UNIDAD I. MODELOS CELULARES
1.1. GENERALIDADES DE LA BIOLOGÍA
La Biología, sin lugar a dudas, es uno de los pilares de la revolución científica y
tecnológica del momento. Sus últimos descubrimientos impactan en la conciencia
social y obligan a reflexionar sobre tópicos tan trascendentes, como la pérdida de
la biodiversidad y sus implicaciones, la importancia de los procesos fotosintéticos
a nivel global y el impacto ambiental, provocado por el deterioro y la destrucción
de diversos ecosistemas.
El estudio de la naturaleza de la vida ha avanzado en las ultimas décadas de
manera vertiginosa, al grado que la Biología actual ha ampliado sus fronteras de
investigación, pasando del estudio del individuo en su dimensión biológica al
análisis y conocimiento de los niveles celulares y moleculares, para explicar los
fenómenos vitales. De tal manera que se ha propiciado el desarrollo de nuevas
ramas, Biología y Fisiología Celular, Bioquímica, Biología Molecular, Genética,
entre otras, las cuales a su vez, utilizan técnicas avanzadas de investigación
microscópica y ultramicroscópica, sin excluir obviamente, las investigaciones
físicas y químicas inherentes a la biología.
1.1.1. Ciencia
La Biología es una ciencia y como tal es un conjunto de datos obtenidos
mediante la observación y el razonamiento, sistemáticamente estructurados y de
los que se deducen principios y leyes generales. Es el conocimiento
sistematizado, elaborado a partir de observaciones y el reconocimiento de
patrones regulares, sobre los que se pueden aplicar razonamientos, construir
hipótesis y construir esquemas metódicamente organizados.
Podemos afirmar que el método científico es el instrumento más poderoso de la
ciencia; simplemente se trata de aplicar la lógica a la realidad y a los hechos que
observamos.
1.1.1.1. Método Científico
El método científico sirve para poner a prueba cualquier supuesto o hipótesis,
examinando las mejores evidencias que se cuentan, ya sea a favor o en contra.
La biología en su relación con otras ciencias crea fusiones interesantes entre la
biología y la química de donde tenemos ahora la bioquímica, y de la biología y la
tecnología tenemos la biotecnología, la cual ha tenido un auge actualmente debido
a los alimentos transgénicos, que es un tópico de actualidad en el mundo y que ha
generado tanto comentarios a favor como en contra.
1.1.2. Campos De La Biología
La biología es una disciplina científica que abarca un amplio espectro de campos
de estudio que, a menudo, se tratan como disciplinas independientes. Todas ellas
juntas, estudian la vida en un amplio rango de escalas. La vida se estudia a
escala atómica y molecular en biología molecular, en bioquímica y en genética
molecular. Desde el punto de vista celular, se estudia en biología celular, y a
escala pluricelular se estudia en fisiología, anatomía e histología. Desde el punto
de vista de la ontogenia o desarrollo de los organismos a nivel individual, se
estudia en biología del desarrollo. Cuando se amplía el campo a más de un
organismo, la genética trata el funcionamiento de la herencia genética de los
padres a su descendencia. La ciencia que trata el comportamiento de los grupos
es la etología, esto es, de más de un individuo. La genética de
poblaciones observa y analiza una población entera y la genética sistemática trata
los linajes entre especies. Las poblaciones interdependientes y sus hábitats se
examinan en la ecología y la biología evolutiva. Un nuevo campo de estudio es
la astrobiología (o xenobiología), que estudia la posibilidad de la vida más allá de
la Tierra.
Las clasificaciones de los seres vivos son muy numerosas. Se proponen desde la
tradicional división en dos reinos establecida por Carlos Linneo en el siglo XVII,
entre animales y plantas, hasta las actuales propuestas de
sistemas cladísticos con tres dominios que comprenden más de 20 reinos.
1.1.2. Biología, tecnología y sociedad
Las ciencias básicas (Matemáticas, Física, Química y Biología) han jugado un
papel fundamental en la consolidación de las sociedades, como se ha podido
corroborar históricamente. Algunos de los más grandes descubrimientos de la
ciencia han contribuido a cambiar el cauce del desarrollo social. Por ejemplo, el
descubrimiento de los antibióticos evitó la muerte de miles de personas, cuando
las epidemias de peste o sífilis acababan con poblaciones enteras. Así se
establecieron ideas como las de ciencia y sus aplicaciones, que posteriormente se
transformaron en ciencias básicas, ciencias aplicadas y tecnología; aunque no hay
fronteras claras entre los campos de acción de cada una de estas disciplinas.
Si analizamos esto detenidamente podemos entender porque recientemente se ha
incluido el desarrollo científico y tecnológico como un parámetro indicador de la
riqueza de los países, dado que es la causa y no la consecuencia del crecimiento
de las naciones.
El desarrollo de la Biología, y de las ciencias en general, depende en cierto
sentido de la capacidad de estas para utilizar los conocimientos generados y
acumulados previamente, para forjar nuevas fuentes de conocimiento y ampliar las
áreas de oportunidad de los científicos. Un ejemplo es la taxonomía, inaugurada
por el sueco Carl von Linne (conocido como Linneo, 17071778), basada en ese
momento en la descripción física de las especies para diferenciarlas. Esta ciencia
ha cambiado tanto con el paso del tiempo, que hoy en día incorpora técnicas de
Biología Molecular para determinar las diferencias entre una especie y otra.
Además la información obtenida se utiliza en otras áreas de la Biología para hacer
estudios filogenéticos y evolutivos, entre otros.
La Biología además ha promovido el desarrollo del quehacer humano con la
generación de fármacos y vacunas para evitar enfermedades, con la creación y
mejoramiento de nuevas cepas de organismos vivos de uso agrícola, ganadero y
forestal o incluso en campos como la Genómica, donde el desarrollo de Terapia
Génica o estudiando el genoma humano por completo ha abierto las posibilidades
de evitar patologías asociadas a factores genéticos. El Proyecto Genoma Humano
ha generado la participación de países de todo el mundo que colaboran de
manera coordinada, para cumplir los objetivos planteados inicialmente: crear un
mapa genético de las posiciones relativas de los genes, un mapa físico de las
posiciones reales, y la determinación de la secuencia de bases del ADN.
Estas tres disciplinas diferenciadas pueden ser objeto de un análisis conjunto,
sobre la influencia de estas en la vida humana. La biología es la ciencia que
estudia a los seres vivos y, más específicamente, su origen, su evolución y sus
propiedades: génesis, nutrición, morfogénesis, reproducción, patogenia, etc. Se
ocupa tanto de la descripción de las características y los comportamientos de los
organismos individuales como de las especies en su conjunto; tal evolución de los
seres vivos le dio paso a la creación de tecnología desde el principio de los
tiempos del hombre, cada paso, cada avance tecnológico, fue desarrollando
sociedades como la conocemos, de tal forma que el análisis de este proyecto,
será de manera general y total.
1.2. COMPONENTES QUÍMICOS DE LA CÉLULA
1.2.1. Componentes Inorgánicos
1.2.1.1. Agua Y Electrolitos
El agua desempeña una serie de funciones en los seres vivos; la mayoría de los
productos químicos están disueltos en ella, y se necesita también para que
ocurran todas las reacciones químicas, ya que es el medio por el cual dos
sustancias se encuentran y reaccionan. Si queremos que no prolifere la vida en
algún producto, le extraemos el agua; es por eso que muchos productos se
conservan bastante tiempo deshidratándolos al sol, como se ha hecho por varios
siglos en las costas con los peses o la carne o por medios más modernos y
sofisticados.
1.2.1.2. Minerales
CLORO (Cl): es necesario para la elaboración del ácido clorhídrico del tejido
gástrico.
SODIO (Na): interviene en la regulación del balance hídrico provocando la
retención de agua en el organismo.
POTASIO (K): actúa en el balance hídrico favoreciendo la eliminación de agua del
organismo.
YODO (I): es necesario para que la glándula tiroides elabore la secreción
hormonal que regula el metabolismo de los glúcidos.
HIERRO (Fe): es imprescindible para la formación de la hemoglobina de los
glóbulos rojos.
CALCIO (Ca) Y FOSFORO (P): son los que constituyen la parte inorgánica de los
huesos.
1.2.2. Componentes orgánicos
1.2.2.1. Prótidos
Los prótidos o proteínas son principios inmediatos orgánicos formados por
carbono, oxígeno, hidrógeno y nitrógeno. A veces en los prótidos aparecen
pequeñas cantidades de otros elementos, como el azufre (S), el fósforo (P), el
hierro (Fe), el cobre (Cu) y el magnesio (Mg). Los prótidos están formados por la
unión de moléculas llamadas aminoácidos.
En la materia viva, los prótidos poseen gran número de funciones: estructurales,
en las membranas celulares, uñas, cabello, etc.; contráctiles, en las células
musculares; transportadoras, como la hemoglobina de la sangre; bioquímicas,
como las enzimas, hormonas y algunas vitaminas; etc.
1.2.2.2. Lípidos
(Erróneamente llamados "Grasas") Son un conjunto de moléculas orgánicas, la
mayoría son biomoléculas, compuestas principalmente por carbono e hidrógeno y
en menor medida oxígeno, aunque también pueden contener fósforo, azufre y
nitrógeno, tienen como característica principal el ser hidrofóbicas o insolubles en
agua y sí en solventes orgánicos como la bencina, el benceno y el cloroformo. En
el uso coloquial, a los lípidos se les llama incorrectamente grasas, ya que las
grasas son sólo un tipo de lípidos procedentes de animales. Los lípidos cumplen
funciones diversas en los organismos vivientes, entre ellas la de reserva
energética (triglicéridos), la estructural (fosfolípidos de las bicapas) y la reguladora
(esteroides).
1.2.2.3. Glúcidos
Los glúcidos, carbohidratos, hidratos de carbono o sacáridos (del griego σάκχαρ
"azúcar") son biomoléculas compuestas por carbono, hidrógeno y oxígeno.
La glucosa, el glucógeno y el almidón son las formas biológicas primarias de
almacenamiento y consumo de energía; la celulosa forma la pared celular de
las células vegetales y la quitina es el principal constituyente del exoesqueleto de
los artrópodos.
El término "hidrato de carbono" o "carbohidrato" es poco apropiado, ya que estas
moléculas no son átomos de carbono hidratados, es decir, enlazados a moléculas
de agua, sino que constan de átomos de carbono unidos a otros grupos
funcionales como carbonilo e hidroxil. Este nombre proviene de la nomenclatura
química del siglo XIX, ya que las primeras sustancias aisladas respondían a la
fórmula elemental Cn (H2O)n (donde "n" es un entero >= 3). De aquí que el
término "carbono-hidratado" se haya mantenido, si bien posteriormente se
demostró que no lo eran. Además, los textos científicos anglosajones aún insisten
en denominarlos carbohydrates lo que induce a pensar que este es su nombre
correcto. Del mismo modo, en dietética, se usa con más frecuencia la
denominación de carbohidratos.
1.2.2.4. Ácidos Nucleídos
Son grandes polímeros formados por la repetición de monómeros
denominados nucleótidos, unidos mediante enlaces fosfodiéster. Se forman, así,
largas cadenas; algunas moléculas de ácidos nucleicos llegan a alcanzar tamaños
gigantescos, con millones de nucleótidos encadenados. Los ácidos nucleicos
almacenan la información genética de los organismos vivos y son los
responsables de la transmisión hereditaria. Existen dos tipos básicos, el ADN y
el ARN.
El descubrimiento de los ácidos nucleicos se debe a Friedrich Miescher, quien en
el año1869 aisló de los núcleos de las células una sustancia ácida a la que
llamó nucleína, 1 nombre que posteriormente se cambió a ácido nucleico.
Posteriormente, en 1953, James Watson y Francis Crick descubrieron la
estructura del ADN, empleando la técnica de difracción de rayos X.
1.2.2.5. Las Vitaminas
Son compuestos heterogéneos imprescindibles para la vida, que al ingerirlos de
forma equilibrada y en dosis esenciales promueven el correcto funcionamiento
fisiológico. La mayoría de las vitaminas esenciales no pueden ser sintetizadas
(elaboradas) por el organismo, por lo que éste no puede obtenerlas más que a
través de la ingesta equilibrada de vitaminas contenidas en los alimentos
naturales. Las vitaminas son nutrientes que junto con otros elementos
nutricionales actúan como catalizadoras de todos los procesos fisiológicos (directa
e indirectamente).
Las vitaminas son precursoras de coenzimas, (aunque no son propiamente
enzimas) grupos prostéticos de las enzimas. Esto significa, que la molécula de la
vitamina, con un pequeño cambio en su estructura, pasa a ser la molécula activa,
sea ésta coenzima o no.
1.3. MODELOS CELULARES
Existen dos tipos de células básicas, las células procariotas y las eucariotas. Los
organismos que presentan una organización procariota son los que pertenecen al
reino mónera, donde están incluidas las bacterias y las cianobacterias
(antiguamente conocidas como algas verde azules). Todo los restantes cuatro
reinos (protista, animalia, plantae y fungí) tienen células eucariotas.
1.3.1. Procarionte
Son menos evolucionadas y fueron las primeras células que habitaron la
Tierra. La célula procariota posee las siguientes características:
Su tamaño es mucho menor que el de las células vegetales y animales,
oscila entre 0,3 μm y 3 μm.
Tiene una pared celular que rodea a la célula y le da la forma, cuyos
componentes químicos son exclusivos.
El material genético es una doble cadena de ADN que no está rodeada
por una membrana nuclear, sino que se encuentra dispersa en el
citoplasma.
Los únicos orgánulos que posee son los ribosomas y carece de orgánulos
membranosos.
Las bacterias, pertenecientes al reino Moneras, son los únicos organismos
formados por células procariotas.
1.3.2. Eucariontes
Es más evolucionada, y surgió por endosimbiosis a partir de células
procariotas. Sus principales características son:
Su tamaño es mucho mayor, oscilando entre 5 μm y 20 μm.
No poseen pared celular, excepto las células vegetales cuya pared es de
diferente composición que la de las procariotas.
El citoplasma contiene multitud de orgánulos celulares, muchos de ellos
rodeados de membrana, que realizan funciones concretas.
El ADN está protegido en el interior del núcleo por una doble membrana, la
membrana nuclear, que lo separa del citoplasma. La existencia de un
núcleo le otorga mayor estabilidad al ADN.
UNIDAD II PROCESOS CELULARES
2.1. LA CÉLULA
Una célula (del latín célula, diminutivo de cella, "hueco")1 es la
unidad morfológica y funcional de todo ser vivo. De hecho, la célula es el elemento
de menor tamaño que puede considerarse vivo.2 De este modo,
puede clasificarse a los organismos vivos según el número de células que posean:
si sólo tienen una, se les denomina unicelulares (como pueden ser los protozoos o
las bacterias, organismos microscópicos); si poseen más, se les
llama pluricelulares. En estos últimos el número de células es variable: de unos
pocos cientos, como en algunos nematodos, a cientos de billones (1014), como en
el caso del ser humano. Las células suelen poseer un tamaño de 10 µm y una
masa de 1 ng, si bien existen células mucho mayores.
La teoría celular, propuesta en 1839 por Matthias Jakob Schleiden y Theodor
Schwann, postula que todos los organismos están compuestos por células, y que
todas las células derivan de otras precedentes. De este modo, todas las funciones
vitales emanan de la maquinaria celular y de la interacción entre células
adyacentes; además, la tenencia de la información genética, base de la herencia,
en su ADN permite la transmisión de aquella de generación en generación.3
La aparición del primer organismo vivo sobre la Tierra suele asociarse al
nacimiento de la primera célula. Si bien existen muchas hipótesis que especulan
cómo ocurrió, usualmente se describe que el proceso se inició gracias a la
transformación de moléculas inorgánicas en orgánicas bajo unas condiciones
ambientales adecuadas; tras esto, dichas biomoléculas se asociaron dando lugar
a entes complejos capaces de autorreplicarse. Existen posibles
evidencias fósiles de estructuras celulares en rocas datadas en torno a 4 o 3,5
miles de millones de años (giga-años o Ga.).4 5 nota 1 Se han encontrado
evidencias muy fuertes de formas de vida unicelulares fosilizadas en
microestructuras en rocas de la formación Strelley Pool, en Australia Occidental,
con una antigüedad de 3,4 Ga. Se trataría de los fósiles de células más antiguos
encontrados hasta la fecha. Evidencias adicionales muestran que
su metabolismo sería anaerobio y basado en el sulfuro.6
Existen dos grandes tipos celulares: las procariotas (que comprenden las células
de arqueas y bacterias) y las eucariotas (divididas tradicionalmente
en animales y vegetales, si bien se incluyen además hongos y protistas, que
también tienen células con propiedades características).
2.1.1 Anabolismo
Para que la vida pueda mantenerse, es imprescindible la formación de nuevas
moléculas orgánicas que reemplacen a las que se van perdiendo.
Todas las células sintetizan moléculas orgánicas complejas a partir de otras más
sencillas, en esto consiste básicamente el anabolismo.
Se pueden diferenciar dos procesos anabólicos
Uno el que realizan todos los seres vivos, que fabrican compuestos orgánicos
complejos a partir de otras moléculas orgánicas más sencillas.
Otro el que realizan, además, los organismos autótrofos, como las plantas, que
fabrican materia orgánica a partir de compuestos inorgánicos, mediante la
fotosíntesis.
2.1.1.1 Síntesis de proteínas ARN
Describir la síntesis de proteínas y del DNA dentro de una célula es como describir
un círculo: el DNA dirige la síntesis del RNA; el RNA dirige la síntesis de proteínas
y, finalmente, una serie de proteínas específicas catalizan la síntesis tanto del
DNA como del RNA.
Las instrucciones para construir las proteínas están codificadas en el DNA y las
células tienen que traducir dicha información a las proteínas. El proceso consta de
dos etapas.
2.1.1.1.1 Transcripción
La transcripción es el proceso durante el cual la información genética contenida en
el DNA es copiado a un RNA de una cadena única llamado RNA-mensajero. La
transcripción es catalizada por una enzima llamada RNA-polimerasa. El proceso
se inicia separándose una porción de las cadenas de DNA: una de ellas, llamada
hebra sentido es utilizada como molde por la RNA-polimerasa para incorporar
nucleótidos con bases complementarias dispuestas en la misma secuencia que en
la hebra anti-sentido, complementaria de la hebra sentido inicial. La única
diferencia consiste en que la timina del DNA inicial es sustituida por uracilo en el
RNA mensajero. Así, por ejemplo, una secuencia ATGCAT de la hebra sentido del
DNA inicial producirá una secuencia UACGUA.
Además de las secuencia de nucleótidos que codifican proteínas, el RNA
mensajero copia del DNA inicial unas regiones que no codifican proteínas y que
reciben en nombre de intrones. Las partes que codifican proteínas se llaman
exones. Por lo tanto, el RNA inicialmente transcrito contiene tanto exones como
intrones. Sin embargo, antes de que abandone el núcleo para dirigirse al
citoplasma donde se encuentran los ribosomas, este RNA es procesado mediante
operaciones de "corte y empalme", eliminándose los intrones y uniéndose entre sí
los exones. Este RNA-m maduro es el que emigra al citoplasma. Un único gen
puede codificar varias proteínas si el RNA-m inicial puede ser cortado y
empalmado de diversas formas. Esto ocurre, por ejemplo, durante la
diferenciación celular en donde las operaciones de corte y pegado permiten
producir diferentes proteínas.
Además de utilizarse como molde para la síntesis del RNA-m, el DNA también
permite la obtención de otros dos tipos de RNA:
El RNA de transferencia (t-RNA) que se une específicamente a cada uno de
los 20 aminoácidos y los transporte al ribosoma para incorporarlos a la
cadena polipeptídica en crecimiento.
El RNA ribosómico (r-RNA) que conjuntamente con las proteínas
ribosómicas constituye el ribosoma.
2.1.1.1.2 Transducción
El m-RNA maduro contiene la información para que los aminoácidos que
constituyen una proteína en vayan añadiendo según la secuencia correcta. Para
ello, cada triplete de nucleótidos consecutivos (codón) especifica un aminacido.
Dado que el m-RNA contiene 4 bases, el número de combinaciones posibles de
grupos de 3 es de 64, número más que suficiente para codificar los 20
aminoácidos. De hecho, un aminoácido puede ser coficado por varios codones.
La síntesis de proteínas tiene lugar de la manera siguiente:
Iniciación: Un factor de iniciación, GPT y metionil-tRNA[Met] forman un complejo
que se une a la subunidad ribosómica grande. A su vez, el m-RNA y la subunidad
ribosómica pequeña se unen al encontrar esta última el codón de iniciación que
lleva el primero. A continuación ambas subunidades ribosómicas se unen. El
metionil-tRNA[met] está posicionado enfrente del codón de iniciación (AUG). El
GPT y los factores de iniciación de desprenden quedando el tRNA[Met] unido al
ribosoma.
Elongación: Un segundo aminoacil-tRNA (en el ejemplo Phe-tRNa[Phe]) se
coloca en la posición A de la subunidad grande del ribosoma. Un complejo
activado por GPT se ocupa de formar el enlace peptídico quedando el peptido en
crecimiento unido al aminoacil-tRNA entrante. Al mismo tiempo, el primer t-RNA se
separa del primer aminoácido y del punto P del ribomosa.
El ribosoma se mueva un triplete hacia la derecha, con los que el peptidil-
tRNA[Phe] queda unido al punto P que había quedado libre. Un tercer aminoacil-
tRNA (en el ejemplo Leu-tRNA[Leu]) se coloca en la posición A y se repite el
proceso de formación del enlace peptidico, quedando el peptido en crecimiento
unido al Leu-tRNA[Leu] entrante. Se separa el segundo t-RNA del segundo
aminoacido y del punto P del ribosoma.
2.1.2. Fotosíntesis
Los organismos fotosintéticos como las algas y las plantas acuáticas y terrestres
tienen en sus células organélos característicos, los cloroplastos.
Aunque los procariontes fotosintéticos no tienen verdaderos cloroplastos disponen
de cromatóforos que realizan la misma función.
El cloroplasto es la unidad estructural donde se realiza la fotosíntesis es de forma
oval o similar a un disco y mide 4 – 6 µm de diámetro y de 1 – 5 µm de largo.
Dependiendo del pigmento o sustancia que pueda contener tenemos a los
leucoplastos (blancos) amiloplastos (almidón) y cloroplastos (verdes) entre otros
2.1.2.1. Fase luminosa
Es la primera etapa o fase de la fotosíntesis, que depende directamente de la luz o
energía lumínica para poder obtener energía química en forma de ATP y NADPH,
a partir de la disociación de moléculas de agua, formando oxígeno e
hidrógeno.1 La energía creada en esta fase, será utilizada durante la fase oscura,
para de esta forma continuar con la fotosíntesis.
Este proceso se realiza en la cadena transportadora de e- del cloroplasto, en los
complejos clorofila-proteína que se agrupan en unidades llamadas fotosistemas
que están en los tilacoides (membranas internas) de los cloroplastos.
2.1.2.2. Fase obscura (ciclo de Calvin)
Esta fase no requiere la presencia de luz, y se realiza en el estroma del
cloroplasto, de forma simultánea a la fase luminosa. Consiste en la
transformación del CO2 y las sales minerales en materia orgánica, utilizando
el ATP y NADPH2 obtenidos en la fase luminosa.
Durante la fase oscura cada molécula de CO2, procedente de la atmósfera,
es fijado por una pentosa (ribulosa 1,5, difosfato), dando origen a un compuesto
de 6 carbonos.
Dicho compuesto,mediante una serie de reacciones que consumen ATP y
NADPH2, se descompone en dos triosas (gliceraldehído 3 fosfato). Así pues, por
cada molécula de CO2 fijada se originarán dos moléculas de gliceraldehído, de
modo que al fijarse varias moléculas de CO2 se obtendrán varias de
gliceraldehído, que pueden seguir dos rutas diferentes:
Una que conduce a la regeneración de la pentosa consumida al fijar el CO2,
para que el proceso pueda continuar. Esta vía constituye un conjunto cíclico de
reacciones, denominado ciclo de Calvin.
Otra que conduce al objetivo de la fotosíntesis y es la obtención de diversas
moléculas orgánicas: monosacáridos (especialmente glucosa), glicerina, ácidos
grasos y, utilizando el nitrógeno de las sales minerales, aminoácidos.
2.1.2.3. Ecuación neta
2.2. CATABOLISMO
El catabolismo es la parte del proceso metabólico que consiste en la
transformación de biomoléculas complejas en moléculas sencillas y en el
almacenamiento adecuado de la energía química desprendida en forma de
enlaces de alta energía en moléculas de adenosín trifosfato. Las reacciones
catabólicas son en su mayoría reacciones de reducción-oxidación. El catabolismo
es el proceso inverso del anabolismo, aunque no es simplemente la inversa de las
reacciones anabólicas. El conjunto de reacciones catabólicas es muy similar en
todos los seres vivos. En primer lugar, las grandes moléculas orgánicas nutrientes,
como las proteínas, polisacáridos o lípidos son degradados a sus monómeros
constituyentes, aminoácidos, monosacáridos y ácidos grasos, respectivamente,
proceso que se lleva a cabo fuera de las células en la luz del aparato digestivo; es
el proceso conocido como digestión. Luego, estas moléculas pequeñas son
llevadas a las células y convertidas en moléculas aún más simples, como grupos
acetilos que se unen covalentemente a la coenzima a, para formar la acetil-
coenzima a cuyo grupo acetil es oxidado a agua y dióxido de carbono en el ciclo
de Krebs, liberando energía que se retiene al reducir la coenzima nicotina mida
adenina dinucleótido (NAD+) a NADH+H. el NADH y otras coenzimas son
finalmente oxidadas en la cadena transportadora de electrones, proceso acoplado
a la síntesis de ATP
2.2.1. Respiración
La respiración celular es un proceso catabólico, que básicamente consiste
en la oxidación moléculas orgánicas a lo largo de una serie de etapas. La
respiración puede ser aerobia o anaerobia, según sea necesaria la participación
del oxígeno.
2.2.1.1. Respiración Anaerobia
La respiración anaeróbica es un proceso biológico de oxidorreducción de azúcares
y otros compuestos. Lo realizan exclusivamente algunos grupos de bacterias.
En la respiración anaeróbica no se usa oxígeno sino para la misma función se
emplea otra sustancia oxidante distinta, como el sulfato. No hay que confundir la
respiración anaeróbica con la fermentación, aunque estos dos tipos de
metabolismo tienen en común el no ser dependiente del oxígeno.
Todos los posibles aceptores en la respiración anaeróbica tienen un potencial de
reducción menor que el O2, por lo que se genera menor energía en el proceso.
2.2.1.1.1. Glucolisis
Es la secuencia metabólica en la que se oxida en la glucólisis, cuando hay
ausencia de oxígeno, la glucólisis es la única vía que produce ATP en los
animales.
Está presente en todas las formas de vías actuales. Es la primera parte del
metabolismo energético y en las células eucariotas en donde ocurre el citoplasma.
Por lo tanto es una secuencia compleja de reacciones que se efectúan en el
citosol de una célula mediante las cuales una molécula de glucosa se desdobla en
dos moléculas de ácido pirúvico. De manera que la glucolisis consta de dos pasos
principales:
Activación de la glucosa.
Producción de energía.
2.2.1.1.2. Fermentación
La fermentación también es un proceso de oxidación de moléculas orgánicas,
pero en este caso no se oxidan completamente y como resultado, se originan
como productos finales compuestos orgánicos. Su rendimiento energético es
menor y se produce en el citoplasma de las células y se trata de un proceso
anaerobio.
2.2.2. Respiración Aerobia
En la respiración aerobia se oxidan completamente las moléculas orgánicas y
se obtienen compuestos inorgánicos (dióxido de carbono y agua). Sucede en el
interior de las mitocondrias. Su rendimiento energético es alto, por ejemplo, la
oxidación total de la glucosa genera 36 moléculas de ATP. De forma esquemática
este proceso sería el siguiente:
Glucosa + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + 36 ATP
La respiración aerobia la realizan todos los seres aerobios, como los animales,
plantas, hongos, protoctistas y la mayoría de las bacterias.
2.2.2.1. Ciclo de Krebsy cadena respiratoria
El ciclo de Krebs tiene lugar en la matriz mitocondrial en eucariota.
El acetil-CoA (Acetil Coenzima A) es el principal precursor del ciclo. El ácido cítrico
(6 carbonos) o citrato se regenera en cada ciclo por condensación de un acetil-
CoA (2 carbonos) con una molécula de oxaloacetato (4 carbonos). El citrato
produce en cada ciclo una molécula de oxaloacetato y dos CO2, por lo que el
balance neto del ciclo es:
2.2. REPRODUCCIÓN CELULAR
Todas las células proceden, por reproducción, de otras células; en consecuencia,
la multiplicación celular es un proceso que tiene lugar en todos los seres vivos,
ya sean unicelulares o pluricelulares. La reproducción de las células incluye la
división del núcleo o MITOSIS, y la división del citoplasma o CITOCINESIS.
2.3.1. Mitosis
La mitosis comienza al final de la interfase del ciclo celular. Consiste en la división
del núcleo, en el que se separan dos copias de ADN (producidas durante la
interfase), para formar otros dos núcleos con la misma información genética. La
razón y significado de este proceso es garantizar que las dos células hijas
reciban una copia íntegra del ADN materno y, por tanto, posean el mismo
número y los mismos cromosomas que poseía la célula madre.
En la mitosis se distinguen cuatro fases: profase, metafase, anafase y
telofase.
2.3.1.1. Bipartición
Es una forma de reproducción asexual que se lleva a cabo en arqueobacterias,
bacterias, levaduras de fisión, algas unicelulares y protozoos. Consiste en la
división del ADN, seguidas de la división del citoplasma (citocinesis), dando lugar
a dos células hijas.
La mayor parte de las bacterias se reproducen por bipartición, lo que produce una
tasa de crecimiento exponencial. Por ejemplo, bajo condiciones óptimas, la
bacteria Escherichia coli se puede dividir una vez cada 20 minutos.
El ADN bacteriano tiene tasas de mutación elevadas. De esta manera, la rápida
reproducción bacteriana da amplias oportunidades para que se produzcan nuevas
cepas capaces de desarrollar resistencia a antibióticos y les ayuda a proliferar en
una gran variedad de ambientes.
2.3.1.2 Gemación
Es un tipo de reproducción asexual. Es una división desigual, consistente en la
formación de prominencias sobre el individuo progenitor, y que al crecer y
desarrollarse, origina nuevos seres que pueden separarse del organismo parental
o quedar unidos a él, iniciando así una colonia. A nivel unicelular, es un proceso
de mitosis asimétrica que se da en algunos seres unicelulares, como
las levaduras.
A nivel pluricelular, de dos o más células, este tipo de reproducción es frecuente
en los cnidarios, briozoos y porífera.
En el caso de seres unicelulares, se forma un abultamiento que se
denomina yema en cierta porción de la membrana plasmática. El núcleode la
célula progenitora se divide y uno de los núcleos hijos pasa a la yema. Bajo
condiciones favorables, la yema puede producir a la vez otra yema antes de que
se separe finalmente de la célula progenitora.
2.3.1.3 Esporulación
La esporulación es una forma de reproducción asexual1 que tiene como medios de
reproducción tanto esporas como endosporas. De cada organismo, la
esporulación se puede ver favorecida o desencadenada por circunstancias
medioambientales adversas, como falta de disponibilidad de nutrientes2 o
de luz;3 o puede ser parte del ciclo de vida normal4 durante la reproducción. La
bacteria Bacillus subtilis y el hongo del pan Neurospora crassa se usan
frecuentemente en el laboratorio como organismos modelo en los estudios de
esporulación.
2.3.2 Meiosis
En la meiosis se producen dos divisiones consecutivas, denominadas,
respectivamente primera y segunda división meiótica, sin periodo de interfase
entre ellas. El resultado son cuatro células haploides por cada célula materna
diploide. En ambas divisiones meióticas se suceden las mismas fases: profase,
metafase, anafase y telofase.
2.3.2.1 Gametogénesis
Es la formación de gametos por medio de la meiosis a partir de células
germinales. Mediante este proceso, el número de cromosomas que existe en las
células germinales se reduce de diploide (doble) a haploide (único), es decir, a la
mitad del número de cromosomas que contiene una célula normal de la especie
de que se trate. En el caso de los hombres si el proceso tiene como fin
producir espermatozoides se le denomina espermatogénesis y se realiza en
los testículos. En el caso de las mujeres, si el resultado es ovocitos se
denomina ovogénesis y se lleva a cabo en los ovarios.
Este proceso se realiza en dos divisiones cromosómicas y citoplasmáticas,
llamadas: primera y segunda división meiótica o simplemente meiosis I y meiosis
II. Ambas comprenden profase, prometafase, metafase, anafase, telofase y
citocinesis. Durante la meiosis I los miembros de cada par homólogo de
cromosomas se unen primero y luego se separan con el huso mitótico y se
distribuyen en diferentes polos de la célula. En la meiosis II, las cromátidas
hermanas que forman cada cromosoma se separan y se distribuyen en los
núcleos de las nuevas células. Entre estas dos fases sucesivas no existe la fase S
(duplicación del ADN).
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