Vesículas - Lisosomas - Peroxisomas

- Vacuolas

(Guerrero, W. 2018)

Fuente: Emtic Education, (2017) Esquemas células XL, Flickr.

El núcleo celular

Normalmente, el núcleo es el orgánulo mas prominente de la célula, en general es esférico u oval y tiene un promedio de 5 micrómetros de diámetro.

Debido a su tamaño y a que con frecuencia ocupa una posición relativamente fija cerca del centro de la célula, algunos de los primeros investigadores supusieron, antes de que se dispusiera de evidencias experimentales, que el núcleo servía como el centro de control de la célula el núcleo celular es el orgánulo encargado de controlar las funciones de la célula, especialmente la regulación de la expresión génica contiene el material genético de la célula en forma de cromosomas y es rodeado por una doble capa de membrana.

“Punto clave: el núcleo contiene ADN y es el centro de control de la célula.”

El núcleo controla la síntesis proteínas transcribiendo su información en moléculas de ARN mensajero (ARN). El ARN mensajero se mueve al citoplasma, donde se fabrican las proteínas. El ADN se asocia con el ARN y con ciertas proteínas, formando un complejo conocido como cromatina.

Fuente: Magnus Manske ( 2020) Nucleo-RER

Orgánulos del citoplasma

Dentro de la células eucariotas se han identificado diferentes tipos de orgánulos en su citoplasma, en estos se encuentran los ribosomas, el retículo endoplásmico, el complejo de Golgi, los lisosomas, las vacuolas, los cloroplastos, los peroxisomas, y las mitocondrias.

Los ribosomas fabrican proteína: Están formados por ARN y proteínas que se sintetizan con el nucléolo, éstos contienen las enzimas que se necesitan para formar los enlaces peptídicos que se unen con los aminoácidos para producir poli péptidos. Los ribosomas poseen una subunidad grande y una pequeña, cuando estás se unen empiezan a producir poli péptidos.

Fuente: OpenStax College, Concepts of Biology, CC BY 4 0

El retículo endoplásmico es una red de membranas internas:

Fuente:Blausen com staff (2014) "Medical gallery of Blausen Medical 2014"

El retículo endoplásmico (RE) forma una red que en la mayoría de las células representa una parte considerable del volumen del citoplasma. En el RE existe algo denominado luz del RE (la luz del RE se refiere al espacio interno que apresa a las membranas en las células), la luz del RE solamente forma un compartimento interno que sigue en el compartimento que se forma entre membrana internas y externas de la envoltura nuclear.

Aparato de Golgi:

Este se encarga de clasificar y modificar las proteínas. En gran parte de las células el aparato de Golgi está formado por sacos membranosos, aplanados y apilados llamados cisternas, su principal función es modificar las proteínas luego empaqueta las proteínas secretadas y las dirige hacia las vacuolas u otros orgánulos.

Las vacuolas:

Son sacos membranosos que únicamente han sido encontrados en células de plantas algas y hongos, se encargan de almacenar materiales como el agua, esto les ayuda a mantener la presión hidrostática.

Lisosomas:

Los lisosomas contienen las enzimas que degradan los distintos materiales ingeridos, como orgánulos y proteínas que no se necesitan más. Cabe recalcar que los lisosomas solamente se han encontrado en células animales.

Los peroxisomas:

Estas contienen enzimas que hacen una variación de reacciones metabólicas, una de sus funciones principales es degradar moléculas de ácidos grasos. Se conoce que cuando las células de levadura están creciendo se fabrican peroxisomas que contiene enzimas que degradan esta levadura. También se conoce que en las plantas son de gran ayuda al convertir los ácidos grasos en azúcares.

Fuente: (Oiseth, et al, 2022)

Las mitocondrias y los cloroplastos:

Son orgánulos especializados en facilitar la conversión de energía de una forma a otra, se conoce que las mitocondrias se encuentran en la mayoría de las células eucariotas y los cloroplastos se encuentran sólo en las células de algas y de ciertas células vegetales.

Estas contiene cadenas cortas de ADN y por medio de estas cadenas codifican un pequeño número de proteínas que se encuentran en estos orgánulos.

Fuente: Mitochondrion (borderless version)

Producción de ATP a través de la respiración celular:

Fuente: Zlir'a, Cellular Respiration ES.

Por medio de las mitocondrias se tiene la respiración aerobia que incluye la mayoría de las reacciones se convierten la energía química. La respiración celular es un proceso exergónico, donde se aprovecha parte de la energía contenida en las moléculas de alimento, decimos parte de la energía porque no toda es utilizada, sino que una parte se pierde en forma de calor.

(Inés R. 2015)

En los cloroplastos se tiene la clorofila y esta atrapa la energía de la luz para la fotosíntesis, también la clorofila contiene algo llamado carotenoides que están absorben la luz.

Los cloroplastos tienden a ser algo más grande que las mitocondrias, con longitudes aproximadas de 5 a 10 μm o más

El citoesqueleto

Al comparar los billones de células que constituyen el organismo humano con organismos como plantas, hongos y parásitos, todos, a pesar de la gran diversidad que existe entre ellos, presentan componentes intracelulares que se integran de tal manera que forman un armazón al interior de las células: el citoesqueleto. Éste funciona de forma semejante al esqueleto de los animales, ya que permite que las células y los organismos adopten diversas formas, alcancen ciertos tamaños y tengan la capacidad de realizar movimientos, entre otras funciones.

La constitución del citoesqueleto recae en una compleja red tridimensional de fibras proteicas, las cuales, vistas a través del microscopio electrónico, presentan formas organizadas de ramilletes o redes finas.

Una de las técnicas más evolucionadas, pues permite la observación de la composición intracelular desde diferentes ángulos, formas de observación y niveles de profundidad, es la microscopía de luz, cuando se le combina con la video filmación de alta resolución y con el empleo de marcadores fluorescentes se logran observaciones en tiempo real de la distribución o redistribución de varios componentes del citoesqueleto o de otras moléculas que participan durante el ensamble del mismo

Fuente: Tilley L., Waller R.F. (2014)

El citoesqueleto se mantiene en continuo cambio, y está constituido por tres tipos de filamentos de proteínas, estos son:

Microtúbulos

Microfilamentos

Filamentos internos

los microtúbulos: Son los filamentos mas fuertes más gruesos, son rígidos y tiene una forma de cilindros. Son muy adaptables durante la división celular y son los componentes estructurales de los cilicios y flagelos.

Fuente: icarito.cl

Los microfilamentos: son fibras resistentes y flexibles, los microfilamentos están unidos entre si y con otras proteínas a través de proteínas enlazadoras.

los microfilamientos de la corteza celular ayudan a determinar la forma de la célula y son importantes para su movimiento.

Los filamentos: Estos proporcionan resistencia mecánica y estabilizan la forma celular, se sabe que ciertas proteínas entrelazan estos filamentos con otros tipos de filamentos y establecen integración entre ellos.

Cubiertas celulares

“Moléculas que rodean las células o cubiertas celulares”

La mayoría de las células eucariotas está rodeada por una glucocálix o cubierta celular, formada por cadenas laterales de polisacáridos de proteínas y lípidos que forman parte de la membrana plasmática.

La glucocálix protege la célula y puede ayudar a separarla de otras células. Ciertas moléculas de la glucocálix permiten a las células reconocerse entre sí, establecer contacto y, en algunos casos, adherirse a otras células o asociarse con ellas para comunicarse. Otras moléculas de la cubierta celular contribuyen a la resistencia mecánica de los tejidos multicelulares. Muchas células animales también están rodeadas por una matriz extracelular (EMC) que ellas mismas secretan. Está formada por un gel de hidratos de carbono y proteínas fibrosas. La principal proteína estructural de le EMC es el colágeno, que forma fibras muy resistentes.

Fuente:(Calderón et al., 2019).

Fuente:Guillén, A. (2010).

Estructura de la membrana MEMBRANAS BIOLÓGICAS

Una membrana es permeable a una sustancia dada si permite que la sustancia pase a través de ella y es impermeable si no lo hace. La estructura del mosaico fluido de las membranas biológicas les permite funcionar como membranas de permeabilidad selectiva o semipermeables, dejando que algunas, pero no todas, las sustancias pasen a través de ellas.

En respuesta a las diversas condiciones ambientales o las necesidades de la célula, una membrana puede ser una barrera para una sustancia particular en un momento y promover activamente su paso en otro momento. Mediante la regulación del tráfico químico a través de su membrana plasmática, una célula controla su volumen y su composición interna iónica y molecular. Esta regulación permite que la composición molecular de la célula sea bastante diferente a la de su entorno externo.

Membranas Biológicas

Fuente: Open Stax (2021), Membrana plásmatica

Fuente: Kaper, G (2008)

Estudios basados en microscopia electrónica y en el análisis de la composición química de biomembranas, así como estudios de propiedades físicas tales como la permeabilidad y la difusión de proteínas y de moléculas lipídicas en membranas, condujeron al desarrollo del llamado modelo del mosaico fluido, propuesto por S.J. Singer y G Nicolson en 1972 (Martinez-Balbuena at al 2009)

Martinez-Balbuena, L; Maldonado-Arce, A & Hernández-Zapata, E (2009) Elasticidad de las membranas biológicas, REVISTA MEXICANA DE FÍSICA 56 (1)

https://www scielo org mx/pdf/rmfe/v56n1/v56n1a13 pdf

Funciones de las membranas

Las moléculas pueden pasar a través de la bicapa de lípidos hidrófoba. Gases como el oxígeno y el dióxido de carbono son moléculas pequeñas, no polares que cruzan la bicapa de lípidos con rapidez. A pesar de que las moléculas de agua son polares, su tamaño es lo suficientemente pequeño para pasar a través de los espacios que se forman entre las cadenas de ácidos grasos de la bicapa en su movimiento continuo. Como resultado, las moléculas de agua cruzan lentamente la bicapa de lípidos. La bicapa de lípidos de la membrana plasmática es relativamente impermeable a los iones cargados, independientemente de su tamaño, por lo que los iones y moléculas polares más grandes pasan a través de la bicapa lentamente. Los iones son importantes en la señalización celular y en muchos otros procesos fisiológicos. Por ejemplo, muchos procesos celulares, como la contracción muscular, dependerán de los cambios en la concentración citoplásmica de los iones de calcio.

Fuente: Montaya, H. (2014) Membrana celular.

La glucosa, los aminoácidos y otros compuestos son necesarios para el metabolismo las moléculas Polares también pasan a través de la bicapa de lípidos lentamente.

Fuente: Dominguez, P. (2014) La membrana celular

Estructura y permeabilidad de la membrana celular

Todo esto permite a la célula mantener el medio interno relativamente constante.

La membrana, debido a sus características hidrofóbicas, es impermeable a la mayor parte de las moléculas hidrosolubles, como la glucosa, los aminoácidos y los iones en general.

Esta capa hidrofóbica impide que la libre difusión de moléculas y por tanto permite a las membranas crear compartimentos intracelulares con contenidos químicos específicos, o mantener separados el medio intracelular del extracelular. Sin embargo, la permeabilidad es selectiva. Las variables que más influyen en la difusión pasiva son la polaridad y el tamaño de la molécula. Así, moléculas pequeñas sin carga, por ejemplo el CO2, N2, O2, o moléculas con alta solubilidad en grasas como el etanol cruzan las membranas prácticamente sin oposición, por un proceso de difusión pasiva

Esta propiedad es consecuencia del ambiente hidrófobo interno de la membrana creado por las cadenas de ácidos grasos de los lípidos, difícil de cruzar por las moléculas con carga eléctrica neta. Se conoce que las membranas biológicas son más permeables a moléculas polares mas pequeñas.

Fuente: Curtis, et al. (2013)

La permeabilidad de la membrana es menor para aquellas moléculas con cargas pero globalmente neutras (el número de cargas negativas iguala al de cargas positivas) como el agua o el glicerol. Se podría pensar que el agua difunde libremente por las membranas pero no es así y por ello en determinadas membranas existen unas moléculas denominadas acuaporinas que facilitan el cruce de la membrana por parte del agua. Es menor aún la capacidad de atravesar la membrana para moléculas grandes neutras pero con cargas, como la glucosa. Sin embargo, es altamente impermeable a los iones y a las moléculas que tienen carga neta.

El proceso mediante el cual las células captan moléculas grandes se llama endocitosis. Algunas de estas moléculas , polisacáridos, proteínas y polinucleótidos), cuando se hidrolizan dentro de la célula, dan nutrientes. La endocitosis también proporciona un mecanismo para regular el contenido de ciertos componentes de membrana.

Fuente: Pralle, A. (2016), botanica.cnba

Transporte pasivo

Se le llama transporte pasivo debido a que la célula no requiere gastar energía metabólica. La explicación más clara es que la mayoría de los iones y moléculas de menor tamaño se desplazan a través de la difusión, se refiere a un proceso físico de movimiento aleatorio, la cual se divide en dos:

La difusión simple: participa una membrana biológica, moléculas pequeñas de un soluto sin carga que se desplazan de forma directa a través de la membrana con respecto a su gradiente de concentración.

Dentro de esta destacamos la Ósmosis:

- Un tipo de difusión que implica el movimiento neto del agua a través de una membrana semipermeable de una región con mayor concentración a una con menor (presión osmótica).

- Gracias a esta difusión una disolución puede ser hipotónica, hipertónica o isotónica.

Difusión facilitada: participa una proteína de transporte que permite que la membrana sea permeable para un ion o una molécula polar, amabas específicas. También intervienen las proteínas de canal y transportadoras para permitir la entrada o salida del soluto. Conocidos como canales iónicos bloqueados. (Solomon et al. 2011)

Transporte activo

El transporte activo es el movimiento de sustancias de un lado a otro de las membranas celulares en contra de su gradiente de concentración, es decir, desde donde están menos concentradas hacia donde están más concentradas. (Alberts, B. 2013)

Las células necesitan transportar las activamente mucho soluto y esto lo hacen mediante el transporte activo, se sabe que el transporte activo necesita energía y por eso la célula tiene que contar con una un gradiente para concentración que se necesita trasladar.

Un ejemplo de transporte activo es la bomba de sodio-potasio, ya que utiliza la energía del ATP para bombear iones de sodio afuera de la célula y potasio dentro de esta. Y se presenta un intercambio desigual ya que cuando se generan dos iones de potasio se generan tres de sodio.

Fuente: Hats, L. (2014), Scheme sodium-potassium.

El cambio entre estos dos elementos se realiza en la membrana plasmática. Las células de bacterias, hongos y plantas utilizan proteínas transportadoras, conocidas como bombas de protones, para transportar activamente los iones de hidrógeno (que son protones) fuera de la célula. Estas bombas de membrana potenciadoras-ATP transfieren protones del citosol hacia el exterior.

El exterior de la célula esta cargada de energía positiva en la membrana plástica, y por esta energía almacenada se pueden realizar muchos trabajos de tipos celulares.

Existen tres tipos de proteinas transportadoras y estas son:

Uniportadores: Estas bombas de protones solo transportan un tipo de sustancia en una sola dirección.

Simportadoras: La diferencia con las uniportadoras es que estas mueven dos tipos de sustancias pero igual en la misma dirección.

Antiportadoras: Las antiportadoras cargan dos tipos de sustancias igual que las simportadoras pero estas si van a diferente dirreción.

Fuente: Sabater, J (2018) Farmacocinética

El transporte activo suele estar asociado con la acumulación de altas concentraciones de moléculas que la célula necesita, como iones, glucosa y aminoácidos. El transporte activo es el movimiento de moléculas a través de una membrana celular desde una región de menor concentración a una región de mayor concentración, en contra del gradiente de concentración. El transporte activo requiere energía celular para lograr este movimiento.

(Skou, J. 1998)

Fuente: Porto, A. (2013) funcionamiento del transporte activo.

Exocitosis y endocitosis

Exocitosis: La células deben ingerir ciertas moléculas, nutrientes, pero también deben liberar otras, como proteínas serializadas y productos de desecho, al exterior. la exocitosis (exo= externo, citosis= mecanismo de transporte), es una forma de transporte en masa en la que los materiales son transportados del interior al exterior celular por medio de vesículas cubiertas de membrana que se fusionan con la membran plasmática.

Endocitosis: (Su significado se basa de endo= interior y citosis =mecanismo de transporte).

Existen variaciones de la endocitosis, pero todos siguen el mismo proceso básico. En primer lugar la membrana plasmática de la célula se invagina (despliega hacia adentro), formando un bolsillo alrededor de la partícula o partícula objetivo. Entonces, el bolsillo alrededor se desprende con la ayuda de proteínas especializadas y atrapa la partícula en una vesícula o vacuola recién creada dentro de la célula.

Fuente: Cañadas, A. (2018), Biología y Geología

Uniones celulares

Las uniones celulares son células en un estrecho contacto entre sí esto les permite impedir el paso de materiales, o tener una comunicación rápida con las células de su alrededor. Hay varios tipos de unión como la de anclaje, la estrecha y las de hendidura.

Unión de anclaje: Este anclaje está situada por las células que se encuentran en la capa externa de la piel de los mamíferos, es importante decir que estas uniones no impiden el paso de materiales entre las células adyacentes y existen dos tipos de unión de anclaje, primero tenemos a los desmosomas, estos ayudan a que se creen láminas fuertes y que la sustancia pase libremente a través de los espacios en la membrana plasmática. Por otra parte tenemos a las uniones adherentes estas forman una banda que se va adherido alrededor de cada célula de esta forma las uniones se conectan con el citoesqueleto.

Uniones estrechas: Estas son literalmente áreas entre las membranas de células adyacentes estrechamente conectadas. Este tipo de unión es tan pequeña y tan estrecha que no hay espacio para que las sustancias pueden filtrarse entre ellas. El más claro ejemplo de esta unión, son las uniones estrechas que recubren el intestino, están impiden que las sustancias del intestino entre en contacto con la sangre, actuando así como una barrera selectiva .

Uniones de hendidura: Estas uniones permiten la transferencia de iones y moléculas pequeñas, este tipo de unión une estrechamente los espacios entre células a partir de los desmosomas actuando así como un puente. Esta unión proporciona una comunicación química rápida entre las células, estas células controlan el paso de materia abriendo y cerrando los canales es decir casi como una escotilla.

Fuente: LibreText, (2022). Los distintos tipos de unión celular.

RUTAS DE LIBERACIÓN DE ENERGÍA, EL ATP

Reacciones Redox

Las células transportan energía por medio de un grupo de fosfato ATP, la energía también se trasporta por trasferencia electrones. La oxidación es el proceso químico durante el que una sustancia pierde electrones, mientras que la reducción es el proceso complementario en donde una sustancia gana electrones.

En las células vivas, los electrones liberados durante la reacción de oxidación no pueden existir en estado libre, entonces cada reacción de oxidación debe ser acompañada por una reacción de reducción en la cual los electrones son aceptados por otro átomo, ion o molécula. Las reacciones de oxidación y reducción se conocen como reacción redox esto se debe a que ocurren simultáneamente. La sustancia que se oxida da energía liberando electrones, y la sustancia reducida recibe energía al ganar electrones las reacciones redox ocurren en una serie, conforme los electrones son transferidos de molécula a molécula, esos electrones que se transfiere es igual a transferir energía siendo esto una parte esencial de la respiración celular de la fotosíntesis y de muchos otros procesos químicos. Las reacciones redox también liberan la energía almacenada en las moléculas alimenticias de manera que pueden sintetizarse el ATP utilizando esa energía.

Fuente: Ondarse, D. (2021) oxido reducción

Fuente: Théo, (2004) Rust flake

Etapas de la respiración aeróbica

La respiración aeróbica consta de cuatro etapas:

1. La Glucolisis (en griego su nombre quiere decir separación de azúcar) que se produce en el citosol; que es donde ocurre una serie de reacciones que hacen que la glucosa se degrade a piruvato; con una ganancia neta de dos moléculas de energía (ATP). Los átomos de hidrogeno se transfieren a los portadores; puede ocurrir anaeróbicamente.

3. Ciclo del ácido cítrico: o también conocido como ciclo de Krebs, que consiste en una serie de reacciones en las que la parte acetil del acetil CoA se degrada a CO2; los átomos de hidrogeno se transfieren a los portadores, se sintetiza ATP. En la primera reacción del ciclo se produce cuando la acetil CoA transfiere su grupo acetilo de dos carbonos al compuesto aceptor oxaloacetato de cuatro carbonos, formando el citrato, un compuesto de seis carbonos. En el avance del ciclo del ácido cítrico, dos moléculas de CO2 y el equivalente de ocho átomos de hidrógeno (8 protones y 8 electrones) se eliminan, formando tres NADH y un FADH2 (Solomon, et al. 2013).

2. Formación de acetil coenzima A (se produce en la mitocondria). El piruvato se degrada y se combina con el coenzima A para formar acetil CoA, en esta serie de reacciones, el piruvato sufre un proceso conocido como descarboxilación oxidativa, primero un grupo carboxilo se elimina como dióxido de carbono, que se difunde fuera de la célula, el piruvato deshidrogenasa es la enzima que cataliza estas reacciones, es un complejo multienzimático enorme, pues consiste de 72 cadenas de polipéptidos.

4.Transporte de electrones y quimiosmosis: se considera como el destino de todos los electrones eliminados de una molécula de glucosa durante los procesos de glucólisis, formación de acetil CoA. Es una cadena de varias moléculas de transporte de electrones; estos pasan a lo largo de la cadena; la energía liberada se utiliza para formar un gradiente de protones; el ATP se sintetiza a medida que los protones se difunden hacia abajo del gradiente; el oxígeno es el receptor final de electrones. Es la fase que más libera energía.

Producción de energía a partir de otros nutrientes

Los alimentos proporcionan nutrientes que son utilizados para la obtención de energía mediante el catabolismo celular, el cuál produce energía y moléculas de desecho, como el H2O o el CO2 que se elimina en el aparato respiratorio o residuos nitrogenados, eliminados por el aparato excretor.

El catabolismo, o metabolismo destructivo, es el proceso que produce la energía necesaria para toda la actividad que tiene lugar en las células. Las células descomponen moléculas grandes en su mayor parte, hidratos de carbono y grasas para liberar energía. Hay unas proteínas específicas en el cuerpo que controlan las reacciones químicas del metabolismo. Miles de reacciones metabólicas ocurren al mismo tiempo, todas ellas reguladas por el cuerpo, para que nuestras células se mantengan sanas y funcionen bien. El cuerpo puede utilizar el azúcar, los aminoácidos y los ácidos grasos como fuentes de energía cuando lo necesita. Estos compuestos son absorbidos por la sangre, que los transporta a las células.

Después de que entren en las células, otras enzimas actúan para acelerar o regular las reacciones químicas encargadas de "metabolizar” estos compuestos. Durante estos procesos, la energía de estos compuestos se puede liberar para que el cuerpo la utilice o bien almacenarse en los tejidos corporales, sobre todo en el hígado, en los músculos y en la grasa corporal.

Los principales nutrientes (proteínas, carbohidratos y grasas) proporcionan energía al organismo. Esta energía mantiene latiendo al corazón, activo al cerebro y en funcionamiento a los músculos. La energía se mide en calorías y las proteínas tienen 4 calorías por gramo.

Fuente: Lagos, J. (2019). La respiración en animales

Respiración anaeróbica y fermentación

Fuente: Crochot W. (2014) Bacterial Anaerobic Corrrosion

Es aquella respiración que utilizan algunas células procariotas que no utilizan oxígeno como aceptor final de electrones debido al ambiente en donde se encuentran. Estos ambientes pueden ser aguas estancadas, suelo saturado de agua e incluso en el intestino de algunos animales. Esta respiración da como productos finales al dióxido de carbono, una o más sustancias inorgánicas reducidas y ATP. (Solomon, 2013)

Algunas bacterias utilizan la fermentación, durante esta se forman solamente dos moléculas de ATP gracias a la glucosa. Y bajo esas condiciones anaeróbicas, el piruvato se convierte en lactato o en etanol gracias al proceso llamado fermentación. En este proceso se generan moléculas portadoras de electrones de alta energía NAD+ que son de gran importancia en la glucólisis para reutilizarlas y que continúen disponibles. También es importante aclarar que el piruvato actúa como aceptor de electrones de NADH, este se utiliza para deshacerse de los iones de hidrógeno y los electrones producidos durante la degradación de glucosa en piruvato. De esta forma, se regenera el NAD+ para utilizarlo en glucólisis posteriores. Un ejemplo de esta fermentación es cuando un corredor no puede suministrar oxígeno en los músculos de sus piernas con la rapidez necesaria. Así que la glucólisis provee ATP gracias a la fermentación del ácido láctico en los músculos cuando en la glucólisis no hay oxígeno disponible. (Audesirk et al; 2013)

Rutas de liberación de energía, ATP

Los lípidos se degradan en ácidos grasos, que a su vez, se pueden degradar en acetil-CoA por medio de la beta-oxidación. Estas reacciones conducen a los procesos ecológicamente importantes de la desvitrificación, la reducción de sulfato y la acetogénesis, respectivamente (Madrigal, et al 2010)

Fuente: Boed, R. (2017) Carrera a Campo, PxHere.

Madrigal, S et al (2010) De la bioenergética a la bioquímica del ATP Departamento de ciencias naturales UNAM Cuajimalpa http://ilitia cua uam mx:8080/jspui/bitstream/123456789/253/1/Mariana%20Peimbert%2 07atp pdf

Luz y Fotosíntesis

La luz juega un papel muy importante en lo que es la fotosíntesis y hay que conocer que la luz visible es un pequeña parte del rango de radiación que existe, y el espectro toda la radiación viaja por medio de ondas y la longitud de esta onda representa la distancia que hay entre el pico de una onda y el de la próxima.

(Solomon et al, 2013)

Para conocer más sobre luz y fotosíntesis tenemos que saber que la luz está formada por medio de pequeñas partículas o paquetes de energía llamados fotones, y estos fotones son inversamente proporcional con la longitud de la onda esto quiere decir que cuando se tiene un mayor fotón es menor la longitud de la onda y viceversa.

La luz visible juega un papel muy importante en la fotosíntesis ya que esta provoca excitación en ciertas moléculas biológicas y esto hace que los electrones suban a otros niveles energéticos en cambio la radiación están energética que podría causar que los enlaces de muchas moléculas biológicas se rompieran.

Tras el cambio de los electrones como se había dicho, se puede presentar que los átomos también pueden regresar los electrones a su estado original con una energía menor y esto haría que los electrones quedaran reducidos en el proceso y esto es lo que hacen en la fotosíntesis.

Gracias a la luz las plantas pueden contener la clorofila a y b ya que la clorofila a absorbe principalmente la luz roja y violeta, la clorofila b absorbe luz roja y azul. Y al tener ambos tipos de clorofila reflejan la luz verde.

Fuente: Rivera V 2017 Esquema general de la fotosíntesis

Cloroplastos

¿Qué son los cloroplastos? Son estructuras que atrapan la luz del sol para convertirla en energía, se encuentran sólo en células que realizan la fotosíntesis, como determinadas células vegetales o de algas.

Fuente: Kelvinsong, 2012, Cloroplasto.

Entonces sabemos que los cloroplastos son los orgánulos responsables de la fotosíntesis en los organismos eucariotas fotosintetizadores, están rodeados por una doble membrana.

Entre ambas se encuentra un espacio intermediario entre una membrana externa, la cual es muy permeable y permite el paso fácilmente a través de ella de pequeñas moléculas gracias a la presencia de purinas en su estructura.

Por el contrario la membrana interna es impermeable a iones y a metabolitos, estos solo podrán entrar a los cloroplastos a través de proteínas específicas de membrana que permitirán su paso (proteínas transportadoras).

Dentro del cloroplasto se encuentra el estroma que es parecido al citoplasma de la célula, en el estroma se llevan a cabo reacciones de fijación del dióxido de carbono (CO2), además contiene el sistema genético del cloroplasto, en forma de ADN circular bicatenario, tiene ribosomas de tipo: 70s como el de las bacterias, además tiene, gránulos de almidón, diversas enzimas metabólicas, lípidos y otras sustancias. Los cloroplastos tienen una tercera membrana interna, llamada membrana tilacoidal, esta membrana está compuesta por una serie de discos aplanados; llamados tilacoides, que normalmente los vamos a encontrar amontonados formando algo que se conoce como el grana, la membrana del tilacoide es reponsable de la generación de ATP (Biologicamente, 2021).

Fotosíntesis: reacciones Dependientes de Luz

En estas reacciones la energía solar efectúa la fosforilación del ADP para poder producir ATP.

Los fotosistemas I y II: Se da inicio a las reacciones dependientes de Luz cuando se da la absorción de luz a través de la clorofila y los pigmentos accesorios. Los pigmentos y proteínas asociadas están ordenadas por grupos meticulosamente con alrededor de 250 moléculas de clorofila que se relacionan con enzimas específicas además de algunas proteínas. Cada antena tiene el deber de absorber energía luminosa para transferirla al centro de reacción, ya en el centro de relación la energía luminosa se convierte en energía química. Existen dos tipos de unidades fotosintéticas las cuales son I y fotosistema II. Sus centros de reacción son distinguibles porque se asocian con proteínas de tal manera que causen un pequeño desplazamiento en sus espectros de absorción. (Khan Academy, 2023)

Fuente: Khan Academy, 2023, Las reacciones dependientes de la luz en la fotosíntesis

El transporte acíclico de electrones :

En esta parte se incluyen los eventos del fotosistema I, una molécula de un complejo atena que es asociado con el fotosistema I absorbe un fotón de luz. La energía que es absorbida es transferida de una molécula de pigmento hasta llegar al centro de reacción fotoquímico. El electrón energizado se transfiere a lo largo de una cadena de transporte de electrones, hasta que llega a una ferredoxina la ferredoxina se encarga de transferir el electrón al NADP+ Como el fotosistema I, el fotosistema II es activado cuando una molécula de pigmento de complejo atena absorbe un fotón de luz, la energía se transfiere al centro de reacción donde privación el movimiento de un electrón de una molécula P680 a un mayor nivel energético. (Khan Academy, 2023)

El transporte cíclico de electrones: Solo el fotosistema I está implicado en este transporte , está es la reacción dependiente a la luz más sencilla, ya que la ruta es cíclica porque los electrones energizados que se originan en el P700 retornan al P700. (Khan Academy, 2023)

Fuente: Khan Academy, 2023, Las reacciones dependientes de la luz en la fotosíntesis

Fotosíntesis: reacciones de fijación de carbono

La fijación de carbono se lleva a cabo en los estomas por medio del Ciclo de Calvin, el cuál es una secuencia de 13 reacciones. Este ciclo se divide en 3 fases:

Absorción de CO2:

Se refiere a la reacción del CO2 a la ribulosa bifosfato, también se conoce como rubisco y los cloroplastos contienen esta enzima en mayor cantidad que otra proteínas. El producto son 6 carbonos inestables que se rompen para formar fosfoglicerato con 3 carbonos cada uno. (Solomon,2013)

Fuente: Porto, 2013, Esquema del Ciclo de Calvin Reducción de carbono:

La energía, la potencia reducida del ATP y del NADPH que se produjeron en las reacciones dependientes de luz, se convierten en el gliceraldehído-3fosfato. Este G3P ayuda a la formación de glucosa y fructosa que al unirse forman sacarosa, en otros casos también se utiliza para formar almidón o celulosa. (Solomon, 2013)

Regeneración de RuBP:

Sobran 10 moléculas de G3P que en total contienen 30 átomos de carbono, se reacomodan con con 6 moléculas de ribulosa fosfato. A su vez, quedan fosforiladas gracias al ATP para producir RuBP. (Solomon, 2013)

Muchas plantas C3 cuando se encuentran en presencia de altas

temperaturas realizan la fotorrespiración en lugar del ciclo de Calvin, esta requiere 02 y no produce ATP. En el caso de las plantas C4 primero fijan el CO2 en el oxacetato, mientra que en las plantas CAM, fijan el carbono en la noche mediante la formación del oxacetato. (Solomon 2013)

Glosario

Apoptosis: La apoptosis es el mecanismo de autodestrucción celular que permite al cuerpo controlar el desarrollo y crecimiento de las células.

Citosol: Es aquel líquido que se halla dentro de la célula, constituyendo la mayor cantidad de fluido dentro de esta y está dividido por membranas.

Cromatina: Portadora de la información genética.

Esclerosis: Enfermedad en la que el sistema inmunológico degrada la cubierta protectora de los nervios.

Fimbrias: Son proyecciones pilosas utilizadas para adherirse a la superficie celular de otros organismos.

Genética: Es el estudio científico de los genes y la herencia.

Glucocálix: Término genérico que se refiere al material polimérico extracelular producido por algunas bacterias u otras células, tales como las epiteliales.

Mitocondria: Produce la mayor parte de la energía de la célula y cuentan con su propio material genético.

Nucleoide: Región limitada donde se encuentra el ADN en las células procariotas.

Procarionte: Significa antes del núcleo.

Células epitelial: células que recubren la superficie del cuerpo, tanto interior como exterior.

Disolución hipotónica: sucede cuando la célula se hincha gracias al movimiento interior neto de las moléculas de agua.

Disolución isotónica: sucede cuando el movimiento tanto interior como exterior da como resultado cero, por lo que las moléculas de agua ingresan y salen.

Gradiente de concentración: es la diferencia de la concentración de un lugar con respecto a otro.

Hidrofóbica: son aquellas cuyas moléculas no interactúan químicamente con las del agua como el caso de los aceites

Invagina: formación de una bolsa o pliegue en una membrana, hoja blasto dérmica o capa de tejido que se dirige hacia el interior

Plasmodesmos: canales que pasan a través de la membrana celular.

Presión osmótica: se refiere a la presión ejercida al lado de la membrana con mayor concentración.

Relativamente: Con relación a alguien o algo.

Vesículas: son parte del Golgi, de hecho unas de las funciones del aparato de Golgi es hacer nuevas vesícula a partir de la membrana existente e incluir en dichas vesículas las glicoproteínas y otras sustancias creadas en su red.

Alostérico: Que actúa en un lugar distinto de aquel en el que ejerce normalmente su efecto una determinada sustancia endógena, pero que puede dar lugar a un efecto similar o bien producir un efecto antagónico.

Covalente: Enlace que se produce entre átomos, iguales o diferentes, que comparten pares de electrones

Degradación: La degradación biológica se ve representada por la reducción de materia orgánica

Enzimas: son proteínas complejas que producen un cambio químico específico en todas las partes del cuerpo.

Fosfato: Sal formada por combinación del ácido fosfórico con una base; se encuentra en estado natural y se utiliza como abono o en la obtención del ácido fosfórico y de los superfosfatos.

Gradiente: un cambio lento o gradual de una cosa a otra; una pendiente o colina.

Metabolizar: Asimilar y transformar el organismo una sustancia mediante cambios químicos y biológicos

Piruvato: compuesto de importancia crucial en la bioquímica, que es el producto final de a glucólisis.

Quimiosmosis: Es la difusión de iones a través de una membrana permeable selectiva.

Sintetizar: un cambio lento o gradual de una cosa a otra; una pendiente o colina.

Fotones: Partícula mínima de energía luminosa o de otra energía electromagnética que se produce, se transmite y se absorbe.

Espectro:Distribución de la intensidad de una radiación en función de una magnitud característica, como la longitud de onda, la energía o la temperatura.

Niveles de energía: Son distancias fijas desde el núcleo de un átomo donde se pueden encontrar electrones.

Purinas: son uno de los dos compuestos que las células utilizan para elaborar los elementos fundamentales del ADN y el ARN

Metabolitos: los metabolitos primarios de las plantas están implicados en sus crecimientos, desarrollo y reproducción, mientras que los metabolitos secundarios juegan un papel importante en su adaptación ante el estrés ambiental y en la defensa frente a potenciales depredadores y patógenos (Sánchez, 2022).

Ferredoxina: Proteína que contiene hierro

Oxacetato: compuesto de cuatro carbonos.

Rubisco: ribulosa bifosfato carboxilasa oxigenasa (RuBisCo)

Estomas: aberturas de tamaño reducido que se encuentra en la epidermis de la planta, formados por células oclusivas.

Plantas CAM: plantas que utilizan una ruta especial de fijación del carbono, llamada ruta del metabolismo ácido de las crasúlaceas.

Referencias

Solomon, E. Berg, L y Martin D. (2013) Biología (9a edición). Cengace learning.

Gama, M., & Fernández, D. (2017). Biología 1 +Competencias +Aprendizaje. +Vida. México: Pearson.

Guerrero, W. (2018) Estructura general de célula eucariota, Vol. 5, Logos Boletín Científico de la Escuela Preparatoria No.2.

Ville, C.A et al. (1992) Biología (2a edición). México McGraw-Hill Interamericana.

Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C. A., Krieger, M., Scott, M. P., Bretscher, A., … & Matsudaira, P. (2008). Molecular cell biology. Macmillan.

Audesirk, T; Audesirk, G. & Byers, B. (2013) Biología Ciencia y Naturaleza, (3a edición). PEARSON.

Biológicamente. (2021, 5 febrero). CLOROPLASTOS - Partes y funciones. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=XUohU2Pholw

Lustre Sánchez, Hermes. (2022, marzo-abril). Los superpoderes de las plantas: los metabolitos secundarios en su adaptación y defensa, Revista Digital Universitaria (rdu), 23 (2). http://doi.org/10.22201/cuaieed.16076079e.2022.23.2.10

Khan Academy (2023) Las reacciones dependientes de la luz. https://es.khanacademy.org/science/ap-biology/cellularenergetics/photosynthesis/a/light-dependent-

reactions#:~:text=Las%20reacciones%20dependientes%20de%20la%20luz %20usan%20la%20energ%C3%ADa%20lum%C3%ADnica,portador%20de%2 0electrones%20reducido%20NADPH.