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).