Procesos metabólicos: Anabolismo ycatabolismo
El metabolismo involucra una gran variedad de procesos químicos en la célula que son clasificados en dos grandes grupos, relacionados entre sí, y que son conocidos como catabolismo y anabolismo. El catabolismo se define como el conjunto de todos los procesos en los cuales ocurre la degradación o rompimiento de enlaces entre las moléculas complejas para transformarlas en moléculas más sencillas, con la consecuente liberación de energía. Debido a esta liberación de energía, los procesos catabólicos también son denominados exergónicos. El anabolismo en cambio implica síntesis, y se define como el conjunto de los procesos en los cuales ocurre construcción, fabricación, elaboración de sustancias complejas a partir de sustancias simples. Para construir nuevas sustancias se requiere de energía para establecer los enlaces químicos, por ello se considera que los procesos anabólicos son endergónicos.
Para que puedan producirse todas esas reacciones químicas se requiere de la participación de las enzimas, que como ya se mencionó en el tema 2, son proteínas específicas. Las enzimas actúan como catalizadores que como ya se mencionó en el tema 2, son proteínas específicas. Las enzimas actúan como catalizadores biológicos eficaces y muy específicos, ya que aceleran la velocidad de las reacciones químicas en un millón de veces e incluso más, y no se alteran ni se consumen durante las reacciones. De no existir las enzimas, las reacciones en los sistemas biológicos serían muchísimo más lentas, y la vida no sería posible. Los productos del catabolismo y del anabolismo sirven de sustrato a otros procesos celulares, según se representa en el diagrama.
Procesos catabólicos, respiración celular y fermentación Con el fin de comprender las características de los procesos catabólicos se analizará la respiración celular y la fermentación, como ejemplos de ellos. Respiración celular. Piense un momento en lo que usted hace cuando respira. De acuerdo, inhala O2 y elimina CO2 ; esto es lo mismo que ocurre a nivel celular, ingresa oxígeno y se elimina dióxido de carbono. Pero… ¿a dónde va ese O2 y para qué sirve? ¿De dónde proviene el CO2 exhalado? Es un proceso catabólico que ocurre en las mitocondrias mediante el cual se obtiene energía a partir de la glucosa y otros nutrientes en presencia del oxígeno. El proceso se representa mediante la fórmula: 1 Glucosa + 6 O 2 6 CO 2 + 6 H 2 O + 36 ATP Cuando las moléculas de glucosa ingresan al interior de la célula, son degradadas mediante la oxidación a través de una serie de reacciones químicas catalizadas por enzimas, en las que se consume el O2 tomado del aire y se liberan electrones e hidrógenos que son captados por otras moléculas.
En los vegetales, la energía se obtiene a partir de la fotosíntesis, la cual provee el oxígeno y la glucosa para la respiración celular. La respiración aerobia es una vía eficiente para producir energía, porque produce 36 a 38 moléculas de ATP por glucosa, mientras que la respiración anaeróbica produce solamente 2 moléculas de ATP. Los pasos de la respiración aerobia son: la glucólisis, el ciclo de Krebs y la cadena de transporte de electrones. La glucólisis ocurre en el citoplasma y es el primer paso tanto en la respiración aeróbica como anaeróbica, donde la glucosa es convertida en piruvato y 2 moléculas de ATP. Este piruvato es transportado al interior de la mitocondria, donde es convertido en Acetil Co-A, que entra al ciclo de Krebs. El ciclo de Krebs o ciclo del ácido cítrico ocurre en la matriz mitocondrial. Donde el Acetil Co-A produce energía en forma de ATP, NADH, FADH 2 y elimina CO2 . El transporte de la cadena de electrones, es el tercer paso de la respiración aeróbica. Ocurre en las crestas de la mitocondria, a partir de las sustancias producidas en el ciclo de Krebs, NADH y FADH 2 , donde se producen 34 moléculas de ATP y se elimina agua. Los electrones son liberados y la energía a partir de los electrones es utilizada para elaborar moléculas de ATP. Al finalizar el proceso, gran parte de la energía liberada se almacena en moléculas de ATP y de la glucosa; mientras que el CO2 residual y el agua, son liberados al exterior de la célula como desecho.
La respiración aeróbica por tanto, incluye varias rutas metabólicas que producen moléculas de ATP, como la glucólisis, la formación de Acetil CoA, el ciclo de Krebs, la cadena respiratoria y la fosforilación oxidativa. la glucólisis, la formación de Acetil CoA, el ciclo de Krebs, la cadena respiratoria y la fosfoliración oxidativa. Las moléculas de ATP obtenidas son fundamentales para dar energía a las rutas anabólicas, que permitirán la construcción de otras moléculas complejas, así como brindar a la célula la posibilidad de efectuar diferentes tipos de trabajo. La energía que no se usa se disipará en forma de calor.
Fermentación o respiración anaeróbica. La fermentación es otro proceso catabólico; se realiza en condiciones anaeróbicas, es decir en ausencia de oxígeno y cuando el último aceptor de hidrógenos o electrones es una molécula orgánica sencilla. A diferencia de la respiración anaeróbica, la fermentación tiene como último aceptor una molécula que la misma célula produce, como es el ácido pirúvico. Este proceso se compone de las reacciones que regeneran NAD+ el cual se usa para oxidar a la glucosa, en ausencia de oxígeno, generando dos moléculas de ATP a partir de la fosforilación a nivel del sustrato, esto es, a la formación de ATP mediante la transferencia directa de un grupo fosfato al ADP, a partir de un sustrato intermedio en el catabolismo. En síntesis, con la fermentación solamente una pequeña fracción de la energía de la glucosa se libera en la conversión anaeróbica del ácido pirúvico en ácido láctico o etanol. Esto habla de la ineficiencia de esta vía metabólica fermentativa, que en consecuencia, necesita más combustible que la vía aeróbica. Es así como las células que utilizan esta vía, necesitan degradar rápidamente muchas moléculas de glucosa para compensar la pequeña cantidad de energía que obtiene de cada una de ella. Hay muchos tipos de fermentación que difieren en los productos finales que se forman a partir del piruvato. Las más comunes son la fermentación alcohólica y la fermentación láctica. La fermentación alcohólica ocurre en el citoplasma de las levaduras a partir de la glucosa, donde se producen 2 moléculas de ATP, dióxido de carbono y etanol. La fermentación láctica ocurre en ciertos tipos de bacterias y en las células musculares de los animales, a partir de la glucosa, produciendo 2 moléculas de ATP y lactato. La fermentación láctica ocurre en ciertos tipos de bacterias y en las células musculares de los animales, a partir de la glucosa, produciendo 2 moléculas de ATP y lactato.
4.3.1. Procesos catabólicos, respiración celular y fermentación Con el fin de comprender las características de los procesos catabólicos se analizará la respiración celular y la fermentación, como ejemplos de ellos. Respiración celular. Piense un momento en lo que usted hace cuando respira. De acuerdo, inhala O2 y elimina CO2 ; esto es lo mismo que ocurre a nivel celular, ingresa oxígeno y se elimina dióxido de carbono. Pero… ¿a dónde va ese O2 y para qué sirve? ¿De dónde proviene el CO2 exhalado? Es un proceso catabólico que ocurre en las mitocondrias mediante el cual se obtiene energía a partir de la glucosa y otros nutrientes en presencia del oxígeno. El proceso se representa mediante la fórmula: 1 Glucosa
+ 6 O2 6 CO 2 + 6 H2O + 36 ATP Cuando las moléculas de glucosa ingresan al interior de la célula, son degradadas mediante la oxidación a través de una serie de reacciones químicas catalizadas por enzimas, en las que se consume el O2 tomado del aire y se liberan electrones e hidrógenos que son captados por otras moléculas.
En los vegetales, la energía se obtiene a partir de la fotosíntesis, la cual provee el oxígeno y la glucosa para la respiración celular. La respiración aerobia es una vía eficiente para producir energía, porque produce 36 a 38 moléculas de ATP por glucosa, mientras que la respiración anaeróbica produce solamente 2 moléculas de ATP. Los pasos de la respiración aerobia son: la glucólisis, el ciclo de Krebs y la cadena de transporte de electrones. La glucólisis ocurre en el citoplasma y es el primer paso tanto en la respiración aeróbica como anaeróbica, donde la glucosa es convertida en piruvato y 2 moléculas de ATP. Este piruvato es transportado al interior de la mitocondria, donde es convertido en Acetil Co-A, que entra al ciclo de Krebs. El ciclo de Krebs o ciclo del ácido cítrico ocurre en la matriz mitocondrial. Donde el Acetil Co-A produce energía en forma de ATP, NADH, FADH 2 y elimina CO 2 . El transporte de la cadena de electrones, es el tercer paso de la respiración aeróbica. Ocurre en las crestas de la mitocondria, a partir de las sustancias producidas en el ciclo de Krebs, NADH y FADH 2 , donde se producen 34 moléculas de ATP y se elimina agua. Los electrones son liberados y la energía a partir de los electrones es utilizada para elaborar moléculas de ATP. Al finalizar el proceso, gran parte de la energía liberada se almacena en moléculas de ATP y de la glucosa; mientras que el CO2 residual y el agua, son liberados al exterior de la célula como desecho.
La respiración aeróbica por tanto, incluye varias rutas metabólicas que producen moléculas de ATP, como la glucólisis, la formación de Acetil CoA, el ciclo de Krebs, la cadena respiratoria y la fosforilación oxidativa. la glucólisis, la formación de Acetil CoA, el ciclo de Krebs, la cadena respiratoria y la fosfoliración oxidativa. Las moléculas de ATP obtenidas son fundamentales para dar energía a las rutas anabólicas, que permitirán la construcción de otras moléculas complejas, así como brindar a la célula la posibilidad de efectuar diferentes tipos de trabajo. La energía que no se usa se disipará en forma de calor.
Fermentación o respiración anaeróbica. La fermentación es otro proceso catabólico; se realiza en condiciones anaeróbicas, es decir en ausencia de oxígeno y cuando el último aceptor de hidrógenos o electrones es una molécula orgánica sencilla. A diferencia de la respiración anaeróbica, la fermentación tiene como último aceptor una molécula que la misma célula produce, como es el ácido pirúvico. Este proceso se compone de las reacciones que regeneran NAD+ el cual se usa para oxidar a la glucosa, en ausencia de oxígeno, generando dos moléculas de ATP a partir de la fosforilación a nivel del sustrato, esto es, a la formación de ATP mediante la transferencia directa de un grupo fosfato al ADP, a partir de un sustrato intermedio en el catabolismo. En síntesis, con la fermentación solamente una pequeña fracción de la energía de la glucosa se libera en la conversión anaeróbica del ácido pirúvico en ácido láctico o etanol. Esto habla de la ineficiencia de esta vía metabólica fermentativa, que en consecuencia, necesita más combustible que la vía aeróbica. Es así como las células que utilizan esta vía, necesitan degradar rápidamente muchas moléculas de glucosa para compensar la pequeña cantidad de energía que obtiene de cada una de ella. Hay muchos tipos de fermentación que difieren en los productos finales que se forman a partir del piruvato. Las más comunes son la fermentación alcohólica y la fermentación láctica. La fermentación alcohólica ocurre en el citoplasma de las levaduras a partir de la glucosa, donde se producen 2 moléculas de ATP, dióxido de carbono y etanol. La fermentación láctica ocurre en ciertos tipos de bacterias y en las células musculares de los animales, a partir de la glucosa, produciendo 2 moléculas de ATP y lactato. La fermentación láctica ocurre en ciertos tipos de bacterias y en las células musculares de los animales, a partir de la glucosa, produciendo 2 moléculas de ATP y lactato.
Procesos anabólicos
Como se mencionara anteriormente, estos procesos implican una serie de reacciones en las que tiene lugar la síntesis de los compuestos macromoleculares de la célula, a partir de moléculas sencillas. Este proceso va siempre acompañado de consumo de energía, la que se obtiene usando moléculas de ATP. La construcción de biomoléculas propias, sólo la pueden llevar a cabo los organismos autótrofos a partir de las sustancias que captan del medio en que viven, mediante la fotosíntesis. En el caso de los organismos heterótrofos, las biomoléculas se ingieren por mediante el consumo de otros seres vivo.
Fotosíntesis. La vida en la Tierra depende principalmente de los seres vivos como las plantas verdes y las algas, capaces de fabricar su propia materia a partir de la luz. Esto lo logran gracias a la fotosíntesis. Estos organismos fotosintéticos captan la luz solar (energía lumínica) y la transforman en energía química almacenada en forma de enlaces químicos de compuestos orgánicos (por ejemplo, glucosa y almidón entre otros). Estas moléculas orgánicas forman sus tejidos que sirven de alimento a los seres vivos no fotosintetizadores. La luz del sol puede ser captada gracias a la presencia de los cloroplastos en la célula vegetal. Estos contienen el pigmento, denominado clorofila, capaz de captar le energía lumínica para sintetizar glucosa a partir de CO 2 y H 2 O. Este proceso ocurre en dos etapas. Una de ellas es conocida como etapa clara, luminosa o fotoquímica; ocurre en los tilacoides de los cloroplastos en la célula vegetal. Involucra una transducción energética, ya que hay conversión de energía lumínica a energía química. La segunda etapa, llamada oscura por su independencia de la luz, o también llamada bioquímica, ocurre en el estroma de los cloroplastos y consiste en la fijación y reducción del CO 2 empleando los productos de la etapa lumínica, dando como resultado monosacáridos ricos en carbono y energía.
Reproducción celular Para abordar el estudio de la reproducción celular, es necesario tener claridad sobre las funciones del núcleo celular estudiadas en el numeral 3.2 y la estructura y función de la molécula de ADN (material hereditario de la célula) en esta función vital para la célula, considerados en el numeral 3.5. Cuando una célula se divide, debe dar a cada una de sus células hijas, un mínimo de información de todos sus caracteres. Por ello cada ser vivo se parece a los individuos de su misma especie porque hereda de sus progenitores un conjunto de instrucciones o información genética, contenido en los cromosomas de las células reproductoras que les dan origen. Para que ello ocurra, el ADN de la célula madre se replica antes de la división celular. Una vez replicado, el ADN debe ser repartido eficientemente a las células hijas, sin que nada se “pierda en el camino”. Como ya se mencionó, el ADN bacteriano es circular, desnudo y pequeño, lo que permite, al momento de la reproducción, repartir con facilidad una copia de ese ADN a cada célula hija. Las posibilidades de perder información en estas condiciones, son prácticamente nulas. Sin embargo, en el caso de las células eucariotas, el contenido del ADN es muchísimo mayor, además se encuentra fraccionado, asociado a proteínas, enrollada sobre ellas y totalmente enmarañado dentro del núcleo, estado conocido como cromatina. En este caso se Cromátidas hermanas requiere una estrategia para transmitir este ADN sin pérdidas y repartirlo en cantidades iguales a cada célula hija. Para poder distribuir equitativamente el ADN a cada célula hija, hace falta organizarlo de alguna manera que facilite el reparto. De este modo, las células eucariontes desarrollan la estrategia de empaquetamiento con las proteínas del ADN, formando lo que se conoce con el nombre de cromosomas, los cuales constituyen otro de los estados posibles del ADN eucarionte.
La organización del ADN en cromosomas impide que sus largas fibras se enreden. Cuando las células inician su proceso de reproducción, ya tienen el material genético de sus cromosomas duplicado, por lo que los mismos están formados por dos unidades longitudinales llamadas cromátidas hermanas, unidas por una estructura denominada centrómero. Las células haploides (n) tienen un único juego de cromosomas, las células diploides (2n) tienen pares de cromosomas homólogos (que contienen los mismos genes). Las células diploides tienen funciones especiales en los organismos, constituyendo los tejidos de los distintos órganos y no cumplen función reproductiva. Por lo tanto a este tipo de células se las llama células somáticas (del cuerpo), y pueden multiplicar su material genético y dividirse originando dos células iguales y con la misma cantidad de material genético, pero estas células no participan en la formación de gametos. Cuando una célula diploide especial (germinal) se divide dos veces seguidas pero sólo duplica su material genético una vez, produce cuatro células haploides (n) con un solo juego de cromosomas. En una célula somática humana (por ejemplo células de la piel), existen 46 cromosomas organizados en 23 tipos (o pares homólogos) de cromosomas. Como se muestra en la figura 5.2, del cariotipo humano, la célula tiene dos copias del cromosoma 1, dos copias del cromosoma 2, y así sucesivamente, hasta llegar al cromosoma 22. Además, el par 23, corresponde a dos cromosomas sexuales: dos cromosomas X o un cromosoma X y uno Y. La mayor parte de las células del cuerpo humano son diploides. Sin embargo, durante la división celular las células de los ovarios o de los testículos sufren una segunda división celular, llamada meiosis para producir gametos (espermatozoides u óvulos).
Cuando una célula se divide, tiene que repartir entre sus dos células hijas, todos los orgánulos (en el caso de la célula eucarionte) y su material genético. Antes de que esto ocurra, la célula sintetiza todas las materias primas necesarias para formar nuevas orgánulos, para hacer crecer la membrana plasmática y para replicar el ADN. Todo esto lo lleva a cabo en una secuencia de fases conocida como ciclo celular
Ciclo celular Reproducción y diferenciación celular
sucesos que conducen a la multiplicación celular pueden considerarse como “etapas de un ciclo”, ya que pueden representarse consecutivamente siguiendo un orden, que al terminar, retorna al punto de partida reiniciando el proceso. De este modo, se llama ciclo celular a la sucesión de cambios que ocurren durante la vida de la célula e incluye la proliferación celular. Según se muestra en el diagrama 5.1, presenta tres fases principales: interfase, mitosis y citocinesis o citoquinesis, las cuales pueden ocurrir en unas pocas horas o hasta en varios días, según el tipo de célula y de factores del entorno, como la temperatura y los nutrientes disponibles.
División Celular Una vez ocurre la interfase, la célula está en condiciones de entrar en el período de división. Durante ella su núcleo, y luego su citoplasma, se dividen para formar dos células hijas, cada una con un conjunto completo de cromosomas.
La división del núcleo recibe el nombre de cariocinesis o carioquinesis y durante ella se reparte equitativamente el material hereditario; mientras que la división del citoplasma o citocinesis puede no serlo, es decir el reparto de orgánulos citoplásmicos y el tamaño de las dos células puede no ser equitativo. La etapa de la división celular puede involucrar dos tipos de divisiones que tienen diferentes finalidades:
la mitosis y la meiosis. Mitosis. Es el proceso mediante el cual se producen células genéticamente idénticas para permitir el crecimiento, la reparación de tejidos y la regeneración del organismo. En algunos organismos, la mitosis representa una forma de reproducción asexual. El proceso de mitosis se lleva a cabo a través de sucesos que se desarrollan de manera continua, aunque para su estudio se separan en etapas (profase, metafase, anafase y telofase). Las mismas se producen debido a los cambios de los centrosomas que inician en la interfase. La mitosis concluye con la formación de dos núcleos separados (carioquinesis), seguido de la partición del citoplasma (citocinesis), para formar dos células hijas.
Profase. Se produce gradualmente la condensación de los cromosomas y desaparece la membrana nuclear y el nucléolo, quedando libre los cromosomas en el citoplasma.
Los centrosomas migran hacia los polos de la célula. Los microtúbulos crecen a partir de los centrosomas formando el uso mitótico
Metafase. Los cromosomas se alinean en el centro de la célula en el plano ecuatorial del huso mitótico. Los cromosomas se ubican equidistantes entre los polos de división. Aquí el grado de condensación del ADN es máximo.
Anafase. Ocurre la división del centrómero permitiendo la separación de las cromátidas hermanas, las cuales migran hacia los polos opuestos debido a la reducción de la longitud del uso acromático.
Telofase. Al llegar a los polos, el ADN se descondensa, y se restablece la membrana nuclear alrededor de los cromosomas. Este proceso es la cariocinesis.
Meiosis. Es un proceso que ocurre en los organismos con reproducción sexual; comparte mecanismos con Metafase I Anafase I Telofase I Primera Citocinesis, 2 Células hijas la mitosis pero no debe confundirse con ella, ya que mediante la meiosis se producen cuatro células hijas Meiosis la mitosis pero no debe confundirse con ella, ya que mediante la meiosis se producen cuatro células hijas con media carga genética de la célula de la cual proviene; este hecho combinado con la fecundación, es el fundamento de la reproducción sexual. Segunda División (Meiosis II) En el proceso meiótico se distinguen dos divisiones celulares (Meiosis I y Meiosis II) , distinguiéndose en cada caso las cuatro etapas Profase, Metafase, Anafase y Telofase I y II respectivamente, según se sintetiza en el siguiente diagrama y figura.
El sistema digestivo transforma los alimentos en sustancias más simples, que son transportadas por la sangre para ingresar a las células. Así mismo mediante el sistema respiratorio, el oxígeno del ambiente circundante para ingresar a las células. Así mismo mediante el sistema respiratorio, el oxígeno del ambiente circundante llega a los pulmones. La sangre es transportada por el sistema circulatorio a todas las células del cuerpo; y recoge las sustancias de desecho resultantes del metabolismo celular. Luego el sistema excretor o urinario, se encarga de eliminar estas últimas sustancias del organismo.
Los alimentos proporcionan la fuente de energía para realizar las reacciones químicas dentro de las células y aportan materia para la formación de nuevos tejidos o para la reparación de tejidos dañados. Sin embargo, los alimentos así como son ingeridos, no pueden ser utilizados por la célula. Por ello, deben descomponerse en moléculas suficientemente pequeñas (aminoácidos, ácidos grasos y azúcares) para atravesar la membrana plasmática celular. La fragmentación de las grandes moléculas de alimento en moléculas más pequeñas recibe el nombre de digestión, función llevada a cabo por el sistema digestivo, que está formado por un conjunto de órganos que forman un tubo y por las glándulas anexas. El tubo digestivo del ser humano alcanza una longitud de 6 a 8 o 9 metros; se extiende desde la boca hasta el ano y presenta dilataciones en su recorrido como el estómago. Hacen parte de éste sistema los siguientes órganos: faringe, esófago, estómago, intestino delgado, intestino grueso; para terminar en su porción final por el recto y ano (orificio de salida) por donde se eliminan los desechos del proceso digestivo. El tubo digestivo presenta cuatro capas: • La mucosa, es evidente en la boca y el intestino delgado, tapizándolos por numerosas y diminutas glándulas tubulares que producen secreciones que contribuyen a la digestión de los alimentos; • La submucosa, debajo de la anterior, esta irrigada por una red de nervios y venas; • La capa muscular lisa que permite el movimiento de las paredes del tubo y la producción de ondas que ayudan a mezclar los alimentos y, • L
Para que puedan producirse todas esas reacciones químicas se requiere de la participación de las enzimas, que como ya se mencionó en el tema 2, son proteínas específicas. Las enzimas actúan como catalizadores que como ya se mencionó en el tema 2, son proteínas específicas. Las enzimas actúan como catalizadores biológicos eficaces y muy específicos, ya que aceleran la velocidad de las reacciones químicas en un millón de veces e incluso más, y no se alteran ni se consumen durante las reacciones. De no existir las enzimas, las reacciones en los sistemas biológicos serían muchísimo más lentas, y la vida no sería posible. Los productos del catabolismo y del anabolismo sirven de sustrato a otros procesos celulares, según se representa en el diagrama.
Procesos catabólicos, respiración celular y fermentación Con el fin de comprender las características de los procesos catabólicos se analizará la respiración celular y la fermentación, como ejemplos de ellos. Respiración celular. Piense un momento en lo que usted hace cuando respira. De acuerdo, inhala O2 y elimina CO2 ; esto es lo mismo que ocurre a nivel celular, ingresa oxígeno y se elimina dióxido de carbono. Pero… ¿a dónde va ese O2 y para qué sirve? ¿De dónde proviene el CO2 exhalado? Es un proceso catabólico que ocurre en las mitocondrias mediante el cual se obtiene energía a partir de la glucosa y otros nutrientes en presencia del oxígeno. El proceso se representa mediante la fórmula: 1 Glucosa + 6 O 2 6 CO 2 + 6 H 2 O + 36 ATP Cuando las moléculas de glucosa ingresan al interior de la célula, son degradadas mediante la oxidación a través de una serie de reacciones químicas catalizadas por enzimas, en las que se consume el O2 tomado del aire y se liberan electrones e hidrógenos que son captados por otras moléculas.
En los vegetales, la energía se obtiene a partir de la fotosíntesis, la cual provee el oxígeno y la glucosa para la respiración celular. La respiración aerobia es una vía eficiente para producir energía, porque produce 36 a 38 moléculas de ATP por glucosa, mientras que la respiración anaeróbica produce solamente 2 moléculas de ATP. Los pasos de la respiración aerobia son: la glucólisis, el ciclo de Krebs y la cadena de transporte de electrones. La glucólisis ocurre en el citoplasma y es el primer paso tanto en la respiración aeróbica como anaeróbica, donde la glucosa es convertida en piruvato y 2 moléculas de ATP. Este piruvato es transportado al interior de la mitocondria, donde es convertido en Acetil Co-A, que entra al ciclo de Krebs. El ciclo de Krebs o ciclo del ácido cítrico ocurre en la matriz mitocondrial. Donde el Acetil Co-A produce energía en forma de ATP, NADH, FADH 2 y elimina CO2 . El transporte de la cadena de electrones, es el tercer paso de la respiración aeróbica. Ocurre en las crestas de la mitocondria, a partir de las sustancias producidas en el ciclo de Krebs, NADH y FADH 2 , donde se producen 34 moléculas de ATP y se elimina agua. Los electrones son liberados y la energía a partir de los electrones es utilizada para elaborar moléculas de ATP. Al finalizar el proceso, gran parte de la energía liberada se almacena en moléculas de ATP y de la glucosa; mientras que el CO2 residual y el agua, son liberados al exterior de la célula como desecho.
La respiración aeróbica por tanto, incluye varias rutas metabólicas que producen moléculas de ATP, como la glucólisis, la formación de Acetil CoA, el ciclo de Krebs, la cadena respiratoria y la fosforilación oxidativa. la glucólisis, la formación de Acetil CoA, el ciclo de Krebs, la cadena respiratoria y la fosfoliración oxidativa. Las moléculas de ATP obtenidas son fundamentales para dar energía a las rutas anabólicas, que permitirán la construcción de otras moléculas complejas, así como brindar a la célula la posibilidad de efectuar diferentes tipos de trabajo. La energía que no se usa se disipará en forma de calor.
Fermentación o respiración anaeróbica. La fermentación es otro proceso catabólico; se realiza en condiciones anaeróbicas, es decir en ausencia de oxígeno y cuando el último aceptor de hidrógenos o electrones es una molécula orgánica sencilla. A diferencia de la respiración anaeróbica, la fermentación tiene como último aceptor una molécula que la misma célula produce, como es el ácido pirúvico. Este proceso se compone de las reacciones que regeneran NAD+ el cual se usa para oxidar a la glucosa, en ausencia de oxígeno, generando dos moléculas de ATP a partir de la fosforilación a nivel del sustrato, esto es, a la formación de ATP mediante la transferencia directa de un grupo fosfato al ADP, a partir de un sustrato intermedio en el catabolismo. En síntesis, con la fermentación solamente una pequeña fracción de la energía de la glucosa se libera en la conversión anaeróbica del ácido pirúvico en ácido láctico o etanol. Esto habla de la ineficiencia de esta vía metabólica fermentativa, que en consecuencia, necesita más combustible que la vía aeróbica. Es así como las células que utilizan esta vía, necesitan degradar rápidamente muchas moléculas de glucosa para compensar la pequeña cantidad de energía que obtiene de cada una de ella. Hay muchos tipos de fermentación que difieren en los productos finales que se forman a partir del piruvato. Las más comunes son la fermentación alcohólica y la fermentación láctica. La fermentación alcohólica ocurre en el citoplasma de las levaduras a partir de la glucosa, donde se producen 2 moléculas de ATP, dióxido de carbono y etanol. La fermentación láctica ocurre en ciertos tipos de bacterias y en las células musculares de los animales, a partir de la glucosa, produciendo 2 moléculas de ATP y lactato. La fermentación láctica ocurre en ciertos tipos de bacterias y en las células musculares de los animales, a partir de la glucosa, produciendo 2 moléculas de ATP y lactato.
4.3.1. Procesos catabólicos, respiración celular y fermentación Con el fin de comprender las características de los procesos catabólicos se analizará la respiración celular y la fermentación, como ejemplos de ellos. Respiración celular. Piense un momento en lo que usted hace cuando respira. De acuerdo, inhala O2 y elimina CO2 ; esto es lo mismo que ocurre a nivel celular, ingresa oxígeno y se elimina dióxido de carbono. Pero… ¿a dónde va ese O2 y para qué sirve? ¿De dónde proviene el CO2 exhalado? Es un proceso catabólico que ocurre en las mitocondrias mediante el cual se obtiene energía a partir de la glucosa y otros nutrientes en presencia del oxígeno. El proceso se representa mediante la fórmula: 1 Glucosa
+ 6 O2 6 CO 2 + 6 H2O + 36 ATP Cuando las moléculas de glucosa ingresan al interior de la célula, son degradadas mediante la oxidación a través de una serie de reacciones químicas catalizadas por enzimas, en las que se consume el O2 tomado del aire y se liberan electrones e hidrógenos que son captados por otras moléculas.
La respiración aeróbica por tanto, incluye varias rutas metabólicas que producen moléculas de ATP, como la glucólisis, la formación de Acetil CoA, el ciclo de Krebs, la cadena respiratoria y la fosforilación oxidativa. la glucólisis, la formación de Acetil CoA, el ciclo de Krebs, la cadena respiratoria y la fosfoliración oxidativa. Las moléculas de ATP obtenidas son fundamentales para dar energía a las rutas anabólicas, que permitirán la construcción de otras moléculas complejas, así como brindar a la célula la posibilidad de efectuar diferentes tipos de trabajo. La energía que no se usa se disipará en forma de calor.
Fermentación o respiración anaeróbica. La fermentación es otro proceso catabólico; se realiza en condiciones anaeróbicas, es decir en ausencia de oxígeno y cuando el último aceptor de hidrógenos o electrones es una molécula orgánica sencilla. A diferencia de la respiración anaeróbica, la fermentación tiene como último aceptor una molécula que la misma célula produce, como es el ácido pirúvico. Este proceso se compone de las reacciones que regeneran NAD+ el cual se usa para oxidar a la glucosa, en ausencia de oxígeno, generando dos moléculas de ATP a partir de la fosforilación a nivel del sustrato, esto es, a la formación de ATP mediante la transferencia directa de un grupo fosfato al ADP, a partir de un sustrato intermedio en el catabolismo. En síntesis, con la fermentación solamente una pequeña fracción de la energía de la glucosa se libera en la conversión anaeróbica del ácido pirúvico en ácido láctico o etanol. Esto habla de la ineficiencia de esta vía metabólica fermentativa, que en consecuencia, necesita más combustible que la vía aeróbica. Es así como las células que utilizan esta vía, necesitan degradar rápidamente muchas moléculas de glucosa para compensar la pequeña cantidad de energía que obtiene de cada una de ella. Hay muchos tipos de fermentación que difieren en los productos finales que se forman a partir del piruvato. Las más comunes son la fermentación alcohólica y la fermentación láctica. La fermentación alcohólica ocurre en el citoplasma de las levaduras a partir de la glucosa, donde se producen 2 moléculas de ATP, dióxido de carbono y etanol. La fermentación láctica ocurre en ciertos tipos de bacterias y en las células musculares de los animales, a partir de la glucosa, produciendo 2 moléculas de ATP y lactato. La fermentación láctica ocurre en ciertos tipos de bacterias y en las células musculares de los animales, a partir de la glucosa, produciendo 2 moléculas de ATP y lactato.
Procesos anabólicos
Como se mencionara anteriormente, estos procesos implican una serie de reacciones en las que tiene lugar la síntesis de los compuestos macromoleculares de la célula, a partir de moléculas sencillas. Este proceso va siempre acompañado de consumo de energía, la que se obtiene usando moléculas de ATP. La construcción de biomoléculas propias, sólo la pueden llevar a cabo los organismos autótrofos a partir de las sustancias que captan del medio en que viven, mediante la fotosíntesis. En el caso de los organismos heterótrofos, las biomoléculas se ingieren por mediante el consumo de otros seres vivo.
Reproducción celular Para abordar el estudio de la reproducción celular, es necesario tener claridad sobre las funciones del núcleo celular estudiadas en el numeral 3.2 y la estructura y función de la molécula de ADN (material hereditario de la célula) en esta función vital para la célula, considerados en el numeral 3.5. Cuando una célula se divide, debe dar a cada una de sus células hijas, un mínimo de información de todos sus caracteres. Por ello cada ser vivo se parece a los individuos de su misma especie porque hereda de sus progenitores un conjunto de instrucciones o información genética, contenido en los cromosomas de las células reproductoras que les dan origen. Para que ello ocurra, el ADN de la célula madre se replica antes de la división celular. Una vez replicado, el ADN debe ser repartido eficientemente a las células hijas, sin que nada se “pierda en el camino”. Como ya se mencionó, el ADN bacteriano es circular, desnudo y pequeño, lo que permite, al momento de la reproducción, repartir con facilidad una copia de ese ADN a cada célula hija. Las posibilidades de perder información en estas condiciones, son prácticamente nulas. Sin embargo, en el caso de las células eucariotas, el contenido del ADN es muchísimo mayor, además se encuentra fraccionado, asociado a proteínas, enrollada sobre ellas y totalmente enmarañado dentro del núcleo, estado conocido como cromatina. En este caso se Cromátidas hermanas requiere una estrategia para transmitir este ADN sin pérdidas y repartirlo en cantidades iguales a cada célula hija. Para poder distribuir equitativamente el ADN a cada célula hija, hace falta organizarlo de alguna manera que facilite el reparto. De este modo, las células eucariontes desarrollan la estrategia de empaquetamiento con las proteínas del ADN, formando lo que se conoce con el nombre de cromosomas, los cuales constituyen otro de los estados posibles del ADN eucarionte.
Cuando una célula se divide, tiene que repartir entre sus dos células hijas, todos los orgánulos (en el caso de la célula eucarionte) y su material genético. Antes de que esto ocurra, la célula sintetiza todas las materias primas necesarias para formar nuevas orgánulos, para hacer crecer la membrana plasmática y para replicar el ADN. Todo esto lo lleva a cabo en una secuencia de fases conocida como ciclo celular
Ciclo celular Reproducción y diferenciación celular
sucesos que conducen a la multiplicación celular pueden considerarse como “etapas de un ciclo”, ya que pueden representarse consecutivamente siguiendo un orden, que al terminar, retorna al punto de partida reiniciando el proceso. De este modo, se llama ciclo celular a la sucesión de cambios que ocurren durante la vida de la célula e incluye la proliferación celular. Según se muestra en el diagrama 5.1, presenta tres fases principales: interfase, mitosis y citocinesis o citoquinesis, las cuales pueden ocurrir en unas pocas horas o hasta en varios días, según el tipo de célula y de factores del entorno, como la temperatura y los nutrientes disponibles.
División Celular Una vez ocurre la interfase, la célula está en condiciones de entrar en el período de división. Durante ella su núcleo, y luego su citoplasma, se dividen para formar dos células hijas, cada una con un conjunto completo de cromosomas.
La división del núcleo recibe el nombre de cariocinesis o carioquinesis y durante ella se reparte equitativamente el material hereditario; mientras que la división del citoplasma o citocinesis puede no serlo, es decir el reparto de orgánulos citoplásmicos y el tamaño de las dos células puede no ser equitativo. La etapa de la división celular puede involucrar dos tipos de divisiones que tienen diferentes finalidades:
la mitosis y la meiosis. Mitosis. Es el proceso mediante el cual se producen células genéticamente idénticas para permitir el crecimiento, la reparación de tejidos y la regeneración del organismo. En algunos organismos, la mitosis representa una forma de reproducción asexual. El proceso de mitosis se lleva a cabo a través de sucesos que se desarrollan de manera continua, aunque para su estudio se separan en etapas (profase, metafase, anafase y telofase). Las mismas se producen debido a los cambios de los centrosomas que inician en la interfase. La mitosis concluye con la formación de dos núcleos separados (carioquinesis), seguido de la partición del citoplasma (citocinesis), para formar dos células hijas.
Etapas del ciclo celular.
Profase. Se produce gradualmente la condensación de los cromosomas y desaparece la membrana nuclear y el nucléolo, quedando libre los cromosomas en el citoplasma.
Los centrosomas migran hacia los polos de la célula. Los microtúbulos crecen a partir de los centrosomas formando el uso mitótico
Metafase. Los cromosomas se alinean en el centro de la célula en el plano ecuatorial del huso mitótico. Los cromosomas se ubican equidistantes entre los polos de división. Aquí el grado de condensación del ADN es máximo.
Anafase. Ocurre la división del centrómero permitiendo la separación de las cromátidas hermanas, las cuales migran hacia los polos opuestos debido a la reducción de la longitud del uso acromático.
Telofase. Al llegar a los polos, el ADN se descondensa, y se restablece la membrana nuclear alrededor de los cromosomas. Este proceso es la cariocinesis.
Meiosis. Es un proceso que ocurre en los organismos con reproducción sexual; comparte mecanismos con Metafase I Anafase I Telofase I Primera Citocinesis, 2 Células hijas la mitosis pero no debe confundirse con ella, ya que mediante la meiosis se producen cuatro células hijas Meiosis la mitosis pero no debe confundirse con ella, ya que mediante la meiosis se producen cuatro células hijas con media carga genética de la célula de la cual proviene; este hecho combinado con la fecundación, es el fundamento de la reproducción sexual. Segunda División (Meiosis II) En el proceso meiótico se distinguen dos divisiones celulares (Meiosis I y Meiosis II) , distinguiéndose en cada caso las cuatro etapas Profase, Metafase, Anafase y Telofase I y II respectivamente, según se sintetiza en el siguiente diagrama y figura.
SISTEMA DIGESTIVO
El sistema digestivo transforma los alimentos en sustancias más simples, que son transportadas por la sangre para ingresar a las células. Así mismo mediante el sistema respiratorio, el oxígeno del ambiente circundante para ingresar a las células. Así mismo mediante el sistema respiratorio, el oxígeno del ambiente circundante llega a los pulmones. La sangre es transportada por el sistema circulatorio a todas las células del cuerpo; y recoge las sustancias de desecho resultantes del metabolismo celular. Luego el sistema excretor o urinario, se encarga de eliminar estas últimas sustancias del organismo.
ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DEL SISTEMA DIGESTIVO
Los alimentos proporcionan la fuente de energía para realizar las reacciones químicas dentro de las células y aportan materia para la formación de nuevos tejidos o para la reparación de tejidos dañados. Sin embargo, los alimentos así como son ingeridos, no pueden ser utilizados por la célula. Por ello, deben descomponerse en moléculas suficientemente pequeñas (aminoácidos, ácidos grasos y azúcares) para atravesar la membrana plasmática celular. La fragmentación de las grandes moléculas de alimento en moléculas más pequeñas recibe el nombre de digestión, función llevada a cabo por el sistema digestivo, que está formado por un conjunto de órganos que forman un tubo y por las glándulas anexas. El tubo digestivo del ser humano alcanza una longitud de 6 a 8 o 9 metros; se extiende desde la boca hasta el ano y presenta dilataciones en su recorrido como el estómago. Hacen parte de éste sistema los siguientes órganos: faringe, esófago, estómago, intestino delgado, intestino grueso; para terminar en su porción final por el recto y ano (orificio de salida) por donde se eliminan los desechos del proceso digestivo. El tubo digestivo presenta cuatro capas: • La mucosa, es evidente en la boca y el intestino delgado, tapizándolos por numerosas y diminutas glándulas tubulares que producen secreciones que contribuyen a la digestión de los alimentos; • La submucosa, debajo de la anterior, esta irrigada por una red de nervios y venas; • La capa muscular lisa que permite el movimiento de las paredes del tubo y la producción de ondas que ayudan a mezclar los alimentos y, • L
No hay comentarios:
Publicar un comentario