EL NÚCLEO Y LA DIVISIÓN CELULAR
1. EL CICLO CELULAR
Todas las células tiene un ciclo vital denominado ciclo celular el cual abarca un período de tiempo entre dos divisiones sucesivas: la interfase o la fase M, también conocida como fase de división.
- Interfase: la célula en cuestión realiza sus funciones vitales y, a su vez, se prepara para la división. Consta de 3 fases: fase G1, fase S y fase G2.
- Fase M: es la fase de división celular. Incluye la mitosis (división del núcleo) y la citocinesis (división del citoplasma).
2. EL NÚCLEO INTERFÁSICO
El núcleo contiene el material genético en forma de ADN y dirige toda actividad de la célula. El núcleo posee una envoltura con poros (membrana nuclear externa, membrana nuclear interna y poros nucleares), un nucleoplasma, corpúsculos esféricos llamados nucleolos y cromatina (según el nivel de empaquetamiento en el que se encuentre, estará en forma de nucleosoma, collar de perlas o fibra de 30nm; sin embargo, en la interfase puede ser eurocromatina y heterocromatina).
3. EL NÚCLEO MITÓTICO: CROMOSOMAS
En el transcurso de la fase S, los cromosomas duplican el ADN y cada uno de ellos consta de dos cadenas idénticas llamadas cromátidas. Cuando la célula se encuentra en fase M, las fibras de cromatina de las cromátidashermanas comienzan a condensarse en bucles radiales y espirales de rosetones (este empaquetamiento se consigue con la ayuda de un armazón proteico). El conjunto de todo ello formará el cromosoma mitótico, que alcanzará su empaquetamiento máximo en la metafase. Por tanto, el cromosoma mitótico se encontrará listo para repartir cada cromátida a una célula hija. El cromosoma metafásico consta de: cromátida, centrómero, cinetocoros, constricciones secundarias, telómero, bandas.3.1. TIPOS DE CROMOSOMAS
3.2. NÚMERO DE CROMOSOMAS
Cada especie de organismo tiene un mismo número de cromosomas en todas sus células. Sin embargo, en organismos de reproducción sexual, hay células con la mitad de cromosomas: los gametos. Según el número de juegos de cromosomas que posean, las
células y los organismos se clasifican en:
-Diploides (2n): células con 2 juegos de cromosomas,
uno paterno y otro materno, que forman parejas de
cromosomas homólogos.
-Haploides (n): células con un único juego de
cromosomas.
-Poliploides: células con 3 (triploides, 3n), 4
(tetraploides, 4n) o más juegos de cromosomas.
4. DIVISIÓN CELULAR: MITOSIS Y CITOCINESIS
La división celular ordinaria consta de dos fases secuenciales: la mitosis (división del núcleo) y la citocinesis (división del citoplasma y separación de las células hijas).
La división celular ordinaria consta de dos fases secuenciales: la mitosis (división del núcleo) y la citocinesis (división del citoplasma y separación de las células hijas).
4.1 MITOSIS
La mitosis es un proceso por el cual el núcleo de la célula eucariota se divide en dos núcleos genéticamente idénticos, cada uno conteniendo el mismo número de cromosomas que la célula original. En los pluricelulares, por lo general, la mitosis es empleada para el crecimiento, desarrollo y regeneración de los tejidos. Por ello, todas las células de un organismo (salvo los gametos) llevan la misma información genética. Sin embargo, pueden ejercer funciones muy diversas debido a la diferenciación celular. La mitosis es un proceso continuo y se estudia en 4 etapas: profase, metafase, anafase y telofase.
PROFASE
El nucleolo se desintegra, el ADN en forma de cromatina forma los cromosomas haciéndose visibles sus dos cromátidas, los microtúbulos del citoesqueleto se organizan para formar el huso mitótico que permitirá el reparto de las cromátidas y al final se disgrega la lámina fibrosa. Finalmente, la doble membrana nuclear se fragmenta en vesículas y la envoltura nuclear desaparece.
METAFASE
Las cromátidas aparecen visibles en forma de X, la membrana nuclear ha desaparecido por completo, el huso mitótico se encuentra formado por microtúbulos cinetocóricos, polares y astrales. Finalmente, los cromosomas se sitúan en el plano ecuatorial formándose la placa ecuatorial.
ANAFASE
Los microtúbulos del huso acromático se acortan y rompen cada cromosoma por el centrómero por lo que las cromátidas hermanas de cada cromosoma se separan. Ahora cada cromátida es un cromosoma anafásico. El movimiento de las cromátidas se debe a la actuación de los microtúbulos cinetocóricos y polares.
TELOFASE
TELOFASE
Los microtúbulos polares se alargan a la vez que los cinetocóricos se acortan hasta desaparecer. De esta manera, las cromátidas llegan a los polos, alrededor de cada grupo de cromátidas se desarrolla la lámina fibrosa y la doble membrana nuclear, el nucleolo reaparece, las cromátidas forman fibras de cromatina, los microtúbulos polares forman un eje que se rompe al tiempo que comienza la citocinesis. Finalmente, los microtúbulos reorganizan el citoesqueleto y los núcleos comienzan la interfase.
4.2. CITOCINESIS: DIVISIÓN DEL CITOPLASMA
Una vez haya sido dividido el núcleo, para completar la división celular
debe dividirse el citoplasma y repartir los orgánulos. Este proceso es diferente en células animales y vegetales. La citocinesis suele comenzar en la anafase y acabar entre la telofase y la interfase siguiente.
CÉLULA ANIMAL
La citocinesis se produce por la aparición de un anillo contráctil en mitad de la célula que (está formado de microfilamentos de actina y miosina) se estrecha y va constriñendo el ecuador celular. Se forma un surco de segmentación que produce el estrangulamiento celular hasta que queda dividida en dos células hijas.
CÉLULA VEGETAL
La presencia de una pared rígida impide el estrangulamiento por lo que para separar a las células hijas, en el centro de la célula se forma un tabique llamado fragmoplasto. Estas vesículas vierten los componentes de la nueva pared, formando un tabique que separará a las células hijas. El tabique presenta perforaciones llamadas plasmodesmos que comunican las células hijas.
La meiosis es un mecanismo de división celular por el que se forman gametos. La meiosis es exclusiva de los organismos con reproducción sexual. La meiosis consta de dos divisiones del núcleo sucesivas. Como sólo se duplica el ADN en la primera interfase, el resultado son cuatro células con la mitad de cromosomas y, además, diferentes entre sí. Las dos divisiones se denominan primera y segunda división meiótica y cada una consta de las mismas fases que la mitosis.
5.1. PRIMERA DIVISIÓN MEIÓTICA
Profase I (la envoltura nuclear y el nucleolo permanecen intactos, al final, se desintegrarán, a la vez que se formará el huso acromático. Debido a su complejidad, se divide en 5 fases para una mayor facilidad en su estudio: leptoteno, zigoteno, paquiteno, diploteno y diacinesis), Metafase I (se forma una placa ecuatorial que atraviesa los quiasmas de cada tétrada), Anafase I (el acortamiento de los microtúbulos provoca la rotura de los quiasmas y cada cromosoma homólogo se desplaza hacia un polo de la célula), Telofase I (el nucleolo y la membrana nuclear se regeneran mientras que el huso acromático desaparece y los cromosomas sufren una pequeña descondensación), Citocinesis I (origina dos células cuyos núcleos tienen la mitad de cromosomas que la célula madre aunque cada cromosoma aún conserva 2 cromátidas).
5.2. SEGUNDA DIVISIÓN MEIÓTICA
Tras la 1ª división meiótica hay una breve interfase en la que no hay fase S, es decir, no hay duplicación del ADN, puesto que cada cromosoma ya tiene dos cromátidas. Es muy similar a una mitosis y el resultado son 4 células haploides y diferentes entre sí por la recombinación génica.
METABOLISMO
1.METABOLISMO CELULAR
Se trata de un conjunto de reacciones encaminadas a la obtención de biomoléculas y energía que pueda ser aprovechada para la actividad celular. Esta obtención de se logra mediante una compleja ruta anabólica y la obtención de energía se produce a través de reacciones catabólicas. Cada producto de una reacción actúa como sustrato de la siguiente (metabolismo intermediario) y transcurren a través de sustancias intermedias llamadas metabolitos. El conjunto de reacciones anabólicas y catabólicas se denomina ruta metabólica. Cada reacción de una ruta está catalizada por una enzima ayudada por cofactores. Algunas rutas son lineales y otras son cíclicas.
Se trata de un conjunto de reacciones degradativas que rompen enlaces de moléculas complejas con el fin de obtener otras más sencillas. Son reacciones oxidativas y las moléculas que se obtienen se emplean como precursores metabólicos o como carburantes del metabolismo. Las oxidaciones biológicas suelen ser reacciones de óxido-reducción y reciben el nombre de deshidrogenaciones ya que están catalizadas por enzimas deshidrogenasas. Estas reacciones requieren de dadores de electrones y de aceptores de los mismos. Estos aceptores actúan como coenzimas de las deshidrogenasas.
Se trata de un conjunto de reacciones de síntesis que forman enlaces C-C para obtener moléculas complejas a partir de otras más sencillas. Requiere energía en forma de ATP, poder reductor (NADH, FADH2, NADPH) y metabolitos sencillos (precursores). En los organismos autótrofos los precursores son sintetizados a partir de materia inorgánica usando energía lumínica o química. Los heterótrofos obtienen los precursores de reacciones catabólicas sobre compuestos obtenidos en la dieta. Anabolismo y catabolismo no son procesos independientes, sino que sus reacciones están acopladas entre sí.
2.CATABOLISMO DE LOS GLÚCIDOS
Los glúcidos son las biomoléculas más utilizadas para obtener energía en los seres vivos. Los animales obtienen la glucosa por degradación del glucógeno o del de sus reservas citoplasmáticas.
2.1. GLUCOGENOLISIS
Se produce en el citosol la enzima glucógeno fosforilasa que introduce grupos fosfato en los extremos no reductores del glucógeno, liberando moléculas de glucosa-1-fosfato. Éstas se incorporarán a la glucólisis previa transformación en glucosa-6-fosfato.
2.2. FERMENTACIÓN Y RESPIRACIÓN
La glucosa comienza su degradación en el proceso de la glucólisis que tiene lugar en el citoplasma. Se obtienen dos moléculas de ácido pirúvico, ATP y NADH. El destino del pirúvico dependerá del tipo de célula y de la disponibilidad de oxígeno, pudiendo darse fermentación o respiración ( que puede ser aerobia o anaerobia).
Se trata de una ruta metabólica de 10 reacciones por la que una molécula de glucosa es oxidada mediante fosforilación a nivel de sustrato hasta formar 2 moléculas de ácido pirúvico, obteniéndose 2 ATP y poder reductor (NADH).
2.4 FERMENTACIÓN DE LA GLUCOSA
2.4 FERMENTACIÓN DE LA GLUCOSA
Son oxidaciones parciales, sin ser necesaria la presencia de oxígeno, en las que los electrones de la glucosa pasan al NADH y, finalmente, a moléculas orgánicas sencillas. Estas moléculas se forman en la propia glucólisis, por lo que el rendimiento energético es pequeño. Al final se recupera el NAD+.
FERMENTACIÓN LÁCTICA
FERMENTACIÓN LÁCTICA
En la fermentación láctica el aceptor último de electrones es el ácido pirúvico, dando NAD+. Es típica de microorganismos de la leche y de células musculares.
FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA
FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA
En la fermentación alcohólica el ácido pirúvico se transformará en dióxido de carbono (CO2) y etanol por medio de dos etapas: descarboxilación del ácido pirúvico y reducción del acetaldehído.
Permite obtener toda la energía de la glucosa gracias a su oxidación total por medio de una serie de etapas: glucólisis, descarboxilación oxidativa (gracias a la enzima piruvato deshidrogenasa el pirúvico aporta ácido acético que se transfiere a una molécula de coenzima A para formar acetil -coA), ciclo de Krebs (reacciones que oxidan el CO2, por cada ácido acético oxidado se forman 3NADH, 1FADH y 1GTP, este ciclo se produce en ocho etapas), transporte de electrones (reacciones que llevan los electrones desde el NADH y el FADH hasta el oxígeno que, junto a los hidrógenos, formará agua. En la cadena los electrones fluyen a favor del potencial de oxido-reducción, desde las coenzimas reducidas NADH y FADH2 hasta el oxígeno. Consta de varios complejos multiproteicos: complejo I,II,III y IV) y fosforilación oxidativa (síntesis de ATP gracias a la fuerza protón-motriz).BALANCE ENERGÉTICO DEL CATABOLISMO DE LA GLUCOSA
•Fermentaciones: 2 ATP.
•Respiración aerobia: en teoría, una molécula de glucosa podría producir hasta 38 moléculas de ATP, sin embargo, el balance real sería de 30 o 32 ATP por glucosa.
Se encargan de suministrar energía a partir de triglicéridos, los cuales sufren una lipólisis (una hidrólisis que produce glicerina y ácidos grasos). Son mucho más energéticos que la glucosa.
Sufren proteólisis en los lisosomas o proteosomas, dando aminoácidos que pasan por diferentes rutas metabólicas específicas, en las que pierden el grupo amino y se convierten en pirúvico o en acetil-CoA, entrando en el ciclo de Krebs.
5. PROCESOS ANABÓLICOS
La célula realiza multitud de procesos anabólicos como los siguientes: biosíntesis de aminoácidos y proteínas, biosíntesis de ácidos nucleicos, biosíntesis de ácidos grasos, biosíntesis de glucógeno y gluconeogénesis.
Se trata de un proceso inverso a la glucólisis, salvo algunas reacciones que requieren rutas diferentes y gran aporte de energía provenientes de la glucólisis.
6. ANABOLISMO AUTÓTROFO: FOTOSÍNTESIS
La fotosíntesis es un proceso anabólico que sirve para obtener materia orgánica a partir de materia inorgánica con ayuda de la energía lumínica. Se realiza en cloroplastos de células eucariotas de organismos fotosintéticos. La fotosíntesis consta de 2 fases denominadas fase lumínica y fase oscura.6.1. FASE LUMÍNICA O FOTOQUÍMICA
Se trata de un conjunto de reacciones fotoquímicas que tienen lugar en las membranas tilacoidales. Es este el proceso que tiene lugar en esta zona: la incidencia de fotones sobre los fotosistemas libera e- que reducen el NADP+ a NADPH (poder reductor) y permiten la síntesis de ATP (fotofosforilación). Los electrones cedidos son aportados por un dador de electrones, que en las plantas es el H2O, liberando O2 (fotosíntesis oxigénica). Los fotosistemas son la unidad estructural de la membrana tilacoidal y están formados por un complejo antena, un centro reactivo y un dador y un aceptor de electrones. Los vegetales superiores presentan en sus membranas tilacoidales dos tipos de fotosistemas: fotosistema I y fotosistema II, y ambos están conectados por una cadena transportadora de electrones. Los complejos antena actúan como antenas recolectoras de fotones, que producen electrones energéticos que son transportados hasta el centro reactivo, el cual libera un electrón de alta energía. Los pigmentos fotosintéticos tienen varios tipos de pigmentos para captar la energía lumínica, entre ellos la clorofila, los carotenoides y las ficobilinas. En la fosforilación no cíclica (oxigénica) los dos PS actúan en serie y los e- siguen un flujo lineal desde el agua hasta el NADP+, que se reduce a NADPH. De esta manera, el flujo electrónico genera energía con la que se produce ATP (esquema z). En la fotofosforilación cíclica (anoxigénica) sólo interviene el PS I y los e- del P700 realizan un recorrido cíclico y vuelven a este mismo centro reactivo, los e- pasan a la A0, filoquinona, ferredoxina, plastoquinona y cit-b6-f.
Finalmente, los e- del cit-b6-f pasan a la plastocianina, que los devuelve al PS I.Por tanto, en este proceso se obtiene ATP, pero no O2 ni NADPH, logrando un suplemento extra de ATP.
6.2. FASE OSCURA O BIOSINTÉTICA
Tiene lugar en el estroma del cloroplasto en el que se emplea ATP y poder reductor consiguiéndose así moléculas orgánicas sencillas. El ciclo de Calvin Benson es un proceso de fijación y reducción del CO2 en el que el CO2 es fijado y unido a la ribulosa-1,5-bifosfato originando 2 moléculas de ácido 3-fosfoglicérico y esta reacción es catalizada por la ribulosa-1,5 difosfato carboxilasa oxigenasa. A continuación, el 3GP se reduce a gliceraldehído-3-fosfato y puede seguir dos rutas: seguir el ciclo y generar de nuevo RuDP o precursar la síntesis de la glucosa.
6.3. FOTORRESPIRACIÓN Y PLANTAS C4
La rubisco también puede añadir O2 a la RuDP y dar fotorrespiración. El que realice una u otra reacción depende de la concentración relativa de CO2 y O2 (si CO2>O2 actúa como carboxilasa y si CO2<O2 como oxigenasa). Las plantas C4 fijan primero el CO2 a una molécula de 3 carbonos dando una molécula de 4 carbonos (ácido oxalacético); en ellas estas plantas tiene lugar la fijación del CO2 en las células del mesófilo de la hoja y se da el ciclo de Hatch-Slack. El oxalacético pasa, más tarde, a las células que rodean a los vasos conductores de la hoja donde el oxalacético se descarboxila y libera PEP y CO2.
6.4. FACTORES QUE MODULAN LA FOTOSÍNTESIS
La intensidad lumínica, el CO2, el O2, el fotoperiodo, la temperatura, la humedad y el color de la luz son algunos de los factores que modifican en mayor o menor medida la fotosíntesis.
Fuentes: BioGeo, Libro de 2º Bachillerato de Biología
Comentarios
Publicar un comentario
Gracias por comentar. Te rogamos que seas preciso y educado en tus comentarios.