Facultad de Ciencias Químicas y Farmacia Escuela de Biología Departamenteo de Biología General Biología General Lcda. Rosalito I Sección: C
DIARIO CIENTÍFICO: EL INICIO DE LA VIDA LO INTERESANTE DE TODO ESTO
Autores: Daniel Caballeros, Javier Mijangos, Stephanie Guzmán y Paola Molina
MÓDULO II TEMA: BILOGÍA CELULAR
Período de tiempo que abarca el diario científico: 7 de febrero al 17 de marzo.
Autores: Stephanie Melissa Guzmán García Byron Daniel Caballeros Mendoza Javier Alberto Mijangos López Paola Izabel Molina Yalibat
Coordinador: Paola Izabel Molina Yalibat
Secretario: Stephanie Melissa Guzmán García
ÍNDICE Semana 4 - Organización celular La célula: unidad básica de la vida Células procariotas y eucariotas
Núcleo celular Orgánulos del citoplasma El citoesqueleto Cubiertas celulares Semana 5 - Membrana plásmatica Estructura de las membranas Funciones de las membranas Estructura y permeabilidad Transporte pasivo Transporte activo Endocitosis y exocitosis Uniones celulares Semana 6 - Rutas de liberacion de
5-6 7-8 9 10-12 13-14 15 17 18 19-20 21 22-23 24 25
energía
Reacciones redox Etapas respiración aeróbica Producción de energía de otros nutrientes Respiración anaeróbica y fermentación Semana 7 - La fotosíntesis
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Luz y fotosíntesis Cloroplastos Reacciones dependientes de la luz Reacciones de fijación de carbono Glosario
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Referencias
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34-35 36 37-38 39
Biología celular
La célula: unidad básica de la vida Celula plasmatica Por: DaFerRod, dominio publico. https://definicion.de/wp-content/uploads/2009/03/celula-1.jpg
La célula es la unidad fundamental de la vida. Todo ser vivo está compuesto por una o más células. Algo que las caracteriza, es su tamaño, pues no son perceptibles a la vista del humano. La unidad de medida que por lo general se utiliza para medir la mayoría de los componentes de la célula, es el nanómetro, debido a que su tamaño suele ser muy pequeño. Gracias a la organización de las células y su tamaño, pueden realizar la homeostasis (equilibrio). Sin embargo, debido a que son muy pequeñas, los biólogos hacen uso de microscopios, con el fin de poder observar su estructura interna (Solomon et al., 2013). Por otro lado, la célula cuenta con otras características o puntos importantes. Uno de ellos, es que existen tanto organismos unicelulares como multicelulares.
Cada célula está envuelta por una membrana plasmática y tienen estructuras internas llamadas orgánulos. Además, la célula es la unidad más pequeña de la vida, y en su mayoría, contienen material genético que puede ser transferido a sus descendientes. También es importante recalcar que una célula no surge de la nada, necesita de otra preexistente. Como se mencionó anteriormente, la célula suele ser muy pequeña; su tamaño y forma incluye en el sentido en que estos se adaptan a las funciones particulares que realizan (Solomon et al., 2013). En las células, existen algunas características similares. Cada célula está rodeada por una membrana plasmática, que es una bicapa lipídica y delgada. Página 5
La membrana contiene una mezcla gelatinosa de agua, azúcares y otras sustancias, a la cual se le llama citosol. También los orgánulos, que pueden tener distintas funciones, como convertir energía en formas utilizables, sintetizar compuestos, entre otros (Solomon et al., 2013).
Todo organismo está compuesto por una o más células. Los organismos más pequeños son células únicas, que al unirse forman un organismo multicelular. Todas las células proceden de otras, previamente ya existentes.
A lo largo del tiempo, distintos científicos han aportado información sobre la célula. En 1855 Rudolf Virchow completó la teoría celular, que se basa en tres principios:
Página 6 Celula plasmatica Por: DaFerRod, dominio público. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:C%C3%A9lula_plasm%C3%A1tica.jpg
Células procariotas y eucariotas Existen dos grandes ramificaciones de la célula, estas son: las células eucariotas y procariotas. Las procariotas son células menos avanzadas, fueron las bases de la vida años atrás, se considera que fue uno de los primeros organismos. Con el tiempo, fue evolucionando, por esto se dice que la célula eucariota surgió de ésta, la otra gran célula. Las células procariotas están conformadas por los reinos de las bacterias (mónera) y arqueobacterias (archaea). Algunas características de la célula procariota son: Arqueobacterias: Se adaptan a
CARACTERÍSTICAS DE LA CÉLULA PROCARIOTA Algunas características de la célula procariota son: Son más simples que las células eucariotas. El diámetro de la procariota es 1/10 del diámetro de las eucariotas El ADN se encuentra en un área llamada área nuclear o nucleoide. Carecen de organelos membranosos y son unicelulares. Poseen flagelos, los cuales les permiten movilizarse.
condiciones extremas. Eubacterias: Son la mayor parte de las bacterias que conviven con el ser humano. La clasificación de estas bacterias son: cocos, que tienen una forma esférica; bacilos, que parecen bastón; espiroquetas/espirilos, que son bacterias alargadas y enrolladas, entre otras. Célula procariota. De Ali Zifan, Dominio público, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Prokaryote_cell-es.svg
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de células que tienen la capacidad de formar tejidos, órganos, sistemas y en general a organismos.
Las célula eucariota Por: Nikol valentina romero ruiz, dominio público.https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Celula_Eucariota_Animal_3(1).gif
CÉLULA EUCARIOTA Siguiendo con las células eucariotas, son más complejas y sí poseen un núcleo. Está conformada por el reino vegetal (plantae), animalia, fungi (hongos) y protista (algas). Unas de sus características son: Tienen un núcleo verdadero. Sí poseen organelos membranosos, los cuales suelen estar organizados. Tienen sus propios sistemas, como de energía, producción, empaquetamiento de moléculas, entre otros. El citoplasma está formado por el citosol, en donde se encuentran los orgánulos. La célula eucariota puede presentar organismos unicelulares, que son los que están formados por un tipo de células. También son pluricelulares, que son los organismos formados por muchos tipos
Los organismos pluricelulares se dividen en: Somáticas: Células que se producen por mitosis. Germinales: Células que se reproducen por meiosis y son sexuales. Totipotenciales: Célula madre, capaz de convertirse en cualquier tejido, excepto la placenta No obstante, también existen las estructuras acelulares, que como dice su nombre, no están compuestas por células. Tampoco cuentan con una fuente de energía y nutrientes, no mantienen la homeostasis y no crecen.
¡Dato curioso! Cuando una célula es demasiado vieja, puede destruirse a sí misma. Fuente: https://acortar.link/XpQQOU
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NÚCLEO CELULAR El núcleo celular es el centro de control de la célula. Este cumple dos funciones muy importantes. Su forma es esférica y ovalada de 5μm de diámetro promedio, comúnmente ocupa un lugar fijo en la célula. La primera, es que mantiene el material genético en la célula. La segunda, es que controla el paso de ciertas moléculas, por medio de su membrana citoplasmática. El núcleo, al ser el centro de la célula, suele estar aislado del resto de la célula por medio de una envoltura nuclear, que es una doble membrana, las cuales están separadas de 20 a 40 nm entre sí. Dicha envoltura, está recubierta por la lámina nuclear, una estructura reticular de filamentos. Dentro del núcleo se encuentra el ADN, que se asocia con el ARN, para después formar cromatina, la cual al enrollarse, terminará formando cromosomas. El ADN puede realizar una copia idéntica de sí mismo por medio de la replicación, lo cual hace al momento en que una célula se divide, la información se duplica y pasa a las dos células hijas (Solomon et al., 2013). (Etecé, 2021)
La mayoría de núcleos contiene una o más estructuras llamadas nucleolos. El nucleolo es el centro de la fotosíntesis de ribosomas. Los ribosomas son partículas formadas por ARN y por proteínas en el citoplasma o unidas a la membrana del retículo endoplasmático o envoltura nuclear. En pocas palabras, el núcleo es el foco de una célula, el cual está conformado por distintas estructuras, que a su vez realizan varias funciones. Los componentes del núcleo son: Lámina nuclear: Es una red fibrosa de filamentos proteínicos, que sirven de revestimiento interno de la envoltura nuclear. Genes: Secuencia de nucleótidos que contienen las instrucciones hereditarias. Cromatina: ADN asociado con el ARN. Cromosomas: Moléculas de ADN compactadas en el núcleo. Nucleolo: Estructura compacta que contiene un organizador nuclear, formado por estructuras cromosómicas.
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ORGÁNULOS DEL CITOPLASMA Los orgánulos son estructuras internas que se encuentran en el citoplasma. El citoplasma es la materia gelatinosa que ocupa a la célula, y es el lugar en donde se lleva a cabo el metabolismo o reacciones químicas. Por otro lado, los orgánulos son los que se encuentran suspendidos en el citoplasma. Algunos de éstos son:
Dibujo membrana celular. De Asasia, Dominio público, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:CellMembraneDrawing_(es).png
Célula 2. De Ert, Dominio público, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Celula2.png
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Membrana plasmática: Es una bicapa que rodea al citoplasma y separa la célula del exterior. Debido a que es un conector entre el interior y exterior, cuenta con poros que transportan moléculas. Su estructura está hecha de moléculas de lípidos y proteínas que están en constante movimiento (Solomon et al., 2013). Nucleolo: Es el encargado de la síntesis de ribosomas. Éste tiene una forma irregular con proteínas y ácidos nucleicos. El ARN se sintetiza en el nucleolo y se ensambla con proteínas ribosómicas específicas (Solomon et al., 2013). Ribosomas: Partículas formadas por ARN y por proteínas. Orgánulo en donde se lleva a cabo la síntesis de proteínas. Un dato curioso, es que las células que tienen una alta tasa de síntesis proteica tienen un gran
Estructura celular vegetal. De LadyofHats, Dominio público, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Plant_cell_structure-gl.svg
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Componentes del núcleo. De Burgstedt. Dominio público. https://acortar.link/OAtZDP
número de ribosomas. Están los ribosomas libres que están suspendidos en el citosol y los unidos que están adheridos a la cara externa del retículo endoplasmático (Solomon et al., 2013). Centriolos:
Los centriolos son orgánulos tubulares, los cuales son partícipes en la formación del huso mitótico. Cada centriolo está compuesto por nueve juegos de tripletes de microtúbulos unidos, que tienen una forma de cilindro hueco (Solomon et al., 2013). Microtúbulos: Son túbulos. Tienen una forma cilíndrica y hueca; permiten el movimiento de los cromosomas. Estas estructuras se encuentran en el citoplasma de todas las células eucariotas. La pared de los microtúbulos está formada por tubulina, que al unirse forman un dímero (Solomon et al., 2013)
Lisosomas: Son sacos pequeños de enzimas digestivas que degradan macromoléculas. Los lisosomas llevan a cabo la digestión intracelular, y si uno se abre por ruptura o se derrama su contenido, las enzimas que son liberadas no serán tan activas debido a que el citosol tiene un pH neutro (Solomon et al., 2013). Artículo: un animal multicelular sobrevivió congelado por 24,00 años
https://elpais.com/ciencia/2021-06-20/un-animal-multicelularsobrevivio-congelado-durante-24000-anos-y-se-reprodujo-aldespertar.html
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Vacuolas: Las vacuolas son vesículas grandes que como principal función tiene el aislar o descomponer sustancias. Las vacuolas son importantes en el crecimiento y desarrollo de las plantas. Existen tres tipos de vacuolas: 1. Vacuola central: Sirve como un compartimiento versátil y puede contener reservas importantes (Solomon et al., 2013). 2. Vacuolas alimenticias: Están formadas por fagocitosis y se fusionan con los lisosomas (Solomon et al., 2013). 3. Vacuolas contráctiles: Bombean el exceso de agua fuera de la célula para mantener la concentración adecuada (Solomon et al., 2013). Aparato de Golgi: Modifica, clasifica y empaca proteínas. El aparato de Golgi también sintetiza ciertas moléculas (Solomon et al., 2013). Retículo endoplasmático: Es una red de membranas. La membrana del retículo endoplasmático forma hasta el 50% de las membranas de la célula y sirve como síntesis de membrana y fosfolípidos. El retículo endoplasmático se divide en dos: 1. Retículo endoplasmático liso: Una de sus funciones es la formación de lípidos. Tiene una apariencia tubular y las superficies de su membrana externa son lisas (Solomon et al., 2013). 2. Retículo endoplasmático rugoso: Desempeña en la síntesis y ensamble de proteínas. Los ribosomas generan polipéptidos, se transportan a través del canal y del poro de la membrana de RE hasta la luz RE volumen. En el lumen las proteínas se ensamblan y se pueden modificar por enzimas que les añaden lípidos o carbohidratos (Solomon et al., 2013). Página 12
Tipos de células. De Alejandro Porto. Dominio público, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Tiposcelulares.jpg
EL CITOESQUELETO El citoesqueleto da forma y sostén a las células. Éste está conformado por los microfilamentos, filamentos y microtúbulos, que previamente fueron explicados. El citoesqueleto está en constantes cambios, participa en la división celular y en el transporte de materiales dentro de la célula (Solomon et al., 2013). El citoesqueleto esta compuesto por: Microfilamentos: Cilindros sólidos que están formados por dos cadenas de polímeros y también de actina, una proteína globular. Un microfilamento es una doble cadena enroscada, de antina, como ya se mencionó. La principal función de estos, es ser un soporte. Sin embargo, también ayuda en mantener la forma de la célula (Solomon et al., 2013). En algunas células se pueden observar los microfilamentos en la cara interna de la membrana plasmática, una región llamada corteza celular. Los microfilamentos dan a la corteza celular una consistencia gelatinosa. Microtúbulos: Son tubos cilíndricos huecos. La pared del tubo está formada por tubulina. Los microtúbulos tienen la capacidad de ensamblar y desensamblar. Esto se evidencia en la división celular que será abordada más adelante. Cada microtúbulo tiene polaridad y sus dos extremos se conocen como extremo más y extremo menos. Citoesqueleto. De anónimo. Dominio público. https://mariecuriesnews.wordpress.com/tag/citoesqueleto/
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La célula. De Rocio Mendoza, Dominio público, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Celula_52.jpg Citoesqueleto. De Alice Avelino, Dominio público, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Citoesqueleto.gif
El extremo más se alarga con mayor rapidez. Las células que no están en división, el extremo menos de los microtúbulos suele estar anclado a regiones, llamadas centro organizadores de microtúbulos (Solomon et al., 2013). Filamentos: Evitan que la célula se estire demasiado. También se dice que son fibras resistentes y elásticas. Éstos suelen ser muy importantes, ya que refuerzan la forma de las células, al igual que los microfilamentos. Un dato interesante, es que sólo ciertos animales vertebrados u organismos contienen filamentos (Solomon et al., 2013).
Cada tipo está formado por una subunidad molecular distinta, que pertenecen a un grupo de proteínas, en donde se incluyen las queratinas. Los microfilamentos que están formados por proteínas láminas, forman la lámina nuclear de las células animales y ayudan a regular los procesos que tienen lugar dentro del núcleo (Solomon et al., 2013).
Artículo: creadas las primeras células artificiales resistentes a virus
https://cadenaser.com/ser/2021/06/04/ciencia/1622804447_576549.html
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CUBIERTAS CELULARES Membrana. De Anónimo Dominio público, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:MEMBRANA_2014-04-28_17-19.jpg
La cubierta celular, como dice su nombre, es una estructura que rodea la célula. La cubierta celular está compuesta por: Pared celular: Está presente en la
célula vegetal y es una zona límite entre el exterior e interno. Esta estructura también sirve como sostén de la célula, y está formada principalmente por polisacáridos, proteínas, enzimas y agua. Matriz extracelular: Es una capa de glicoproteínas que permiten que las células están unidas y su función es protección, comunicación y sostén. Cápsula: Mantiene un equilibrio (homeostasis) del medio externo e interno. También participa en el transporte al interior y exterior de nutrientes o desechos de la célula.
De cierta forma, la membrana plasmática, entra aquí, ya que realiza distintas funciones en las células. Cada célula está rodeada por una membrana plasmática, la cual es permeable selectiva, es decir, que ciertas sustancias la atraviesan con mayor facilidad a comparación de otras. Dichas membranas están conformadas por lípidos, proteínas, glúcidos y otros componentes. Por último, otra de las funciones de las membranas, es que puede controlar el crecimiento y desarrollo de las células. También el tamaño y forma, puesto que depende de los nutrientes que ésta membrana deje ingresar o no.
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Membrana plasmática
E S T R U C T U R A D E M E M B R A N A S
L A S
Membrana celular. De anónimo. Dominio público. https://acortar.link/9J2wuI
La evolución de las membranas biológicas, ha sido esencial en el origen de la vida. Las membranas biológicas suelen ser complejas y se encuentran en constante movimiento. La membrana plasmática permite separar a la célula del mundo exterior que la rodea. A principios, se creía que estaban constituidas principalmente por proteínas y lípidos; sin embargo, gracias a investigaciones. llegaron a la conclusión que también están formadas por fosfolípidos, colesterol, y glucosídicos. En 1915, las membranas aisladas de los glóbulos rojos se analizaron y se encontró que estaban formadas por lípidos y proteínas. Diez años después, dos científicos holandeses, E. Gorter y F. Grendel, confirmaron que las membranas realmente son bicapas de fosfolípidos.
En 1935, Hugh Davson y James Danielli propusieron un modelo en forma de sándwich, que se basa en una bicapa de lípidos entre dos capas de proteínas; dicho modelo influenció por más de 20 años. Así, otros investigadores han permitido saber los distintos modelos que se han dado para la membrana, variando según fueran los resultados de cada uno.
Proteínas de membrana. De Faduarte. Dominio público, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Proteinas_de_membrana.jpg
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FUNCIONES DE LAS MEMBRANAS
Como se mencionó anteriormente, la función principal de las membranas es separar la célula del exterior. Por otro lado, también permite el paso de ciertos materiales. Otras funciones que tiene la membrana plasmática son: Anclaje: Algunas proteínas de membrana anclan la célula a la matriz extracelular. Transporte pasivo: Ciertas proteínas forman canales para el paso selectivo de iones o moléculas. Transporte activo: Algunas proteínas de transporte bombean solutos a través de la membrana, por lo que necesitan energía. Actividad enzimática: Muchas
enzimas unidas a la membrana catalizan las reacciones que ocurren dentro o en la superficie de la membrana. Transducción de señales: Algunos receptores se unen con las moléculas de señales y transmiten la información al interior de la célula. Reconocimiento de células: Algunas glicoproteínas funcionan como etiquetas de identificación. Unión intercelular: Las proteínas de adhesión celular unen las membranas de las células adyacentes.
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Membrana plasmática. De Khanacademy. Dominio público. https://es.khanacademy.org/science/biology/structure-of-acell/prokaryotic-and-eukaryotic-cells/a/plasma-membrane-and-cytoplasm
ESTRUCTURA Y PERMEABILIDAD La membrana plasmática se dice que es una membrana que presenta una permeabilidad selectiva, ya que permite que algunas sustancias o materiales la atraviesen con mayor facilidad que otras. Los fosfolípidos son los principales encargados de las propiedades físicas de las membranas. Debido a esto, las membranas son más permeables a pequeñas moléculas no polares. La membrana al presentar moléculas tanto hidrofílicas como hidrofóbicas, crea moléculas anfipáticas, lo que quiere decir que tiene una región hidrófila, así como también una hidrófoba, generando que sea fuertemente anfipática en algunas células. Una membrana es permeable
a una sustancia si permite que ella la atraviese, y es impermeable si no lo hace. Gracias al modelo de mosaico fluido, permite funciones como membranas de permeabilidad selectiva o semipermeables (Berg, Martin y Solomon, 2013).
PROTEINAS DE TRANSPORTE Las proteínas de transporte se movilizan por medio de la membrana a moléculas necesarias. Estas proteínas transmembrana se encuentran en todas las membranas biológicas. Éstas son: Proteínas de transporte: Se unen al ion o a la molécula. Se basa en la transferencia de soluto mediante proteínas transportadoras. Los
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⠀⠀transportadores ABC forman un ⠀⠀gran grupo de proteínas ⠀⠀transportadoras. (Berg, Martin y ⠀⠀Solomon, 2013). Proteínas de canal: Forman túneles, conocidos como poros. Regulan el paso de materiales, el agua y tipos de iones son transportados a través de canales. Éstas se dividen en: 1. Porinas: Proteínas transmembrana de canal, que permiten que diversos solutos o agua pasen por las membranas. Tienen forma cilíndrica hueca, con estructura de barril por el enrollamiento de láminas beta que forman poros. (Berg, Martin y Solomon, 2013).
⠀⠀2. Acuaporinas: Facilitan el paso ⠀ ⠀o traslado rápido del agua, a través ⠀de la membrana plasmática. Son ⠀canales selectivos ⠀que no permiten ⠀el paso de iones u ⠀otras moléculas ⠀pequeñas (Berg, Martin y ⠀Solomon, ⠀2013).
Artículo: Las células madre son una esperanza para el cerebro humano
https://cadenaser.com/emisora/2020/03/11/radio_bierzo/1583919991_ 407510.html
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TRANSPORTE PASIVO Membrana transporte. De Alejandro, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:MembraneTransport.jpg
En el transporte pasivo, la célula no necesita que se gaste energía metabólica. También es donde ciertas proteínas forman canales para el paso selectivo de iones o moléculas, por medio de la difusión. La difusión es un proceso físico en donde las partículas se encuentran en movimiento de forma libre. Sin embargo, depende de si se habla de un sólido, líquido o gas, pues el qué tan juntas estén sus partículas depende del estado en el que estén. En la difusión, resulta una movimiento neto a favor de su gradiente de concentración. El gradiente de concentración será la diferencia de concentración de una sustancia de un lugar a otro. Al ocurrir en una membrana permeable, este gradiente atraviesa la membrana, la energía almacenada se libera de gradientes cuando iones o moléculas se mueven de una región de alta concentración a una baja (Berg, Martin y Solomon, 2013).
Porto.
Dominio
público,
Los tipos de difusiones y disoluciones son: Difusión simple: Moléculas de soluto no polares se mueven de forma directa por la membrana, a favor de su gradiente de concentración. Ósmosis: Implica el movimiento de neto del agua. Este es un tipo de difusión especial, en donde las moléculas de agua están libres, así que pueden están libres yendo en ambas direcciones. Presión osmótica: La presión osmótica es la presión necesaria en un lado de una membrana semipermeable con la concentración más alta de soluto, con el fin de impedir la difusión del agua por medio de la ósmosis. Disoluciones isotónicas: Se da cuando la célula está en un fluido con la misma presión osmótica y no tiene movimiento neto de moléculas (Berg, Martin y Solomon, 2013). Página 21
TRANSPORTE ACTIVO
Transporte activo. De Alejandro Porto, Dominio Público. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:SecondaryActiveTransport.png
El transporte activo sí necesita de energía. En este, algunas proteínas de transporte bombean partículas a través de la membrana. Gracias a este tipo de transporte, la célula puede mantener las concentraciones internas de pequeñas moléculas que difieren de las concentraciones de sus alrededores. También bombea materiales de una región de baja concentración a una región de alta concentración. En este transporte hay un sistema llamado sistema de transporte activo. Un ejemplo de esto, es la (Berg, Martin y Solomon, 2013).
bomba de sodio-potasio, la cual sirve como transportador ABC, una proteína de transporte específica en la membrana plasmática. Esta bomba utiliza energía del ATP para bombear iones de sodio fuera de la célula e iones potasio dentro de la célula. Algunas proteínas de transporte participan en este proceso. Éstas proteínas pueden ser: Uniportadoras: Transportan un tipo de sustancias en una sola dirección. Simportadoras: Mueven dos tipos de sustancias en una misma dirección. Página 22
Antiportadoras: Acarrean dos sustancias en direcciones opuestas. Hay casos en los que la distribución desigual de iones establece un gradiente eléctrico, que impulsa a los iones por la membrana plasmática. Las bombas de sodiopotasio mantienen una separación de cargas por medio de la membrana plasmática. Dicha separación, se nombra como potencial de membrana, que actúa como una fuente de energía, que es favorecido cuando el interior de la célula es negativa en comparación al exterior. (Berg, Martin y Solomon, 2013).
También hay un sistema de cotransporte, el cual mueve soluto por medio de una membrana, con transporte activo directo. En este sistema, dos solutos van a ser transportados al mismo tiempo, y el movimiento de un soluto va a estar a favor de su gradiente de concentración. No obstante, se necesita una fuente de energía, como el ATP, para que pueda seguir la bomba que produce el gradiente de concentración (Berg, Martin y Solomon, 2013).
Página 23 Transporte activo. De Angelito. Dominio público. https://es.wikipedia.org/wiki/Transporte_activo
ENDOCITOSIS Y EXOCITOSIS En la exocitosis, la célula expulsa productos de desecho por medio de la difusión de una vesícula con la membrana plasmática. En este proceso, se libera el contenido de la vesícula fuera de la célula, para que después la vesícula se integre a la membrana, aumentando el tamaño celular (Berg, Martin y Solomon, 2013).
Endocitosis y exocitosis. De Andrea Cañadas. Dominio público. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:A)_Endocitosis_y_b)_exocito sis.jpg
La endocitosis, es cuando la célula incorpora macromoléculas y materia, formando nuevas vesículas. Existen tres tipos de endocitosis: Fagocitosis: La célula engloba a partículas grandes de sólidos, envolviendola.
Pinocitosis: La célula toma los materiales disueltos. El fluido de estas vesículas se transfiere al citosol, y las vesículas se vuelven más pequeñas. Endocitosis: Permite a la célula adquirir grandes cantidades de sustancias en específico. Las proteínas se unen a receptores, y cuando lo hacen, se forma una vesícula que contiene las moléculas de ligando. Esquema endocitosis. De Zuñel. Dominio público. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Esquema_d%27Endocitosis_.png
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Uniones celulares
Tipos de uniones celulares. De Mariana Ruíz, Dominio Público. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Tipos_de_uniones_celulares.png
Las células hacen uso de uniones intercelulares, para poder unirse entre ellas, impedir el paso de materiales o mantener una comunicación. Se dividen en: Uniones de anclaje: Conectan el citoesqueleto de dos células con la matriz extracelular, dando resistencia. Necesitan fuerzas mecánicas para separarlas. Uniones estrechas: Se dan en las células que separan medios de composición. Están formadas por la conexión entre las cadenas de proteínas de células adyacentes. Uniones adherentes: Las cadherinas de ambas células se unen por su lado extracelular. Son uniones estables célula-célula y se extienden a lo largo de todo el perímetro celular.
Desmosomas: Unión de célulacélula que proporcionan a la célula fuerza de tracción. Uniones GAP: Unión de canales entre dos membranas plasmáticas de tal manera que se produce una comunicación directa entre los citoplasmas de dos células. Su función es permitir el acoplamiento eléctrico y metabólico. Hemidesmosomas: Uniones célula-matriz extracelular. Plasmodesmos: Son canales que pasan a través de las células vegetales. Los desmotúbulos son estructuras cilíndricas de plasmodesmos que recorre el canal y conecta el retículo endoplasmático liso.
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Rutas de liberación de energía
Reacciones REDOX Mecanismo. De Zwickipedia. Dominio público, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:WGS_mechanism.png
La oxidación es el proceso químico en el que una sustancia pierde electrones, mientras que la reducción es el proceso complementario en donde una sustancia gana electrones (Berg, Martin y Solomon, 2013). Es importante recalcar, que para mantener de cierta forma un equilibrio, al momento de llevar a cabo una reacción de oxidación, se necesita de una reacción de reducción, en donde los electrones son aceptados por alguna otra ion, átomo o molécula. Por otro lado, a esta combinación de reacciones, se les suele conocer como reacciones redox, ya que se realizan de forma simultánea.
Generalmente, en las células, las reacciones redox implican la transferencia de un átomo de hidrógeno en lugar de un solo electrón. Cuando un electrón se elimina de un compuesto orgánico, se va a terminar llevando cierta cantidad de energía almacenada en el enlace químico del cual era parte. Luego, un electrón y su energía se transfieren a una molécula receptora o aceptora. La molécula aceptora más común es la nicotinamida adenina dinucleótido (NAD+).
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Etapas respiración aeróbica La respiración aeróbica se realiza generalmente en las células eucariotas y procariotas. Dicha respiración requiere de oxígeno, y lleva a cabo 4 distintas fases o pasos: Glucólisis: Esta primera no necesita oxígeno y se realiza en el citosol. En dicha fase se dan ciertas reacciones en donde la glucosa (descompuesta por medio de 2 fosforilaciones independientes) va a degradar al piruvato (formado por cada molécula de G3P transformada). Como resultado, habrán 4 moléculas de ATP, pero en la inversión de energía se consumirá 2. En esta fase los átomos de hidrógeno se transfieren. .
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Formación acetil CoA: La formación de acetil CoA se realiza en la matriz mitocondrial en eucariotas y en el citosol para las procariotas. Aquí, el piruvato va a tener una descarboxilación, en donde el COOterminará como CO2 fuera de la molécula. El fragmento de los dos carbonos oxidados, se unirá a la coenzima A, dando el acetil CoA. Ciclo del ácido cítrico: Se producen tres moléculas de NADH, una de FADH2 y una molécula de GTP Transporte de electrones y quimiosmosis: El NADH y FADH2 se oxidan para sintetizar más ATP. Los productos son ATP, H2O, FAD y NAD+
Respiración celular. De Jesus Medina. Dominio público, https://www.researchgate.net/figure/FIGURA-38-Respiracion-celular-produccion-de-ATP-En-la-respiracioncelular-la-energia_fig9_267750462
Producción de energía de otros nutrientes Los organismos suelen producir energía por medio de otros nutrientes o procesos. Uno de ellos, es que obtienen más energía por medio de la oxidación de ácidos grasos que la oxidación de glucosa (Berg, Solomon y Martin, 2013). También están los aminoácidos, los cuales se transforman en uno de los intermediarios metabólicos que realizan el ciclo del ácido cítrico. Éstos también pasan por un proceso llamado desaminación, en la cual un glutamato se desprenderá de un grupo amino. En los mamíferos y otros organismos, se utiliza como reactivo. En la desaminación, se da la alanina a piruvato, glutamato a alpha glutato y asporato a oxalacetato.
Por otro lado, está el glicerol, que es un componente de los ácidos grasos de un triglicérido. Glicerol: Se agrega un fosfato, que es transformado en G3P. Ácidos grasos: Oxidados y enzimáticamente divididos en grupos acetilo de 2C que se unen al acetil CoA. Este proceso se da en la matriz mitocondrial, como se mencionó anteriormente.
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Respiración anaeróbica y fermentación
Respiración anaeróbica. De anónimo. Dominio público. https://significadoconcepto.com/respiracion-anaerobia/
La respiración anaeróbica es lo contrario a la aeróbica, pues en esta no es necesario utilizar oxígeno. De igual forma, en esta respiración, los electrones son transferidos por medio de cadenas de transporte de electrones. Los productos en este caso, serían el CO2, una o más sustancias inorgánicas reducidas y ATP (Berg, Solomon y Martin, 2013).
La fermentación es anaeróbica y no necesita de una cadena de transporte de electrones. En este caso, las moléculas de NADH dan sus átomos de hidrógeno a las moléculas orgánicas, con el fin de que la glucólisis pueda continuar. La ecuación representativa de este proceso es C6H12O6 + 12KNO3 a 6CO2 + 6H2O + 12KNO2 + energía. Existen dos tipos de fermentación: Fermentación de alcohol: No hay oxígeno, y es la base para la producción de distintas bebidas. Fermentación láctica: Suele ser utilizada por algunos hongos y bacterias. El NADH producido durante la glucólisis da los átomos de hidrógeno al piruvato. Fermentación. De Gonzalo Dominio público. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Masa_candeal,_fermenta ci%C3%B3n_(2020).jpg
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La fotosíntesis Fotosíntesis. De 3759893_1280.png
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LUZ Y FOTOSÍNTESIS La fotosíntesis es un proceso en el cual la energía luminosa es convertida en energía química que se almacena. También es un proceso por el cual las plantas obtienen energía. Por medio de la fotosíntesis, las plantas son a quienes más sustenta; sin embargo, este proceso influye en otros organismos. En este proceso, algunos orgánulos implicados son: cloroplasto, clorofila, hojas, mesófilo y estomas La luz está formada por fotones, que de cierta forma son paquetes de energía. La luz visible contiene una cantidad adecuada de energía, la cual interviene durante la fotosíntesis. A simple vista, sólo podemos observar una pequeña parte del rango de radiación, llamado espectro electromagnético, donde toda la radiación viaja en ondas. La longitud de onda es la distancia entre el pico de una onda y otra. Durante la fotosíntesis, una célula utilizará la energía luminosa, ha sido previamente capturada por la clorofila. En este proceso, cuando una molécula absorbe un fotón de energía lumínica, uno de sus electrones queda energizado.
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CLOROPLASTOS Los cloroplastos se encuentran en las plantas, específicamente dentro de las hojas en las células del mesófilo, que tiene distintos espacios. En el interior de las hojas, se da un intercambio de gases con el exterior, por medio de estomas, que son poros que conectan el medio exterior e interior. En el estroma se encuentran los tilacoides, que son sacos planos. Los sacos tilacoides forman pilas con forma de moneda que son los tilacoides. Cuando forman esas filas se llaman granas y dentro de esos está la clorofila.
Artículo: Los increíbles animales que llevan a cabo la fotosíntesis como las plantas
https://www.bbc.com/mundo/noticias55654786
El cloroplasto está rodeado por una membrana externa e interna. La clorofila está en la membrana del tilacoide. Las membranas tilacoides tienen pigmentos que absorben la luz visible; mientras que la clorofila es el pigmento funcional de la fotosíntesis, ya que puede absorber ciertas regiones del espectro visible. Una molécula de clorofila está formada por: Un anillo de porfirina que absorbe la luz de C y N. Se asemejan a la hemoglobina, pero en vez de Fe, tiene Mg en el centro Una larga cadena lateral hidrocarbonada, por lo que la molécula es no polar que fija la membrana.
Cloroplastos. De Kelvinsong. Dominio público. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chloroplast_(borderless_version)-es.svg
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REACCIONES DEPENDIENTES DE LA LUZ Las reacciones que sí depende la luz, tienen como principal objetivo el producir ATP, NADPH2 y O2. Dichas reacciones dan inicio cuando la clorofila a y pigmentos accesorios absorben luz. Un complejo llamado antena absorbe energía luminosa, la cual será transferida al centro de reacción. Luego, la energía luminosa se vuelve energía química en los centros de reacción fotosintéticos (Berg, Solomon y Martin, 2013). Para estas reacciones, la clorofila a, b y las moléculas de pigmento se encuentran ordenadas con proteínas de unión, formando los complejos de antena. Los
dos tipos de fotosistemas fotosistema I y fotosistema II.
son:
La primer fase es fotosíntesis es el transporte acíclico de electrones, que a su vez se dividen en otras etapas, las cuales son: Fotoexcitación de la clorofila: Los fotones excitan al fotosistema I, por lo que se van a liberar 2 electrones. Para esto, el fotosistema I va a tener carga positiva. Por otro lado, los fotones excitan al fotosistema II. Fotólisis del agua: El agua absorbida fagocita energía de la luz. En este paso el ½ O2 se libera en el ambiente.
Ciclo de Calvin. De Khanacademy. Dominio público. https://es.khanacademy.org/science/ap-biology/cellular-energetics/photosynthesis/a/calvin-cycle
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Fotoreducción: La enzima ferredoxina-NADP reductasa posee dos electrones. Reduce los estromas presentes a NADPH2. Fosforilación: La energía que se liberada por los electrones, es utilizada para bombear protones de hidrógeno. También está el transporte cíclico de electrones, en donde sólo es necesario el fotosistema I. En este transporte los electrones que son li berados pasan por la fotoexcitación. La energía que es liberada por los electrones, se utiliza para bombear protones del estroma. Respecto a la fosforilación de ADP, se acopla a la difusión a favor del gradiente de protones, llamado quimiósmosis. La quimiósmosis es la difusión de iones a través de una membrana. También es un mecanismo básico de acoplamiento energético en las células.
Artículo: crean nanotubos de carbono para transportar fármacos a células
https://acortar.link/ohOmsC
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REACCIONES DE FIJACIÓN DE CARBONO
En esta reacción, se suele utilizar energía del ATP y NADPH para la formación de moléculas orgánicas a partir del CO2. La reacción de fijación de carbono se da en el estroma a través de 13 reacciones (ciclo de Calvin), las cuales se dividen en: Absorción de CO2: Se da una reacción individual en donde una molécula de CO2 reacciona con la ribulosa bifosfato. Como resultado, va a dar 6 carbonos inestables, y luego el carbono que al principio era parte del CO2, se va a haber fijado en una cadena carbonada. Reducción de carbono: La energía y potencia del ATP y NADPH es utilizada para convertir moléculas de PGA a gliceraldehído-3-fosfato o G3P. Regeneración de RuBP: En esta fase se sintetiza la glucosa y otros carbohidratos. Esto, por medio de una serie de 10 reacciones, a los 30 carbonos y sus átomos se reacomodan en 6 moléculas de ribulosa fosfato.
Mecanismo de la planta C4. De FísicaNet Dominio público. https://www.fisicanet.com.ar/biologia/metabolismo/ap12-fijacion-de-carbono.php
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GLOSARIO Acetil coenzima A: compuesto intermediario clave en el metabolismo; consta de un grupo acetilo de dos carbonos unidos covalente a la coenzima A (Solomon et al., 2013). Antígenos: Cualquier molécula, generalmente una proteína o un hidrato de carbono grande Citrato: Compuesto de seis carbonos. Coenzima: cofactor orgánico de una enzima; generalmente participa en la reacción transfiriendo algún componente, como electrones o parte de alguna molécula sustrato (Solomon et al., 2013). Complejos de antena: Complejo que capta energía luminosa y transforma en energía química. Concentración: define la cantidad de soluto en una cantidad dada del disolvente (Solomon et al., 2013). Cotransporte: Dos solutos son trasladados al mismo tiempo. Criofractura: congelación de muestras biológicas con nitrógeno líquido Desaminación: Proceso metabólico en el cual a partir de un aminoácido se obtiene un cetoácido y amoniaco. Difusión: Movimiento neto de una sustancia a favor de su gradiente de concentración. Estroma: espacio lleno líquido de cloroplasto, rodeado por la membrana interna de ésta y por los tilacoides; sitio donde tienen lugar las reacciones del ciclo de Calvin (Solomon et al., 2013). Fermentación de alcohol: El alcohol etílico y dióxido de carbono son los productos de desecho final. Fermentación láctica: Los átomos de hidrógeno se agregan al piruvato para formar lactato, producto de desecho. Fluidos: es toda sustancia cuyas moléculas pueden deslizarse unas en otras, resultando sin forma fija y propia. Pueden ser gases, líquidos y membranas celulares (Solomon et al., 2013). Fosforilación: introducción de un grupo en una molécula orgánica (Solomon et al., 2013). Fotótrofo: organismo que utiliza la luz como fuente de energía (Solomon et al., 2013). Página 37
Fotólisis: desdoblamiento fotoquímico del agua en las reacciones dependientes de la luz de la fotosíntesis ; se necesita una enzima específica para catalizar esta reacción (Solomon et al., 2013). Glutamato: aminoácido que funciona como el principal neurotransmisor excitador en el encéfalo de vertebrados (Solomon et al., 2013). Gradiente: es una diferencia física en propiedades de una sustancia en un fluido (Solomon et al., 2013). Grana: grupo de tilacoides dentro de un cloroplasto (Solomon et al., 2013). Hidrofílico: Que interacciona fácilmente con el agua Hidrofóbica: Que no interacciona fácilmente con el agua Hipertónica: Tienen un soluto con mayor concentración que la de la célula. Integrinas: Receptores proteínicos que se unen a proteínas específicas en la matriz extracelular y a proteínas en células adyacentes Mesófilo: tejido fotosintético del interior de una hoja (Solomon et al., 2013). Modelo de mosaico fluido: Las membranas consisten en una bicapa fluida de fosfolípidos Permeable: Que puede ser penetrado o traspasado por el agua u otro fluido. Plasmólisis: Proceso en el que la membrana plasmática se separa de la pared celular. Polares: Hay una diferencia en la electronegatividad entre los átomos, con un polo positivo y uno negativo. Quimiosmosis: Cuando los iones se mueven por difusión a través de una membrana semipermeable. Resonancia: es cuando un pigmento absorbe energía luminosa y esa energía la transfiere hasta que llegue al centro de reacción (Solomon et al., 2013). Soluto: sustancia que puede disolverse en un disolvente (Solomon et al., 2013). Tilacoide: sistema interconectado de estructuras membranosas aplanadas que se encuentran dentro de los cloroplastos (Solomon et al., 2013). Transducción: Transferencia de un fragmento genético de una célula a otra Transportadores ABC: Proteínas transportadoras que utilizan energía del ATP Ósmosis: Tipo de difusión en donde las moléculas de agua pasan a través de una membrana semipermeable.
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REFERENCIAS Campbell, N.A. y Reece, J.B. (2007). Biología. Médica Panamericana. Educativa, R. (2021, 24 septiembre). La distinción entre las células procariotas y eucariotas se considera la más importante Diferencia entre los organismos. Los organismos procariotas fueron durante millones de años la única forma de vida en la Tierra. Esto, hasta que las células eucariotas (las. Diferenciator. Recuperado 12 de febrero de 2022, de https://diferenciator.com/entre-celula-eucariota-y-procariota/ Equipo editorial, Etecé. (2021, 22 noviembre). Núcleo Celular - Concepto, funciones y estructura. Concepto. Recuperado 12 de febrero de 2022, de https://concepto.de/nucleo-celular/ Miguel, J. (2021, 22 noviembre). Los orgánulos citoplasmáticos, sus estructuras y funciones. EspacioCiencia.com. Recuperado 12 de febrero de 2022, de https://espaciociencia.com/organulos-citoplasmaticos/ Ruiz, M. D. C. (2019, 1 noviembre). La célula. Web del maestro. Recuperado 12 de febrero de 2022, de https://webdelmaestro.com/la-celula/ Solomon, E., Berg, L., & Martin, D. (2013). Biología (9.a ed.). Cengage Learning. Tomvouctou. (2020). Quimiosmosis. https://tombouctou-food.com/es/quimiosmosis
Artículos: Bonilla, J. (2021, 20 junio). Un animal multicelular sobrevivió congelado durante 24.000 años y se reprodujo al despertar. El País. https://elpais.com/ciencia/2021-0620/un-animal-multicelular-sobrevivio-congelado-durante-24000-anos-y-sereprodujo-al-despertar.html Roig, J. (2021, 4 junio). Creadas las primeras células artificiales resistentes a los virus. cadena SER. https://cadenaser.com/ser/2021/06/04/ciencia/1622804447_576549.html Tascón, F. (2020, 11 marzo). David Díaz: «Las células madre son una esperanza del futuro para el cerebro humano».cadena SER. https://cadenaser.com/emisora/2020/03/11/radio_bierzo/1583919991_407510.html Samper, E. (2022, 28 febrero). Crean nanotubos de carbono con una habilidad especial para transportar fármacos al interior de las células. Investigación y Ciencia. https://www.investigacionyciencia.es/noticias/crean-nanotubos-de-carbono-conuna-habilidad-especial-para-transportar-frmacos-al-interior-de-las-clulas-20725 BBC News Mundo. (2021, 29 enero). Los increíbles animales que pueden llevar a cabo la fotosíntesis como las plantas. https://www.bbc.com/mundo/noticias55654786
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FRASE (CONTRAPORTADA)