Estructura Celular Función Tipo de célula

Pared celular Barrera rígida que proporciona soporte y protección a las células vegetales.

Células vegetales, células de hongos y algunos procariontes.

CentriolosOrganelos que se disponen en pares y que son importantes para la división

celular.

Células animales y la mayoría de las células de protistas.

CloroplastoOrganelo de doble membrana con

tilacoides que contienen clorofila, dentro de la cual ocurre la fotosíntesis.

Células vegetales y algunas células de protistas.

Cilios

Proyecciones de la superficie celular que ayudan en la locomoción y alimentación, también usados para barrer sustancias de

las superficies.

Algunas células animales, células de protistas y procariontes.

Citoesqueleto Esqueleto de la célula dentro del citoplasma.

Todas las células eucarioticas.

Retículo endoplasmático

Membrana con gran cantidad de pliegues donde ocurre la síntesis proteica. Todas las células eucarioticas.

FlagelosProyecciones que ayudan en la

locomoción y alimentación. Algunas células animales, procariontes y

algunas células vegetales.

Aparato de GolgiPila aplanada de membranas tubulares que modifica y empaca proteínas para

distribuirlas fuera de la célula.Todas las células eucarioticas.

LisosomaVesícula que contiene enzimas digestivas

para descomponer excesos o restos de sustancias celulares.

Células animales y rara vez en células vegetales.

MitocondriaOrganelo rodeado por membranas que

hace que la energía esté disponible para el resto de la célula.

Todas las células eucarioticas.

NúcleoCentro control de la célula que contiene

los códigos que dirigen la síntesis de proteínas y la división celular.

Todas las células eucarioticas.

Membrana Plasmática

Estructura limítrofe flexible que controla el paso de sustancias hacia el interior y

exterior de la célula.Todas las células.

Ribosoma Organelo donde se lleva a cabo las síntesis de proteínas.

Todas las células.

VacuolaVesícula rodeada por membrana que almacena sustancias temporalmente.

Una de gran tamaño en células vegetales y rara vez algunas pequeñas en células

animales.

Fotosíntesis IIFotosistemas

Dos científicos, llamados Emerson y Arnold, trabajaron con un alga llamada Chlorella y la expusieron en una intensidad luminosa próxima a los 700 nm (rojo) y verificaron que esto provocaba una gran caída en la eficiencia quántica, contrariando la idea que la clorofila absorbe quanta en una longitud de onda próxima a los 700 nm.Emerson utilizó dos diferentes longitudes de onda y verificaron que había dos sistemas fotosintéticos, pues separadamente, para cada intensidad luminosa había una respuesta y cuando los dos listones monocromáticos fueron colocados juntos (700 e 710 nm) aumentó la eficiencia de la fotosíntesis. Uno de los sistemas poseía un sistema aprisionador para longitudes de onda cortos y otro sistema para ondas largas.Estudios subsecuentes explicaron el proceso que sucedía. En los dos fotosistemas existe clorofila a y b, sin embargo, en proporciones diferentes. En cuanto el fotosistema 1 tiene más clorofila a, el fotosistema 2 tiene más clorofila b.El fotosistema que absorbe luz con una longitud de onda próxima a los 700 nm es llamado P700, y el que absorbe luz con longitud de onda próximo de los 680 nm es llamado P680.Cuando los pigmentos reciben energía luminosa y quedan excitados, ocurre el traslado de electrones para niveles energéticos más elevados. La sustancia que donó electrones queda oxidada y la receptora se reduce, evidenciando entonces una reacción oxidación-reducción.La clorofila recupera los electrones donados a través de la reacción de foto-oxidación del agua, donde los átomos de H (hidrógeno) y O (oxígeno) son separados y los 4 electrones resultantes son donados.El fotosistema 1 pose un reductor poderoso y un oxidante débil (P700) en tanto el fotosistema 2 posee un reductor débil y un oxidante fuerte, formando un sistema oxidación-reducción llamado esquema Z. Quien hace el enlace entre los 2 fotosistemas es la plastoquinona, plastocianina y citocromos, cada uno con su potencial de oxidación-reducción.En el fotosistema 1, la ferrodoxina está involucrada en la transferencia de electrones y ocurre la reducción del NADP, el fotosistema está relacionado con la liberación de O2. Luego de recibir electrones la clorofila P682 queda excitada y transfiere sus electrones para la plastoquinona.

Fotofosforilación acíclicaLa fotofosforilación acíclica utiliza los dos fotosistemas y tiene inicio cuando la clorofila P680 es excitada y dona un electrón para un receptor Q del grupo de las quinonas, quedándose con carga eléctrica positiva y el receptor Q con carga negativa.Ese poder oxidante de la clorofila a provoca la fotólisis del agua. La reacción ocurre con dos moléculas de agua, que tienen 4 electrones captados por cuatro moléculas de clorofila a. Como resultado de esta reacción tenemos la producción de 1 molécula de gas oxígeno y 4 iones de H+. El ATP producido durante la fotosíntesis es resultado de la fotólisis del agua que genera un gradiente de protones en la membrana del tilacoide.2H2O ______ 4e- + 4H+ + O2El receptor Q transfiere su electrón para la plastocianina, sin embargo antes, pasa por aceptores, liberando de forma gradual su energía para bombear los iones H+ presentes en el estroma para el lumen del tilacoide.En el FS2 las moléculas del complejo antena quedan excitadas y los electrones van para la molécula capturadora P700. El electrón de esta molécula es transportado por una serie de transportadores y el resultado de este proceso es la reducción del NADP+ a NADPH, en tanto ocurre la oxidación del P700. El P700 tiene sus electrones repuestos por la cadena transportadora del FS1.H2O + NADP+ ________ NADPH + H+ + ½ O2

Chicos, estaba en lo correcto cuando les decia que la hidrolísis solo ocurria en el fotosistema II, y al principio del texto explica el porq.

Ciclo de Krebs

El ciclo de Krebs, también conocido como el ciclo del ácido cítrico o de los ácidos tricarboxílicos, es una ruta metabólica central en los organismos vivos que llevan a cabo la respiración celular. Este conjunto de reacciones comienza con la incorporación de una molécula de acetil-CoA a una molécula deoxalacetato, para formar una molécula de ácido cítrico, de ahí su nombre. Esa molécula de citrato sufre una serie de reacciones que en última instancia regeneran la molécula inicial de oxalacetato, dispuesta a reaccionar con un nuevo acetil-CoA y comenzar de nuevo el ciclo. En cada vuelta, se obtienen GTP , equivalentes reductores (NADH y FADH2), CO2 y agua.El ciclo de Krebs no sólo tiene una función energética, ya que proporciona los precursores de la síntesis de varios aminoácidos. Es por ello que esta ruta metabólica es importante incluso en organismos anaeróbios.

Las membranas celulares 

Para llevar a cabo las reacciones químicas necesarias en el mantenimiento de la vida, la célula necesita mantener un medio interno apropiado. Esto es posible porque las células se encuentran separadas del mundo exterior por una membrana limitante, la membrana plasmática. Además, la presencia de membranas internas en las células eucariotas proporciona compartimientos adicionales que limitan ambientes únicos en los que se llevan al cabo funciones altamente específicas, necesarias para la supervivencia celular.La membrana plasmática se encarga de: 

aislar selectivamente el contenido de la célula del ambiente externo

regular el intercambio de sustancias entre el interior y exterior celular (lo que entra y sale de la célula); comunicación intercelular

La mayoría de las células tienen membranas internas además de la membrana plasmática, forman y delimitan compartimentos donde se llevan a a cabo las actividades bioquímicas de la célula. Las restantes membranas también constituyen barreras selectivas para el pasaje de sustancias.

Funciones de las membranas 

La membrana celular funciona como una barrera semipermeable, permitiendo el paso de pocas moléculas y manteniendo la mayor parte de los productos producidos dentro de ella. Protección

Ayudar a la compartimentalización subcelular

Regular el transporte desde y hacia la célula y de los dominios subcelulares

Servir de receptores que reconocen señales de determinadas moléculas y transducirla señal al citoplasma.Permitir el reconocimiento celular.

Proveer sitios de anclaje para los filamentos del citoesqueleto o los componentes de la matriz extracelular  lo que permite, entre otras, el mantenimiento de la forma celularServir de sitio estable para la catálisis enzimática.

Proveer de "puertas" que permitan el pasaje  través de las membranas de diferentes células (gap junctions)Regular la fusión de la membrana con otra membrana por medio de uniones (junctions) especializadasPermitir direccionar la motilidad celular

Estructura de las Membranas

La membrana plasmática tiene un grosor no mayor de 5 nm. Debido a que la mayor parte de las proteínas tiene un diámetro mayor a 10 nm, uno de los principales problemas para comprender la estructura básica de las membranas consistía en determinar la forma en que las moléculas se disponían en un espacio tan pequeño. El actual modelo de la estructura de la membrana plasmática es el resultado de un largo camino que comienza con las observaciones indirectas que determinaron que los compuestos liposolubles pasaban fácilmente esta barrera lo que llevó a Overton,  ya en 1902, a sostener que su composición correspondía al de una delgada capa lipídica; posteriormente se agregó a esta propuesta la que sostenía que en la composición también intervenían proteínas. Hacia 1935 Danielli y Davson sintetizaron los conocimientos proponiendo que la membrana plasmática estaba formaba por una "bicapa lipídica" con proteínas adheridas a ambas caras de la misma. 

La integración de los datos químicos,  físico-químicos y las diversas técnicas de microscopía llevó al actual modelo de " " (Singer S.J., and Nicolson, G.L. (1972) Science, 175:120). Según este modelo del mosaico fluido, que ha tenido gran aceptación, las membranas constan de una bicapa lipídica (una doble capa de lípidos) en la cual están inmersas diversas proteínas.La bicapa lipídica ha sido establecida como la base universal de la estructura de la membrana celular. Es fácil de observar en una micrografía electrónica pero se necesitan técnicas especializadas como la difracción de rayos X y técnicas de criofractura para revelar los detalles de su organización.

La membrana es una estructura cuasi-fluida, en ella sus componentes pueden realizar movimientos de traslación dentro de la misma. Esta fluidez implica que los componentes en su

mayoría solo están unidos por uniones no covalentes.  La microscopía electrónica mostró a la membrana plasmática como una estructura de tres capas, dos de ellas externas y densas, y una clara en el medio.

Los lípidos son insolubles en agua pero se disuelven fácilmente en disolventes orgánicos. Constituyen aproximadamente el 50% de la masa de la mayoría de las membranas plasmáticas de las células animales, siendo casi todo el resto proteínas. Existen 109 moléculas lipídicas en la membrana plasmática de una célula animal pequeña.

La molécula primaria de la membrana celular es el fosfolípido, posee una "cabeza"  polar (hidrofílica) y dos "colas" no polares (hidrofóbicas), son por tanto simultáneamente hidrofílicos e hidrofóbicos ( ). 

Los fosfolípidos en la membrana se disponen en una bicapa con sus colas hidrofóbicas dirigidas hacia el interior, quedando de esta manera entre las cabezas hidrofílicas que delimitan la superficie externa e interna de la membrana.   El espesor de la membrana es de alrededor de 7 nanómetros.

Debido a que las moléculas del tipo de los fosfolípidos tienen un extremo que se asocia libremente con el agua y otro que no lo hace, cuando se encuentran dispersas en agua adoptan por lo general una conformación de capa doble. La estructura en bicapa permite que los grupos del extremo hidrofílico se asocien libremente con el medio acuoso, y que las cadenas hidrófobas de ácidos grasos permanezcan en el interior de la estructura, lejos de las moléculas de agua.

El colesterol es otro componente importante de la membrana. Se encuentra embebido en el área hidrofóbica de la misma, su presencia contribuye a la estabilidad de la membrana al interaccionar con las "colas" de la bicapa lipídica y contribuye a su fluidez evitando que las "colas" se "empaqueten" y vuelvan mas rígida la membrana (este efecto se observa sobre todo a baja temperatura).

Las membranas de las células vegetales no contienen colesterol, tampoco las de la mayoría de las células bacterianas. Las arqueobacterias poseen lípidos de membrana diferentes tanto de las bacterias como de los  eucariotas (incluyendo enlaces éter en lugar de enlaces ester en sus fosfolípidos). Algunas de ellas poseen esteroles en su membrana celular (una característica de eucariotas).Las proteínas pueden estar suspendidas en la membrana, con sus regiones hidrofóbicasinsertadas en ella y con las  hidrofílicas  que sobresalen ("stick out") hacia el exterior e interior de la célula. Diversas experiencias sugieren que estas proteínas no están fijas en un lugar de la membrana, sino que están relativamente libres para desplazarse lateralmente, por lo cual se originó el concepto de mosaico fluido.

 Proteínas de la membrana  

Las proteínas de la membrana pueden considerarse, de acuerdo a como se encuentran en la membrana, comprendidas en una de estas dos categorías:

integrales: estas proteínas tienen uno o mas segmentos que atraviesan la bicapa lipídica

periféricas: estas proteínas no tienen segmentos incluidos en la bicapa, interaccionan con las cabezas polares o bien con las proteínas integrales

La superficie externa de la membrana tiende a ser rica en glicolípidos que tienen su colas hidrofóbicas embebidas en la región hidrofóbica de la membrana y sus cabezas hacia el exterior de la célula.

 Ellos, junto a con los hidratos de carbono pegados a las proteínas (glicoproteínas), intervienen en el reconocimiento de lo propio ("self") de un organismo. Los antígenos de diferenciación, mas conocidos como antígenos CD (por Cluster of  Differentiation, grupo de diferenciación) no son otra cosa que  glicoproteínas que se expresan sobre la superficie de las membranas 

un proteoglucano, estas glicoproteínas poseen una proporción de polisacáridos  mayor que lo usual.

1.Bicapa de fosfolípidos)

2. Lado externo de la membrana

3. Lado interno de la membrana

4. Proteína intrínseca de la membrana

5. Proteína canal iónico de la membrana

6. Glicoproteína

7. Moléculas de fosfolípidos organizadas en bicapa

8. Moléculas de colesterol9. Cadenas de carbohidratos10. Glicolípidos11. Región polar (hidrofílica) de la

molécula de fosfolípido12. Región hidrofóbica de la

molécula de fosfolípido

RESUMEN

En el afán de analizar detenidamente cada paso de las reacciones metabólicas de fotosíntesis y respiración, perdemos la noción de estos procesos globalmente.

En la fotosíntesis, la energía lumínica se convierte en química y se fija carbono en compuestos orgánicos.

Los fotosintetizadores o autótrofos elaboran hidratos de carbono a partir de CO2 y agua y liberan O2 a la atmósfera. Son estos organismos los que mantienen estables las concentraciones de CO2, y O2 atmosféricos.

En la respiración aeróbica los compuestos orgánicos son degradados a CO2 y H2O con la concomitante producción de energía química bajo la forma de ATP.

FOTOSÍNTESIS

En la primera etapa o etapa lumínica, la energía del sol es captada por la clorofila y otros pigmentos accesorios, provocando una serie de reacciones de óxido--reducción que propulsan la síntesis de ATP; la reducción de la coenzima NADP a NADPH y la oxidación de moléculas de H2O liberando O2 al medio. En la siguiente etapa o ciclo de Calvin el NADPH y el ATP (productos de la anterior etapa) se utilizan para reducir al CO2 que el vegeta1 toma del medio, a carbono orgánico. Si falta alguno de estos sustratos, el proceso se detiene.

Son necesarias 6 vueltas al c1clo para formar una molécula de glucosa partir de 2 moléculas de PGAL.

Este compuesto también se puede utilizar como material inicial para elaborar otros compuestos orgánicos que la célula necesita.

RESPIRACIÓN

La oxidación de la glucosa es una fuente principal de energía en la mayoría de las células.

La primera fase de este proceso es la glucólisis, en la cual la molécula de glucosa (6C), se escinde en dos moléculas de ácido pirúvico (3C). Este paso produce un rendimiento neto de 2 moléculas de ATP y dos moléculas de NADH.

La segunda fase de la degradación de la glucosa es la respiración aeróbica que ocurre en tres etapas: ciclo de Krebs, transporte de electrones y fosforilación oxidativa.

En ausencia deO2 el ácido pirúvico de la glucólisis se convierte en etanol o ácido láctico mediante fermentación. En el curso de la respiración las moléculas de ácido pirúvico se fraccionan en grupos acetilos; los cuales ingresan al ciclo de Krebs. En este ciclo los grupos acetilos se oxidan por completo a CO2, se reducen cuatro aceptores de electrones (tres NAD+ y Un FAD) y se forma GTP.

La etapa final de la respiración es el transporte de electrones y la fosforilación oxídativa (se dan acopladamente). En este paso intervienen una cadena de transportadores de electrones que transportan los electrones de alta energía aceptados por el NADH y el FADH2 viajando cuesta abajo hacia el oxígeno.

En tres puntos de su descenso por toda la cadena transportadora, se liberan grandes cantidades de energía que propulsan el bombeo de protones hacía el espacio intermembranoso de la mitocondria. Esto crea un gradiente electroquímico a través de la membrana interna. Cuando los protones atraviesan el complejo ATP sintetasa hacia la matriz, la energía liberada se utiliza para sintetizar moléculas de ATP. Este mecanismo por el cual se cumple la fosforilación oxidativa se conoce como hipótesis quimiosmótica.

VÍAS ANAERÓBICAS

El ácido pirúvico puede tomar por una de varias vías. Dos son anaeróbicas (sin oxígeno) y se denomina FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA y FERMENTACIÓN LÁCTICA.

A la falta de oxígeno, el ácido pirúvico puede convertirse en etanol (alcohol etílico) o ácido láctico según el tipo de célula. Por ejemplo, las células de las levaduras pueden crecer con oxígeno o sin él. Al extraer jugos azucarados de las uvas y al almacenarlos en forma anaerobia, las células de las levaduras convierten el jugo de la fruta en vino al convertir la glucosa en etanol. Cuando el azúcar se agota las levaduras dejan de fermentar y en este punto la concentración de alcohol está entre un 12 y un 17 % según sea la variedad de la uva y la época en que fue cosechada.

La formación de alcohol a partir del azúcar se llama fermentación.

RESPIRACIÓN AERÓBICA

En presencia de oxígeno, la etapa siguiente de la degradación de la glucosa es la respiración, es decir la oxidación escalonada del ácido pirúvico a dióxido de carbono y agua.

La respiración aeróbica se cumple en dos etapas: el ciclo de Krebs y el transporte de electrones y la fosforilación oxidativa (estos dos últimos procesos transcurren acopladamente).

En las células eucariotas estas reacciones tienen lugar dentro de las mitocondrias; en las procariotas se llevan acabo en estructuras respiratorias de la membrana plasmática.

RESPIRACIÓN CELULAR 

El proceso por el cual las células degradan las moléculas de alimento para obtener energía recibe el nombre de RESPIRACIÓN CELULAR.

La respiración celular es una reacción exergónica, donde parte de la energía contenida en las moléculas de alimento es utilizada por la célula para sintetizar ATP. Decimos parte de la energía porque no toda es utilizada, sino que una parte se pierde.

Aproximadamente el 40% de la energía libre emitida por la oxidación de la glucosa se conserva en forma de ATP. Cerca del 75% de la energía de la nafta se pierde como calor de un auto; solo el 25% se convierte en formas útiles de energía. La célula es mucho más eficiente.

La respiración celular es una combustión biológica y puede compararse con la combustión de carbón, bencina, leña. En ambos casos moléculas ricas en energía son degradadas a moléculas más sencillas con la consiguiente liberación de energía.

Tanto la respiración como la combustión son reacciones exergónicas.

Sin embargo existen importantes diferencias entre ambos procesos. En primer lugar la combustión es un fenómeno incontrolado en el que todos los enlaces químicos se rompen al mismo tiempo y liberan la energía en forma súbita; por el contrarío la respiración es la degradación del alimento con la liberación paulatina de energía. Este control está ejercido por enzimas específicas.

En segundo lugar la combustión produce calor y algo de luz. Este proceso transforma energía química en calórica y luminosa. En cambio la energía liberada durante la respiración es utilizada fundamentalmente para la formación de nuevos enlaces químicos (ATP).

La respiración celular puede ser considerada como una serie de reacciones de óxido-reducción en las cuales las moléculas combustibles son paulatinamente oxidadas y degradadas liberando energía. Los protones perdidos por el alimento son captados por coenzímas.

La respiración ocurre en distintas estructuras celulares. La primera de ellas es la glucólisis que ocurre en el citoplasma. La segunda etapa dependerá de la presencia o ausencia de O2 en el medio, determinando en el primer caso la respiración aeróbica (ocurre en las mitocondrias), y en el segundo caso la respiración anaeróbica o fermentación (ocurre en el citoplasma).

 GLUCÓLISIS

La glucólisis, lisis o escisión de la glucosa, tiene lugar en una serie de nueve reacciones, cada una catalizada por una enzima específica, hasta formar dos moléculas de ácido pirúvico, con la producción concomitante de ATP. La ganancia neta es de dos moléculas de ATP, y dos de NADH por cada molécula de glucosa.

Las reacciones de la glucólisis se realizan en el citoplasma, como ya adelantáramos y pueden darse en condiciones anaerobias; es decir en ausencia de oxígeno.

Los primeros cuatro pasos de la glucólisis sirven para fosforilar (incorporar fosfatos) a la glucosa y convertirla en dos moléculas del compuesto de 3 carbonos gliceraldehído fosfato (PGAL). En estas reacciones se invierten dos moléculas de ATP a fin de activar la molécula de glucosa y prepararla para su ruptura.

ECUACIÓN DE LA GLUCÓLISIS

Glucosa + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+   2 piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O