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.

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 del metabolismo o son anabólicas o catabólicas.

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:

O₂ + C₆H₁₂O₆= CO₂ +H2O + 36ATP

Como podemos ver obtenemos muchos mas ATP al obtener toda la energia de los enlaces.

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”.

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.

6Co2 + 6H2O + Sales minerales + Luz = Monómeros + 6H2O

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.

Son muy importantes en el ciclo de la materia, mientras la energía entra en el ecosistema y sale en forma de calor, los organismos quimiosintéticos se encargan de poner a disposición del resto de seres vivos, unos átomos, necesarios para la vida, pero inalcanzables para ellos. La aparición del primer autótrofo aseguro la existencia de la vida en el planeta.

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.

Telofase: Las cromatidas han llegado a los polos y la célula se estrangula.

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.

Anafase I: Los cromosomas homólogos se separan y empiezan a migrar al azar.

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 aplonte: Es característico de organismos que poseen solo una dotación cromosómica haploide, como ocurre en los protistas y en muchos hongos.

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.