Metabolismo Celular

El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que se producen en el interior de la célula, transformando unas biomoléculas en otras. Se divide en dos procesos principales:

Catabolismo: Las moléculas grandes se degradan para convertirse en moléculas más simples. El catabolismo es un proceso degradativo, oxidante y exotérmico.

Anabolismo: Las moléculas simples se transforman en moléculas más complejas. Es un proceso constructor, endergónico (consume energía) y reductor.

Métodos de Obtención de Energía de los Seres Vivos

Según la materia:

• Autótrofos: Sintetizan su propio alimento.
• Heterótrofos: Se alimentan de otros seres vivos.

Según la energía:

• Fotótrofos: Obtienen energía de la luz.
• Quimiótrofos: Obtienen energía de moléculas inorgánicas.

Catabolismo: Procesos Clave

Glucólisis: Ruta de varias etapas, anaerobia, que genera poder reductor (NADH) y ATP a nivel de sustrato. Es muy eficiente y se localiza en el citoplasma.

Descarboxilación: Ruta corta, anaerobia, donde se desprende poder reductor (NADH) y CO2. Se localiza en el citoplasma y en la matriz mitocondrial.

Ciclo de Krebs: Ruta cíclica anfibólica, anaerobia, que genera poder reductor (NADH y FADH2), ATP y desprende CO2. Se localiza en la matriz mitocondrial.

Cadena Respiratoria: Proceso aerobio, con enzimas de membrana, donde se transportan electrones y se genera ATP. Se localiza en las crestas mitocondriales internas.

Anabolismo: La Importancia de la Fotosíntesis

La fotosíntesis es un proceso anabólico fundamental que permite:

• La producción de materia orgánica y oxígeno, necesarios para la respiración de los seres vivos y el sustento de los organismos heterótrofos.
• El reciclaje de la materia inorgánica, transformándola de nuevo en orgánica.
• La acumulación de oxígeno en la atmósfera y la formación de la capa de ozono.
• La disponibilidad de combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural).

En la fotosíntesis, se absorbe energía luminosa, la cual es transformada en energía química mediante la síntesis de ATP y NADPH2. La clorofila absorbe la energía de la luz (fotoexcitación), que se utiliza en los cloroplastos para romper moléculas de agua (fotólisis del agua), originando protones, electrones y oxígeno. El oxígeno se libera a la atmósfera. Los electrones, a través de una cadena transportadora, llegan hasta el NADP, que también capta protones y se transforma en NADPH2 (fotorreducción).

Espectros Fotosintéticos

Las reacciones luminosas son posibles gracias a los pigmentos fotosintéticos presentes en la membrana tilacoidal de los cloroplastos. Estos pigmentos, como la clorofila, absorben luz de diferentes longitudes de onda. La clorofila absorbe principalmente luz roja y azul, reflejando la luz verde, lo que le da a las plantas su color característico. Otros pigmentos accesorios, como la clorofila b, carotenos y xantofilas, amplían el espectro de absorción de la luz.

El Origen de la Vida

Propiedades de los Seres Vivos

• Universalidad de la composición química: Todos los seres vivos están formados por moléculas basadas en la química del carbono.
• Universalidad del código genético: Todos los seres vivos almacenan su información hereditaria en el ADN.
• Universalidad de la organización celular: Todo ser vivo está constituido por una o más células, que realizan las funciones básicas de la vida.

Química Prebiótica

Alex Oparin y John Haldane propusieron en los años 30 las primeras teorías sobre la Tierra primitiva. Sugirieron que las descargas eléctricas y la radiación ultravioleta habían unido sustancias sencillas en la atmósfera, formando moléculas orgánicas que quedaron atrapadas en charcas de agua (sopa o caldo primitivo).

Stanley Miller, en 1953, realizó un experimento simulando las condiciones de la atmósfera primitiva (NH3, H2, CH4, H2O) y obtuvo moléculas orgánicas presentes en los seres vivos.

Joan Oró, en 1959, sintetizó la adenina, una base nitrogenada presente en los ácidos nucleicos.

Sidney Fox, en 1971, obtuvo microsferas, estructuras con una doble capa de lípidos y proteínas capaces de realizar reacciones metabólicas.

El meteorito Murchison, caído en Australia en 1969, contenía aminoácidos y otras biomoléculas, apoyando la teoría de la química prebiótica.

Hipótesis del Mundo ARN

Walt Gilbert, en 1986, propuso la hipótesis del mundo ARN, que sugiere que el ARN, y no el ADN, fue la molécula principal en las primeras formas de vida, ya que podía almacenar información genética y catalizar reacciones químicas.

Condiciones para la Habitabilidad de un Planeta

Un planeta habitable debería poseer condiciones similares a las de la Tierra:

• Ser un planeta rocoso que orbite alrededor de una estrella.
• Tener un tamaño suficiente para mantener una atmósfera.
• Estar a una distancia adecuada de su estrella para permitir la presencia de agua líquida.
• Poseer un campo magnético que lo proteja de los vientos solares.
• Tener una o varias lunas que actúen como escudo ante impactos.
• Tener una composición atmosférica compatible con la vida.

LUCA: El Último Ancestro Común Universal

Todos los seres vivos tenemos un ancestro común: LUCA (Last Universal Common Ancestor). Los datos filogenéticos sugieren que LUCA fue un organismo procariota, el ancestro común de bacterias y arqueas.

Se cree que LUCA era anaerobio, capaz de utilizar CO2 y N2, dependiente del hidrógeno y capaz de emplear el azufre. Probablemente era termófilo y vivía en ambientes hidrotermales de las profundidades marinas.

Características de la Atmósfera Primitiva

La atmósfera primigenia estaba formada por gases reductores procedentes de la nebulosa solar (principalmente H2) y la actividad volcánica (CO2 y H2O).

La atmósfera secundaria se formó entre hace 4000 y 3500 millones de años, con gases procedentes del manto y los impactos de planetesimales (H2O, CO, CO2, N2, H2). A medida que la temperatura disminuyó, se pudieron formar moléculas como HCN, HCl, NH3, H2S y CH4. Esta atmósfera era reductora, con poco o nada de oxígeno.