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DIARIO CIENTÍFICO

FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS Y FARMACIA ESCUELA DE BIOLOGÍA Kristell Ana Cecilia Rosas Avila David Alesandro Ramos Morales Ludwin Bayron Samines Ben

Licenciada Ana Rosalito Barrios Solís

Diario científico dedicado a la obtención de aprendizaje acerca de la biología celular por medio de la recopilación de contenidos, su análisis y otros complementos que profundizaran en el conocimiento de la biología.

BIOLOGÍA CELULAR PERÍODO: 7 DE FEBRERO AL 17 DE MARZO

Índice: Semana No.4: Organización celular La célula: Unidad básica de la vida……………………………………………………1 Células procariotas y eucariotas……………………………………………………….3 Núcleo celular………………………………………………………………………………..5 Orgánulos en el citoplasma……………………………………………………………..6 El citoesqueleto………………………………………………………………………………9 Cubiertas celulares………………………………………………………………………..11 Semana No.5: Membranas Biológicas Estructura de las membranas…………………………………………………………12 Funciones de las membranas…………………………………………………………13 Estructura y permeabilidad de la membrana celular………………………..14 Transporte pasivo………………………………………………………………………...16 Transporte activo………………………………………………………………………….17 Exocitosis y endocitosis…………………………………………………………………19 Uniones celulares…………………………………………………………………………20 Semana No. 6: Rutas de liberación de energía, el ATP Reacciones Redox…………………………………………………………………………21 Etapas de la respiración aeróbica……………………………………………………22 Producción de energía a partir de otros nutrientes ………………………….23 Respiración anaeróbica y fermentación ………………………………………….24 Semana No. 7: Fotosíntesis Luz y fotosíntesis …………………………………………………………………………25 Cloroplastos…………………………………………………………………………………26 Fotosíntesis: reacciones dependientes de la luz……………………………….27 Fotosíntesis: reacciones de fijación de carbono……………………………….29 Glosario……………………………………………………………………………………….30 Referencias………………………………………………………………………………….32

Semana 4:

Organización Celular La célula: Unidad básica de la vida El ser humano es un ser curioso, por medio de las observaciones lo investigadores se plantean esta pregunta ¿Qué tenemos los seres humanos en común con un árbol, una larva de mariposa y un caballo? Todos los seres vivos están formados por unidades básicas llamadas células, por lo que se dice que las células son las unidades estructurales fundamentales de los seres vivos. Las células son las encargadas de realizar todos los procesos y funciones que necesita un organismo para mantenerse con vida y estas, se adaptan en tamaño y forma de acuerdo con las funciones particulares que realizan, a este cambio de tamaño, forma de acuerdo con sus funciones se le llama diversidad celular (Mazparrote, 1998).

Live leaf cells of the moss Bryum capillare, showing abundant chloroplasts (green spherical bodies) and their accumulated starch granules (elongated bodies within chloroplasts). De Des_Callaghan. https://commons.wikimedia.org/w iki/File:Bryum_capillare_leaf_cell s.jpg

En los seres vivos unicelulares es frecuente la forma esferoidal. Las células pueden ser, por su forma: cúbicas, poliédricas, alargadas, irregulares, isodiamétricas, romboidales y fusiformes. Las células son unidades que pueden alimentarse, crecer y reproducirse, cualidades que le permiten agruparse formando distintos tipos de tejidos y estructuras organizadas, como la piel y los huesos. Para más información leer: Fundamentos de biología celular y molecular (Roberts, 2004): https://es.bok.lat/book/1055947/656277

De igual modo, también forman órganos diversos e importantes, como el corazón o el cerebro. Así los órganos presentes en el organismo realizan distintas funciones con conjunto, permitiendo nuestra supervivencia. De la misma manera, en cada actividad que realizamos, millones de células entran en acción. Y ¿Cómo es que las células llegan a formar órganos? Al ser las células la unidad fundamental del organismo, todos los demás elementos que conforma a un ser vivo están conformados por la unión de miles de células que, primeramente, forman tejidos como el tejido epitelial, el tejido muscular, el tejido nervioso, entre otros, para luego formar órganos como los ya mencionados anteriormente, y estos órganos forman sistemas como el sistema nervioso, el sistema óseo, el sistema circulatorio, el sistema reproductivo y otros más. Todos los sistemas en conjunto forman un organismo el cual es conocido por su gran complejidad y es en este concepto que se fundamenta este concepto de “la célula es la unidad básica de la vida”. Si todos los procesos que lleva a cabo la célula no se realizan en un organismo sencillamente no existiría vida en el planeta tal y como se conoce. Por esta razón el estudio de como la estructura y labor de la célula es tan importante dentro del ámbito científico. Tipos de células: Existen dos tipos de células, las cuales son: Células procariotas que no tienen un núcleo definido y por lo tanto su ADN está disperso dentro de la célula y células eucariotas que sí poseen un núcleo definido en donde se encuentra su material genético. Esquemas de célula procariota, célula eucariota animal célula eucariota vegetal. De Alejandro Porto. 4 de marzo de 2014. https://commons. wikimedia.org/wik i/File:Tiposcelulares.jpg

Células Procariotas y Eucariotas • Células Procariotas: Como se mencionó anteriormente, se caracterizan por la ausencia de un núcleo organizado al estar su información genética sumergida en el citoplasma celular y por ser unicelulares, suelen estar aisladas. Este núcleo suelto consiste en una doble hélice de ADN. Tienen paredes celulares y, en algunos casos, flagelos que les permiten moverse. En el citoplasma, los ribosomas están presentes, sin embargo, no existen otros tipos de orgánulos internos encerrados por la membrana. En las células procariotas se puede encontrar material denso que contiene ribosomas, ácidos ribonucleicos pequeños y proteínas que ayudan a los procesos de la célula. Todas las células procariontes tienen una pared celular rígida, localizada por debajo de la cápsula (si esta última existe). Esta estructura mantiene la forma de la célula, protege su interior y evita que la célula reviente cuando absorbe agua. Por debajo de la pared celular se encuentra la membrana plasmática. Los componentes básicos de la membrana plasmática son los fosfolípidos, lípidos compuestos de una molécula de glicerol unida a una cabeza de fosfato hidrofílico (que atrae el agua) y a dos colas hidrofóbicas (que repelen el agua) de ácidos grasos.

Diagrama básico de los elementos que conforman una célula procariota, en este caso una bacteria. De Ali Zifan. 12 de octubre de 2015. https://commons.wikimedia.org/w iki/File:Prokaryote_cell-es.svg

• Células eucariotas: Se caracterizan por tener un núcleo bien definido en el cual se encuentra almacenado su material genético (ADN), rodeado por una membrana nuclear. En el citoplasma se encuentran organelos como: ribosomas, mitocondrias, núcleo, nucleolo, lisosomas, retículo endoplásmico rugoso y liso, aparato de Golgi y elementos como la membrana plasmática, el citoplasma, fibras intermedias y centriolos. El protoplasma es la parte activa de la célula, en este se distinguen tres componentes principales a conocer: la membrana plasmática, el núcleo celular y el citoplasma, constituido por estructuras muy complejas. Las células eucariotas están dotadas en su citoplasma de un citoesqueleto complejo, muy estructurado y dinámico, formado por microtúbulos y diversos filamentos proteicos. Además, puede haber pared celular, que es lo típico de las plantas, hongos y protistas pluricelulares, o algún otro tipo de recubrimiento externo al protoplasma. En la célula animal se puede encontrar una membrana plasmática que recubre el exterior de la célula, retículos endoplasmático liso y rugoso, mitocondrias, ribosomas, complejo de Golgi, cromatina, nucleolo y núcleo. Siendo este ultimo de mucha importancia.

Skin Cell (Keratinocyte). De Torsten Wittmann, University of California, San Francisco. https://www.flickr.com/pho tos/nihgov/26567781502

En la célula vegetal, posee una pared celular de celulosa, vacuolas que nivelan el manejo de entrada y salida del agua dentro de la célula, una membrana plasmática que recubre el exterior de la célula y organelos como el complejo de Golgi, retículo endoplasmático liso y rugoso, cloroplastos y otros organelos. 4

Núcleo Celular Es un orgánulo membranoso que se encuentra en el interior de las células eucariotas exclusivamente, y que contiene la mayoría de material genético de la célula, organizado en macromoléculas de ADN (denominadas “cromosomas”), en cuyo interior, en posiciones determinadas llamadas “locus” se encuentran los genes (Equipo editorial; et al., 2021). Es el orgánulo más importante, siendo el centro de información celular, detallando las instrucciones necesarias para su correcto funcionamiento. Por lo general, cada célula tiene un núcleo, sin embargo, algunas células tienen dos o más núcleos. Este orgánulo puede tener forma esférica u ovalada y está rodeado por una membrana en la mayoría de las células. Este orgánulo es el más destacado en la célula, debido a su gran tamaño y a su función, la cual es almacenar una gran cantidad de información en forma de ADN. Cuenta con distintas partes dentro del mismo, las cuales son: la envoltura nuclear, la lámina nuclear y los nucleolos. A continuación, se describirán las funciones de estas partes del núcleo. • Envoltura nuclear: Está formada por dos membranas concéntricas, su función es separar el contenido nuclear del citoplasma circundante. Estas se unen para formar poros nucleares (que sirven como reguladores del paso de material del exterior e interior de la célula y viceversa) los cuales contienen alrededor de 30 proteínas distintas. • Lamina nuclear: Funciona como un soporte de la membrana nuclear interna y, además, puede organizar el contenido nuclear.

• Nucleolos: Puede ser una o más estructuras compactas dentro del núcleo, estos contienen un organizador nuclear que se encarga de sintetizar el ARN de los ribosomas que le son importados desde el citoplasma.

Orgánulos en el Citoplasma Según (OKDIARIO, 2021)el citoplasma se define como el líquido gelatinoso que se encuentra en el interior de las células. En las células eucariotas comprende todo lo que está dentro de la membrana citoplasmática y fuera de la envoltura nuclear. Sus principales funciones son: dar soporte a la célula, permite el movimiento y es el encargado de contener los organelos celulares, los cuales se describirán más adelante. Anteriormente se mencionó que una de las principales funciones del citoplasma es la de almacenar los organelos u orgánulos celulares, estos orgánulos son: el aparato de Golgi, retículos endoplasmáticos, vesículas, lisosomas, ribosomas, peroxisomas, mitocondria, centriolos y en la célula vegetal, los cloroplastos y las vacuolas. El aparato de Golgi se constituye por bolsas membranosas aplanadas, apiladas unas sobre otras. Se encarga de obtener las glucoproteínas otorgadas por el retículo endoplasmático glucoproteínas y trasportarlas hacia el exterior de la célula.

Diagrama del aparato de Golgi, sin el marco. De Kelvingsong. 8 de diciembre de 2012. https://commons.wikimedi a.org/wiki/File:Golgi_appa ratus_(borderless_version )-es.svg

Como se puede observar en la imagen, hay vesículas de transporte saliendo del aparato de Golgi, esto indica que anteriormente estas vesículas entraron con

proteínas producidas por el retículo endoplasmático que ahora están siendo transportadas al exterior de la célula por estas vesículas. El retículo endoplasmático es un conjunto de sacos aplanados, tubos y canales membranos interconectados. Puede ser de dos tipos: Rugoso (cuando hay ribosomas adheridos a sus membranas) o liso (no hay ribosomas). Se encarga de transportar las proteínas producidas por los ribosomas al interior de la célula o al exterior. Las vesículas son sacos membranosos, encargados de transportar diferentes sustancias de secreción de un organelo a otro. Estas recorren un camino muy complejo transportando principalmente proteínas de un orgánulo a otro. Son importantes porque sin ellas sería casi imposible que estas sustancias llegaran a cada orgánulo para que estos puedan cumplir su función dentro de la célula correctamente. Los lisosomas son bolsas membranosas que contienen entre 50 a 80 enzimas digestivas. Se encargan de procesos digestivos (degradación de moléculas) gracias a la existencia de estas potentes enzimas digestivas. En la mitocondria ocurre la respiración celular y, además, son encargadas de obtener la energía en forma de ATP necesaria para los procesos intercelulares. Este orgánulo es de los más importantes e interesantes para la célula porque además de ser la principal fuente y productora de energía, tiene la capacidad de autorreplicarse para producir nuevas mitocondrias.

Un diagrama de una mitocondria. Sin marco. De Kelvingsong. 6 de diciembre de 2012. https://commons.wikimedi a.org/wiki/File:Mitochondri on_(borderless_version)es.svg

Los ribosomas son los orgánulos encargados de la síntesis de proteínas, para realizar este proceso, sus subunidades se unen al ARN mensajero y lo lee mientras se están uniendo los aminoácidos. Cuando la proteína está formada ingresa al retículo endoplasmático para ser transportada. Otros orgánulos importantes para el funcionamiento de la célula son: Cloroplastos: Son organelos exclusivos de la célula vegetal, compuestos por conjuntos de granas (que se pueden definir como el agrupamiento de algunos tilacoides) que contiene la clorofila, en donde se producen los procesos químicos dentro del estroma del cloroplasto. Las vacuolas, son cuerpos parecidos a burbujas rodeados por una membrana cuyo contenido dependerá de la célula en donde se encuentre, que tienen la función de almacenar diversas sustancias de reserva energética para la célula.

Plaqueta gigante con vacuolización en una Trombocitopenia Esencial, vista con tinción de May-GrünwaldGiemsa modificada para urgencias a 1.000 aumentos. De DaFerRod. 13 de septiembre de 2019. https://commons.wikimedia.org/ wiki/File:Plaqueta_gigante_con_ vacuolas.jpg

Estos dos últimos orgánulos son exclusivos de las células vegetales y cumplen funciones muy importantes dentro de esta. Además, dentro del citoplasma también se pueden encontrar peroxisomas, que ayudan al organismo con las reacciones metabólicas y, centriolos, que son los encargados de organizar los microtúbulos que constituyen el sistema esquelético de la célula. Es decir, conforman parte esencial del soporte celular y permiten que la célula esté firme sin cambiar su forma.

El Citoesqueleto El citoesqueleto como se podría pensar es el esqueleto interno de la célula, es la estructura que le otorga soporte, forma y movimiento a la célula. Además de estas funciones principales, también ayuda a proporcionar un espacio determinado a los organelos para que estos no se amonten y puedan cumplir normalmente con sus funciones. El citoesqueleto está compuesto por conjuntos de microtúbulos, microfilamentos, filamentos intermedios, centrosomas, cilios, flagelos. A continuación, se describirá la forma y función que tienen estos componentes dentro del citoesqueleto. Los microtúbulos están hechos de proteínas tubulinas organizadas para formar un tubo hueco, similar a una pajilla. Estos ayudan a mantener la forma de la célula, a que los cromosomas se muevan durante la multiplicación celular y al movimiento dentro de la célula. Son hetero polímeros de α- y β- tubulinas. Estos son un componente muy relevante de las otras estructuras más desarrolladas en las células.

Microtúbulo. Alternancia de tubulinas alfa y beta. Polaridad del microtúbulo: extremos (polos) plus end y minus end. De Sanador2. 0. 14 de diciembre de 2017. https://commons.wikimedia.org/ wiki/File:Microt%C3%BAbulo._Di namica.png

Los microfilamentos son los tipos de fibra de proteínas más delgado dentro del citoesqueleto, están compuestos por muchos monómeros unidos de la proteína llamada actina, debido a esto también son llamados filamentos de actina, combinados en una estructura que se parece a una doble hélice. Tienen funciones similares a los microtúbulos, como el movimiento celular, desplazamiento, contracción y citocinesis. 9

Los filamentos intermedios están hechos de muchas cadenas de proteínas fibrosas entretejidas entre sí. Tienen como función principal el darles rigidez a las células, igualmente, desempeñan una función estructural mecánica, esto gracias a que son muy flexibles y resistentes, capaces de soportar las tensiones mecánicas.

Citoesqueleto: filamentos intermedios. De Zlirá. Versión en español de Alejandro Porto. 5 de marzo de 2014. https://commons.wikimedia.org/ wiki/File:FilamentoIntermedio.jpg

Los centrosomas están compuestos por dos centriolos (cilindros de nueve tripletes de microtúbulos unidos por proteínas) en un ángulo recto entre ellos y rodeados de una masa material pericentriolar. Este se duplica antes de la división celular y el par de centrosomas resultante organiza los microtúbulos que separan a los cromosomas durante el ciclo celular. Los flagelos son estructuras similares a hilos que se extiende desde la superficie celular. Su principal función es ayudar al desplazamiento de la célula. Normalmente una célula solo posee uno o unos pocos. La mayoría de los flagelos tienen 9 pares de microtúbulos organizados que forman un círculo con un par más al centro del círculo. Los cilios son estructuras bastante similares a la de los flagelos, aunque se encuentran en mayor número y son más cortos de tamaño. Al igual que los flagelos, otorgan la capacidad de movimiento a la célula y ayudan a mover materiales a lo largo de la superficie de un tejido.

Cubiertas Celulares Según (Menéndez, 2014) se llama cubierta celular o glucocálix a la zona periférica rica en hidratos de carbono de la superficie de las células eucariotas, en contacto con el medio extracelular. Esta cubierta puede llegar a tener 50 nm de espesor, siendo más gruesa que la membrana.

Membrana Celular, con algunos elementos característicos. De Asasia. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:CellMembran eDrawing_(es).png

Esta glucocálix está formada por cadenas laterales de polisacáridos, de proteínas y lípidos que componen a la membrana plasmática. Una de sus funciones es proteger la célula y también, puede ayudar a separarla de otras células (Solomon, Berg, & Martin, 2013). Es similar a una capa suave de terciopelo que cubre internamente a las membranas en el organismo. Esta capa de recubrimiento está constituida por proteoglicanos, glucoproteínas y componentes solubles. Es fundamental para la permeabilidad, capaz de limitar el acceso de ciertas moléculas a la membrana celular, además, media transportes enzimáticos y funciona como barrera permeable (Esper & etal., 2016).

Semana 5:

Membranas Biológicas Estructura de las membranas Las membranas celulares son estructuras continuas, físicamente visibles dentro de la célula que están constituidas por fosfolípidos, con un modelo muy particular, está compuesta por una bicapa de fosfolípidos. Gracias a esta elaborada estructura tienen la capacidad de ser selectivamente semipermeables. La bicapa está compuesta y forma moléculas anfipáticas, una molécula es hidrofóbica (no tiene ningún contacto con el agua) y la otra molécula es hidrofílica (sí posee contacto con el agua). Además, se compone de lípidos (fosfolípidos), colesterol, glicolípidos, proteínas periféricas, proteínas integrales y cadenas hidrocarbonadas. Existen dos diferentes modelos que explican la estructura y los componentes de la membrana plasmática, estos son: El modelo de Dauson-Daniello propone que sobre la bicapa se acomodan las proteínas de membrana, en cada una de las capas que la componen. Sin embargo, este modelo fue rechazado al no estar del todo apegado a la realidad. El modelo de moscaico fluido fue el modelo acetado o para representar la estructura de la membrana plasmática. En este las proteínas no están formando una capa que rodea la bicapa, sino más bien, las proteínas se encuentran incrustadas en la bicapa como semuestra en la imagen.

Proteínas de membrana. De Faduart. 31 de octubre de 2013. https://commons.wikimedia.or g/wiki/File:Proteinas_de_mem brana.jpg

Funciones de las membranas

Funciones

Cumplen una funcion estructural

Participan en el crecimiento y desarollo celular

Reciben y generan señales

Forman una barrera permeable selectiva

Constituye un soporte de enzima y receptores

La membrana tiene distintas funciones en la célula, algunas de estas son: Ancla, transportan activa y pasivamente, realizan actividad enzimática, transducen señales, reconocen células y unen intercelularmente. Según (Solomon, Berg, & Martin, 2013), en la actividad enzimatica, gracias a las proteinas perifericas y las proteinas itegrales, la membrana es capaz de catalizar algunas de las reacciones que ocurren dentro o el exterior de la membrana. También pueden traducir señales por medio de la union de los receptores con las moléculas de señales y transmitir información a la célula. Esto quiere decir que la membrana es la encargada de regular a la célula por medio de la entrada y salida de sustancias previamente seleccionadas. Según (Solomon, Berg, & Martin, 2013) la membrana puede realizar otras funciones además de las ya mencionadas, como lo son: El anlaje de algunas proteínas de la célula a una matriz extracelular, uniendo los microfilamentos de la célula; reconocen otras células en el medio externo, por medio de etiquetas de identificación en algunas glucoproteínas y por último, las membranas permiten que la célula se pueda unir a otras células cercanas, formando un canal de proteínas que atraviesan las membranas de las células vecinas. 13

Estructura y permeabilidad membrana celular

Como se menciono anteriormente las membranas son estructuras continuas, físicamente visibles, que constituyen conjuntos organizados conformados por lípidos, proteínas y glúcidos. Además la membrana está conformada por una bicapa fosfolipidica que le permite el ingreso e igreso de sustancias a la célula por medio de un membrana selectivamente permeable, es decir, la bicapa decide los tipos de sustancias que pueden ingresar a la célula, así como salir de esta. Para entender la estructura de la membrana plásmatica se utiliza el modelo del mosaico fluido. Este describe la membrana celular como varios tipos de moléculas, entre ellas los fosfolípidos, colesteroles y proteínas, moléculas que se encuentran en constante movimiento. Este movimiento ayuda a que la membrana logre hacer su trabajo de barrera entre el ambiente interior y el exterior de la célula

Membrana 2014-04-28 17-19. De User.

https://commons.wikimed ia.org/wiki/File:MEMBRA NA_2014-04-28_1719.jpg 14

Permeabilidad de la membrana La membrana se acomoda internamente cuando es necesario que una sustancia atraviese la membrana por medio de la bicapa lípida. Esta sustancia puede atravesar la membrana por medio de una proteína de transporte, un ion o un medio de sea capaz de pasar la bicapa. Es por esta movilización que se le llama mosaico fluido. La membrana plasmática experimenta movimiento lateral para poder realizar sus funciones correctamente. También contienen un arreglo ordenado de fosfolípidos y cadenas hidrocarbonadas que por medio del movimiento están permitiendo que cada molécula de fosfolípido se pueda mover lateralmente en el mismo lado de la membrana. Todo lo que está incrustado en ese dentro de la membrana tiende a estar fijo porque si se llegara a producir movimiento de estos componentes podría llegar a romperse la membrana, lo que se mueve en sí es la bicapa de fosfolípidos. Hay otras estructuras que están adheridas a la bicapa, como lo son: Los grupos lipídicos que se asocian con carbohidratos o más bien, cadenas de Carbohidratos para forma el complejo llamado Glucolípido. Otra parte estructural es el colesterol, el colesterol que son partículas que no solamente le dan forma sino también le dan versatilidad a ese mosaico fluido. Asimismo, mantienen sana a la bicapa y permiten que esta se recupere cuando es lesionada, incrementando la elasticidad y velocidad con la que se va a recuperar. Y, en las membranas, las proteínas tienen un rol vital para su funcionamiento, están dentro de la bicapa, pero, también tienen cierta función. Como las proteínas periféricas que rodean la estructura y las proteínas integrales, la forman. Esto es muy importante en el transporte de membrana, porque estas proteínas integrales pueden abrir espacios por donde las sustancias de afuera puedan ingresar al sitio.

Transporte Pasivo

El transporte pasivo es un proceso de difusión a través de la membrana, que no requiere energía, ya que las moléculas se desplazan espontáneamente a favor de gradiente de concentración; es decir, desde una zona de concentración elevada a una zona de concentración baja. No necesita energía porque es un cambio producido por el crecimiento de la entropía del mismo sistema. Es decir, no requiere de una fuente de energía metabólica como el ATP. Ciertas proteínas forman canales para el paso selectivo de iones o moléculas. Durante este, las sustancias se mueven a favor de un gradiente de concentración. Sus mecanismos de transporte son: Difusión simple y difusión facilitada. Al proceso de difusión de moléculas a través de la membrana se le llama difusión simple, entre las moléculas que pasan por una difusión simple están las de agua H2O, dióxido de carbono CO2, y las solubles en lípidos. La osmosis es la difusión del agua a través de una membrana y otra membrana selectivamente permeable de mayor concentración a menor concentración; las células no son capaces de controlar la osmosis. En la difusión facilitada, para que los iones K+, Na+, Ca+, los monosacáridos y los aminoácidos pasen a través de la membrana plasmática necesitan ayuda de proteínas canal y proteínas transportadoras; las proteínas de canal forman poros permanentes o canales en la bicapa lipídica por medio de la cual ciertos iones pueden cruzar la membrana.

Transporte Activo

En el transporte activo, las partículas se mueven a través de una membrana celular de una menor concentración a una mayor concentración. Este proceso requiere energía para poder bombear moléculas e iones a través de las membranas, por esto su energía final es mayor a su energía inicial. Este transporte elimina o introduce sustancias como arriba se menciona, en contra de su gradiente de concentración. Algunas proteínas de transporte bombean solutos a través de la membrana, requiriendo un ingreso directo de energía. Como el movimiento es opuesto a la dirección normal de la difusión, la célula usa energía proporcionada por la molécula de ATP (adenosín trifosfato).

Un ejemplo de este tipo de transporte podría ser el paso de yodo de la sangre hacia la glándula tiroides.

Scheme Secundary active transport. De LadyofHats. 8 de mayo de 2014. https://commons.wikimedia.or g/wiki/File:Scheme_secundary _active_transport-gl.svg

Transporte Activo Gradientes electroquímicos. Según (KhanAcademy, 2022) debido a que los átomos y moléculas pueden formar iones y tener cargas eléctricas positivas o negativas, también pueden existir gradientes eléctricos. De hecho, las células vivas normalmente tienen lo que se llama un potencial de membrana, que es una diferencia en el voltaje a través de su membrana celular. Esto quiere decir que las cargas que están dentro y fuera de la célula se separan y se atraen gracias a la teoría de repulsión de cargas en la química. Los mecanismos de transporte activo se dividen en dos: el transporte activo primario y el transporte activo secundario. Se considera a la bomba de sodio-potasio como un ejemplo del transporte activo primario, debido a que este mecanismo utiliza ATP como principal fuente de energía. Esta cumple una función importante al producir voltaje a través de la membrana (KhanAcademy, 2022). El transporte activo secundario utiliza energía almacenada en los gradientes electroquímicos. En este mecanismo el movimiento de los iones de sodio (por ejemplo) a favor de su gradiente se acopla al transporte de otras sustancias en contra de su respectivo gradiente mediante una proteína transportadora compartida (KhanAcademy, 2022). Para concluir este tema se presentan algunos ejemplos de transportes activos que ocurren dentro de la membrana plasmática: Transporte de sodio hacia el exterior, transporte de potasio hacia el interior de la célula, la difusión de gases, la disolución en la capa de fosfolípidos, el ingreso por canales de proteínas integrales, la absorción de glucosa, entre otros. Para más información leer: Transporte celular (Bunam, 2017): http://uapas1.bunam.unam.mx/ciencias/transporte_celular/

Exocitosis y endocitosis Las células pueden tomar sustancias del medio extracelular por medio de la endocitosis y activamente liberar moléculas en ella por exocitosis. La exocitosis es el proceso mediante el cual se secretan diferentes tipos de moléculas contenidas en una vesícula citoplasmática de una célula al espacio extracelular, expresándose en todas las células eucariotas. La exocitosis implica la fusión de la membrana vesicular a la membrana plasmática, de manera calcio dependiente. Existen dos tipos de exocitosis son: Exocitosis constitutiva: proteínas solubles se secretan continuamente al exterior de la célula, y muchas otras se reciclan, de modo que se incorporan a la membrana plasmática para acelerar y permitir la regeneración, ya que la membrana se internaliza rápidamente durante el proceso. Exocitosis regulada: es exclusiva de las células secretoras especializadas, en las que se selecciona una amplia variedad de proteínas o productos glandulares del dominio trans del aparato de Golgi y se envían a vesículas secretoras especializadas, donde se acumulan y luego se liberan a la matriz extracelular tras su liberación. Por otro lado, la endocitosis es el proceso contrario a la exocitosis, en este proceso la célula puede introducir materiales grandes que no pueden pasar a través de la membrana plasmática. Se encuentra mediada por receptores que se adhieren a las sustancias exteriores. Existen dos tipos de endocitosis: Fagocitosis y pinocitosis. La fagocitosis la realizan células llamadas fagocitos, provee mayor elasticidad, las células extienden su membrana para englobar lo que se encuentra en su exterior. También se produce una vesícula dentro de la célula a la cual se le unen lisosomas para digerir el material sólido ingerido. En la pinocitosis la célula introduce materiales como el agua dentro de vesículas grandes. Una parte pequeña de la membrana se hunde, conteniendo el líquido extracelular dentro de las vesículas, se desprenden dentro del citosol y se separa como una vesícula llena de líquido. 19

Uniones celulares Las uniones celulares son los puentes de comunicación que existen entre las membranas citoplasmáticas entre células vecinas o entre células y la matriz. Las uniones se clasifican en uniones simétricas y asimétricas. Uniones estrechas: son sectores en las membranas celulares de células vecinas que se encuentran unidas íntimamente, se unen por medio de puntos de fusión en los cuales las células se comparten, transmiten y absorben sustancias que necesitan. Uniones de anclaje: se ubican en la cercanía de la superficie apical del epitelio. En estos patrones contiguos, las membranas celulares adyacentes están unidas por nódulos coherentes y maculares separados por una vacuola celular relativamente grande, en comparación con el espacio mínimo que se encuentra en el caso de las articulaciones estrechas. Uniones en hendidura: Son complejos moleculares a modo de canales que se disponen en las membranas plasmáticas de las células contiguas y que permiten la comunicación directa entre los citoplasmas de dichas células (W.Laird, Lampe, & Johnson, 2015). Las membranas se unen por fragmentos en donde se unen cilindros que se abren y cierran con el paso de sustancias que comparten las membranas. Desmosomas: Son estructuras subcelulares que se caracterizan por el engrosamiento de las membranas celulares con anclaje de fibras del citoplasma y una matriz filamentosa densa entre las membranas (CUN, 2020). Los desmosomas se asocian a cada membrana y a los filamentos intermedios formando discos. Uniones de comunicantes o nexo. Comunican los citoplasmas de células vecinas y están distribuidas en las caras laterales de células adyacentes En la zona vecina a la superficie del epitelio intestinal, por ejemplo, la superficie lateral de las células presenta un sistema de uniones intercelulares llamado complejo de unión. Este sistema une a las células entre sí y define a las caras luminal y basolateral de cada célula

Semana 6

Rutas de liberación de energía, ATP Reacciones Redox El metabolismo celular es una serie de reacciones que ajustan las funciones del organismo en los diferentes ambientes en los que se encuentra. En un sistema, no es posible perder energía, la energía solo se transforma según las leyes termodinámicas. Se conoce como reacciones redox, a las reacciones químicas en las que ocurre un intercambio de electrones entre los átomos o moléculas involucrados (Álvarez, 2021). Entre algunos tipos de reacciones se encuentran las reacciones endergónicas y las reacciones exergónicas. En las primeras se necesita de energía y ocurre una ganancia de energía libre y en la segunda, no se necesita agregar energía y esta es liberada. El ATP es fundamental en las reacciones metabólicas. Este puede realizar trabajo de tres diferentes maneras: Trabajo Mecánico: El ATP se encarga de fosforilar (agregar un grupo fosfato a una molécula) a las proteínas motoras.

ATP chemical structure. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:ATP_chemical _structure.png

Trabajo de Transporte: El ATP por medio de la membrana, fosforilas las proteínas de transporte. En este proceso el ATP se transforma en ADP. Transporte Químico: Los activos y los productos se acoplan para realizar una función metabólica. Para más información leer:

Etapas de la reparación aeróbica

Glucólisis

Formación de acetil CoA

Ciclo de Krebs

Fosforilación oxidativa

La respiración aeróbica es un proceso de respiración celular en la que no intervienen moléculas de oxígeno para obtener energía. Forma ATP que puede ser utilizado por la célula y se crea dióxido de carbono y agua como subproductos. Glucólisis: El paso inicial de la respiración aerobia ocurre en el citoplasma de la célula y es la oxidación de la glucosa (y del glicerol proveniente de los triglicéridos). Este proceso rompe los enlaces de cada molécula de este azúcar y obtiene a cambio dos moléculas de este azúcar y obtiene a cambio dos moléculas de ácido pirúvico, junto a dos moléculas de ATP. Formación de acetil CoA: En esta etapa el piruvato se degrada y se combina con la coenzima A para formar acetil CoA; Los átomos de hidrogeno se transfieren a los portadores nuevamente y se libera CO2. Ocurre en las mitocondrias. Ciclo del ácido cítrico o ciclo de Krebs: El acetil-CoA obtenido en el paso anterior se combina con una molécula de cuatro carbonos y atraviesa un ciclo de reacciones para finalmente regenerar la molécula inicial de cuatro carbonos. En el proceso se genera ATP, NADH y 𝐹𝐴𝐷𝐻2 y se libera dióxido de carbono. Fosforilación oxidativa: El NADH y 𝐹𝐴𝐷𝐻2 producidos previamente depositan sus electrones en la cadena de transporte de electrones y regresan a sus formas "vacías" (NAD+ y FAD). Al final de la cadena de transporte de electrones, el oxígeno recibe los electrones y recoge protones del medio para formar agua. Para más información leer: Reacciones Redox (Lapuente Aragó, 2011): https://docplayer.es/50853391Tema-10-reacciones-redox.html

Producción de energía a partir de otros nutrientes Es importante reconocer que la glucosa cumple una función muy importante en el organismo al momento de producir moléculas de ATP que le brindan energía a las células para realizar sus respectivas funciones dentro del organismo. Sin embargo, no solo se puede obtener energía mediante la glucosa, también existen otras fuentes de energía que los seres vivos pueden utilizar eficientemente. Citando a (Solomon, Berg, & Martin, 2013) se sabe que los organismos pueden conseguir energía con la oxidación de ácidos grasos y de algunos aminoácidos procedentes de la digestión de proteínas. Estos nutrientes se transforman en intermediarios metabólicos que ingresan al glucolisis o al ciclo de Krebs. El organismo tiene como función principal el mantenerse con vida, por esta razón realiza una variedad de distintos procesos especializados que lo ayudan a cumplir sus funciones correctamente, una de ellas es transformar a la energía química que se le aporta al cuerpo cuando se alimenta en energía mecánica. El cuerpo debe tener la capacidad de transformar estos nutrientes para que sus componentes puedan acceder a la célula.

De. Guilherme Martins <img src="https://c.pxhere.com/images/0c/11/fd375a161946ad26f5d36f 5592c7-1596598.jpg!d" srcset="https://c.pxhere.com/images/0c/11/fd375a161946ad26f5d 36f5592c7-1596598.jpg!d" alt="Fruta, Alimentos naturales, comida local, comida, Súper comida, comida integral, ensalada de frutas, planta, vegetal, Nutrición vegana, Frutti di bosco, Fruta accesoria, comida vegetariana, plátano, bodegón, Produce, Familia banana, baya, dulzura, Superfruit, Fotografía de la vida inmóvil, uva, Food

Respiración anaeróbica y fermentación. Los procesos que conlleva la respiración celular se pueden realizar en dos ambientes, en un ambiente aeróbico y anaeróbico. La célula es la que decide que ruta tomar para realizar la respiración celular. La fermentación y la respiración celular comienzan del mismo modo, con la glucólisis. Sin embargo, en la fermentación, el piruvato producido en la glucólisis no continúa su oxidación ni hacia el ciclo del ácido cítrico, y no funciona la cadena de transporte de electrones La respiración celular anaerobia es similar a la respiración celular aerobia, los electrones extraídos de una molécula combustible pasan a través de una cadena de transporte de electrones para impulsar la síntesis de ATP. Algunos procariontes que viven en ambientes con muy poco oxígeno dependen de la respiración anaeróbica para degradar combustibles. Este proceso ocurre fuera de la mitocondria y a su segunda etapa se le llama fermentación. Por la diversidad de sustancias que puede emplear este proceso existen diversos tipos de fermentación: Fermentación alcohólica, fermentación acética, fermentación láctica, fermentación butírica y fermentación pútrida.

¿Qué organismos ejecutan la fermentación? Como se mencionó anteriormente, algunos procariontes es decir Bacterias arqueas; Participan bacterias fermentadoras y hay algunas bacterias gran-negativas y otras gran positivas. Estas también pueden producir algunas enfermedades y olores característicos. Además, hay algunos hongos fermentadores que pueden ser utilizados para la purificación del agua y suelos debido a que estos se alimentan de los contaminantes. Camaleon de coco yaracuyano. De Nelson Suarez. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:-Camaleon_de_Coco_-Yaracuyano_FestivaldelCoco_30_horas_de_fermentaci%C3%B3n_natural_24slowbread_-slowfood_-BuenPanVenezuela_Yaracuy_@rutagastronomicayaracuy_(33747911911).jpg

Semana 7

Fotosíntesis Luz y fotosíntesis La luz es uno de los factores más importantes e imprescindibles para que una planta pueda llevar a cabo la fotosíntesis, dependiendo directamente de ella para sintetizar materia orgánica a partir de sustancias minerales. La luz provee la energía necesaria para los procesos con los que la planta crece y se desarrolla. La fotosíntesis es el proceso en el cual la energía de la luz se convierte en energía química en forma de azúcares. Es un proceso impulsado por la energía de la luz, se crean moléculas de glucosa a partir de agua y dióxido de carbono, mientras que se libera oxígeno como subproducto (KhanAcademy, 2022). Entre los organismos fotosintéticos se pueden encontrar plantas, algas y algunos tipos de bacterias fotosintéticas. Sin embargo, algunos tipos de bacterias utilizan la energía de la luz para formar compuestos orgánicos y no producen oxígeno. En este caso se habla de fotosíntesis anoxigénica. Para que se produzca la fotosíntesis de las plantas, es necesaria la presencia de clorofila, un pigmento sensible a la luz solar que les confiere su característico color verde a las plantas. De igual manera, las hojas poseen células que Planta Mimosa púdica. De permiten la entrada de CO2 y lo atrapan, a estas Túllio M Franca. 3 de marzo 2021. células se las conoce como estomas. Por otro lado, las https://commons.wikimedia. plantas absorben el agua y las sales minerales org/wiki/File:Planta_Mimosa directamente del suelo y se transportan hasta las hojas en forma de savia bruta. _pudica.jpg 25

Cloroplastos El organelo implicado en la fotosíntesis es el cloroplasto, este organelo se encuentra en las hojas de las plantas, el mesófilo y en las estomas y está cargado de clorofila. Las plantas producen oxígeno alimentándose de dióxido de carbono CO2 por medio de los cloroplastos. Los cloroplastos se encuentran en los organismos eucariotas, se encuentran en grandes cantidades y sus tamaños son variables, por lo general son óvalos o esféricos. Dentro de los cloroplastos se encuentra la clorofila almacenada en los tilacoides, que a su vez se agrupan para formar granas. Cuando los fotones de luz entran en contacto con la planta activan la clorofila e inicia el proceso químico de la fotosíntesis. En este esquema se pueden observar los componentes del cloroplasto, antedicho se señalaron los tilacoides, que son los sacos aplanados que se pueden observar y, su agrupamiento recibe el nombre de grana. El estroma, se encuentra dentro del cloroplasto y se encarga de brindarle una forma y soporte. Scheme Chloroplast. De Miguel Sierra y Krls. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Scheme_ Chloroplast-ca.svg

Además, el cloroplasto posee una membrana que lo protege de su medio exterior, todo lo que entra al cloroplasto lo hace a través de membrana y debido a esto ocurre un proceso metabólico e inician las reacciones lumínicas. Gracias a todos estos elementos y algunos otros que se señalan dentro del esquema es que el cloroplasto se especializa en recibir la luz de su medio exterior y lo convierte en energía de vital importancia por medio de la fotosíntesis. 26

Fotosíntesis: Reacciones dependientes de la luz Reacción de la Fotosíntesis: 6CO2 + 6H2O + LUZ → C6H12O6+6O2 Reactivos: Dióxido de carbono, agua y luz; Productos: Azúcares y oxígeno Las reacciones dependientes de la luz usan la energía lumínica para formar dos moléculas necesarias para la siguiente etapa de la fotosíntesis: la molécula de almacenamiento de energía ATP y el portador de electrones reducido NADPH. En las plantas, las reacciones de la luz ocurren en la membrana de los tilacoides de organelos llamados cloroplastos. Los fotosistemas, grandes complejos de proteínas y pigmentos (moléculas que absorben la luz) que son óptimos para recolectar la luz, son clave en las reacciones luminosas. En las plantas las reacciones lumínicas ocurren en la membrana de los tilacoides de los cloroplastos. En la fase luminosa como su nombre lo indica, utiliza la energía lumínica para formar moléculas de ATP y de NADPH ¿Cómo la planta obtiene estas moléculas? Lo hace por medio de la primera fase, esta primera fase comienza en presencia de luz, la clorofila no se activa si no recibe luz ¿Por qué la clorofila es verde? Para responder esta pregunta se toma en cuenta el espectro foto lumínico de la luz visible. Fotosíntesis. De Meily Poot. 4 de enero 2021. https://commons.wikimedia.org/wiki/File :Fotos%C3%ADntesis-imagendemostrativa.jpg

Reunidos todos los elementos, se producen dos fases en la fotosíntesis: Fase luminosa: En esta etapa, la luz solar llega al cloroplasto, que convierte esta energía en energía química. La energía química acumulada y el poder reductor son cruciales para la siguiente etapa. La energía producida proviene de la descomposición de las moléculas de agua (H2O), que liberan oxígeno (O2) a la atmósfera, y los protones de hidrógeno producidos (4H+) dan origen a otra molécula llamada ATP, que se almacena en la célula en forma de energía. Fase oscura: La segunda etapa no requiere luz, aunque no necesariamente de noche. Durante esta fase, el dióxido de carbono y la energía acumulada se consumen para formar azúcares como la sacarosa o el almidón, y las sales inorgánicas como el nitrato se utilizan para sintetizar aminoácidos, los componentes básicos de las proteínas. Estos nuevos productos hacen que la savia cruda se conozca como savia procesada, y es la savia que viaja a través de las plantas para nutrir las células, utilizando azúcares y aminoácidos para realizar sus funciones vitales. Añadiendo, los complejos proteicos llamados fotosistemas participan en la fotosíntesis de la siguiente manera: En el fotosistema II el fotón entra en la molécula de clorofila y ocurre una excitación de electrones en ella para producir calor o algún estado como la fluorescencia. Este fotosistema trabaja en la membrana del organelo. El electrón excitado se transfiere a una molécula aceptora y este se remplaza por un electrón del agua. Del fotosistema II se transfiere energía al fotosistema I. Hay una cadena de transporte de electrones (tercera fase de la fotosíntesis) que transfiere ATP y NADP, en esta cadena intervienen los citocromos que también realizan la función de óxido reducción para formar hidrogeno, agua y un número determinado de ATP, este produce y recoge energía. Para más información leer: Fotosíntesis: aspectos básicos (Carril 2011): http://www.revistareduca.es/index.php/biologia/article/view/793

Fotosíntesis: Reacciones de fijación de carbono. En las reacciones de fijación de carbono se utiliza la energía del ATP y del NADPH para la formación de moléculas orgánicas a partir del CO2 (Solomon, Berg, & Martin, 2013). Las plantas realizan las reacciones de fijación de carbono por medio del ciclo de Calvin. En el ciclo de Calvin existen tres etapas, como se puede observar en la imagen. En la primera etapa de fijación de carbono el CO2 ingresa para producir carbohidratos a través de la membrana formando Rubisco, este se encargará descomponer el CO2 y unirlo a otras moléculas que contienen carbono Luego el Carbono comenzara a romperse para formar ATP. Además, se observa que hay una reducción de electrones en NADP+, pasando a ser solo la molécula de NADP. Entonces, en resumen, el ciclo de Calvin es fundamental para la fijación de carbono en los organismos para que estos puedan obtener energía mediante la glucosa formada y, Esquema del ciclo de Calvin. De Lanzi. 13 de además, en las plantas les brinde la marzo de 2013. energía necesaria para elaborar todo https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Calvinzy ese complejo proceso de fotosíntesis klus-es.svg con la finalidad de producir oxígeno y sacarlo al medio ambiente purificando y limpiando la atmosfera.

Glosario: CELULA La célula es el componente básico de todos los seres vivos. El cuerpo humano está compuesto por billones de células. Le brindan estructura al cuerpo, absorben los nutrientes y los convierten en energía y realizan funciones especializadas. Las células también contienen el material hereditario del organismo y pueden hacer copias de sí mismas. (Cancer Quest, 2011) ORGANISMO Conjunto de órganos del cuerpo animal o vegetal y de las leyes que se rigen, ser viviente. (Real Academia Española , 2014). ADN ADN es el nombre químico de la molécula que contiene la información genética en todos los seres vivos. La molécula de ADN consiste en dos cadenas que se enrollan entre ellas para formar una estructura de doble hélice (National Human Genome , 2013). FLAGELOS Un flagelo es un tipo de apéndice encontrado en organismos unicelulares (mayoritariamente) y pluricelulares. Su principal uso es encargarse del movimiento del microorganismo en algunos organismos cumple con otras funciones (AmBientech , 2015). OSMOSIS El término ósmosis se refiere al movimiento de agua a través de una membrana semipermeable, debido a una diferencia en la osmolaridad o concentración de solutos a ambos lados de la membrana, lo que genera una diferencia de presión osmótica, fuerza necesaria para el movimiento del agua (access-Medicina , 2013). BICAPA FOSFOLIPIDICA La membrana plasmática se compone principalmente de fosfolípidos, que consiste en ácidos grasos y alcohol. Los fosfolípidos en la membrana plasmática se distribuyen en dos capas lo que se conoce como bicapa fosfolipídica (cK-12, 2011). PLASMODESMOS Los plasmodesmos son canales que atraviesan la membrana y la pared celular. Estos canales especializados, no pasivos actúan como compuertas que facilitan y regulan la comunicación y transporte de sustancias como agua, nutrientes, metabolitos y macromoléculas entre las células vegetales (SciElo, 2019).

ATP Adenosín Trifosfato es la molécula portadora de la energía primaria para todas las formas de vida, todas ellas contienen ATP. Por esto, la concentración de ATP en una muestra determinada nos proporciona una información directa de la biomasa de esta (MicroPlanet, 2018). FOSFORILACION OXIDATIVA La cadena de transporte de electrones forma un gradiente de protones a través de la membrana mitocondrial interna, lo que promueve la síntesis de ATP por medio de la quimiosmosis (Khan Academy , 2017). TÉLOMEROS Un telómero es el final de un cromosoma. Los telómeros son secuencias repetitivas de ADN no codificante del cromosoma que protegen de cualquier daño. Cada vez que una célula se divide, los telómeros se acortan. Con el tiempo, los telómeros se vuelven tan cortos que la célula ya no puede dividirse (National Human Genome , 2013). CROMOSOMAS SOMATICOS Un autosoma o cromosoma somático es cualquier cromosoma que no sea sexual. En el humano, los cromosomas del par 1 al 22 son autosomas, y el par 23 corresponde a los cromosomas sexuales X e Y, también llamados heterocromosomas (Cromosomas Somáticos, 2018). CILIOS Pequeñas prolongaciones en forma de pelo que tienen algunas células en la superficie de su membrana. Los cilios tienen la función de facilitar el metabolismo al producir movimientos y corrientes en el líquido del entorno celular (enciclopediasalud.com, 2014). FOSFOLÍPIDOS Los fosfolípidos, son lípidos anfipáticos, que se encuentran en todas las membranas celulares de plantas y animales, disponiéndose como bicapas lipídicas. Pertenecen al grupo de lípidos derivados del glicerol, presentando una estructura similar a la de los triglicéridos (Nutricion Hospitalaria , 2015). ZONULA OCLUYENTE La zona ocluyente juega un papel muy el mantenimiento de una diferencia en la composición molecular de las membranas apical y basolateral. Los lípidos de la lámina interna de la bicapa lipídica difunden lateralmente a través de la zona de oclusión, en cambio los lípidos de la lámina externa no pueden atravesarla (Biología.celular-tisular , 2018). CROMOSOMAS MATERNO Dentro del cuerpo femenino se encuentran los óvulos, cada ovulo posee solamente 23 cromosomas. Cuando una mujer queda embarazada, su óvulo se une al espermatozoide del padre para formar una nueva célula que crecerá hasta formar un bebé (Guía de hemofilia. , 2018).

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