Ciclo Celular

La división celular permite obtener dos células hijas idénticas a su progenitor a partir de una sola célula. La célula madre duplica su material hereditario y divide en dos su citoplasma. El ciclo celular es el conjunto de cambios que sufre una célula desde que se ha formado hasta que se divide para formar dos células hijas. Se divide en dos fases:

• Interfase: La célula crece y sintetiza diversas sustancias.
• Fase M: Ocurren la mitosis y la citocinesis.

Interfase

Periodo de gran actividad metabólica. La célula aumenta de tamaño y duplica su material genético. Se divide en tres periodos:

• Fase G1: Se sintetizan las proteínas necesarias para el crecimiento celular. Comienza al terminar la fase M y dura hasta la replicación del ADN. Las células que no entran en mitosis permanecen en una fase G1 permanente llamada G0. Esto ocurre en células muy diferenciadas.
• Fase S: Se produce la replicación del ADN y se sintetizan las histonas.
• Fase G2: De corta duración. Se transcriben y traducen genes que codifican proteínas. Se duplican los centriolos.

Replicación del ADN

La doble hélice de ADN se abre y las dos cadenas de nucleótidos se separan. A partir de cada cadena, se forma una complementaria. En procariotas, la replicación tiene dos etapas: iniciación y elongación.

Iniciación

• Desenrollamiento y apertura de la doble hélice en el punto de iniciación (OriC).
• Proteínas específicas reconocen el OriC.
• Las helicasas rompen los enlaces de hidrógeno entre bases nitrogenadas.
• Las proteínas SSB impiden que las hebras molde se vuelvan a enrollar.
• Se forma una burbuja de replicación bidireccional.

Elongación

• Se sintetiza una nueva hebra de ADN mediante las ADN polimerasas.
• Las ADN polimerasas tienen dos funciones:
  • Actividad polimerasa: Unen nucleótidos.
  • Actividad exonucleasa: Eliminan nucleótidos mal apareados.
• Se necesita un cebador de ARN para iniciar la síntesis.
• La ADN ligasa une los fragmentos resultantes.

Mecanismo de Elongación en Procariontes

El ADN polimerasa sólo puede unir nucleótidos en un sentido. El cebador es sintetizado por una ARN polimerasa llamada primasa. Una vez comenzada la síntesis, la propia cadena de ADN actúa como cebador.

Corrección de Errores

La ADN polimerasa actúa como exonucleasa, eliminando nucleótidos mal apareados y rellenando el hueco con nuevos nucleótidos. La ADN ligasa une los fragmentos.

Replicación en Eucariontes

En eucariontes, la replicación se inicia en varios puntos (replicones) de cada cromosoma. Hay cinco tipos de ADN polimerasas. El ADN se asocia a histonas formando nucleosomas. El telómero se acorta con cada división celular, asociándose al envejecimiento y muerte celular (necrosis o apoptosis).

Reproducción

Reproducción Asexual

Un solo organismo produce copias idénticas de sí mismo. Común en seres unicelulares. La mitosis no genera variabilidad genética.

Reproducción Sexual

Mezcla de caracteres de los progenitores mediante meiosis y fecundación. Se fusionan los gametos formando el cigoto. La variabilidad genética se debe a la recombinación genética en la meiosis, la distribución al azar de cromosomas y las diferencias entre genes.

División Celular: Mitosis y Citocinesis

Tras la replicación del ADN, se da la división celular o fase M, que consta de mitosis y citocinesis.

Mitosis (Cariocinesis)

Reparte equitativamente el material hereditario duplicado entre las dos células hijas. Fases:

• Profase: Condensación de la cromatina en cromosomas. Los centríolos se separan y forman el huso acromático. Desaparecen la membrana nuclear y el nucléolo.
• Metafase: Los cromosomas se alinean en la placa ecuatorial.
• Anafase: Las cromátidas hermanas se separan hacia polos opuestos.
• Telofase: Reaparecen los nucleolos y la membrana nuclear. Los cromosomas se descondensan.

Citocinesis

División del citoplasma y reparto de orgánulos. En células animales, un anillo contráctil divide la célula. En células vegetales, se forma un fragmoplasto.

Tipos Especiales de División Celular

• Gemación: Reparto asimétrico del citoplasma. La célula hija surge como una yema.
• Esporulación: Varias mitosis sucesivas sin citocinesis. Las células hijas (esporas) se liberan al romperse la célula madre.

Meiosis

División celular que produce células haploides (gametos). A partir de una célula diploide se obtienen cuatro células haploides. Hay recombinación genética. Consta de dos divisiones: meiosis I y meiosis II.

Meiosis I

Se aparean los cromosomas homólogos e intercambian material hereditario. Fases:

• Profase I:
  • Leptoteno: Los cromosomas se condensan.
  • Cigoteno: Los cromosomas homólogos se aparean (sinapsis).
  • Paquiteno: Sobrecruzamiento y recombinación genética.
  • Diploteno: Los cromosomas homólogos se separan, unidos por los quiasmas.
  • Diacinesis: Condensación máxima de los cromosomas.
• Metafase I: Las tétradas se alinean en la placa ecuatorial.
• Anafase I: Los cromosomas homólogos se separan.
• Telofase I: Reaparecen la membrana nuclear y el nucléolo.

Meiosis II

Similar a la mitosis. Resulta en cuatro células hijas haploides genéticamente distintas.

Membranas Biológicas

Funciones

• Transporte de moléculas.
• Barrera semipermeable.
• Intercambio de sustancias.
• Reconocimiento de información.
• Adhesividad celular.

Receptores de Membrana

Permiten a las células responder a estímulos externos.

Transporte de Moléculas

Transporte Pasivo

A favor de gradiente, sin consumo de energía. Mecanismos:

• Difusión simple: Sustancias atraviesan la membrana por proteínas de canal.
• Difusión facilitada: Moléculas polares transportadas por proteínas transportadoras.

Transporte Activo

En contra de gradiente, con consumo de energía. Realizado por bombas, como la bomba de sodio-potasio.

Transporte de Moléculas de Elevada Masa Molecular

• Endocitosis: La célula capta partículas mediante invaginación de la membrana.
• Exocitosis: Moléculas en vesículas son liberadas al exterior.
• Transcitosis: Sustancias atraviesan el citoplasma mediante endocitosis y exocitosis.

Mitocondrias

Organelos que realizan la mayoría de las oxidaciones celulares y producen ATP. Funciones:

• Ciclo de Krebs (matriz mitocondrial).
• Cadena respiratoria (membrana interna).
• Fosforilación oxidativa (partículas F).
• β-oxidación de ácidos grasos (matriz mitocondrial).
• Concentración de sustancias.

Plastos

Organelos exclusivos de células vegetales. Tipos:

• Leucoplastos: Almacenan sustancias.
• Cromoplastos: Contienen pigmentos (cloroplastos, rodoplastos).

Cloroplastos

Realizan la fotosíntesis. Contienen tilacoides (sáculos aplanados) y estroma (espacio interior). La fotosíntesis se divide en fase lumínica (en los tilacoides) y fase oscura o ciclo de Calvin (en el estroma).

Enzimas

Proteínas que catalizan reacciones bioquímicas. Clasificación:

• Hidrolasas
• Liasas
• Transferasas
• Isomerasas
• Oxidorreductasas
• Sintetasas o ligasas

Metabolismo

Conjunto de transformaciones químicas en un ser vivo. Tipos:

• Catabolismo: Degradación oxidativa de moléculas, produce energía.
• Anabolismo: Síntesis de moléculas, requiere energía.

Componentes del metabolismo:

• Metabolitos
• Nucleótidos
• Moléculas con enlaces ricos en energía
• Moléculas externas

Catabolismo

Degradación oxidativa de moléculas orgánicas para obtener energía. Puede ser aerobio (aceptor de electrones es el O2) o anaerobio.

Glucólisis

Degradación de la glucosa en dos moléculas de ácido pirúvico. Ocurre en el citosol sin oxígeno.

Oxidación del Ácido Pirúvico

El ácido pirúvico pasa a la matriz mitocondrial y se oxida, produciendo acetil-CoA, que entra al ciclo de Krebs.

Ciclo de Krebs

Cadena cíclica de reacciones que produce GTP, NADH y FADH2.

Cadena Respiratoria

Los electrones del NADH y FADH2 pasan por una cadena de aceptores hasta llegar al oxígeno, formando agua.

Fosforilación Oxidativa

La energía liberada en la cadena respiratoria se usa para sintetizar ATP.

Balance Energético de la Respiración Celular

La oxidación completa de una molécula de glucosa produce 36 ATP.

Fotosíntesis

Fase Lumínica

• El agua se rompe, liberando O2.
• La clorofila cede electrones, que son repuestos por el agua.
• Los electrones pasan por una cadena redox hasta el NADP+.
• Se genera un gradiente electroquímico de protones.
• Los protones fluyen a través de ATP sintetasas, produciendo ATP (fotofosforilación).

Fase Oscura (Ciclo de Calvin)

Se asimila CO2 atmosférico y se sintetiza gliceraldehído, utilizando la energía del ATP y NADPH de la fase lumínica.