Procesos Celulares: Transporte, Metabolismo, Fotosíntesis y División Celular

Transporte de Grandes Moléculas

El transporte de grandes moléculas a través de la membrana celular se lleva a cabo mediante dos procesos principales:

• Exocitosis: Proceso de expulsión de productos de desecho o de secreción. Consta de tres etapas:

1. Fusión de vesículas membranosas generadas en el interior celular con la membrana plasmática.
2. Liberación del contenido vesicular al exterior.
3. Aumento de la superficie de la membrana plasmática y renovación de la misma.

Endocitosis: Incorporación de grandes partículas al interior de la célula. Se produce una serie de etapas que tienen como consecuencia la reducción de la membrana. Según el tipo de sustancia que se incorpora, se distinguen dos mecanismos:

• Fagocitosis: La célula introduce grandes partículas sólidas.
• Pinocitosis: La célula introduce líquidos con pequeñas moléculas disueltas.

Metabolismo Celular

El metabolismo celular comprende las reacciones químicas que ocurren en la célula para mantener la vida. Se divide en dos procesos:

• Catabolismo: Conjunto de reacciones que degradan moléculas complejas en moléculas más simples, liberando energía. Ejemplos: respiración celular y fermentación.
• Anabolismo: Conjunto de reacciones que sintetizan moléculas complejas a partir de moléculas más simples, requiriendo energía. Ejemplos: fotosíntesis y síntesis de proteínas.

Tipos de Organismos Según su Forma de Obtener Materia y Energía

Según la Forma de Obtener Materia

• Fotoautótrofos: Utilizan CO₂ como fuente de carbono y la energía solar. Realizan la fotosíntesis y otros procesos como la respiración celular en las mitocondrias.
• Quimioautótrofos: Utilizan CO₂ como fuente de carbono y la energía química liberada en procesos de oxidación.
• Quimioheterótrofos: Utilizan moléculas orgánicas del medio como fuente de carbono y la energía se obtiene por oxidación.

Según la Forma de Obtener Energía

• Respiración Celular: Oxidación completa de una molécula de glucosa, que se transforma junto al O₂ en CO₂ y H₂O. Se libera energía para sintetizar 38 moléculas de ATP. La reacción general es: C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + Energía. Es un proceso redox donde la glucosa se oxida a dióxido de carbono y el oxígeno actúa como aceptor de electrones (e⁺) y se reduce a agua.

Etapas de la Respiración Celular

1. Glucólisis: Una molécula de glucosa (6 átomos de carbono) se degrada en dos moléculas de ácido pirúvico (3 carbonos). Se producen 2 ATP y 2 NADH.
2. Formación de Acetil-CoA: Las dos moléculas de ácido pirúvico entran en la mitocondria, se transforman en ácido acético y se unen a la coenzima A, formando acetil-CoA. Se produce NADH y se libera CO₂.
3. Ciclo de Krebs: Ruta metabólica que ocurre en la matriz mitocondrial. El acetil-CoA se oxida a CO₂, liberando electrones (e⁺), protones (H⁺) y energía.
4. Cadena Respiratoria y Fosforilación Oxidativa: Los electrones (e⁺) y protones (H⁺) capturados de la oxidación de la glucosa se transfieren a la cadena respiratoria en la membrana mitocondrial interna. Se transportan hasta el oxígeno, que se reduce para formar moléculas de H₂O. Durante el transporte de electrones, se libera energía que se utiliza para formar ATP a partir de ADP + Pi.

• Fermentación: Proceso anaerobio (sin oxígeno) en el que se obtiene energía oxidando la glucosa, que se transforma en otra molécula más oxidada. La degradación no es completa y el producto final aún contiene mucha energía.

Tipos de Fermentaciones

• Fermentación Alcohólica: Realizada por organismos como las levaduras del género Saccharomyces cuando no disponen de oxígeno. El ácido pirúvico se transforma en alcohol etílico y CO₂.
• Fermentación Láctica: Realizada por bacterias anaerobias del género Lactobacillus. Reducen el ácido pirúvico a ácido láctico.

Fotosíntesis

La fotosíntesis es un proceso anabólico que se divide en dos fases:

• Fase Luminosa: Genera energía química (ATP) y poder reductor (NADPH) a partir de la luz solar.

1. Captación de Luz: Los fotosistemas (complejos de pigmentos) en la membrana tilacoidal capturan la energía luminosa.
2. Fotólisis del Agua: H₂O → 2e^- + 2H⁺ + 1/2O₂
3. Cadena de Transporte de Electrones: Genera un gradiente de protones (H⁺) y produce poder reductor (NADPH).
4. Fotofosforilación Oxidativa: Síntesis de ATP.

Fase Oscura: Fase de síntesis de moléculas orgánicas.

1. Ciclo de Calvin: Se lleva a cabo en el estroma del cloroplasto y utiliza el ATP y NADPH producidos en la fase luminosa para fijar el CO₂ y sintetizar glucosa.

Quimiosíntesis

Proceso mediante el cual las células sintetizan materia orgánica a partir de materia inorgánica utilizando la energía liberada en ciertas reacciones químicas exergónicas.

• Fase de Obtención de Energía y Poder Reductor: Se obtiene energía en forma de ATP y NADH a partir de la oxidación de compuestos inorgánicos como NH₃, H₂S, etc. Es equivalente a la fase luminosa de la fotosíntesis.
• Fase de Síntesis de Materia Orgánica: Semejante a la fase oscura de la fotosíntesis. Utiliza el ATP y NADH de la fase anterior para reducir el CO₂ y obtener glucosa.

Mitosis

Proceso de división celular que produce dos células hijas idénticas a la célula madre.

Fases de la Mitosis

1. Profase:

• Los centriolos duplicados se separan, originando las fibras del huso mitótico y las fibras del áster.
• La cromatina se condensa formando cromosomas.
• La membrana nuclear y el nucléolo van desapareciendo.

Metafase:

• Las parejas de centriolos se sitúan en los polos de la célula.
• Los cromosomas se ubican en el ecuador, unidos por los cinetocoros a las fibras del huso.
• Los cromosomas alcanzan su máximo grado de condensación.

Anafase:

• Las fibras cinetocóricas del huso se acortan, separando los centrómeros.
• Las cromátidas hermanas son arrastradas hacia polos opuestos.

Telofase:

• Se forman dos núcleos.
• Comienza la citocinesis (división del citoplasma).
• Desaparecen las fibras del huso.
• Los cromosomas simples se descondensan formando cromatina.

Meiosis

Proceso de división celular que produce gametos (células sexuales) con la mitad del número de cromosomas que la célula madre. Permite la variabilidad genética a través del sobrecruzamiento.

Funciones de la Meiosis

• Producir gametos haploides.
• Aumentar la variabilidad genética mediante el sobrecruzamiento.

Fases de la Meiosis

Primera División Meiótica (Meiosis I) - Etapa Reduccional

Se reduce a la mitad el número de cromosomas. Se produce la recombinación genética.

• Profase I:
  • Las parejas de centriolos se separan.
  • La membrana nuclear y el nucléolo desaparecen.
  • Los cromosomas homólogos se aparean (sinapsis) formando tétradas o bivalentes.
  • Se produce el sobrecruzamiento (intercambio de material genético entre cromosomas homólogos) al azar.
• Metafase I:
  • Los cinetocoros se unen a las fibras cinetocóricas, una por cada cromosoma.
  • Las tétradas o bivalentes se ubican en el ecuador de la célula.
• Anafase I:
  • Las fibras cinetocóricas se acortan, separando los cromosomas homólogos.
  • Se produce la recombinación genética.
• Telofase I:
  • Desaparecen las fibras del huso.
  • Reaparece la membrana nuclear.
  • Se forma la cromatina.
  • Se produce la citocinesis, dando lugar a dos células hijas con la mitad del número de cromosomas que la célula madre.

Segunda División Meiótica (Meiosis II)

Se separan las cromátidas hermanas de cada cromosoma. El resultado final son cuatro células con la mitad de cromosomas y 1/4 del material genético de la célula original.

Tipos de Meiosis

• Meiosis Gamética: Ocurre en organismos con ciclo diplonte, como los animales. Origina gametos haploides que, al fusionarse, forman un cigoto diploide que, por mitosis, dará lugar a un adulto diploide.
• Meiosis Cigótica: Ocurre en organismos haploides, como algunos hongos y protistas. Generan gametos por mitosis.
• Meiosis Esporogénica: Ocurre en organismos con ciclo diplohaplonte, como plantas y algunos hongos.