1. Nutrición Celular
Las células necesitan materia y energía para mantener sus estructuras y realizar sus funciones. Esto se consigue mediante la nutrición. Distinguimos dos tipos de nutrición:
1.1 Nutrición Autótrofa
Consiste en la transformación de materia inorgánica (CO2, H2O, NO3–) en materia orgánica sencilla (glucosa, aminoácidos, glicerina…).
1.2 Nutrición Heterótrofa
Las células necesitan tomar materia orgánica ya elaborada.
2. Ingestión Celular
Consiste en la entrada de sustancias al interior celular. Puede ser por permeabilidad celular o por endocitosis.
2.1 Permeabilidad Celular
Las sustancias atraviesan la membrana plasmática de forma pasiva o mediante transporte activo.
2.1.1 Transporte Pasivo o Difusión
Consiste en la difusión de sustancias a favor de gradiente de concentración. Este paso puede ser:
- Paso de sustancias sencillas y apolares: Ej: hormonas esteroideas, O2, CO2…
- A través de canales: Existen proteínas transmembrana con un canal interno que son atravesados por distintas sustancias. Ej: iones K, Na, Cl, Ca…
- Difusión facilitada: Existen proteínas transmembrana que facilitan el transporte cambiando su conformación. Existe especificidad para las moléculas transportadas.
2.1.2 Transporte Activo
Lo realizan determinadas proteínas transmembranosas consumiendo energía que consiguen del ATP. Actúan contra gradiente de concentración. Ej: Bomba sodio-potasio. Por cada molécula de ATP consiguen la energía necesaria para bombear tres sodios (Na+) hacia el exterior y dos potasios (K+) hacia el interior. Así el medio exterior de la célula resulta positivo frente al medio interno. La diferencia de potencial se denomina potencial de membrana. Es importante en la transmisión del impulso nervioso.
2.2 Endocitosis
Es la entrada de moléculas en la célula mediante vesículas membranosas. Las vesículas se forman por invaginaciones de la membrana plasmática. En estas juegan un papel importante las proteínas filamentosas llamadas clatrinas, que forman un retículo alrededor de la vesícula. Cuando la vesícula está formada, estas proteínas se separan y vuelven a la membrana plasmática. Las vesículas formadas pueden unirse a lisosomas primarios formando lisosomas secundarios donde se digieren los compuestos incorporados. Los desechos son expulsados mediante exocitosis. Esta consiste en la unión de las vesículas a la membrana plasmática que se abre liberando su contenido hacia el exterior. Distinguimos dentro de endocitosis:
- Fagocitosis: Cuando se ingieren partículas sólidas.
- Pinocitosis: Cuando se ingieren líquidos.
3. Metabolismo Celular
Conjunto de reacciones químicas que permiten a las células conseguir la materia y energía que necesitan. Las reacciones químicas del metabolismo se denominan vías o rutas metabólicas y las moléculas que intervienen se llaman metabolitos. Estas reacciones están reguladas por enzimas. Distinguimos dos tipos de vías metabólicas:
3.1 Catabolismo
Es la transformación de moléculas complejas en otras más sencillas. En estos procesos se libera energía que se almacena en el ATP. Estas vías metabólicas son convergentes.
3.2 Anabolismo
Las vías metabólicas del anabolismo son divergentes. Es la síntesis de moléculas complejas a partir de otras más sencillas, para lo cual se necesita la energía acumulada en el ATP (Adenosín trifosfato).
3.2.1 El ATP
Se considera que el ATP es un nucleótido que actúa como molécula energética. Almacena y cede energía gracias a sus enlaces éster-fosfóricos. Cada enlace almacena 7.3 Kcal/mol. Por hidrólisis:
ATP + H2O —> ADP + Pi(inorgánico) + energía (7.3 Kcal/mol)
ADP + H2O —> AMP + Pi(inorgánico) + energía (7.3 Kcal/mol)
Existen otras biomoléculas capaces de almacenar energía: Almidón (4 kcal/g), glucógeno (4 Kcal/g), triglicéridos (9 Kcal/g).
4. Catabolismo
Los procesos catabólicos implican la oxidación de una sustancia que pierde electrones y la reducción de otra sustancia que los gana. Distinguimos respiración y fermentación.
- En la respiración la sustancia que se reduce es un compuesto inorgánico. Interviene la cadena de transporte de electrones.
- En la fermentación la sustancia que se reduce es un compuesto orgánico. No interviene la cadena de transporte de electrones.
La respiración puede ser aeróbica cuando el aceptor de electrones es el oxígeno. Se forma agua. También puede ser anaerobia cuando el aceptor de electrones es otra sustancia. Por ejem: Un nitrato. Se da en bacterias por ejemplo.
4.1 Catabolismo de Glúcidos
La glucosa es el monosacárido más abundante. Se degrada en dos fases: Glucólisis y respiración. La glucólisis ocurre en el citosol y la respiración en las mitocondrias.
4.1.1 Glucólisis
La glucosa se divide en dos moléculas de ác. pirúvico (CH3-CO-COOH) y se libera energía que se utiliza para formar 2 ATP. La glucólisis tiene dos etapas:
- Primera etapa: Glucosa + 2 ATP —> 2 Gliceraldehido 3 fosfato. Se consumen 2 ATP. NAD —> NADH + H+
- Segunda etapa: 2 Gliceraldehido 3 fosfato —> 2 Ac. pirúvico. Se liberan 4 ATP. NAD: niacín-adenín-dinucleótido.
4.1.2 Respiración
Ocurre en dos procesos consecutivos e interrelacionados: Ciclo de Krebs y cadena transportadora de electrones.
4.1.2.1 Ciclo de Krebs
Ocurre en la matriz mitocondrial en eucariotas y en el citosol en procariotas. El ac. pirúvico resultante de la glucólisis atraviesa la membrana de la mitocondria por transporte activo. Aquí se produce una reacción gracias a un complejo enzimático. Gracias al sistema piruvato deshidrogenasa se cataliza la siguiente reacción:
Ciclo de Krebs: o ciclo de los ácidos tricarboxílicos o ciclo del ácido cítrico. El acetil-CoA (Acetil coenzima A) se une al ácido oxalacético (AOA) y forma el ácido cítrico. Se inician una serie de reacciones que degradan completamente el acetil transformándolo en dos moléculas de CO2. Al final se genera AOA iniciándose nuevamente el ciclo. Los protones liberados son aceptados por coenzimas oxidadas (3 NAD, 1 FAD) que se reducen en (3 NADH + 3H+ y FADH2). También se genera un GTP (= ATP). Aparentemente el ciclo de Krebs genera poca energía pero esto no es así ya que las moléculas reducidas liberan su energía en la cadena respiratoria formando ATPs. NADH —> 3 ATP. FADH2 —> 2 ATP.