Metabolismo Celular

Conjunto de reacciones químicas que permiten el intercambio de materia y energía de la célula con el medio.

Catabolismo

Procesos de degradación de moléculas orgánicas complejas a moléculas más simples, con liberación de energía útil (formación de ATP). Incluye:

• Respiración Celular Anaeróbica
• Respiración Celular Aeróbica
• Fermentación

Anabolismo

Procesos de síntesis o formación de moléculas propias complejas a partir de moléculas más simples, con consumo de energía. Ejemplo principal: Fotosíntesis.

Fotosíntesis

Proceso endergónico (requiere energía) donde la energía lumínica se transforma en energía química.

Ecuación general: Luz solar + 6 CO₂ + 6 H₂O + pigmentos fotosintéticos → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

(Se produce un gran incremento en la energía libre del sistema). Las plantas absorben la energía del sol y la transforman en energía química, utilizando como materia prima agua y CO₂.

Fase Luminosa

• Depende directamente de la luz.
• Participan los fotosistemas I y II.
• Se produce O₂ que se libera al medio.
• Se almacena energía química como ATP.
• Se obtienen átomos de hidrógeno que se unen a sustancias aceptoras de hidrógeno (NADPH).

Fase Oscura (Ciclo de Calvin)

• Ocurre en los estromas de los cloroplastos.
• No depende directamente de la luz, pero utiliza los productos de la fase luminosa (ATP y NADPH).
• Se forma glucosa (C₆H₁₂O₆) a partir de CO₂.

Nota: El ácido pícrico actúa como revelador de maltosa (reacción de identificación).

Respiración Celular Aeróbica

Proceso catabólico donde se oxida la glucosa para obtener energía en forma de ATP.

Ecuación general: C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 H₂O + 6 CO₂ + ~38 ATP

Etapas de la Respiración Celular:

1. Glucólisis: Ocurre en el citoplasma. Degradación de la glucosa (6C) en dos moléculas de ácido pirúvico (3C).
2. Ciclo de Krebs (Ciclo del Ácido Cítrico): Ocurre en la matriz mitocondrial. Se degradan los piruvatos (previamente convertidos en Acetil-CoA) y se libera CO₂. Se generan ATP, NADH y FADH₂.
3. Cadena Respiratoria (Fosforilación Oxidativa): Ocurre en la membrana mitocondrial interna. Los electrones transportados por NADH y FADH₂ pasan por una cadena de transportadores. El oxígeno (O₂) es el aceptor final de electrones, uniéndose con hidrógenos para formar H₂O. Se produce la mayor cantidad de ATP.

Nota: La amilasa actúa como catalizador de hidrólisis al digerir glucógeno y almidón.

Fermentación

Proceso catabólico anaeróbico (sin oxígeno) donde la glucosa se degrada parcialmente.

Ejemplo (Fermentación Alcohólica): C₆H₁₂O₆ + 2 ADP + 2 Pi → 2 CH₃CH₂OH (Etanol) + 2 CO₂ + 2 ATP + 2 H₂O

Pigmentos Celulares

Pigmentos Hidrosolubles

Se encuentran en el citoplasma o en la vacuola.

• Antoxantinas o Flavonas: Color amarillo.
• Antocianinas: Cambian de color según el pH:
  • pH ácido: Rojo
  • pH básico: Azul
  • pH neutro: Violeta

Pigmentos No Hidrosolubles (Liposolubles)

Solubles en solventes orgánicos. Ubicados en los plástidos (cloroplastos, cromoplastos).

• Clorofila «a»: Verde oscuro.
• Clorofila «b»: Verde claro.
• Carotenos: Naranja.
• Xantofilas: Amarillo.

Fenómenos Osmóticos en Células

• Plasmólisis: Ocurre en células vegetales (ej. hoja de Elodea) en un medio hipertónico (ej. solución de sacarosa). El agua sale de la célula, la membrana plasmática se separa de la pared celular y los cloroplastos se agrupan en el centro.
• Turgencia: Ocurre en células vegetales en un medio hipotónico (ej. agua destilada). El agua entra en la célula, hinchándola hasta el límite de la pared celular.
• Crenación: Ocurre en células animales (ej. glóbulos rojos) en un medio hipertónico (ej. NaCl al 1,2%). Hay mayor concentración de soluto fuera de la célula, por lo que el agua sale y la célula se arruga.
• Hemólisis: Ocurre en células animales en un medio hipotónico (ej. NaCl al 0,6% o agua destilada). Hay mayor concentración de soluto dentro de la célula, el agua entra y la célula puede estallar.

Técnicas Histológicas Básicas

Fijadores

Sustancias, mezclas o recursos físicos que se utilizan para preservar la estructura del tejido de forma permanente o semipermanente, detener los procesos vitales y de degradación, y eliminar agentes patógenos.

• Químicos: Líquido de Farmer, formalina.
• Físicos: Calor (llama), congelamiento.

Colorantes

Sustancias que se utilizan para resaltar estructuras tisulares mediante tinción diferencial.

• Básicos (Catiónicos, cargados +): Se unen a estructuras ácidas (ej. núcleo). Ejemplos: Azul de metileno, safranina.
• Ácidos (Aniónicos, cargados -): Se unen a estructuras básicas (ej. citoplasma). Ejemplos: Eosina, fucsina ácida, rojo Congo.
• Liposolubles (Neutros): Tiñen sustancias lipídicas. Ejemplo: Sudán.

Pruebas Bioquímicas de Identificación

• Prueba de Lugol: Identifica almidón (presente en fécula de maíz y papa). El yodo del Lugol reacciona con el almidón cambiando a color azul-violeta intenso.
• Prueba de Fehling: Identifica azúcares reductores (ej. glucosa, fructosa presentes en jugo de uva y naranja). En caliente, el Cu⁺² (azul) del reactivo se reduce a Cu⁺, formando un precipitado de óxido cuproso (Cu₂O) de color rojo ladrillo.
• Prueba de Biuret: Identifica proteínas (enlaces peptídicos) (presentes en leche y clara de huevo). En medio alcalino, el Cu⁺² reacciona con los enlaces peptídicos, virando a color violeta-rosáceo.
• Prueba de Sudán: Identifica lípidos (presentes en crema de leche). El colorante Sudán (liposoluble) se disuelve en las grasas, otorgándoles su color característico (rojo o naranja, según el Sudán utilizado).

Nutrición Procariota

Clasificación según la fuente de energía y carbono:

• Fotoautótrofos: Usan la luz como fuente de energía y el CO₂ como fuente de carbono.
• Fotoheterótrofos: Usan la luz como fuente de energía pero deben obtener sus átomos de carbono de compuestos orgánicos de otros organismos.
• Quimioautótrofos: Obtienen energía oxidando sustancias inorgánicas (ej. H₂S, NH₃) y usan parte de esa energía para fijar el CO₂.
• Quimioheterótrofos: Obtienen tanto energía como átomos de carbono a partir de compuestos orgánicos.

División Celular: Mitosis

Proceso de división celular que produce dos células hijas genéticamente idénticas a la célula madre (diploides 2n).

1. Profase: Se condensa la cromatina formando cromosomas visibles (cada uno con dos cromátidas hermanas). Se forman los microtúbulos del huso mitótico. Desaparece el nucléolo.
2. Metafase: La membrana nuclear desaparece (en la mayoría de eucariotas). Los cromosomas alcanzan su grado máximo de condensación y se alinean en el plano ecuatorial de la célula, unidos al huso mitótico por sus centrómeros.
3. Anafase: Se separan las cromátidas hermanas. Cada cromátida (ahora un cromosoma hijo) migra hacia polos opuestos de la célula arrastrada por las fibras del huso.
4. Telofase: Los cromosomas hijos llegan a los polos. Empieza a reaparecer la membrana nuclear alrededor de cada juego de cromosomas. Desaparece el huso mitótico. Los cromosomas se descondensan volviendo a ser cromatina.
5. Citocinesis: División del citoplasma. En células animales ocurre por estrangulación (formación de un anillo contráctil). En células vegetales ocurre por tabicamiento (formación de una placa celular o fragmoplasto).

División Celular: Meiosis

Proceso de división celular que reduce a la mitad el número de cromosomas (de diploide 2n a haploide n) y produce células sexuales o gametos (en animales) o esporas (en plantas y hongos), generando variabilidad genética.

Meiosis I (División Reduccional)

Se separan los cromosomas homólogos.

• Profase I: Fase larga y compleja. La cromatina se condensa. Los cromosomas homólogos se aparean (sinapsis) e intercambian segmentos (entrecruzamiento). Se divide en subfases:
  • Leptoteno: Los cromosomas individuales (ya duplicados, 4c, 2n) comienzan a condensarse en filamentos largos dentro del núcleo.
  • Zigoteno: Los cromosomas homólogos comienzan a acercarse y aparearse punto por punto en toda su longitud (sinapsis). El resultado es una estructura de cuatro cromátidas llamada tétrada o bivalente. Se forma el complejo sinaptonémico.
  • Paquiteno: Se produce el entrecruzamiento (crossing-over), donde las cromátidas homólogas no hermanas intercambian material genético. Es crucial para la variabilidad genética.
  • Diploteno: Los cromosomas homólogos comienzan a separarse, pero permanecen unidos por los puntos donde ocurrió el entrecruzamiento, llamados quiasmas. Los cromosomas continúan condensándose.
  • Diacinesis: Máxima condensación cromosómica. Los quiasmas se desplazan hacia los extremos (terminalización). Se rompe la membrana nuclear y desaparece el nucléolo.
• Metafase I: El huso acromático aparece totalmente desarrollado. Las tétradas se sitúan en el plano ecuatorial. Los centrómeros de cada cromosoma homólogo se unen a fibras del huso de polos opuestos.
• Anafase I: Se separan los cromosomas homólogos (cada uno con sus dos cromátidas), migrando hacia polos opuestos de la célula. No se separan las cromátidas hermanas. Se forma un juego haploide (n) de cromosomas duplicados en cada lado.
• Telofase I: Cada célula hija ahora tiene la mitad del número de cromosomas de la célula madre, pero cada cromosoma consiste en un par de cromátidas. Desaparecen los microtúbulos del huso. Se puede formar o no la membrana nuclear. Ocurre la citocinesis I.
• Intercinesis: Periodo corto entre Meiosis I y Meiosis II. No hay replicación del ADN.

Meiosis II (División Ecuacional)

Similar a una mitosis, se separan las cromátidas hermanas.

• Profase II:
  • Temprana: Empieza a desaparecer la envoltura nuclear (si se formó) y el nucléolo. Se condensan los cromosomas.
  • Tardía: Los cromosomas continúan acortándose y engrosándose. Se forma el huso entre los centriolos (si existen) que se han desplazado hacia los polos.
• Metafase II: Las fibras del huso se unen a los centrómeros de los cromosomas. Éstos se alinean a lo largo del plano ecuatorial de cada célula.
• Anafase II: Las cromátidas hermanas se separan de sus centrómeros, y un juego de cromosomas (ahora cromosomas hijos simples) se desplaza hacia cada polo.
• Telofase II: Hay un miembro de cada par homólogo (como cromosoma simple) en cada polo. Son juegos haploides (n). Se reensamblan las envolturas nucleares, desaparece el huso acromático, los cromosomas se descondensan en cromatina y ocurre la citocinesis II.

Resultado final: Cuatro células hijas haploides (n) genéticamente distintas entre sí y de la célula madre original.