Introducción a la Biología Celular
Metabolismo Celular
Glucólisis
La glucólisis es un proceso anaeróbico que ocurre en el citoplasma de células procariotas y eucariotas. Su balance total es:
glucosa + 2 ADP + 2 Pi –> 2 piruvatos + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O
Significado biológico: La glucólisis sirve para obtener energía (2 ATP), poder reductor (2 NADH) y piruvato, que puede ser utilizado en el ciclo de Krebs o la fermentación.
Ciclo de Krebs
El ciclo de Krebs es un proceso aeróbico que ocurre en el hialoplasma celular de procariotas aerobios y en la matriz mitocondrial de eucariotas. Su balance es:
piruvato + GDP + Pi + 4 NAD+ + FAD+ + 2 H2O –> GTP + 3 CO2 + 4 NADH + FADH2
Significado biológico: El ciclo de Krebs sirve para obtener poder reductor y algo de energía, al tiempo que desprende CO2 y recicla CoA y el resto de las moléculas principales.
Cadena Respiratoria y Fosforilación Oxidativa
Función: Regenerar las formas oxidadas de las coenzimas NADH y FADH2 y sintetizar ATP.
Cadena Respiratoria
La cadena respiratoria ocurre en la mitocondria. Se recicla una molécula de NADH y una de FADH2 para que regresen al ciclo de Krebs. También se sacan al espacio intermembrana 6 protones (con NADH y la lanzadera malato-aspartato) o 4 protones (con glicerol-3-fosfato o FADH2). Además, se convierte O2 en H2O.
Fosforilación Oxidativa
El gradiente de protones generado en la cadena respiratoria es muy energético. Estos protones regresan a la matriz mitocondrial a través del complejo V o ATP-sintasa, fosforilando ADP y transformándolo en ATP. 2 protones generan 1 ATP.
Fermentación
La fermentación es un proceso anaeróbico que ocurre en el citoplasma. Existen dos tipos principales:
- Fermentación alcohólica: El piruvato se convierte en etanol (levaduras, bebidas alcohólicas).
- Fermentación láctica: El piruvato se convierte en ácido láctico (bacterias del ácido láctico).
Degradación de Ácidos Grasos
La degradación de ácidos grasos ocurre en el citoplasma y la matriz mitocondrial de células animales, y en los peroxisomas de células vegetales. Por ejemplo, la degradación del ácido palmítico produce 16 CO2 y 127 ATP, aportando una gran cantidad de energía.
Catabolismo de Proteínas
El catabolismo de proteínas ocurre en el citoplasma y la matriz mitocondrial. Se separa el grupo amino por hidrólisis, quedando un esqueleto carbonado que se incorpora al ciclo de Krebs. El grupo amino se redirige al ciclo de la urea.
Transaminación
La transaminación ocurre en el citoplasma y la matriz mitocondrial. Las enzimas transaminasas, que utilizan la vitamina B6 como coenzima, transfieren el grupo alfa-amino de un aminoácido a un alfa-cetoácido.
Fotosíntesis
La fotosíntesis es el proceso mediante el cual los organismos fotoautótrofos captan la luz del Sol y la utilizan como fuente de energía para la síntesis de compuestos orgánicos a partir de compuestos inorgánicos de bajo contenido energético.
Fase Luminosa
La fase luminosa ocurre en las membranas tilacoidales de eucariotas y cianobacterias, y en las membranas plasmáticas del resto de procariotas fotosintéticos. Su balance es:
9 protones + 2 H2O + 2 NADP+ + 3 ADP + 3 Pi –> O2 + 2 NADPH + 3 ATP + 2 H+
Significado: Proporcionar ATP y NADPH para la fase oscura de la fotosíntesis.
Fase Oscura
La fase oscura ocurre en el estroma de los cloroplastos de células eucariotas y en el citoplasma de células procariotas. Su balance es:
6 ribulosa-1,5-bifosfato + 6 CO2 + 12 NADPH + 18 ATP + 12 H+ –> 6 ribulosa-1,5-bifosfato + glucosa + 6 H2O + 12 NADP+ + 18 ADP + 18 Pi
El ciclo de Calvin utiliza la energía y el poder reductor de la fase luminosa para fabricar glucosa. Se regenera la molécula de ribulosa-1,5-bifosfato.
Balance global de la fotosíntesis:
54 protones + 6 CO2 + 6 H2O –> C6H12O6 + 6 O2
Beta-oxidación
La beta-oxidación ocurre en los peroxisomas de células vegetales y en la matriz mitocondrial de células animales. Por ejemplo, la beta-oxidación del ácido palmítico produce 16 CO2 y 127 ATP.
Teoría Celular
La teoría celular fue propuesta por Schleiden y Schwann en 1838-1839 y completada por Virchow en 1858. Sus postulados son:
- Unidad estructural: Todos los seres vivos están formados por células.
- Unidad funcional: Las células son las unidades funcionales de los seres vivos.
- Unidad de reproducción: Las células se originan a partir de otras células preexistentes.
- Unidad genética: Las células contienen el material genético (ADN) que se transmite de generación en generación.
Introducción a la Inmunología
Células del Sistema Inmune
Neutrófilos
Los neutrófilos son los fagocitos más abundantes (50-70% de los leucocitos). Reconocen y atacan a los patógenos en los tejidos infectados.
Monocitos y Macrófagos
Los monocitos maduran como macrófagos. Son menos abundantes que los neutrófilos. Algunos rastrean el cuerpo, mientras que otros residen en los ganglios linfáticos, el bazo, etc., inspeccionando el entorno.
Respuesta Inmune
La respuesta inmune se basa en la capacidad de distinguir lo propio de lo extraño. La incapacidad para distinguir los antígenos propios se denomina autotolerancia y puede dar lugar a enfermedades autoinmunes como la esclerosis múltiple, la diabetes mellitus tipo 1 y el lupus.
Reacciones de Hipersensibilidad
Las reacciones de hipersensibilidad son respuestas inmunes exageradas frente a antígenos intrínsecamente no nocivos. Los síntomas de la alergia incluyen conjuntivitis, urticaria y edema.
Inmunodeficiencias
Las inmunodeficiencias son la incapacidad para desarrollar una respuesta inmune adecuada ante la presencia de antígenos extraños. Pueden ser congénitas (hereditarias) o adquiridas (por malnutrición, tratamiento farmacológico prolongado, etc.). Un ejemplo es el síndrome de DiGeorge.
Trasplantes
Un trasplante consiste en la transferencia de un órgano o tejido de un individuo (donante) a otro (receptor). Existen diferentes tipos de trasplantes:
- Autotrasplante: El órgano o tejido procede de la misma persona.
- Isotrasplante: El órgano o tejido procede de otra persona con la misma constitución genética (gemelo idéntico).
- Alotrasplante: El órgano o tejido procede de otra persona con distinta constitución genética.
- Xenotrasplante: El órgano o tejido procede de un individuo de otra especie.
Los antígenos HLA (antígenos de histocompatibilidad) son responsables de identificar las células como propias. Para evitar el rechazo del trasplante, se utilizan fármacos inmunosupresores.
Antígenos y Anticuerpos
Antígenos
Los antígenos son moléculas localizadas en la superficie de un agente patógeno o sustancias producidas por este que dan lugar a la producción de anticuerpos.
Anticuerpos
Los anticuerpos o inmunoglobulinas son glucoproteínas sintetizadas como respuesta a un antígeno específico. Se encuentran en la sangre, la linfa y las secreciones corporales. Están formados por 4 cadenas polipeptídicas unidas por puentes disulfuro.
Cuando los antígenos reaccionan con los anticuerpos, forman complejos antígeno-anticuerpo. Existen diferentes tipos de reacciones antígeno-anticuerpo:
- Reacción de precipitación: Se forman complejos antígeno-anticuerpo insolubles por la reacción entre antígenos y anticuerpos solubles (precipitinas).
- Reacción de aglutinación: Agregación o agrupación de células como resultado de su interacción con anticuerpos específicos (aglutininas).
- Reacción de neutralización: La unión antígeno-anticuerpo bloquea la actividad del agente patógeno (virus).
- Reacción de opsonización: La unión de los anticuerpos (opsoninas) a la superficie del patógeno favorece la fagocitosis.
Respuesta Humoral
La respuesta humoral, también conocida como inmunidad mediada por anticuerpos, consiste en la síntesis de anticuerpos por los linfocitos B.
- Existe una gran variedad de linfocitos B, cada uno con un anticuerpo diferente en su superficie.
- Cuando un antígeno extraño penetra en el organismo, encuentra un linfocito B con el anticuerpo capaz de reaccionar con él.
- La unión con el antígeno provoca la división y diferenciación de los linfocitos B en dos tipos de células:
- Células plasmáticas: Linfocitos B activos que sintetizan y segregan grandes cantidades de anticuerpos.
- Células de memoria: Permanecen en circulación, sintetizando pequeñas cantidades de anticuerpo, incluso después de la infección. Permiten una respuesta más rápida en caso de una nueva infección con el mismo antígeno.
Respuesta Celular
Los linfocitos T son los principales responsables de la respuesta celular.
- Los linfocitos T maduran en el timo y no sintetizan anticuerpos. Tienen receptores específicos en su superficie que reconocen fragmentos de antígenos expuestos en la superficie de los macrófagos.
- Linfocitos T citotóxicos (TC): Destruyen las células infectadas por virus.
- Linfocitos T colaboradores o auxiliares (TH): Activan a los linfocitos B (respuesta humoral) y provocan la proliferación de los linfocitos T mediante la secreción de interleucinas.
- Linfocitos T supresores (TS): Inhiben la actividad de los TH e indirectamente provocan que cese la producción de anticuerpos.