Procesos Celulares Clave

Endocitosis

El proceso mediante el cual una pequeña parte de la membrana se invagina, y luego se estrangula, para formar una vesícula intracelular, recibe el nombre de endocitosis. Se divide en dos tipos:

• Pinocitosis: Consiste en la ingestión de líquidos y sustancias disueltas mediante la formación de pequeñas vesículas pinocíticas. Para mantener la superficie de la membrana constante, sus componentes son devueltos continuamente a la superficie mediante un ciclo constante de endocitosis y exocitosis. Normalmente, la pinocitosis tiene lugar en regiones especializadas de la membrana, revestidas interiormente de una proteína llamada clatrina. En estas zonas se invaginan pequeñas vesículas revestidas de clatrina ya dentro del citoplasma. La pinocitosis puede tener lugar tanto de forma continua como a través de receptores que responden específicamente a ciertas señales extracelulares. Este último proceso, conocido como endocitosis mediada por receptor, es muy común en células animales y permite la captación selectiva de moléculas específicas.
• Fagocitosis: Consiste en la ingestión de grandes partículas, como microorganismos o restos celulares, en un proceso regulado por receptores específicos. Como resultado de la fagocitosis se forman grandes vesículas llamadas fagosomas. En los organismos pluricelulares, existen células especializadas en la fagocitosis, no como proceso de nutrición, sino como mecanismo de defensa (ej: macrófagos y neutrófilos).

Digestión Celular

Consiste en la degradación de moléculas por enzimas digestivas.

ATP (Adenosín Trifosfato)

Su principal función es servir como intermediario energético (moneda energética en las células) o vehículo en la transferencia de energía celular, como coenzima, regulador enzimático, etc. Su composición química está formada por una base nitrogenada (adenina), una molécula de ribosa y tres moléculas de ácido fosfórico. En la célula vegetal se encuentra en las mitocondrias y en los cloroplastos. Participa en reacciones metabólicas como la fosforilación oxidativa y la fotofosforilación, y en procesos celulares como la respiración celular y la fotosíntesis.

Fosforilación

En los procesos catabólicos y en la fotosíntesis, se recarga la molécula de ADP uniéndose a un grupo fosfato para formar ATP, mediante un proceso conocido como fosforilación. Existen tres tipos:

1. A nivel de sustrato: Ocurre una reacción acoplada entre una molécula que tiene un grupo fosfato y el ADP. El grupo fosfato de la molécula se hidroliza, y la energía que se desprende de la hidrólisis ha de ser suficiente para transferir el grupo fosfato al ADP, que pasa a ATP. Se produce en glucólisis y ciclo de Krebs.
2. Fosforilación oxidativa: Tiene lugar en las mitocondrias y en la membrana plasmática de las células procariotas. A partir de la ATP-sintetasa se forma ATP y los electrones pasan a un aceptor final, que en el caso de la respiración aerobia es el oxígeno, que se reduce a agua.
3. Fotofosforilación: Tiene lugar en los cloroplastos durante la fase luminosa de la fotosíntesis. La energía de la luz incide sobre la clorofila de las membranas de los tilacoides, impulsando el transporte de electrones desde el agua (que se oxida) hasta el NADP (que se reduce). Posteriormente, a través de la ATP-sintetasa, se forma ATP.

Catabolismo de Lípidos

La principal reserva energética de los animales son los triglicéridos, que se acumulan en el citosol formando pequeñas gotitas o en tejidos especializados como el adiposo, en células llamadas adipocitos. La razón por la cual los animales almacenan más grasas que glucógeno es que, en igualdad de peso, las grasas proporcionan mucha más energía. Además, los lípidos son hidrófobos, mientras que el glucógeno es hidrofílico, por lo que los gramos de glucógeno están hidratados y pesan mucho.

Destino del Glicerol y de los Ácidos Grasos

Los triglicéridos, cuando sobre ellos actúa una enzima como las lipasas, se hidrolizan y dan lugar a glicerol y ácidos grasos. Estos pasan al torrente sanguíneo y de ahí, los ácidos grasos pasan a los distintos tejidos para su combustión, y el glicerol puede pasar al hígado y formar glucosa o participar en la glucólisis. Antes de entrar en la matriz mitocondrial, los ácidos grasos se activan uniéndose a una molécula de CoA mediante la acetil-CoA sintetasa, que se encuentra en la membrana externa de la mitocondria. La transformación de ATP en AMP mediante una pirofosfatasa hace irreversible la reacción. A continuación, el ácido graso activado (acil-CoA) atraviesa la membrana mitocondrial y, ya en la matriz, será degradado mediante la β-oxidación.

β-oxidación

Llamada así porque es el carbono β (el tercer carbono del ácido graso) el que se oxida cada vez que se libera un fragmento de dos átomos de carbono en forma de acetil-CoA. Una vez en el citosol, los ácidos grasos se activan previamente para ser metabolizados, formando un enlace éster con el coenzima A, reacción que necesita aporte de energía del ATP. Los acil-CoA así formados deben atravesar las membranas mitocondriales, para lo cual requieren la colaboración de un transportador, la carnitina. Una vez en la matriz mitocondrial, los acil-CoA sufren un ataque sucesivo de cuatro sistemas enzimáticos que, de forma cíclica, van amputando fragmentos de dos átomos de carbono a la cadena del ácido graso y convirtiéndolos en moléculas de acetil-CoA, que continúan su proceso oxidativo en el ciclo de Krebs.

Diferencias entre Fosforilación Cíclica y No Cíclica

• No cíclica: Actúa el fotosistema I y II, se forman dos moléculas de ATP, se libera oxígeno, se produce ATP y poder reductor.
• Cíclica: Actúa el fotosistema I, se forma una molécula de ATP, no se libera oxígeno, no hay consumo de agua y no se genera poder reductor.

Quimiosíntesis

Consiste en la síntesis de ATP a partir de la energía que se desprende en las reacciones de oxidación de determinadas sustancias inorgánicas. Los organismos que realizan estos procesos se llaman quimioautótrofos, todos ellos bacterias. Muchos de los compuestos reducidos que utilizan proceden de la descomposición de la materia orgánica. Estos compuestos, tras su oxidación, se transforman en sustancias minerales como nitratos o sulfatos, que pueden ser absorbidos por las plantas, cerrando los ciclos biogeoquímicos y produciendo biomasa en ciertos ecosistemas.

Fases

1. Se obtiene ATP y coenzima reducido (NADH₂ en lugar de NADPH₂ como en la fotosíntesis).
2. Se emplea el ATP y el NADH₂ para sintetizar compuestos orgánicos a partir de sustancias inorgánicas.

Importancia Biológica de la Fotosíntesis

• Se sintetiza materia orgánica a partir de materia inorgánica, que luego irá pasando de unos seres vivos a otros mediante las cadenas tróficas.
• Transforma energía luminosa en energía química, necesaria y utilizada por todos los seres vivos.
• Se libera oxígeno como subproducto, necesario en la respiración aerobia como oxidante.
• La fotosíntesis causó el cambio en la atmósfera primitiva, de anaerobia y reductora a oxidante.
• Formó la capa de ozono.
• De la fotosíntesis deriva también la energía acumulada en combustibles fósiles (carbón, petróleo, gas).