Metabolismo
Es el conjunto de reacciones
químicas que tiene lugar en una célula o en el organismo.
La nutrición es una parte
fundamental pero es más relación y reproducción, es una de las relaciones más
definitorias de los seres vivos.Somos el resultado de nuestras reacciones químicas, todas estas reacciones que hay en nuestro metabolismo, son reversibles, estas no están aisladas en el metabolismo sino que forman secuencias lineales.
El producto de una reacción es el
sustrato de la siguiente reacción, por lo tanto las reacciones están acopladas
aumentando la eficacia.
Estas secuencias lineales, llega
un momento en el que se ramifican, dando lugar a encrucijadas metabólicas, que
suelen estar en el hialoplasma, estas actúan como puntos de control.
El ser vivo es como una máquina
que funciona con reacciones químicas.(Es como un coche de gasoil) pero para que
este sea eficiente las reacciones deben ocurrir en tiempo real, deben de ser
suficientemente rápidas.
Mientras que en un laboratorio se
le añade energía a la reacción para que se produzca, en tanto en el cuerpo
humano esto es inútil, pues la materia orgánica es termolábil, es decir, las
proteínas se desnaturalizarían.
La mayoría de reacciones químicas
biológicas las aceleran, los catalizadores, que son enzimas, lo que es decir,
una proteína.
Cada enzima es específica, a un
sustrato, las enzimas siempre intervienen en la reacción, pero siempre se deben
recuperar intactas, (no se consume).
Cuando una enzima cede o quita
grupos químicos, hace falta aceptores de estos grupos químicos, estos aceptores son las
llamadas coenzimas.
Existen muchas reacciones
metabólicas que son REDOX.
REDOX: Reacciones de oxido reducción.
REDOX: Reacciones de oxido reducción.
Oxidado: +Oxígeno –Hidrógeno –Electrones –Energía.
Reducción: –Oxígeno
+Hidrógeno +Electrones +Energía.
Son reacciones acopladas: unas se
oxidan y por tanto otras se reducen.
En las oxidaciones se rompen
enlaces y por lo tanto se desprende energía, mientras que en la reducciones se
forman enlaces, estas necesitan energía.
Anabolismo y
Catabolismo
Las reacciones anabólicas enlazan
pequeñas moléculas con energía para formar grandes moléculas.
Esta es la forma de fabricar
nuestra propia materia, son reacciones de reducción.
Las reacciones catabólicas,
consisten en romper grandes moléculas en pequeñas liberando la energía de los
enlaces rotos, denominándose reacciones de oxidación.
Es así como obtenemos la energía,
que utilizamos para todo, como para movernos, reproducirnos, y para el
anabolismo.
La mayoría de estas reacciones
metabólicas llevan aparejados intercambios de energía.
Estos intercambios de energía
deben de estar cruzados, ya que al estar sueltos, calentarían la célula, y como
dijimos antes esto no es conveniente pues somos termolábiles.
La única energía utilizable por
los seres vivos es la energía química, o lo que es decir, en forma de enlace.
En el organismo se intercambian
enlaces de alta energía como el del Acido ortofosforico. Este acido ortofosforico es acogido por un nucleotido, que cumple la función de coenzima, es el llamado ADP, que cuando acoge a este ácido se convierte en ATP. Para formar este nuevo enlace hace falta mucha energía, por eso el ATP es un fabuloso aceptor de energía, hasta que esta vaya a ser utilizada.
Las reacciones REDOX:
Son reacciones acopladas en estas
se da el intercambio de Hidrógeno y enlaces de alta energía, o de alto
potencial redox.
Cuando un electrón absorbe
energía se convierte en un electrón con alto potencial redox, que no es más que
otra forma de energía química. Cabe destacar que estos electrones no pueden
estar libres ya que reducirían indeseablemente a la célula, y por eso son acogidos por el ADP.
Procesos catabólicos: Son de
oxidación y consisten en liberar la energía de los enlaces al romper, al romper
grandes moléculas en otras más pequeñas.
Las más importantes son los
utilizados para obtener y producir energía mediante el proceso de oxidación de
los monómeros. Este proceso es la respiración celular.
O2 + C6H12O6= CO2 +H2O + ATP.
Catabolismo anaerobio:
Son fermentaciones que ocurren en
el interior del hialoplasma celular, es una oxidación parcial de los monómeros
sin O2, pues el ácido piruvico es aún orgánico, y es una molécula grande.
C6H12O6= 2Ácidos piruvicos + 2ATP+ 2NADH.
Esta es una forma de obtención de
energía sin oxígeno es muy despilfarradora, pues solo se aprovecha alrededor
del 20% de la energía contenida en la glucosa, fue la primera forma de obtener
energía, inventada por el primer ser vivo, en una atmosfera muy primitiva sin
O2, solo obtienen así energía los anaerobios estrictos.
El O2 es toxico para todas las
bacterias anaerobias, al principio de la vida existían en gran cantidad, pero
en la actualidad solo sobreviven unas pocas en los lodos del fondo del mar.
El resto de seres vivos somos
Aerobios Facultativos, y hacemos la respiración celular:
Pero cuando no tenemos O2 obtenemos la energía por
fermentación. Es por ejemplo lo que ocurre durante el ejercicio físico, en el momento que nos falta oxígeno para
poder obtener energía, hacemos uso de este método de obtención de energía,
dando como producto final de cierta fermentación, Ácido láctico, que al cristalizarse
es el causante de las tan famosas “agujetas”.
O2 + C6H12O6= CO2 +H2O + 36ATP
Como podemos ver obtenemos muchos mas ATP al obtener toda la energia de los enlaces.
Pero cuando hay oxigeno:
Oxidación Aerobia:
Glucolisis= Ácido
piruvico + 2ATP + 2NADH
El ácido láctico proviene de la
fermentación de la leche y el alcohol etílico proviene de la fermentación del
alcohol. Las fermentaciones difieren en el producto final.
La biotecnología podría ser
utilizada para producir cualquier sustancia a un costo poco elevado, ya que al
tratar el ADN bacteriano de forma que produjese sustancias energéticas, es
relativamente sencillo, de manera que solo se tuviera que suministrar glúcidos,
es lo que llamaríamos Bioenergética.
CATABOLISMO.
Todos los pluricelulares y la
mayoría de unicelulares actuales, aerobios, necesitamos O2 para vivir y
realizar la respiración celular.
La oxidación compleja de los
monómeros con O2, ocurre en las mitocondrias, y es la continuación del
catabolismo anaerobio, del hialoplasma.
ANABOLISMO.
Son de reducción, y estos
necesitan de energía para poder unir pequeñas moléculas en moléculas más
grandes.
Algunos de estos procesos son
anabólicos son comunes en todos los seres vivos, como los utilizados para unir
monómeros, para fabricar nuestros propios polímeros, y así obtener nuestra
materia.
Además los autótrofos obtienen
los monómeros por sí mismos a partir de la materia inorgánica, gracias a la
energía de la luz, mediante la fotosíntesis, este es exclusivo de las plantas.
La fotosíntesis es exclusiva de
los vegetales, y la digestión es exclusiva de los animales.
La digestión es lo único que nos
distingue de los vegetales, ya que el resto es común, como la respiración
celular.
La fotosíntesis ocurre en los
cloroplastos, pero en el caso de las bacterias fotosintéticas, no poseen
cloroplastos, debido a esto realizan la fotosíntesis en los mesosomas.
Las fotosintéticas, sintetizan
monómeros con luz, mientras que las quimiosintéticas sintetizan los monómeros
mediante reacciones químicas. (Toman sustancias, reducidas como, el SH2).
Estas sustancias inorgánicas
reducidas, abundan en las erupciones volcánicas submarinas, sobre las que se
montan verdaderos ecosistemas sin luz.
Función de Relación.
Es la capacidad de los seres
vivos de captar estímulos, variaciones físicas o químicas, del medio interno o
externo, y responder ante ellos para adecuarnos a un medio cambiante.
Los estímulos son recogidos por
los órganos receptores de los sentidos. Estos están continuamente enviando la
información al sistema nervioso central, que trata procesa esta información en
cada momento, elabora una respuesta acorde, ejecutada por los órganos
efectores.
La mayoría de las respuestas son
movimientos, como las que producen los músculos, las otras respuestas son
secreción de sustancias que anteriormente han fabricado.
Función de
Reproducción.
Es la capacidad de producir
descendencia semejante, este es el proceso en el cual el individuo gasta más
energía, ya que es el necesario para perpetuar la especie, mientras que la nutrición
y relación son necesarias para la
supervivencia del individuo. Aproximadamente un 60% de la energía, la gastamos
en perpetuar la especie, y esto esta dictado por un gen.
Prácticamente el mismo mecanismo
que utilizamos para la reproducción, se utiliza para sustituir células viejas o
muertas de organismos complejos.
División celular
Antes debemos explicar cómo es el
ciclo celular:
Ciclo celular: son las fases por
las que pasa la vida de una célula, este conjunto de fenómenos de duración
variable, tiene lugar en el período que se inicia tras la división celular y
finaliza al acabar la siguiente división. En el cual se distinguen dos fases
debido a los sucesos que tienen lugar en el núcleo: fase de reposo o Interfase
y fase de división.
El 99,5% del ciclo de la célula,
se encuentra en la interfase en el cual realiza sus funciones vitales con
normalidad.
Mientras que el 0,5% restante, se
encuentra en proceso de división.
La división celular, las hay de
dos tipos: mediante mitosis o por meiosis. En las diferentes tipos de división
celular, se lleva a cabo casi simultáneamente la división del citoplasma
llamada citocinesis. Pero arbitrariamente los vamos a separar para poder
explicarlos con más sencillez.
Generalmente ocurre un proceso en
la interfase, en el cual el ADN se duplica, para que al terminar la división,
las células hijas reciban una copia íntegra del ADN.
El ADN tiene aspecto de doble
cadena con forma helicoidal, estas cadenas son complementarias.
Es al final de la interfase, que
las dos cadenas se separan y sirven de molde para formar dos nuevas cadenas
complementarias, siendo esta una propiedad exclusiva del ADN (autoduplicación),
siendo esta semiconservativa.
El ADN en estado interfasico, se
encuentra activo, transcribiéndose y sintetizando ARN mensajero, y por lo cual
es necesario que el ADN se encuentre extendido y formando cromatina en el cual tiene un aspecto enmarañado y siendo
indistinguible.
Es cuando al final de la
interfase que el ADN se hace visible, previa duplicación del mismo, que este se
condensa en forma de cromosomas.
Es ahora que el ADN se encuentra
formando cromosomas de dos cromatidas iguales o hermanas.
Gracias a estas estructuras
llamadas cromosomas se puede repartir equitativamente el material genético a
las células hijas.
EL número de cadenas de ADN que
tiene una especie es característico, el nuestro es 46.
Los cromosomas homólogos tienen
el mismo aspecto y forma pero no por eso son idénticos, ya que pueden no
contener la misma información genética haciendo referencia a lo mismo.
Por ejemplo los cromosomas
homólogos contienen la información del color de ojos pero uno tiene la
información del color azul, mientras que el del otro es marrón.
División celular por
mitosis
Proceso a partir del cual una
célula madre se obtiene 2 células hijas idénticas.
En la mitosis se distinguen 4
fases: Profase, Metafase, Anafase, y Telofase.
Profase: En el cual ya los
cromosomas aparecen visibles al microscopio y en el que previamente el ADN se
ha duplicado. Aparecen los Husos acromáticos, a partir del centrosoma.
Metafase: Los polos han llegado a
los polos de la célula, los cromosomas se alinean en el ecuador de la célula y
cada cromatida de cada cromosoma mirando hacia un polo de la célula. Los
cromosomas se pegan al huso mediante el centrosoma.
Anafase: Proceso de división
celular en el cual las cromatidas de los cromosomas se separan partiéndose el
centrosoma, y migrando cada crómatida hacia los polos.
Citocinesis: debido al crecimiento del huso acromático los orgánulos son empujados por este hacia la periferia, distribuyéndose homogéneamente por toda la célula.
Aparece un estrangulamiento en la
parte ecuatorial (surco de división) que dividirá el contenido de la célula
equitativamente entre las 2 células hijas.
Dicho estrangulamiento solo
ocurre en las células animales ya que en las células vegetales es proceso es
mediante tabicación, puesto que lo impide la pared celular.
Este proceso propio de las células vegetales,
se produce gracias a unas vesículas derivadas del aparato de golgi, que
contienen los componentes de la nueva pared celular, formando el denominado
fragmoplasto.
Este tipo de división celular por
mitosis, para los organismos unicelulares es reproducción asexual, y su
descendencia es idéntica.
En pluricelulares con
reproducción asexual también se utiliza este tipo de división, pero no con
finalidad de perpetuar la especie, sino de crecimiento y de sustituir a células muertas, debido a esto,
las células se dividen hasta su especialización. Es el tipo de división más
frecuente.
Los pluricelulares con
reproducción asexual son generalmente de organismos primitivos, permitiendo
producir rápidamente y fácilmente un progenitor, para aprovechar con eficacia
un recurso.
Pero esta reproducción tiene un
hándicap, y es que la descendencia es clónica, no cambia y por lo cual no son
capaces de adaptarse al medio, no evolucionan, y prueba de ello es que las
bacterias son prácticamente idénticas a cómo eran hace millones de años.
División celular por Meiosis
Es exclusiva de los organismos
con reproducción sexual, ya que es la que da lugar a los gametos.
Cuando dos individuos aportan un
gameto, cada gameto lleva la mitad de material genético de sus progenitores.
La mayoría de seres vivos somos
diploides y los gametos deben de ser haploides para que tras la fecundación se
recupere el número característico de cadenas de ADN vulgarmente llamado
cromosomas. Que de otro modo se duplicarían en cada generación.
Los gametos se originan mediante
meiosis, que reduce a la mitad el material genético.
Por lo tanto la división celular
por meiosis solo se da en las gónadas (testículos y Ovarios), donde se forman
los gametos, que básicamente consiste en una duplicación y dos divisiones.
La meiosis es una división
reduccional, ya que reduce a la mitad los cromosomas de la especie, formando
los gametos, además también genera variabilidad genética, que origina
descendencia diferente capaz de cambiar adaptarse, y evolucionar, que es la
gran ventaja frente a la reproducción asexual.
Como dijimos antes de empezar con
las fases de la mitosis la célula ya viene con la duplicación de la interfase:
Profase I:Los cromosomas se disponen en parejas
de cromosomas homólogos dando lugar a las tétradas divalentes.
Mientras los cromosomas homólogos se
unen mediante quiasmas que se dan entre las cromátidas homólogas.
Metafase I: Los cromosomas unidos mediante las quiasmas se recombinan y se llevan parte de la información del otro cromosoma, produciendo variabilidad genética.
Telofase I: Los cromosomas homólogos, una vez llegan a los polos, se forman los dos núcleos, y la célula se divide.
Posteriormente tiene lugar una segunda división, que tiene como misión separar las cromátidas.
Metafase II: Los cromosomas de las células hijas se
alinean en el plano ecuatorial, dando lugar a la placa metafasica sencilla.
Anafase II: Se separan las cromatidas hermanas de cada cromosoma y emigran a su respectivo polo celular.
Telofase II: Las células se divide por estrangulación, dando como resultado final a cuatro células hijas haploides, teniendo una nueva combinación de genes.
Gametos y esporas:
Mediante la meiosis es posible generar
células haploides, que pueden ser gametos o esporas.
Un gameto es una célula haploide que
en la mayoría de los casos, se unirá a otro gameto para originar un cigoto
diploide.
Una espora es una célula que puede
originar, por mitosis un organismo haploide sin necesidad de unirse a otra
célula. Este organismo haploide puede producir gametos por mitosis que se unirán
para originar un nuevo organismo diploide.
Ciclo biológicos:
Según el momento en el que se produce
la meiosis, se distinguen tres tipos de ciclos biológicos, haplontes, diplontes
y diplohaplontes.
Ciclo diplonte: Es característico de
organismos que en estado adulto, presentan una dotación cromosmica diploide,
como ocurre en los animales y algunas alga. La meiosis tiene lugar al formarse
los gametos. Tras la fecundación, el cigoto diploide origina un adulto diploide
que formará gametos haploides por meiosis. Es un ciclo en el cual las células
adultas son diploides y solo los gametos maduros tienen una dotación cromosómica
haploide.
Ciclo diplohaplonte: Es propio de
organismos que presentan una alternancia de fases en su ciclo biológico, con
dos tipos de individuos, haploides y diploides. Es característico de los
vegetales como musgos, helechos, y plantas con semillas, en los que la meiosis
tiene lugar al formarse las esporas. En la fase diploide, denominada
esporofítica, el esporofito produce por meiosis esporas haploides
Estas esporas dan lugar a una forma
adulta haploide denominada gametofito, en la que se forman los gametos
haploides, tras la fecundación, el cigoto diploide vuelve a generar un nuevo esporofito
perteneciente a otra fase esporofítica.