CAPÍTULO 6 / TEMA 5

FUNCIONES CELULARES DE REPRODUCCIÓN Y RELACIÓN

Recibimos de nuestros progenitores un bien fundamental: el material genético. El mecanismo de reproducción celular más difundido es la mitosis, proceso por el cual una célula da origen a 2 células hijas idénticas entre sí e idénticas a la célula que las originó. Este tipo de reproducción se da en células somáticas, sin embargo, para las células sexuales existe otro tipo de reproducción: la meiosis, que sólo sucede en organismos con reproducción sexual.

¿CÓMO SE DESARROLLA EL CICLO CELULAR?

El ciclo celular es un conjunto ordenado de sucesos que pueden producir crecimiento y división en células hijas. La duración del mismo dependerá del tipo celular en cuestión, algunas células lo pueden completar en una hora y otras pueden hacerlo en varios días. También dependerá de algunos factores externos y/o internos, como la presencia o falta de nutrientes y proteínas dentro de la célula, y la temperatura.

¿Sabías qué?
La creación constante de nuevas células permite que nuestro cuerpo se renueve, que exista un balance y que se eviten enfermedades.

Las células en el camino hacia la división celular avanzan a través de una serie de etapas de crecimiento, replicación de ADN y división que producen dos células idénticas o células con carga genética de ambos padres.

Algunas células en división celular se pueden observar fácilmente en el microscopio con ayuda de una tinción.

Interfase

Durante la interfase, la célula experimenta procesos de crecimiento normales mientras se prepara para la división celular. Para que una célula pase de la interfase a la fase mitótica, se deben cumplir muchas condiciones internas y externas. Las tres etapas de la interfase se llaman G1, S y G2.

G1 

La primera etapa de la interfase se denomina fase G1 (primer gap) porque, desde un aspecto microscópico, se ven pocos cambios. Sin embargo, durante la etapa G1, la célula es bastante activa a nivel bioquímico. La célula acumula los componentes básicos del ADN cromosómico y las proteínas asociadas, así como también suficientes reservas de energía para completar la tarea de replicar cada cromosoma en el núcleo.

G0

La fase G0 o fase de reposo es un período en el ciclo celular en el que las células existen en un estado inactivo. La fase G0 se ve como una fase G1 extendida, donde la célula no se divide ni se prepara para dividirse, o se ve como una etapa distinta que se produce fuera del ciclo celular. Algunos tipos de células, como las células nerviosas y musculares del corazón, se vuelven inactivas cuando alcanzan la madurez, pero continúan desempeñando sus funciones principales durante el resto de la vida del organismo.

Células en G0

 

Algunos tipos de células que entran en la fase G0 pueden salir de ese estado inactivo y entrar en la fase G1, mientras que otras células G0 no pueden hacerlo.

S

Es la segunda etapa de la interfase del ciclo en la que se produce la replicación o síntesis del ADN y como resultado el núcleo contiene el doble de proteínas nucleares y de ADN que al principio. Cada cromosoma tendrá dos cromátidas hermanas idénticas unidas por el centrómero. Las células que entran en esta fase del ciclo se dividen inevitablemente.

G2

Es la tercera fase de la interfase del ciclo celular en la que continúa la síntesis de proteínas y ARN. Al final de este período se observan con el microscopio cambios en la estructura celular que indican el principio de la división celular. Termina cuando la cromatina empieza a condensarse al inicio de la división.

Estado M o fase de división celular

Representa la división celular y agrupa a la mitosis y meiosis y citocinesis. Cuando una célula se divide debe transmitir a sus células hijas los requisitos esenciales para la vida, la información hereditaria para dirigir los procesos vitales, y la de los materiales en el citoplasma que necesitan las células hijas para sobrevivir y utilizar dicha información.

MITOSIS

Proceso de división celular mediante el cual una célula se divide y da origen a dos células hijas genéticamente idénticas a ella. En este proceso, el ADN de una célula se divide en dos conjuntos de cromosomas exactamente iguales.

Durante la mitosis, el cuerpo produce nuevas células tanto para el crecimiento como para la reparación de tejidos dañados o envejecidos.

¿Qué células del cuerpo se dividen por mitosis?

 

Las células somáticas son las únicas que se dividen por mitosis y se definen como aquellas que forman la mayoría del cuerpo de cualquier ser pluricelular, están en los huesos, los órganos, los tejidos e incluso en la sangre. Son diploides, es decir, tienen doble carga cromosómica.

Por ejemplo, si nos caemos de nuestra bicicleta y nos raspamos la rodilla, el cuerpo se encarga de activar el proceso de mitosis para reparar el daño causado en nuestros tejidos. De igual manera, si nuestro hígado necesita crecer porque nosotros hemos crecido, las células hepáticas se dividen mediante la mitosis para así producir mayor cantidad.

Fases de la mitosis

Profase

 

Metafase

 

Anafase

 

Telofase

 

MEIOSIS

Es la forma especializada de división celular que se produce en las células sexuales, por ejemplo: las esporas de plantas, los espermatozoides y los óvulos.

Durante la meiosis, el ADN de una célula diploide (2n) se somete a un largo proceso de replicación que dará como resultado una célula tetraploide (4n), la cual se someterá posteriormente a dos divisiones celulares sucesivas que darán origen a cuatro células haploides (n) conocidas como gametos.

Estas células haploides luego se fusionan con las células haploides del sexo opuesto durante la reproducción y se genera así una nueva célula diploide o cigoto.

Durante este proceso se produce el entrecruzamiento, que no es más que la mezcla de cromosomas de ambos progenitores. A futuro, el entrecruzamiento produce variabilidad genética, ya que los descendientes no serán simples copias de uno de los padres.

¿Cómo se divide la meiosis?

 

La meiosis se divide en meiosis I y meiosis II, cada una cuenta con profase, metafase, anafase y telofase, y culmina con la citocinesis.

¿QUÉ ES LA CARIOCINESIS Y CITOCINESIS?

Es el proceso físico de la división celular que divide el citoplasma de una célula parental en dos células hijas. Ocurre simultáneamente con dos tipos de división nuclear llamados mitosis y meiosis, que se dan en las células animales. La mitosis y cada una de las dos divisiones meióticas dan como resultado dos núcleos separados contenidos dentro de una sola célula. La citocinesis realiza un proceso esencial para separar la célula por la mitad y garantizar que un núcleo termine en cada célula hija.

Por otro lado, la cariocinesis es la división celular en la que el material genético es dividido y transferido a las células hijas. Se da tanto en la mitosis como en la meiosis.

RECURSOS PARA DOCENTES

Ver infografía “Ciclo celular”

En esta infografía encontrará todo el proceso del ciclo celular.

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Ver artículo “Mitosis”

Este artículo contiene información sobre la mitosis y todas sus partes.

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Ver artículo “Meiosis”

Este artículo contiene información adicional sobre todo el proceso de la meiosis.

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CAPÍTULO 6 / TEMA 2

La célula: unidad estructural y funcional

La célula puede definirse como la unidad fundamental de los organismos vivos capaz de reproducirse independientemente. Esto no sólo quiere decir que con ella se inicia la vida, sino que además su presencia es requisito esencial para el desarrollo de otros seres vivos más complejos.

FUNCIONES VITALES

Dentro de una célula se llevan a cabo una gran cantidad de funciones vitales en las que participan los distintos elementos que la conforman al servicio de tareas particulares tales como la reproducción, la respiración, la nutrición y el crecimiento.

¿De quién se heredan las mitocondrias?

 

La mitocondrias son las células responsables de la respiración celular y son un organelo que se hereda únicamente de la madre.

En este sentido, puede decirse que cada una de ellas es una unidad funcional de la vida, de hecho, las células son los elementos más pequeños que pueden considerarse vivos.

¿CUÁL ES LA ESTRUCTURA DE LA MEMBRANA CELULAR?

Cada célula está contenida dentro de una membrana puntuada con puertas, canales y bombas especiales. Estos dispositivos permiten la entrada o salida de moléculas seleccionadas. Su propósito es proteger cuidadosamente el entorno interno de la célula: el citosol.

¿Sabías qué?
Las membranas plasmáticas tienen un espesor de 5 a 10 nm. Al comparar, los glóbulos rojos tienen alrededor de 8 μm de ancho, es decir, aproximadamente 1.000 veces más que la membrana plasmática.

La membrana celular es una capa externa semipermeable que se compone de una mezcla de proteínas y lípidos. La estructura de la membrana plasmática se puede describir con el modelo del mosaico fluido.

¿Quién describió el modelo del mosaico fluido?

 

El modelo de mosaico fluido fue propuesto por primera vez por S.J. Singer y Garth L. Nicolson en 1972 para explicar la estructura de la membrana plasmática, y aunque ha evolucionado un poco a lo largo del tiempo, aun así representa la mejor estructura descrita.

El modelo de mosaico fluido describe la estructura de la membrana plasmática como un mosaico de componentes que incluye fosfolípidos, colesterol, proteínas y carbohidratos. Las proporciones de proteínas, lípidos y carbohidratos en la membrana plasmática varían con el tipo de célula.

Membrana plasmática.

Componentes de la membrana plasmática

  • Fosfolípidos: tejido principal de la membrana.
  • Colesterol: incrustados dentro de los fosfolípidos y la bicapa lipídica.
  • Proteínas integrales: incrustados en la capa de fosfolípidos, pueden o no penetrarla.
  • Proteínas periféricas: en la superficie interna o externa de la bicapa lipídica.
  • Glucoproteínas: incrustadas en la superficie externa de la bicapa lipídica.
  • Glucolípidos: incrustados en la superficie externa de la bicapa lipídica.

¿CÓMO ES EL TRANSPORTE EN LA CÉLULA?

Transporte pasivo

Es el mecanismo a través del cual las sustancias son transportadas dentro y fuera de la célula sin la necesidad de utilizar energía. Debido a esto, el paso sólo es posible cuando las partículas se mueven a favor de un gradiente de concentración, desde una zona de mayor concentración hasta una de menor concentración. De acuerdo a esto, existen tres tipos de transporte pasivo:

– Difusión simple: es un tipo de transporte pasivo que permite el paso de pequeñas moléculas hidrofóbicas desde una región de concentración más alta a una de concentración más baja.

– Difusión facilitada: transporte pasivo de moléculas a través de la membrana plasmática con la ayuda de proteínas o canales transportadores.

– Osmosis: consiste en el transporte de agua a través de la membrana desde la zona más diluida, es decir, con poca concentración de solutos, hasta la zona más concentrada, es decir, con alta concentración de solutos con el fin de tener el mismo grado de concentración en ambos lados.

 

Osmosis.

Transporte activo

Proceso de intercambio de sustancias a través de la membrana celular en el que es necesario el uso de energía en forma de adenosin trifosfato (ATP). El gasto de energía es necesario ya que, a diferencia del transporte pasivo, éste se realiza en contra de un gradiente de concentración, es decir, la concentración de la sustancia dentro de la célula es mayor que en el medio extracelular o viceversa.

¿DE QUÉ ESTÁ COMPUESTO EL CITOPLASMA?

El citoesqueleto y las proteínas motoras asociadas

El citoesqueleto es una red de estructuras proteicas filamentosas dentro del citoplasma. Está formado por tres tipos de filamentos: microtúbulos, filamentos intermedios y filamentos de actina. Algunas de las funciones son las de mantener la configuración de la célula, fijar sus organelas e intervenir en la movilidad celular al formar la parte central de cilios y flagelos. Además, participa en la división celular ya que constituye las fibras del huso acromático que dirigen a los cromosomas durante dicho proceso.

Los microtúbulos están formados por subunidades de la proteína tubulina y tienen como función proporcionar estructura y forma a la célula. Los filamentos de actina son los que están compuestos por subunidades de actina, ellos intervienen en los procesos de motiliad y división celular, y también son utilizados por la célula para mantener su estructura o modificarla. Los filamentos intermedios están conformados por proteínas fibrosas, mantienen la estructura de la membrana nuclear desde donde pueden asociarse a los microtúbulos.

La actina en la contracción muscular

 

La actina es una proteína globular que puede crear filamentos, y además de darle estructura al citoesqueleto, participa en la contracción muscular y relajación muscular. Junto con la miosina forman el 90 % de las proteínas musculares.

EL NÚCLEO CELULAR

El núcleo es un organelo membranoso presente únicamente en las células eucariotas. Se encuentra delimitado por una membrana doble nuclear. Su tamaño es variable, pero en general guarda relación con la célula.

El núcleo celular por lo general se encuentra en el centro de la célula.

El núcleo tiene tres funciones primarias, todas ellas relacionadas con su contenido de ADN. Ellas son: almacenar la información genética en el ADN, recuperar la información almacenada en el ADN en la forma de ARN, y ejecutar, dirigir y regular las actividades citoplasmáticas a través del producto de la expresión de los genes: las proteínas.

¿CÓMO SE ORGANIZA EL ADN EN EL NÚCLEO?

En el núcleo de cada célula, la molécula de ADN se empaqueta en estructuras parecidas a hilos llamadas cromosomas. Cada cromosoma está compuesto por ADN firmemente enrollado, muchas veces alrededor de proteínas llamadas histonas que soportan su estructura.

Cada cromosoma tiene un punto de constricción llamado centrómero que lo divide en dos brazos: el brazo corto se conoce como brazo p y el brazo largo como brazo q. La ubicación del centrómero en cada cromosoma permite definir qué tipo es.

RECURSOS PARA DOCENTES

Artículo “La célula”

En este enlace encontrará información más amplia sobre la célula, sus funciones, tipos de organismos y los diferentes tipos.

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Artículo “organelos celulares”

Este artículo contiene información más amplia sobre los organelos que componen la célula.

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Artículo “Membrana plasmática: transporte activo”

En este artículo encontrará información sobre el transporte activo y sus tipos.

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Artículo “Membrana plasmática: trasporte sin gasto de energía”

Este artículo contiene información sobre el transporte pasivo y sus tipos.

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Fotosíntesis y respiración celular

Existe una estrecha relación entre la fotosíntesis y la respiración celular ya que, los productos de un sistema son los reactivos del otro. Ambos consumen y crean las mismas sustancias como agua, glucosa, oxígeno y dióxido de carbono, pero de diferentes maneras. Juntos, permiten que la vida en la Tierra reúna energía para su uso en otras reacciones.

 

Fotosíntesis Respiración celular
Utiliza Luz solar, agua y dióxido de carbono. Glucosa y oxígeno.
Producto Glucosa y oxígeno. Dióxido de carbono y agua.
Ocurre en: Plantas y otros organismos fotosintéticos. Todos los seres vivos.
Propósito Capturar, convertir y almacenar la energía. Liberar energía.
Función en común Sintetizar y usar ATP Sintetizar y usar ATP
Proceso metabólico Anabólico Catabólico
Ubicación Cloroplasto Citoplasma y mitocondrias
Fuente de energía Luz solar Glucosa
Portadores de electrones NADPH NADH y FADH2
Etapas Reacciones de luz y ciclo de Calvin. Glucólisis, oxidación del piruvato, ciclo de Krebs y cadena de transporte de electrones.

 

La revolución tecnológica en los medios masivos

A partir de la segunda mitad del siglo XX los medios de comunicación han logrado avances que los han llevado a ser parte de una auténtica revolución cultural. La tecnología ha sido un factor clave en este cambio, introduciendo modificaciones en el modo en que nos comunicamos.

Nos levantamos y encendemos el televisor. Mirando el noticiero nos enteramos de una catástrofe natural en Indonesia y el estreno de una nueva película en Estados Unidos, al mismo tiempo que nos informan del clima en la calle. Vamos a la computadora y abrimos nuestro correo electrónico, recibimos un boletín informativo de una página de internet de viajes turísticos y lo leemos mientras chateamos con nuestro amigo de España. Nos pide que le mostremos la nueva remera que compramos y le sacamos una foto con el celular y la subimos a internet a través de facebook para que la conozcan cientos de personas. Al mismo tiempo proyectamos nuestros planes para el fin de semana y averiguamos el precio de una camisa en una página de ventas, contrastando el precio con otras 5 o 6 páginas de otros comercios.

En el texto anterior vemos como una rutina, tan parecida en algunas acciones a la nuestra, ha influenciado de forma determinante en nuestras vidas sin que nos demos cuenta. Primero definamos a qué nos referimos con “comunicación de masas”. Se trata de la interacción entre un emisor único y un receptor masivo, que es el destino al que se transmite nuestro mensaje. Pensemos en la forma en que llegan a nuestros ojos noticias de lugares distantes u ofertas para que adquiramos nuevos productos, además de nuestra posibilidad de ser quienes generemos algo para que sea visto a través de otros ojos en todo el mundo y entenderemos porque los medios masivos de comunicación son un tema tan en boga en la actualidad.

¿Sabías qué...?
El Día Mundial de las Telecomunicaciones se celebra el 17 de mayo.

A través de la pantalla

Los avances tecnológicos en torno al descubrimiento de los electrones, las ondas electromagnéticas y los circuitos eléctricos y electrónicos posibilitaron la aparición de uno de los descubrimientos más revolucionarios del siglo XX: la televisión. Referirnos a la televisión es referirnos al medio masivo por excelencia, al cual se le puede aplicar respecto a su función una fórmula aplicada con otros medios posteriores: formar, informar y entretener al público. Desde su creación en el año 1926 hasta la actual “Smart TV” o “televisión inteligente”, la influencia de la televisión como transmisora de imágenes y generadora de cultura ha sido un elemento determinante en la cultura masiva.

Los avances generados por la televisión desplazaron al uso de la radio que, a pesar del uso de transistores y las mejores auditivas, fue lentamente reemplazada a finales de la década del ´60. Asimismo, la audiencia fue modificando sus hábitos en función de una televisión que también modificaba el formato de su contenido: así lo manifiesta el intelectual italiano Umberto Eco, que señala la existencia de una paleotelevisión y una neotelevisión. En la paleotelevisión existe una cobertura formal de la noticia, que tiene que ser presentada con la mayor elegancia ante la audiencia, introduciendo figuras reconocidas que tienen la finalidad de entretener sin poner en evidencia el artificio de la puesta en escena ante las cámaras. Por otro lado, la neotelevisión es autoreferencial, a menudo fomentando poner en evidencia el artificio de la puesta en escena televisiva. Es decir, si antes se procuraba ocultar los artefactos con los que se daba lugar al programa televisivo, como cámaras o micrófonos, en la neotelevisión se abandona todo decoro y esto aparece como parte de la escena. Lo mismo ocurre con la actitud del público: mientras que en la paleotelevisión el televidente tenía una nula participación, disfrutando del espectáculo que se le presentaba, en la neotelevisión el espectador participa de forma directa sobre el contenido del programa a través de incentivos.

La irrupción del zapping con el control remoto, que le daba al espectador el poder de cambiar el canal de la TV, obligó a la neotelevisión a captar al receptor utilizando todas las herramientas posibles, dando lugar a programas basados íntegramente en su participación a través de concursos, encuestas o entretenimientos. Por otro lado, el trabajo de producción de la imagen que veía el televidente era elaborada a través de un cuidadoso trabajo de puesta en escena, dando lugar a que los límites entre “fantasía” y “ficción” comenzaran a desdibujarse en los informativos. Un caso emblemático de la espectacularización de la imagen a través de un informativo se puede ver en las transmisiones que se hicieron de la Guerra del Golfo en 1991: la elección de la escenografía, el montaje y el trabajo sobre el sonido fueron una herramienta de manipulación diseñada por personalidades hollywoodenses para generar un discurso paralelo y fragmentario de un conflicto bélico que buscaba el consenso de la opinión pública.

Rutas de información

Los avances en los medios de transmisión lograron que el caudal de información fuera mayor y de mayor calidad visual. Tal es el caso de la fibra óptica, un invento revolucionario que utiliza la luz para transmitir información a través de conductos con sensores. Las ventajas de este medio -que tendría su primera transmisión telefónica a finales de la década del ´70-se observarían en la mayor capacidad que otorga el ancho de banda en las frecuencias ópticas, la inmunidad tanto en transmisiones cruzadas como en interferencia estática, la resistencia a climas extremos y la seguridad en su instalación y mantenimiento debido a que el material utilizado (fibra de vidrio y plástico) no es conductor de electricidad.

Para tener una idea aproximada de la revolución tecnológica que implicó el uso de la fibra óptica hay que tener en cuenta que en un cable con sólo 8 fibras ópticas se puede transmitir la misma cantidad de comunicaciones que 60 cables de 1623 pares de cobre o 4 cables coaxiales de 8 tubos. Su tamaño también resulta sumamente versátil para su manipulación, contando con un revestimiento de tan sólo 125 micras de diámetro. Si comparamos utilizando la relación tamaño/cantidad entre un cable tipo TAB con un grosor de 8 centímetros, y uno de fibra óptica del mismo tamaño, veremos que el primero logra la transmisión de 2400 llamadas simultaneas mientras que el segundo logra 30.720 llamadas simultaneas.

El mundo conectado

Los avances en la tecnología informática y la comunicación dieron lugar al nacimiento de Internet, herramienta que surgió como una necesidad militar a mediados de la década del ´50 pero que daría lugar a una auténtica revolución cultural y comunicacional. La primera incursión ocurrió en el año 1969 con la conexión entre la Universidad de California y la Universidad de Stanford, que debido a su éxito llevo a la creación de Arpanet a comienzo de los años ´70, una red interuniversitaria que precedió a Internet y dio el puntapié para la aparición del correo electrónico. En el año 1974 se crea el TCP de VintonCerf y Bob Kahn, luego reemplazado por el TCP/IP, que quiere decir “Protocolo de Control de Transmisión / Protocolo de Internet”, un conjunto de protocolos de red basados en Internet que posibilitan la transmisión de datos. La popularización de estos protocolos, que son la base de Internet como la conocemos hoy en día, se debe a que el TCP/IP no correspondía a una empresa concreta y el Departamento de Defensa de los Estados Unidos autorizaba su uso a cualquier fabricante, dando lugar a que terminaran adoptando el TCP/IP y abandonaran sus propios códigos.

Hacia el año 1987 el número de servidores instalados promediaba los 10.000 y en el año 1989 el número de computadoras conectadas ascendía a las 100.000, dando lugar a que el número de investigaciones nos acerque a Internet como la conocemos hoy en día. Un avance significativo se dio gracias al británico Timothy Berners-Lee, que desarrolló la famosa World Wide Web (WWW) en un proyecto enmarcado en la investigación nuclear. Su objetivo era que se pudiera efectuar un intercambio efectivo de información entre los miembros del proyecto, facilitando la transferencia de archivos de textos, gráficos, sonidos y videos, vinculándose entre sí.

Este avance dio la posibilidad de que se gestaran aplicaciones interactivas sobre cualquier navegador de la web (browser), que eran ubicados en el Localizador Universal de Recursos (cuya traducción sería URL). Esta terminología también sería parte del proceso conocido como globalización, a través de la universalización de un lenguaje vinculado directamente a Internet que figura en todos los idiomas. Algunos casos serían el uso de la @, http, mail, PC, URL, browser o password. Hacia mediados de los ´90 Internet se transformó en una utilidad incorporada por casi 50 millones de usuarios alrededor del mundo que ahora contaban con un acceso a un correo electrónico consolidado, el chat, el comercio electrónico (e-commerce) y la multiplicación de páginas de empresas vinculadas a Internet a través del “.com”.

¿Sabías qué...?
Las telecomunicaciones se desarrollaron en la primera mitad del siglo XIX con el telégrafo eléctrico.

Al alcance de la mano

A pesar de que la invención de un modelo de teléfono celular ocurrió en 1947, recién fue un modelo portátil en el año 1983. Está tecnología se basa en la combinación de una red de estaciones transmisoras-receptoras de radio y centrales telefónicas de conmutación que posibilitan la comunicación entre terminales telefónicas móviles o entre ellas y teléfonos de la red tradicional. Si bien su principal función es la comunicación de voz como el teléfono tradicional, sus funcionalidades se han expandido drásticamente a comienzos del siglo XXI con la incorporación de cámara de fotos, reproducción multimedia o sistema operativo para dispositivos móvil. El potencial de esta herramienta móvil como medio de transmisión impactó en la sociedad, llevando a que la captura “del momento” sea parte de la vida social del individuo a través del uso de estas aplicaciones. La generación de información y datos susceptibles de ser utilizados en los medios aumento drásticamente, dando lugar a individuos conectados que “suben” constantemente información a Internet a través de distintos canales, sin necesidad de estar conectados a un ordenador fijo.

Ciclo de Krebs: respiración celular

Después de la glucólisis, sigue otro mecanismo de la respiración celular que consta de múltiples etapas: el ciclo de Krebs, también conocido como el ciclo del ácido cítrico o el ciclo de ácido tricarboxílico.

¿Qué es el ciclo de Krebs?

Ciclo de ácido tricarboxílico, también conocido como ciclo de Krebs o ciclo de ácido cítrico, es la segunda etapa del proceso de respiración celular, mecanismo mediante el cual las células vivas descomponen moléculas de combustible orgánico en presencia de oxígeno para recoger la energía que necesitan para crecer y dividirse.

 

Se lleva a cabo en las mitocondrias, específicamente en la matriz, a excepción de las bacterias.

El ciclo de Krebs desempeña un papel central en la descomposición o catabolismo de moléculas de combustible orgánico, es decir, la glucosa, los ácidos grasos y algunos aminoácidos. Antes de que estas moléculas puedan entrar en el ciclo, deben ser degradadas en un compuesto de dos carbonos llamado acetil coenzima A (acetil CoA).

El ciclo de Krebs se produce en la mayoría de los organismos, tanto animales como vegetales.

¿Qué es el acetil CoA?

Es una molécula sintetizada a partir del piruvato e imprescindible para la síntesis de sustancias como ácidos grasos, colesterol y acetilcolina. Está formado por un grupo acetil unido a la coenzima A, el cual finalmente es degradado en CO2 H2O a través del ciclo de Krebs, la síntesis de ácidos grados o la fosforilación oxidativa.

El acetil CoA, es una molécula sumamente energética.

Etapas del ciclo de Krebs

El ciclo de Krebs consiste en ocho etapas catalizadas por ocho enzimas diferentes. Se inicia cuando el acetil CoA reacciona con un compuesto denominado oxaloacetato para formar citrato y liberar coenzima A (CoA-SH).

¿Sabías qué...?
El ciclo de Krebs en total forma 1 molécula de GTP, NADH y FADH2, las cuales en su paso por la cadena transportadora de electrones, realizada en la mitocondria, serán transformadas por ATP sumamente energética. 

Luego, el citrato se reordena para formar isocitrato; el cual posteriormente pierde una molécula de dióxido de carbono y sufre oxidación para formar alfa-cetoglutarato; seguidamente este pierde una molécula de dióxido de carbono y se oxida para formar succinil CoA; el succinil-CoA se convierte en succinato y se oxida a fumarato, el cual se hidrata para producir malato, finalmente el malato se oxida a oxaloacetato.

Reacciones del ciclo de Krebs.

Reacción 1: citrato sintasa

La primera reacción del ciclo de Krebs es catalizada por la enzima citrato sintasa, durante esta etapa, el oxaloacetato, un intermediario metabólico, se une con el acetil-CoA para formar ácido cítrico. Una vez unidas las dos moléculas, una de agua ataca al acetilo para provocar la liberación de la coenzima A.

Reacción 2: acontinasa

La siguiente reacción del ciclo del ácido cítrico es catalizada por la enzima acontinasa. En esta reacción, una molécula de agua se retira del ácido cítrico y se coloca en otra ubicación. El efecto de esta conversión es que el grupo -OH se mueve de la posición 3′ a la posición 4′ sobre la molécula, esto trae como consecuencia la transformación de citrato a isocitrato.

Reacción 3: Isocitrato deshidrogenasa

En esta etapa ocurren dos eventos dependientes de la enzima isocitrato deshidrogenasa, localizada en la mitocondria. En la primera fase dicha enzima cataliza la oxidación del isocitrato, el cual se transforma en oxalsuccinato (un intermediario), lo que libera una molécula de NADH formada a partir de NAD.

Seguidamente, se produce la descarboxilación (liberación del CO2) del oxalsuccinato, lo que conlleva a la formación de alfa-cetoglutarato, una molécula compuesta por dos grupos carboxilos en los extremos y una cetona en posición alfa a uno de los carboxilos.

Reacción 4: alfa-cetoglutarato deshidrogenasa

Durante esta reacción se produce otra descarboxilación, el alfa-cetoglutarato es quien pierde la molécula de dióxido de carbono y en su lugar se añade la coenzima A. Esta descarboxilación se produce con la ayuda de NAD, quien es transformado durante el proceso en NADH.

La enzima catalizadora de esta reacción es la alfa-cetoglutarato deshidrogenasa u oxoglutarato deshidrogenasa, como resultado de esta etapa se forma la molécula succinil CoA.

Reacción 5: succinil CoA sintetasa

La enzima succinil-CoA sintetasa es la protagonista de esta reacción y se encarga de catalizar la síntesis de trifosfato de guanosina o GTP. El GTP es una molécula muy similar en estructura y propiedades energéticas al ATP, por lo que puede ser utilizado por las células de la misma manera.

El GTP es formado por la adición de un grupo fosfato libre a una molécula de GDP. En esta reacción, el grupo fosfato libre ataca primero a la molécula de succinil-CoA lo que provoca la liberación de la coenzima A. Después de que el fosfato se une a la molécula, se transfiere al GDP para formar GTP, el producto final es una molécula denominada succinato.

Reacción 6: succinato deshidrogenasa

La enzima succinato deshidrogenasa cataliza la eliminación de dos hidrógenos del succinato en la sexta reacción del ciclo del ácido cítrico. En esta etapa, una molécula de FAD, se reduce a FADH2 debido a que recibe los hidrógenos provenientes del succinato, de esta reacción se genera el fumarato.

Reacción 7: fumarasa

Esta reacción se produce gracias a la catálisis de la enzima fumarasa, la cual genera la adición de una molécula de agua en forma de OH al fumarato para dar lugar a la molécula L-malato.

Reacción 8: malato deshidrogenasa

Es la reacción final del ciclo, en ella es regenerado el oxaloacetato mediante la oxidación del L-malato, se utiliza otra molécula de NAD como aceptor de hidrógeno y se forma un NADH.

Energía en los alimentos

La mayor parte de nuestra energía la obtenemos de nuestros alimentos, los cuales por varias reacciones metabólicas nos permiten obtener moléculas energéticas como el ATP, FADH2 y el NADH, por ejemplo, el ciclo de Krebs logra aprovechar el 62 % de la energía contenida en la glucosa.

 

Células madre

El cuerpo humano tiene más de 200 tipos de células y las células madre se destacan. Las habilidades regenerativas únicas de estas células permiten que sean usadas en diversos tratamientos y se estudia la posibilidad de emplearlas en la cura de enfermedades degenerativas.

Cada tipo de célula tiene su propio tamaño y estructura apropiada para su trabajo. Las células de la piel, por ejemplo, son pequeñas y compactas, mientras que las células nerviosas que permiten mover los dedos de los pies tienen fibras nerviosas largas y ramificadas llamadas axones, que conducen impulsos eléctricos.

Las células con funcionalidad similar forman los tejidos y los tejidos se organizan para formar órganos.

Cada célula tiene una función particular dentro del tejido en el que se encuentra, y todas las células trabajan juntas para asegurarse de que cada tejido y órgano funcionen correctamente.

¿Qué son las células madre?

Son células que tienen el potencial de convertirse en otro tipo de célula del cuerpo.

Las células madre tienen el notable potencial de desarrollar tipos diferentes de células en el cuerpo durante la vida temprana y el crecimiento. Además, en muchos tejidos sirven como una especie de sistema de reparación interno que se divide sin límite para reponer otras células mientras el ser viva.

¿Sabías qué...?
Las células madre cambian a medida que envejecemos, por ejemplo, las de nuestra piel a la edad de 20 años no serán exactamente las mismas que a los 80 años.

Comúnmente provienen de dos fuentes principales:

  • Los embriones formados durante la fase de blastocisto del desarrollo embrionario, también llamadas células madre embrionarias.
  • Tejido adulto, conocidas como células madre adultas.

Cuando una célula madre se divide, cada nueva célula tiene el potencial de permanecer como una célula madre o convertirse en otro tipo con una función más especializada, como por ejemplo, un glóbulo rojo, una célula muscular o una cerebral.

 

En los seres humanos hay muchos tipos de células madre que vienen de diferentes lugares del cuerpo o se forman en diferentes momentos de nuestras vidas.

Tipos de células madre según su fuente

Células madre embrionarias

Se derivan de un embrión humano de cuatro o cinco días de edad que se encuentra en la fase de desarrollo del blastocisto; este presenta una masa celular interna y una masa celular externa, la externa se convierte en parte de la placenta y la interna es el grupo de células que se diferenciarán para convertirse en todas las estructuras de un organismo adulto.

Las células madre embrionarias son pluripotentes, lo que significa que pueden dar lugar a cualquier tipo de células en el cuerpo completamente formado, menos la placenta y el cordón umbilical. Estas células son increíblemente valiosas, ya que proporcionan un recurso para estudiar el desarrollo normal, las enfermedades, la prueba de drogas y otras terapias.

Un avance inesperado

Uno de los avances imprevistos de la década pasada fue el descubrimiento de células madre pluripotentes inducidas (iPS). Se trata de células madre adultas que han sido tratadas o inducidas para regresar a un estado embrionario o pluripotente. Mediante esta creación existe mayor posibilidad de tratar con éxito enfermedades degenerativas.

Las células madre embrionarias humanas se han derivado principalmente de blastocistos creados por fertilización in vitro (FIV).

Células madre adultas

Las células madre específicas de tejidos, también denominadas células madre adultas o somáticas, son más especializadas que las embrionarias. Típicamente, estas pueden generar diferentes tipos de células para el tejido u órgano específico en el que viven.

Estas células madre se han encontrado en tejidos como el cerebro, la médula ósea, la sangre, los vasos sanguíneos, los músculos esqueléticos, la piel y el hígado.

Estas células permanecen en un estado de reposo o de no división durante años hasta que se activan por enfermedad o lesión en los tejidos y pueden dividirse o autorenovarse indefinidamente, lo que les permite generar un rango de tipos de células del órgano de origen o incluso regenerar todo el órgano original.

En general se piensa que tienen limitada su capacidad de diferenciarse en función de su tejido de origen, pero hay algunas pruebas que sugieren que pueden diferenciarse para convertirse en otros tipos de células.

Tipos de las células madre según su potencial

Las células madre se clasifican por su potencial para diferenciarse en otros tipos de células. La clasificación completa incluye:

  • Totipotentes: poseen la capacidad de diferenciarse en todos los posibles tipos de células.
  • Pluripotentes: tienen la capacidad de diferenciarse en casi todos los tipos de células.
  • Multipotentes: adquieren la capacidad de diferenciarse en una familia de células estrechamente relacionada.
  • Oligopotentes: capaces de diferenciarse en algunas células.
  • Unipotentes: tienen la capacidad de producir solo células de su propio tipo, pero tienen la propiedad de autorenovación necesaria para ser etiquetadas como una célula madre.

Un ejemplo de célula madre totipotente lo constituye el cigoto, es decir, la estructura que se forma cuando un espermatozoide fecunda el óvulo.

Regeneración de órganos y tejidos

La regeneración del tejido es probablemente la aplicación más importante de la investigación con células madre. Actualmente, los órganos deben ser donados y trasplantados, pero la demanda de órganos excede con creces la oferta. Las células madre podrían ser utilizadas potencialmente para cultivar un tipo particular de tejido u órgano.

Las células madre que se encuentran justo debajo de la piel se han utilizado para diseñar nuevos tejidos que pueden ser injertados en las víctimas de quemaduras.