Quimiosíntesis

• Se lleva a cabo en el citosol.
• Autótrofos.
• Independiente de la luz.
• Bacterias nitrificantes.
• Reacciones óxido-reducción.

Fases de la Quimiosíntesis

Ocurre casi siempre en la interfase de medio ambiente aeróbico y anaeróbico, es decir, donde se concentran los productos finales de la descomposición anaeróbica y grandes cantidades de oxígeno.

Primera fase

Moléculas inorgánicas (NH⁺⁴, NO^-2, S) se oxidan a (NO^–₂, NO^–₃, SO^-4). Ejemplo: NO₄⁺ + ½ O₂ → NO-₃ + (18 kcal/mol).

Segunda fase

Moléculas inorgánicas simples, a través de reacciones que involucran ATP y NADPH, se transforman en glucosa, aminoácidos, ácidos grasos, glicerinas y nucleótidos.

Fotosíntesis

• Proceso anabólico.
• Proceso metabólico autótrofo mediante el cual algunas bacterias, cianobacterias, algas y plantas convierten la energía radiante del sol en compuestos orgánicos, en los que se almacena la energía a largo plazo.
• Cloroplasto en plantas.
• Citosol en bacterias.

Fases de la Fotosíntesis

Fase oscura

1) La energía producida se usa para sintetizar glucosa (alimento) a partir del H₂O y CO₂ de su entorno.

Fase clara

1) La clorofila absorbe la luz (1 fotón). 2) Fabrica ATP y pierde un electrón. 3) El electrón pasa a la cadena transportadora de electrones y produce NADPH y ATP. 4) La clorofila recupera su electrón mediante la fotosíntesis. 5) Libera O₂ a la atmósfera.

Respiración Celular

Es el proceso mediante el cual las células de un ser vivo producen energía a partir de los nutrientes que se encuentran en los alimentos. Se trata de una reacción química compleja que requiere células. Las células utilizan el oxígeno presente en el aire para oxidar los nutrientes y convertirlos en energía. El dióxido de carbono que se produce como resultado del proceso es expulsado.

Este proceso comienza en la membrana celular y se lleva a cabo en las mitocondrias, que son los orgánulos celulares responsables de la producción de energía.

Fases de la Respiración Celular

• Primera: Glucólisis.
• Segunda: Oxidación del piruvato.
• Tercera: Ciclo de Krebs.
• Cuarta: Cadena de transporte de electrones.

Características de la Respiración Celular

• Inicia en el citoplasma.
• Termina en la mitocondria.
• Catabólico: genera energía.
• Eucariotas: específicamente en animales.
• Mitocondria: genera energía para todo el cuerpo.

Glucólisis

La respiración celular empieza con la glucólisis, en la que se rompe una molécula de glucosa en dos moléculas de piruvato en el citoplasma celular para que pueda seguir dos rutas metabólicas: la vía aerobia, en presencia de oxígeno.

Fases de la Glucólisis

1. Fase de producción de energía: Dos electrones y un ion de hidrógeno se unen al NAD⁺, que es un acarreador de electrones de alta energía. Además, un fósforo inorgánico se une al carbono 1 del G3P y se convierte en 1,3-bifosfoglicerato.
2. Respiración aerobia: Ocurre en la mitocondria, que en las células eucariotas es el orgánulo encargado de la producción de energía, gracias a que su forma y su contenido de enzimas le permiten llevar a cabo esta función.

Fermentación

Es una vía metabólica que produce energía a partir de los alimentos en ausencia de oxígeno. La llevan a cabo bacterias, hongos, algunos protistas y células animales. Es un proceso anaeróbico que ocurre en el citosol de las células.

En la fermentación, el aceptor final de electrones no es el oxígeno, como en el caso de la respiración aerobia, sino un compuesto orgánico que puede ser etanol, ácido láctico, ácido acético o ácido butírico. La degradación de la glucosa no es completa. La energía contenida en el etanol lo hace un valioso combustible.

En el siglo XIX, el microbiólogo francés Louis Pasteur explicó la fermentación alcohólica y la denominó como «la vida sin aire» («la vie sans l’air»).

Tipos de Fermentación

Alcohólica

El piruvato, resultado de la glucólisis, se convierte en etanol y dióxido de carbono. Este gas produce el burbujeo en los productos fermentados, debido a esto se dio el nombre al proceso.

Láctica

Algunas bacterias y células musculares realizan este proceso para obtener energía. Convierte el piruvato en ácido láctico y regenera NAD⁺. Cuando el ácido láctico se acumula en los músculos causa dolor y fatiga. Cuando se incrementa el nivel de oxígeno, regresa al hígado por el torrente sanguíneo, en donde se convierte de nuevo en glucosa.

Autótrofos y Heterótrofos

Heterótrofos

Consumen a otros seres vivos y obtienen energía a partir de la degradación de moléculas orgánicas. Se conocen como heterótrofos y lo logran gracias a la respiración celular, que produce energía a partir de sustancias orgánicas.

Autótrofos

Fabrican su propio alimento y lo pueden hacer mediante la fotosíntesis o por quimiosíntesis. Ejemplos: plantas, algas y bacterias.

ADN y ARN

El estudio del ADN inició en el siglo XIX, cuando en 1869 Friedrich Miescher reportó la existencia de una sustancia rica en fosfato que no contenía azufre en el núcleo de las células de los glóbulos blancos. Debido a eso la llamó nucleína. Se determinó que su naturaleza química no correspondía ni a lípidos ni a proteínas y, posteriormente, por sus características ácidas, se nombró ácido nucleico.

En los años veinte del siglo pasado, Phoebus Levene identificó las partes que integraban a un nucleótido y, como resultado de sus estudios sobre la estructura y las funciones de los ácidos nucleicos, logró establecer las diferencias entre el ADN y el ARN.

En 1952, Martha Chase llegó a la conclusión de que los ácidos nucleicos eran los responsables del manejo de la información genética.

En 1953, con base en la técnica de difracción de rayos X, James Watson y Francis Crick descubrieron la estructura del ADN y, en estudios posteriores, procesos tales como la replicación de este y la síntesis de proteínas.

Duplicación del ADN

Ocurre justo antes de que la célula se vaya a reproducir. De esta forma, tanto la célula progenitora como la célula hija tendrán una copia de la información genética. Esta replicación se lleva a cabo durante la fase S de la interfase en el ciclo celular.

Las helicasas y girasas desenrollan las cadenas de ADN y rompen los puentes de hidrógeno. Unas proteínas llamadas SSB evitan que las cadenas se vuelvan a enrollar y se formen burbujas de replicación. La duplicación del ADN ocurre en diversos sitios de la cadena, no en toda completa.

En el citoplasma se encuentran nucleótidos libres que van a ser unidos a las hebras molde por medio de las enzimas ADN polimerasa, siguiendo las reglas de adenina con timina y guanina con citosina. En una de las cadenas la duplicación es continua y en otra discontinua. En esta última se forman segmentos a los que se les conoce como fragmentos de Okazaki. Estos fragmentos son unidos por medio de las ADN ligasas.

Durante la duplicación ocurren errores que son corregidos por proteínas llamadas replisomas. Al final, ambas cadenas se separan.

Según James Watson y Francis Crick, la duplicación del ADN es semiconservativa, es decir, las moléculas resultantes de la duplicación conservan una hebra original y una recién sintetizada.

Transcripción, Traducción y Síntesis de Proteínas

Transcripción

Se realiza en el núcleo de la célula y consiste en copiar una porción de ADN en una molécula de ARN mensajero (ARNm).

Traducción

Se realiza en el citoplasma de la célula y consiste en usar la información del ARNm para ensamblar aminoácidos y formar proteínas.

Pasos de la Síntesis de Proteínas

1.- La célula selecciona el gen que codifica la proteína que necesita.

2.- En el núcleo, la transcripción copia la porción de ADN que codifica el gen en una molécula de ARNm.

3.- El ARNm sale del núcleo y se dirige a un ribosoma en el citoplasma.

4.- En el ribosoma, el ARNm se une a una estructura que lo lee y el ARN de transferencia (ARNt) lleva aminoácidos al ribosoma.

5.- Los aminoácidos se unen a la cadena de ARNm y forman una cadena de aminoácidos.

6.- Cuando todos los aminoácidos codificados en el ARNm se han unido, la proteína se desprende del ribosoma.

La transcripción se lleva a cabo gracias a la enzima ARN polimerasa II, que está presente en todas las células.

Ejemplo:

ADN: TACCGAATACGCCCATCGACT

ARNm: AUGGCUUAUGCGGGUAGCUGA

Vacunas

Están formadas por agentes patógenos o toxinas que han sido atenuados, que están muertos o que han sido desnaturalizados o desactivados, los cuales pueden desencadenar una respuesta inmunológica sin causar propiamente la enfermedad.

Algunas vacunas pueden prevenir diversas formas de cáncer, como el hepático y el cérvico-uterino. También previenen las epidemias y contribuyen al bienestar social.

Hitos en la Historia de las Vacunas

• 1100 años antes de Cristo: se intentaba proteger a las personas, principalmente de los daños o la mortalidad ocasionada por la viruela.
• Después de la inmunización realizada por Jenner, Louis Pasteur planteó la hipótesis de que cultivos envejecidos de bacterias podrían inmunizar y evitar enfermedades.
• 1981: se aprobó el uso de la vacuna contra la hepatitis B, en la que se involucra la tecnología del ADN recombinante.

Vitaminas

Grupo de sustancias heterogéneas que son necesarias para el funcionamiento celular, el crecimiento y el desarrollo normales.

Existen 13 vitaminas esenciales:

1. A: Crecimiento de células de la piel. Importante para la visión nocturna. En el hueso promueve la formación del colágeno.
2. C: Mantiene los cartílagos y los huesos. Antioxidante. Mejora la absorción del hierro. Encías sanas y curación de heridas.
3. D: Permite la absorción del calcio y fósforo. Promueve el crecimiento de los huesos.
4. E: Antioxidante. Previene el daño celular.
5. K: Coagulación normal de la sangre.
6. B1: Metabolismo de los carbohidratos. Respiración celular.
7. B2: Crecimiento. Importante en el metabolismo de las proteínas y glúcidos. Forma parte de FAD.
8. B3: Forma parte del NAD, molécula portadora de energía. Importante en el metabolismo.
9. B5: Constituyente de la coenzima A, que es importante para la respiración celular.
10. B6: Importante en el metabolismo de los aminoácidos.
11. B7: Síntesis de grasas, formación de glucógeno y metabolismo de los aminoácidos.
12. B9: Importante en el metabolismo de los ácidos nucleicos. Diferenciación celular. Previene defectos del tubo neural.
13. B12: Metabolismo de los ácidos nucleicos. Maduración de los glóbulos rojos. Favorece al sistema nervioso.