Ciclo Celular, Reproducción y Metabolismo Energético

Catabolismo y Obtención de Energía

El catabolismo implica la utilización de moléculas ricas en energía y su sometimiento a sucesivas reacciones de oxidación, transformándolas en moléculas cada vez más sencillas. En la mayoría de las células, la glucosa es la molécula de partida para los procesos catabólicos. Su oxidación se resume en dos etapas:

1. Glucólisis

Ocurre de la misma manera en casi todas las células y tiene lugar en el hialoplasma.

2. Oxidación del Ácido Pirúvico

El ácido pirúvico puede ser oxidado de dos formas:

• En ausencia de oxígeno (Fermentaciones): Es reducido en el citoplasma a moléculas orgánicas más simples. El aceptor final de electrones es una molécula orgánica que se reduce en el producto final: ácido láctico o etanol. El rendimiento energético se reduce a 2 ATP (Glucólisis).
• En presencia de oxígeno (Respiración Celular): Entra en la mitocondria, donde sufre una serie de oxidaciones encadenadas.

Fermentaciones

Procesos anaerobios en los que se oxida parcialmente la glucosa, transformándose en otra molécula orgánica.

Respiración Celular

Es la oxidación completa de una molécula de glucosa, que se transforma, en presencia de O₂, en varias moléculas inorgánicas. Se libera energía para formar 38 moléculas de ATP. Esto se produce en una sucesión de etapas:

1. Glucólisis
2. Formación de acetil-coenzima A
3. Ciclo de Krebs
4. Cadena respiratoria y fosforilación oxidativa

Anabolismo

Conjunto de procesos que conducen a la síntesis de moléculas complejas y requieren energía. El resultado es la formación de:

• Proteínas
• Ácidos nucleicos
• Polisacáridos
• Lípidos

La mayoría de las rutas anabólicas son comunes en las células autótrofas y heterótrofas, a excepción de la fotosíntesis (células fotoautótrofas) y de la quimiosíntesis (células quimioautótrofas).

Fotosíntesis

Se realiza en los cloroplastos, donde se encuentran los pigmentos capaces de captar y absorber la energía luminosa procedente del sol.

Durante la fotosíntesis, la savia bruta, transportada por el xilema hasta las hojas, se transforma en savia elaborada. Esta es una solución formada por azúcares, aminoácidos y otras sustancias ricas en nitrógeno. La materia orgánica sintetizada es la glucosa, en presencia de luz y clorofila.

Dos fases:

1. Fase Fotoquímica o Lumínica

En esta fase se capta la energía de la luz y se transforma en energía química utilizable por la célula, así como poder reductor que serán utilizados en la fase biosintética. Se produce oxígeno como producto de desecho al ser necesario romper moléculas de agua.

La clorofila en realidad son dos paquetes de pigmentos situados en la membrana del tilacoide, denominados Fotosistema I y Fotosistema II.

2. Fase Biosintética u Oscura

Se le denomina fase oscura porque no es necesaria la luz para que tenga lugar. Tiene lugar en el fluido que rellena los cloroplastos: estroma.

El objetivo es transformar la energía del ATP y el poder reductor del NADPH en materia orgánica. Para ello se necesita una fuente de carbono, que la aporta el CO₂, tomado de la atmósfera a través de los estomas.

El proceso metabólico es complejo y se denomina ciclo de Calvin-Benson, y tiene como objetivo la formación de glúcidos, como glucosa o almidón.

Quimiosíntesis

Síntesis de materia orgánica a partir de inorgánica, se realiza utilizando la energía que se desprende de ciertas reacciones químicas exergónicas.

Dos fases:

1. Fase de Obtención de Energía y Poder Reductor

Es equivalente a la fase lumínica de la fotosíntesis, se obtiene ATP y NADH, a partir de la oxidación de compuestos inorgánicos sencillos como el NH₃, que desprenden energía.

2. Fase de Síntesis de Materia Orgánica

Parecida a la fase oscura. En ella se utilizan el ATP y NADH para reducir CO₂ y obtener moléculas orgánicas como la glucosa.

Ciclo Celular

Es la secuencia de etapas que atraviesa una célula entre una división y la siguiente. Dos grandes fases:

1. Interfase

Es el período comprendido entre dos mitosis, en el que la célula crece, pero no se divide. Fases:

• G1: Acaba de dividirse la célula. Síntesis de ARNm y proteínas para el crecimiento celular.
• S: La célula ha alcanzado su tamaño adulto. Duplicación del ADN, para que los cromosomas tengan dos cromátidas.
• G2: Comienza cuando cesa de replicarse el ADN. Se sintetizan las proteínas necesarias para la división celular.
• G0: Las células postmitóticas de organismos pluricelulares pueden salir del ciclo celular y permanecer sin dividirse. Puede durar un tiempo determinado o toda la vida del organismo.

Importancia: es fundamental para que la célula alcance su tamaño definitivo, y pueda dividirse nuevamente. Si no se duplica el material genético, no es posible que se reparta entre las células hijas.

2. Mitosis

Proceso de división de las células somáticas, su objetivo es formar dos células hijas con el mismo número de cromosomas que la célula inicial. La mitosis se produce con la misión de que el individuo aumente de tamaño, o la formación de células en tejidos que no paran de crecer o la reposición de células dañadas.

Fases: es un proceso continuo que dividimos en cuatro fases:

1. Profase

El núcleo aumenta de tamaño, desaparecen los nucléolos y se rompe la envoltura celular. La cromatina se espiraliza para formar cromosomas, los centriolos se separan, y unidos por microtúbulos comienzan a emigrar a polos opuestos de la célula.

2. Metafase

Desaparece totalmente la envoltura nuclear. Los cromosomas están totalmente espiralizados y se sitúan en la zona media de la célula. Se unen a las fibras del huso mitótico por unos discos proteicos del centrómero.

3. Anafase

Las fibras del huso se acortan, lo que provoca la separación de las cromátidas, los cromosomas se parten por la zona del centrómero. Las cromátidas enganchadas a las fibras del huso acromático, son arrastradas a los polos opuestos celulares.

4. Telofase

Las cromátidas han llegado a los polos opuestos y comienzan a desespiralizarse. Desaparecen las fibras del huso acromático. Se reorganiza la envoltura nuclear y los nucléolos.

División del Citoplasma: Citocinesis

Se reparten los orgánulos celulares y se divide el citoplasma.

• Tabicamiento: Formación de un tabique, se da en vegetales.
• Estrangulación: En animales.

Reproducción Asexual

Un único individuo produce descendientes idénticos a sí mismo. A nivel pluricelular:

1. Esporulación: Se forman esporas capaces de germinar y originar nuevos individuos. Típico de plantas, hongos, algas…
2. Escisión o Fragmentación: Es la rotura del organismo progenitor en uno o varios fragmentos, cada uno de los cuales origina un individuo completo. Se da en muchas algas, musgos y animales como pólipos y anélidos.
3. Gemación: El progenitor forma una yema, que es capaz de desarrollar un individuo completo. Pueden separarse o bien permanecer unido y formar una colonia.

Ventaja: no requiere estructuras corporales especializadas, permite aumentar rápidamente el número de individuos de la especie, es utilizada por organismos sin movilidad, con lo cual presentarían dificultades para encontrar organismos del sexo opuesto.

Reproducción Sexual

Se produce por la unión de dos células especializadas: los gametos, que proceden de dos progenitores de sexos diferentes. Tres fases:

1. Formación de los gametos: gametogénesis.
2. Fusión de los gametos: fecundación.
3. Desarrollo del cigoto.

Ventajas: presenta ventajas evolutivas ya que es fuente de variabilidad genética.

Meiosis

Es otro tipo de reproducción celular, pero que solo tiene lugar en las células reproductoras. A partir de una célula reproductora diploide se originan 4 células haploides. Se divide a la mitad el número de cromosomas. Estas serán los gametos que además tendrán la información genética recombinada.

Es necesaria en los seres vivos que tienen reproducción sexual, ya que en ella se fusionan dos gametos de distinto sexo para originar un ser vivo. Si no se redujera el número de cromosomas a la mitad, el ser vivo resultante de la fusión de gametos, tendría el doble de cromosomas que sus padres.

Fases: consta de 2 divisiones sucesivas:

1. Primera División Meiótica

En ella se recombinan los genes y se reduce el número de cromosomas.

Profase I

Durante esta fase se espiralizan los cromosomas, y tiene lugar el intercambio de fragmentos de ADN entre homólogos. Es la etapa más larga. Durante esta fase la envoltura nuclear permanece intacta hasta el final de la diacinesis.

Metafase I

Se forma el huso acromático y los cromosomas por parejas de homólogos se colocan en la placa ecuatorial.

Anafase I

Las fibras del huso tiran de cromosomas enteros, yendo cada cromosoma homólogo a un polo opuesto celular. Este es el momento de la reducción del número de cromosomas a la mitad.

Telofase I

Los cromosomas se agrupan en los polos y se inicia la citocinesis. Las células hijas son haploides. En ocasiones se regenera la envoltura nuclear y los cromosomas se desespiralizan, entrando las células hijas, en un periodo breve de interfase hasta la 2ª división.

2. Segunda División Meiótica

Es como una mitosis pero con la mitad de cromosomas.

Profase II

Desaparece la envoltura nuclear, se duplican los centriolos y se inicia la formación del huso acromático. No hay recombinación genética.

Metafase II

Los cromosomas se disponen en la placa ecuatorial y sus centrómeros se enganchan a los filamentos del huso.

Anafase II

Se contraen los filamentos del huso separando las dos cromátidas, que emigran a polos opuestos.

Telofase II

Las cromátidas han llegado a los polos opuestos, e inician su desespiralización. Se reconstruye la envoltura nuclear, los centrómeros, y se inicia la división del citoplasma: citocinesis.

Se han formado 4 gametos con la información genética barajada y la mitad de los cromosomas.

Ciclos Biológicos

Se originan debido a los diferentes momentos en que puede tener lugar la meiosis.