CAPÍTULO 6 / REVISIÓN

Los seres vivos y la célula | ¿qué aprendimos?

TEORÍA CELULAR Y CARACTERÍSTICAS DE LOS SERES VIVOS

Se consideran seres vivos todos aquellos organismos que están hechos de células, que son las unidades de la vida. Existen dos tipos de células: las procariotas y las eucariotas. La teoría celular describe las células y cómo funcionan. Es considerada uno de los principios básicos de la biología, el crédito de la misma se lo llevan los grandes científicos Theodor Schwann, Matthias Schleiden y Rudolph Virchow, aunque ningún avance se hubiera logrado si no fuera por los trabajos de Robert Hooke. Todas las funciones de los seres vivos dependen de las células: el movimiento, la reproducción, el crecimiento, la sensibilidad, la respiración, la excreción y la nutrición.

Robert Hooke acuño el término “célula” al examinar la estructura porosa del corcho y observar pequeñas celdillas.

LA CÉLULA: UNIDAD ESTRUCTURAL Y FUNCIONAL

La célula puede definirse como la unidad fundamental de los organismos vivos capaz de reproducirse independientemente. Cada célula está contenida dentro de una membrana puntuada con puertas, canales y bombas especiales. Estos dispositivos permiten la entrada o la salida de moléculas seleccionadas mediante dos mecanismos principales: transporte pasivo y transporte activo. Protegido por la membrana se encuentra el citosol, el cual a su vez está compuesto por el citoesqueleto, una red de estructuras proteicas filamentosas. Finalmente, uno de los organelos más importantes de la célula, y el que se encarga de que se cumplan las funciones vitales y de resguardar el ADN, es el núcleo, presente únicamente en las células eucariotas.

En el núcleo de cada célula, la molécula de ADN se empaqueta en estructuras parecidas a hilos llamadas cromosomas.

CÉLULA ANIMAL VS CÉLULA VEGETAL

De los dos tipos de célula que existen, la más desarrollada es la eucariota. Las células eucariotas se pueden clasificar en dos tipos: la célula vegetal y la célula animal. Ambos tipos de célula comparten organelos como la membrana plasmática, el núcleo, el citoplasma, el retículo endoplasmático, el aparato de Golgi, las mitocondrias y las vacuolas. Por otro lado, se diferencian en organelos como los lisosomas, la pared celular, los cloroplastos y los centriolos. La teoría endosimbiótica propone que los cloroplastos fueron una vez células procariotas que vivían dentro de células huéspedes y que quedaron atrapadas dentro de ellas. Por un lado, recibían protección y, por otro lado, ellos proporcionaban nutrientes, y así, con el paso del tiempo, se formaron las células eucariotas.

Una de las diferencias entre la célula animal y la vegetal es que esta última posee una pared celular que le da soporte.

NUTRICIÓN Y RESPIRACIÓN CELULAR

Se conoce como respiración al conjunto de reacciones bioquímicas mediante las cuales la energía es liberada a partir de sustancias alimenticias, como por ejemplo, la glucosa. La respiración celular se lleva a cabo a través de 3 procesos: glucólisis, mediante el cual es extraída la energía de la glucosa; ciclo de Krebs, 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; y finalmente la cadena transportadora de electrones, la ruta final de la respiración aerobia y la única parte del metabolismo de la glucosa donde se utiliza el oxígeno atmosférico.

El adenosín trifosfato o ATP es una molécula transportadora energía y se encuentra en las células de todos los seres vivos.

FUNCIONES CELULARES DE REPRODUCCIÓN Y RELACIÓN

El mecanismo de reproducción celular más difundido es la mitosis. Es un proceso de división celular mediante el cual una célula se divide y da origen a dos células hijas genéticamente idénticas a ella. Se compone por las siguientes fases: profase, metafase, anafase y telofase. Por otro lado, la 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. Se compone de las siguientes fases: meiosis I y meiosis II, cada una con profase, metafase, anafase y telofase. Además de los procesos de mitosis y meiosis, para que se separen físicamente las células ocurre la citocinesis.

El ciclo celular es un conjunto ordenado de sucesos que pueden producir crecimiento y división en células hijas.

PRODUCCIÓN CELULAR

Las proteínas están presentes en los seres vivos y son las responsables de construir estructuras biológicas y realizar variadas funciones indispensables para el desarrollo de los organismos. El ADN determina el orden de los aminoácidos en la formación de proteínas. La síntesis de proteínas tiene como finalidad permitir al organismo formar aquellas macromoléculas que se necesitan para llevar a cabo sus funciones. La síntesis de proteínas en las células consta de dos etapas: la transcripción y la traducción. Por un lado, la transcripción es el proceso mediante el cual la información contenida en el ADN es copiada en forma de ARN mensajero (ARNm). En la traducción, el ARNm sale del núcleo y se mueve hacia los ribosomas, donde se produce la síntesis de proteínas.

Los ribosomas son los organelos encargados de fabricar proteínas, pueden encontrarse libres en el citoplasma o unidos al retículo endoplasmático rugoso.

CAPÍTULO 6 / TEMA 4

NUTRICIÓN Y RESPIRACIÓN CELULAR

Las células necesitan energía para poder realizar todas sus funciones vitales. La mejor manera de obtenerla es mediante la respiración celular llevada a cabo en las mitocondrias, que tiene como resultado la producción de adenosín trifosfato o ATP. Se conoce como respiración al conjunto de reacciones bioquímicas mediante las cuales la energía es liberada a partir de sustancias alimenticias, como por ejemplo la glucosa obtenida principalmente de los nutrientes.

¿CÓMO OBTIENE ENERGÍA LA CÉLULA?

Se necesita energía para realizar trabajos pesados y ejercicios, pero los humanos también utilizamos energía mientras pensamos e incluso mientras dormimos. De hecho, las células vivas de cada organismo utilizan constantemente energía. Los nutrientes y otras moléculas se importan a la célula, se metabolizan (se descomponen) y, posiblemente, se sintetizan en nuevas moléculas, se modifican si es necesario, se transportan alrededor de la célula y posiblemente se distribuyen a todo el organismo.

La mayor parte de las estructuras que componen a los seres vivos pertenecen a tres tipos de moléculas básicas: aminoácidos, azúcares y grasas. Estas moléculas son vitales y el metabolismo se centra en sintetizarlas para la construcción o reparación de células y tejidos, o en degradarlas y utilizarlas como recurso energético.

De los carbohidratos se obtiene la mayor cantidad de energía a través del metabolismo de la glucosa o glucólisis y la respiración celular.

¿Qué es el metabolismo?

Es la circulación continua de materia y energía a través del cuerpo. El metabolismo es una red de procesos que generan energía y le permiten a los seres vivos perpetuarse y autorrepararse.

¿QUÉ ES LA RESPIRACIÓN CELULAR?

Es el el proceso mediante el cual los organismos combinan el oxígeno con las moléculas de los productos alimenticios y desvían la energía química de estas sustancias a actividades que sustentan la vida y los descartan, como productos de desecho, dióxido de carbono y agua.

¿Sabías qué?

Los organismos que no dependen del oxígeno degradan los alimentos en un proceso llamado fermentación.

Glucólisis

Es el conjunto de reacciones químicas en las que la energía es extraída de la glucosa mediante su ruptura en dos moléculas llamadas piruvato. Este mecanismo es parte de la respiración celular y es la primera etapa del metabolismo de los carbohidratos, específicamente del catabolismo, donde las moléculas grandes se transforman en otras más pequeñas. Al romperse la glucosa, se libera energía en forma de dos moléculas de ATP. Finalmente, el producto resultante del piruvato puede ser utilizado en la respiración celular para almacenar aún más energía.

Ciclo de Krebs

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.

El combustible orgánico, ahora piruvato, es degradado a acetil coenzima A o acetil coA para poder entrar al ciclo de Krebs, el cual consta de 8 reacciones: citrato sintasa, acontinasa, isocitrato deshidrogenasa, alfa-cetoglutarato deshidrogenasa, succinil CoA sintetasa, succinato deshidrogenasa, fumarasa y malato deshidrogenasa. De todas estas reacciones se producen 2 moléculas de ATP, 6 de NADH y 2 de FADH2, de estas dos últimas se generarán 18 ATP y 4 ATP respectivamente.

Cadena transportadora de electrones

Es la ruta final de la respiración aerobia y, además, es la única parte del metabolismo de la glucosa donde se utiliza el oxígeno atmosférico. Se lleva a cabo en la membrana interna de la mitocondria y tiene como finalidad crear un gradiente de protones (hidrogeniones H+) que luego puede ser utilizado en la fosforilación oxidativa para producir energía en forma de ATP.

El transporte de electrones es un conjunto de reacciones de óxido-reducción (reacciones de transferencia de electrones) que se asemejan a una especie de carrera de relevos. Allí los electrones son pasados rápidamente de un componente a otro hasta llegar al final de la cadena, donde los electrones reducen el oxígeno molecular y producen agua.

Los electrones transferidos en esta etapa pertenecen a las coenzimas NADH+H y FADH, provenientes de la glucólisis y el ciclo de Krebs, en total son 10 NADH+H y 2 FADH.

La cadena transportadora está formada por 4 complejos transportadores: complejo I o NADH deshidrogenasa, complejo II o succinato deshidrogenasa, complejo III o citocromo bc1 y complejo IV o citocromo oxidasa.

LA FABRICA DE ENERGÍA CELULAR: LA MITOCONDRIA

Las mitocondrias actúan como las centrales eléctricas de la célula. Contienen dos membranas principales. La membrana mitocondrial externa rodea completamente la membrana interna, con un pequeño espacio intermembrana en medio. La membrana externa tiene poros basados en proteínas y suficientemente grandes para permitir el paso de algunos iones y moléculas.

Tanto el ciclo de Krebs como la cadena transportadora de electrones se producen dentro de la mitocondria.

En contraste, la membrana interna tiene una permeabilidad mucho más restringida. Al igual que la membrana plasmática de una célula, también está cargada de proteínas involucradas en el transporte de electrones y la síntesis de ATP. Esta membrana rodea la matriz mitocondrial, donde el ciclo de Krebs produce los electrones que viajan de un complejo de proteínas a otro en la membrana interna. El aceptor final de electrones es el oxígeno, y esto en última instancia forma agua. Al mismo tiempo, la cadena de transporte de electrones produce ATP.

¿QUÉ ES EL ATP?

El adenosín trifosfato o ATP es una molécula transportadora de energía y se encuentra en las células de todos los seres vivos. El ATP captura la energía química obtenida de la descomposición de las moléculas de los alimentos y la libera para alimentar otros procesos celulares.

¿Cómo es la estructura del ATP?

El ATP es un nucleótido que consta de tres estructuras principales: la base nitrogenada, la adenina; el azúcar (ribosa) y una cadena de tres grupos fosfato unidos a la ribosa.

La cadena de fosfato del ATP es la fuente de energía real que la célula utiliza. La energía disponible está contenida en los enlaces de los fosfatos y se libera cuando se rompen, lo que ocurre mediante la adición de una molécula de agua (un proceso llamado hidrólisis). Por lo general, solo el fosfato externo se elimina del ATP para producir energía; cuando esto ocurre, el ATP se convierte en difosfato de adenosina (ADP), la forma del nucleótido que tiene solo dos fosfatos.

De ADP a ATP

La mayor parte del ATP en las células es producido por la enzima ATP sintasa, que convierte el ADP y el fosfato en ATP.

RECURSOS PARA DOCENTES

Artículo “Glucólisis: la energía del azúcar”

En este artículo encontrará información acerca de la glucólisis y sus etapas.

VER

Artículo “Respiración: cadena transportadora de electrones”

Este artículo contiene todos los pasos de la cadena transportadora de electrones, parte de la respiración celular.

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Artículo “Ciclo de Krebs: respiración celular”

Este artículo contiene toda la información necesaria acerca del ciclo de Krebs o ciclo del ácido cítrico.

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CAPÍTULO 6 / EJERCICIOS

LOS SERES VIVOS Y LA CÉlULA | EJERCICIOS

TEORÍA CELULAR Y CARACTERÍSTICAS DE LOS SERES VIVOS

1. Describe 5 características que tengan en común todos los seres vivos.

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______________________________________________________________________________________________.

2. Realiza un texto que englobe los postulados de la teoría celular.

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3. Responde las siguientes consignas:

¿Los virus son seres vivos? ¿Por qué?

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¿En qué año se realizaron los primeros estudios sobre los virus? ¿Cómo se llamaban los científicos que participaron en esos estudios?

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¿Qué nombre le dieron los científicos al primer virus encontrado?

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la célula: unidad estructural y funcional

1. Completa las siguientes oraciones:

Las células participan en una gran cantidad de funciones vitales como ______________, respiración, nutrición y ________________.
Los organelos que se heredan únicamente de la madre y son responsable de la respiración celular se llaman __________________.
La _______________________ es la capa externa compuesta por una mezcla de lípidos y proteínas.
El modelo de mosaico fluido describe la estructura de _______________________________.

2. Indica con una V si es verdadero o con una F si es falso. En caso de ser falso, justifica la respuesta.

El modelo del mosaico fluido fue descrito por Isaac Newton en 1972. ( )

______________________________________________________________________________________________________

Unos de los componentes de la membrana plasmática es el colesterol. ( )

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Ósmosis es el mecanismo que permite el paso de pequeñas moléculas hidrofóbicas desde una región de concentración más alta a una de concentración más baja. ( )

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El citoesqueleto es una red de estructuras proteicas filamentosas dentro del citoplasma. ( )

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El núcleo está presente en todas las células. ( )

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Célula animal vs. célula vegetal

1. Coloca las partes de cada tipo de célula e indica cuál es la célula animal y cuál es la célula vegetal, justifica la respuesta.

Ésta es una célula ______________ porque ___________________________________________________________.

2. Explica brevemente con tus propias palabras:

¿Cómo está formada la pared celular vegetal?

_______________________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________.

¿En qué consiste la teoría endosimbiótica?

_______________________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________.

nutrición y respiración celular

1. Realiza un mapa conceptual de cómo obtienen energía las células.

2. Describe brevemente los pasos de la respiración celular que se presentan a continuación e indica lo que sucede con la molécula de ATP.

Glucólisis

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Ciclo de Krebs

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Cadena transportadora de electrones

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funciones celulares de reproducción y relación

1. Explica brevemente la fase de preparación para la división celular o interfase. No olvides describir las etapas de la interfase (G1, S, G2).

______________________________________________________________________________________________________

2. Indica las fases de la mitosis en la siguiente ilustración y escribe una breve explicación de lo que sucede con la célula en esta etapa.

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3. Realiza un diagrama con las diferentes etapas de la meiosis.

producción celular

1. Responde brevemente:

¿De qué se componen las proteínas?

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¿Qué dermina el ADN en la formación de las proteínas?

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¿A partir de cuántos aminoácidos se forman nuevas proteínas?

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¿Cómo se llama el primer proceso de la expresión genética?

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¿Cómo se llaman las 3 polimerasas de ARN que se encuentran en las células eucariotas?

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2. Completa la siguiente tabla indicando lo que ocurre en cada etapa de la transcripción y la traducción.

	Transcripción	Traducción
Iniciación
Elongación
Terminación

3. Realiza un dibujo del ribosoma y explica brevemente su función.

Función: _____________________________________________________________________________________.

Respiración aerobia y respiración anaerobia

Se define como respiración al conjunto de procesos bioquímicos mediante los que se obtiene oxigeno y energía a partir de sustancias alimenticias, como por ejemplo, la glucosa. Existen dos tipos de respiración: la aerobia o aeróbica y la anaerobia o anaeróbica.

	Respiración aerobia	Respiración anaerobia
Definición	Tipo de respiración celular en la que se necesita oxígeno para extraer energía de los alimentos.	Tipo de respiración celular en la cual no es necesario el oxígeno para degradar la glucosa.
¿Dónde se lleva a cabo?	Mitocondria.	Citoplasma.
¿Cómo es el proceso?	Entra oxígeno a través del torrente sanguíneo y se libera CO₂, H₂O y ATP. Todo el proceso engloba las siguientes etapas: glucolisis, descarboxilación oxidativa del piruvato, ciclo de Krebs, cadena transportadora de electrones y fosforilación oxidativa.	Se lleva a cabo el proceso de glucólisis y las reacciones en una cadena transportadora de electrones similar a la de los organismos aerobios.
Aceptor final de electrones	Oxígeno.	Nitrato, sulfato y dióxido de carbono, entre otros.
Fórmula	C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + energía (ATP)	Depende del tipo de aceptor de electrones.
¿Cuántos ATP se forman?	2	36
¿Qué organismos la realizan?	Microorganismos como bacterias y levaduras.	La mayoría de los organismos eucariotas.

Anabolismo y catabolismo

El metabolismo es un proceso bioquímico que permite que un organismo viva, crezca, se reproduzca, sane y se adapte a su entorno. El anabolismo y el catabolismo son dos procesos o fases metabólicas, uno construye moléculas que el cuerpo necesita y el otro transforma las moléculas complejas en moléculas más pequeñas mediante la liberación de energía.

	Anabolismo	Catabolismo
Definición	Los procesos anabólicos usan moléculas simples dentro del organismo para crear compuestos más complejos y especializados.	Los procesos catabólicos descomponen compuestos complejos y moléculas para liberar energía.
Moléculas	Las construye.	Transforma las moléculas más complejas en otras más pequeñas.
Energía	Requiere energía.	Libera energía.
Conversión de la energía	La energía cinética se convierte en energía potencial.	La energía potencial se transforma en energía cinética.
Hormonas	Estrógeno, testosterona, insulina y la hormona del crecimiento.	Adrenalina, cortisol, glucagón y citosinas.
Oxígeno	No utiliza oxígeno.	Utiliza oxígeno.
Importancia	Apoya el crecimiento de nuevas células, el almacenamiento de energía y el mantenimiento de tejidos corporales.	Proporciona energía para el anabolismo, calienta el cuerpo y permite la contracción muscular.
Efecto sobre el ejercicio	Los ejercicios anabólicos generalmente desarrollan masa muscular.	Los ejercicios catabólicos suelen ser buenos para quemar grasas y calorías.
Ejemplos	Asimilación en los animales y fotosíntesis en las plantas.	Respiración celular, digestión y excreción.

Transporte activo y transporte pasivo

El transporte celular es el movimiento a través del cual las sustancias entran o salen de las células. La estructura encargada de regular este transporte es la membrana plasmática y, de acuerdo con el gasto o no de energía, se puede dividir en dos tipos: transporte pasivo y transporte activo.

	Transporte activo	Transporte pasivo
Definición	Proceso de intercambio de sustancias en el que es necesario el uso de energía en forma de adenosin trifosfato (ATP).	Proceso de intercambio de sustancia sin gasto energético.
Gradiente de concentración	En contra.	A favor.
Proteínas involucradas	Bombas y proteínas transportadoras.	Proteínas transportadoras y canales transportadores.
Gasto de ATP	Sí.	No.
Tipos	Primario y secundario.	Difusión simple, difusión facilitada y ósmosis.
Ejemplo	Acción de la bomba sodio potasio.	Transporte de agua a favor de un gradiente de concentración de solutos.

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.

Roger Federer

Roger Federer, gran estrella del tenis mundial de la década de 2000, nació en Binningen, localidad del cantón de Basilea-Campiña (Suiza), el 8 de agosto de 1981.

Se inició en el tenis con apenas tres años y destacó ya en su etapa júnior. Como profesional debutó a los 17 años, en 1998, y al año siguiente conquistó sus primeros torneos, de modo que acabó la temporada en el puesto 64 de la clasificación de la Asociación de Tenistas Profesionales (ATP).

A partir de 2001, una progresión espectacular lo encaramó a las cimas del tenis mundial, hasta alcanzar su cénit deportivo en febrero de 2004, cuando se convirtió en número uno de la ATP. Durante 237 semanas mantuvo su supremacía deportiva, temporalmente arrebatada por el español Rafael Nadal en agosto de 2008. Sin embargo, Federer recuperó el primer puesto mundial en julio de 2009, clasificación que mantenía en septiembre del mismo año, cuando era el único jugador en activo que había ganado los cuatro trofeos del Grand Slam (Roland Garros, Wimbledon, Abierto de Australia y Abierto de Estados Unidos). En total eran 69 los torneos ganados por el suizo (entre ellos, 15 del Grand Slam), triunfos a los que se sumaba la medalla de oro en dobles masculinos de los Juegos Olímpicos de Pekín 2008, obtenida junto con Stanislas Wawrinka.

Numerosos comentaristas y aficionados consideran a Federer como el mejor tenista de todos los tiempos, no solo por la efectividad de su juego, sino también por la elegancia y ductilidad con la que se desenvuelve dentro de la pista, sea cual sea la superficie sobre la que juegue.

Cabe indicar también que se le debe la creación (2003) de la Fundación Roger Federer, que patrocina proyectos de ayuda humanitaria cuyos principales destinatarios son los niños de Sudáfrica, país del que es originaria la madre del tenista. Con ocasión del maremoto que asoló las costas del Sudeste Asiático en 2004, Federer participó activamente en las campañas de ayuda a las víctimas. También ha colaborado en iniciativas contra la propagación del SIDA y desde 2006 ejerce como Embajador de Buena Voluntad de UNICEF.

Membrana plasmática: transporte activo

La membrana celular o membrana plasmática es una delgada capa semipermeable que rodea el citoplasma celular. Su función es proteger la integridad del interior de la célula y regular el paso de las sustancias.

¿Qué es el transporte celular?

Se define como transporte celular al movimiento a través del cual las sustancias entran o salen de las células, este movimiento es regulado por la membrana plasmática. Al ser la membrana una estructura semipermeable, tiene un control sobre todo aquello que puede entrar o salir de las células.

La membrana plasmática es una estructura semipermeable.

La membrana plasmática de cualquier célula contiene una variedad de estructuras que le ayudan a mantener el equilibrio interno de las mismas, estas estructuras participan en alguno de los dos tipos de transporte celular, sean el pasivo o el activo.

El transporte celular es un mecanismo sumamente importante para la célula porque le permite expulsar de su interior todas las sustancias de desecho provenientes del metabolismo o incorporar aquellas que sean necesarias para la nutrición.

¿Cuáles son los tipos de transporte celular?

Son dos los mecanismos principales que le permiten a la célula mover sustancias a través de la membrana plasmática: el transporte pasivo y el transporte activo. La diferencia principal entre ambos procesos radica en el gasto de energía, mientras que en uno es necesario el gasto de moléculas de ATP, en el otro no hacen falta.

En el transporte activo es necesario el gasto de moléculas de ATP.

¿Qué es el transporte activo?

Definimos el transporte activo como aquel 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, este 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.

¿Sabías qué...?

Cuando las moléculas son muy grandes y de alto peso molecular, las células crean vesículas membranosas que les permiten englobar las sustancias nutritivas o de desecho, para incluirlas o eliminarlas, este mecanismo también requiere el uso de energía y se divide en dos: endocitosis y exocitosis.

A través de la membrana y en contra del gradiente de concentración, se pueden mover desde pequeños iones y moléculas, hasta grandes sustancias de desecho que necesitan ser eliminadas. Algunas células son incluso capaces de engullir microorganismos unicelulares enteros.

¿Qué es un gradiente electroquímico?

Un gradiente electroquímico es una diferencia eléctrica entre el medio intracelular y extracelular. Se produce a causa de que las células contienen proteínas, en su mayoría cargadas negativamente e iones que entran y salen, lo que provoca que haya una diferencia de carga entre ambas zonas.

Movimiento a través de un gradiente: tipos de transporte activo

Para mover sustancias en contra de un gradiente electroquímico, la célula debe usar energía en forma de ATP y complejos enzimáticos encargados de realizar dichos procesos, dentro de ellos se encuentran las bombas sodio potasio y las proteínas transportadoras.

El transporte activo mantiene equilibrada las concentraciones de iones y otras sustancias necesarias para la supervivencia de las células.

Transporte activo primario

Bomba Na⁺/K⁺: es un conjunto de proteínas situadas en la membrana que se encargan de transportar iones en contra de un gradiente de concentración. En el interior de las células la concentración de sodio (Na⁺) es baja en comparación con el medio extracelular, y la concentración de potasio (K⁺) es más alta que en el medio extracelular.

Lo que hace la bomba de Na⁺/K⁺ es regular estos iones y permite el intercambio entre el medio extracelular e intracelular, es decir, bombea Na⁺ al medio extracelular y K⁺ al medio intracelular, el número de iones que bombea es tres iones de sodio por cada dos de potasio.

Bomba Ca⁺: es un conjunto de proteínas que se encarga de transportar los iones de Ca₂⁺ hacia el exterior de la célula con el fin de mantener el medio intracelular con una concentración baja.

Transporte activo secundario

Se conoce también como cotransporte, para llevar a cabo el transporte las proteínas utilizan la energía proveniente del potencial electroquímico creado por las bombas de iones con el fin de intercambiar una molécula de un lado a otro, es decir, una molécula entra y arrastra consigo una molécula hacia afuera. Los cotransportadores son:

Antiporte: es una proteína de membrana integral que se encarga de mover un ión o molécula en una dirección mientras mueve otra en dirección contraria, es decir una hacia fuera y otra hacia adentro de la célula. El anti en antiporte significa “en contra”.
Transporte activo de tipo antiporte.

Simporte: es una proteína de membrana integral que mueve dos iones en la misma dirección. Sim de simporte significa “lo mismo”, es decir, dos sustancias que se mueven en la misma dirección.

ATPasa

Son un complejo multienzimático que se localiza en la membrana plasmática y que tiene como función principal la formación del ATP. Pueden ser muy diversas y se clasifican según su función, sea catabólica, anabólica o de ósmosis, un ejemplo común de estas enzimas es la bomba Na+/ K+.

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 CO₂H₂O 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.

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.