BIOLOGIA GENERAL: UNIDAD II.- PROCESOS CELULARES

2.1 Metabolismo
2.1.1 Anabolismo
2.1.1.1 Síntesis de proteínas ARN
2.1.1.1.1 Transcripción
2.1.1.1.2 Transducción
2.1.1.2 Fotosíntesis
2.1.1.2.1 Fase luminosa
2.1.1.2.2 Fase obscura (ciclo de Calvin)
2.1.1.2.3 Ecuación neta
2.1.2 Catabolismo
2.1.2.1 Respiración
2.1.2.1.1 Anaerobia
2.1.2.1.1.1 Glucolisis
2.1.2.1.1.2 Fermentación
2.1.2.1.2 Aerobia
2.1.2.1.2.1 Ciclo de Krebsy cadena respiratoria
2.2. Reproducción
2.2.1. Mitosis
2.2.1.1. Bipartición
2.2.1.2 Gemación
2.2.1.3 Esporulación
2.2.2 Meiosis
2.2.2.1 Gametogénesis

E.P.O. 121
PROFESORA RESPONSABLE: MA. TERESA VARGAS FLORES PROFESORAS COLABORADORAS: VERONICA ARACELI GUERRERO PINEDA y MARCELINA MARTINEZ BARRETO

El ser humano desde sus orígenes, ha tratado de entender y explicar los fenómenos naturales es por esto que en esta unidad se trata de que el alumno logre apropiarse del conocimiento que le permita conocer, entender y explicar el metabolismo celular y los procesos implicados en el aporte de energía contenido en los alimentos, especialmente en la glucosa, debido a que es la fuente principal de energía para la mayoría de los seres vivos. aunado a lo anterior los alumnos aumentaran su léxico científico y técnico para explicar fenómenos como el crecimiento, la transferencia de energía y la predisposición genética a ciertas enfermedades.

2.1 METABOLISMO

El origen del termino metabolismo viene del griego metabolé, que significa cambio, transformación. de forma practica y en definición científica se conoce al metabolismo celular como la suma de todas las reacciones químicas que ocurren en una célula.

Algunas reacciones pueden estar acopladas y formar vías metabólicas, ya sea para la síntesis de nuevas moléculas ( anabolismo ) o para la degradación de las mismas ( catabolismo ).

Los seres vivos requieren de energía para vivir, desde el organismo mas pequeño (unicelulares) hasta los mas grandes de todos los organismos (pluricelulares) realizan actividades y funciones dependientes de energía que es transformada en cada proceso vital de los seres vivos. al ocurrir las transformaciones de energía esta se puede perder en el ambiente a manera de calor hasta que finalmente se ha transferido y/o transformado toda la energía durante el proceso.

el flujo de energía es unidireccional, no es reciclable, por lo que existe la necesidad de una fuente máxima de energía que es el sol, estrella amarilla que se encuentra en el centro del sistema solar y que sustenta todas las formas de vida en nuestro planeta por medio de el proceso de la fotosíntesis además de que determina los climas de los diferentes ecosistemas.

2.1.1 ANABOLISMO

INTRODUCCION (VERONICA ARACELI GUERRERO PINEDA)

El anabolismo o biosíntesis es una de las dos partes del metabolismo, encargada de la síntesis o bioformación de moléculas orgánicas (biomoléculas) más complejas a partir de otras más sencillas o de los nutrientes, con requerimiento de energía (reacciones endoérmicas), al contrario que el catabolismo.

La palabra anabolismo se originó del griego Ana que significa arriba.

Aunque anabolismo y catabolismo son dos procesos contrarios, los dos funcionan coordinada y armónicamente, y constituyen una unidad difícil de separar.

El anabolismo es el responsable de:

* La fabricación de los componentes celulares y tejidos corporales y por tanto del crecimiento.

* El almacenamiento de energía mediante enlaces químicos en moléculas orgánicas (ATP).

Las células obtienen la energía del medio ambiente mediante tres tipos distintos de fuente de energía que son:

* La fotosíntesis en las plantas, gracias a la luz solar.

* Otros compuestos orgánicos como ocurre en los organismos heterótrofos.

* Compuestos inorgánicos como las bacterias quimiolitotróficas que pueden ser autótrofas o heterótrofas.

El anabolismo se puede clasificar académicamente según las biomoléculas que se sinteticen en:

* Replicación o duplicación de ADN.

* Síntesis de ARN.

* Síntesis de proteínas.

* Síntesis de glúcidos.

* Síntesis de lípidos.

Cuatro son las reglas que siguen las células para la síntesis de proteínas y ácidos nucleicos:

1. Las proteínas y los ácidos nucleicos están compuestos por un número limitado de subunidades: en el caso de las proteínas, son 20 los aminoácidos que constituyen estas subunidades, mientras que sólo cuatro bases nucleicas son utilizadas para construir el RNA o el DNA.

2. Durante el proceso de polimerización, las subunidades son añadidas una a una: el el caso de las proteínas, la síntesis empieza en el grupo NH2 del aminoácido inicial y continua hasta el -COOH del aminoácido terminal; en el caso de los ácidos nucleícos, la síntesis comienza por el extremo 5' y prosigue hasta el extremo 3´.

3. Cada cadena tiene un punto específico de iniciación y el crecimiento procede en una dirección hasta una terminación también especificada. Esto requiere unas señales de inicio y de fin.

4. El producto sintético primario no es usualmente empleado como tal sino que es modificado. Mediante una serie de enzimas, las cadenas de polímeros experimentan una serie de transformaciones (rotura, unión a otra cadena, entrecruzamiento, etc)

2.1.1.1. SINTESIS DE PROTEINAS

Describir la síntesis de proteínas y del DNA dentro de una célula es como describir un círculo: el DNA dirige la síntesis del RNA; el RNA dirige la síntesis de proteínas y, finalmente, una serie de proteínas específicas catalizan la síntesis tanto del DNA como del RNA.

Las instrucciones para construir las proteínas están codificadas en el DNA y las células tienen que traducir dicha información a las proteínas. El proceso consta de dos etapas:

2.1.1.1.1 TRANSCRIPCION:

La transcripción es el proceso durante el cual la información genética contenida en el DNA es copiado a un RNA de una cadena única llamado RNA-mensajero. La transcripción es catalizada por una enzima llamada RNA-polimerasa. El proceso se inicia separándose una porción de las cadenas de DNA: una de ellas, llamada hebra sentido es utilizada como molde por la RNA-polimerasa para incorporar nucleótidos con bases complementarias dispuestas en la misma secuencia que en la hebra anti-sentido, complementaria de la hebra sentido inicial. La única diferencia consiste en que la timina del DNA inicial es sustituída por uracilo en el RNA mensajero. Así, por ejemplo, una secuencia ATGCAT de la hebra sentido del DNA inical producirá una secuencia UACGUA.

Además de las secuencia de nucleótidos que codifican proteínas, el RNA mensajero copia del DNA inicial unas regiones que no codifican proteínas y que reciben en nombre de intrones. Las partes que codifican proteínas se llaman exones. Por lo tanto, el RNA inicialmente transcrito contiene tanto exones como intrones. Sin embargo, antes de que abandone el núcleo para dirigirse al citoplasma donde se encuentran los ribosomas, este RNA es procesado mediante operaciones de "corte y empalme", eliminándose los intrones y uniéndose entre sí los exones. Este RNA-m maduro es el que emigra al citoplasma. Un único gen puede codificar varias proteínas si el RNA-m inicial puede ser cortado y empalmado de diversas formas. Esto ocurre, por ejemplo, durante la diferenciación celular en donde las operaciones de corte y pegado permite producir diferentes proteínas.

Además de utilizarse como molde para la síntesis del RNA-m, el DNA también permite la obtención de otros dos tipos de RNA:

1. El RNA de transferencia (t-RNA) que se une específicamente a cada uno de los 20 aminoácidos y los transporte al ribosoma para incorporarlos a la cadena polipeptídica en crecimiento.

2. El RNA ribosómico (r-RNA) que conjuntamente con las proteínas ribosómicas constituye el ribosoma.

2.1.1.1.2 TRADUCCION:

El m-RNA maduro contiene la información para que los aminoácidos que constituyen una proteína en vayan añadiendo según la secuencia correcta. Para ello, cada triplete de nucleótidos consecutivos (codón) especifica un aminacido. Dado que el m-RNA contiene 4 bases, el número de combinaciones posibles de grupos de 3 es de 64, número más que suficiente para codificar los 20 aminoácidos. De hecho, un aminoácido puede ser coficado por varios codones.

La síntesis de proteínas tiene lugar de la manera siguiente:

* Iniciación: Un factor de iniciación, GPT y metionil-tRNA[Met] forman un complejo que se une a la subunidad ribosómica grande. A su vez, el m-RNA y la subunidad ribosómica pequeña se unen al encontrar esta última el codón de iniciación que lleva el primero. A continuación ambas subunidades ribosómicas se unen. El metionil-tRNA[met] está posicionado enfrente del codón de iniciación (AUG). El GPT y los factores de iniciación de desprenden quedando el tRNA[Met] unido al ribosoma.

* Elongación: Un segundo aminoacil-tRNA (en el ejemplo Phe-tRNa[Phe]) se coloca en la posición A de la subunidad grande del ribosoma. Un complejo activado por GPT se ocupa de formar el enlace peptídico quedando el peptido en crecimiento unido al aminoacil-tRNA entrante. Al mismo tiempo, el primer t-RNA se separa del primer aminoácido y del punto P del ribomosa.

El ribosoma se mueva un triplete hacia la derecha, con los que el peptidil-tRNA[Phe] queda unido al punto P que había quedado libre. Un tercer aminoacil-tRNA (en el ejemplo Leu-tRNA[Leu]) se coloca en la posición A y se repite el proceso de formación del enlace peptidico, quedando el peptido en crecimiento unido al Leu-tRNA[Leu] entrante. Se separa el segundo t-RNA del segundo aminoacido y del punto P del ribosoma.

* Terminación: el m-RNA que se está traduciendo lleva un codón de terminación (UAG). Cuando el ribosoma llega a este codón, la proteína ensamblada es liberada y el ribosoma se fragmenta en sus subunidades quedando listo para un nuevo proceso.

En el proceso que acabamos de describir, el ribosoma se desplazaba a lo largo de una hebra de m-RNA leyendo los tripletes de uno en uno. La síntesis de proteínas progresa a razón de 15 aminoácidos/segundo. Dada la longitud del m-RNA, varios ribosomas pueden ir leyendo codones y sintetizando proteínas. El conjunto se denomina poliribosoma.

A partir del anterior proceso se puede definir como gen un conjunto de nucleótidos de una molécula de DNA que sirve como molde para la producción de una proteína o una familia de proteínas si se producen operaciones de corte y empalme en el RNA. Como usualmente una proteína tiene entre 100 y 1000 aminoacidos, el m-RNA maduro contendrá entre 300 y 3000 nucleótidos. El tamaño del gen dependerá, de los intrones que tenga.

2.1.1.2 FOTOSINTESIS: (MARCELINA MARTINEZ BARRETO)

INTRODUCCION

Los organismos fotosintéticos como las algas y las plantas acuáticas y terrestres tienen en sus células organélos característicos, los cloroplastos.

Aunque los procariontes fotosintéticos no tienen verdaderos cloroplastos disponen de cromatóforos que realizan la misma función.

El cloroplasto es la unidad estructural donde se realiza la fotosíntesis es de forma oval o similar a un disco y mide 4 – 6 µm de diámetro y de 1 – 5 µm de largo. Dependiendo del pigmento o sustancia que pueda contener tenemos a los leucoplastos (blancos) amiloplastos (almidón) y cloroplastos (verdes) entre otros

Están formados por una doble membrana que contiene el estroma (semilíquido formado por ADN circular, H₂O, enzimas y ribosomas). La membrana interna se pliega y forma vesículas aplanadas llamadas tilacoides y la agrupación de varios tilacoides recibe el nombre de grana. En la superficie de estos se encuentra el pigmento característico de todas las células fotosintéticas – la clorofila -.

Esta es la responsable de absorber las longitudes de onda del espectro visible en especial la luz violeta, azul y roja. A continuación se observa la formula química de la clorofila

Es una molécula compleja formada por un anillo de porfirina y al centro un átomo de Mg (responsable de que pueda absorber la energía de la luz) y una cadena lateral de hidrocarbonos hace a las moléculas que la forman ser no polares y ancla la clorofila en la membrana del cloroplasto.

Químicamente existen diferentes tipos de clorofilas esto hace que la longitud de onda de la luz reflejada en la clorofila de cada tipo tenga un color diferente.

Clorofila A tiene un grupo funcional carbonilo ( - CHO) y un color verde brillante.

Clorofila B tiene un grupo funcional metílico ( - CH₃) y un color verde amarilloso.

Ambos tipos de clorofila, otros pigmentos, enzimas y receptores de e^- forman diferentes sistemas de captación de luz que reaccionan a diferentes longitudes de onda. Por ejemplo el fotosistema I está asociado a la clorofila A que absorbe longitudes de onda de 700nm y el fotosistema II a la clorofila B que absorbe una longitud de onda de 680nm.

Esta energía lumínica la aprovechan los organismos llamados autótrofos – fotosintéticos para realizar el proceso de fotosíntesis (Serie de reacciones fotoquímicas) en el que a partir del dióxido del carbono y agua forman glucosa y oxigeno libre.

La ecuación general para este proceso es:

_O2+ CO₂ + H₂O ---------- luz solar -------> C₆ H₁₂ O₆ Cloroplasto_.

La fotosíntesis se lleva a cabo en 2 tipos de reacciones, las luminosas que dependen de la luz y otras independientes de la luz (Ciclo de Calvin) En las luminosas se necesita de la energía solar para excitar a la clorofila para obtener ATP y NADPH necesarios para las reacciones de fase obscura es decir para transformar moléculas de CO₂ atmosférico en carbohidratos.

A continuación se explicara detalladamente este proceso.

2.1.1.2.1 FASE LUMINOSA Y 2.1.1.2.2 FASE OBSCURA

Al incidir luz sobre el fotosistema II, en un centro reactivo, la "molécula de clorofila captura su energía, que causa que uno de sus electrones sea transferido a un estado energético más alto. El electrón energizado es transferido a su vez a un aceptor primario y es reemplazado por un electrón, obtenido del rompimiento de la molécula de agua. El oxígeno que queda libre se asocia con otro para difundirse a la atmósfera. Una parte de la energía de los electrones energizados se utiliza para fosforilar a las moléculas de ADP para formar ATP y otra, para reducir las moléculas de nicotinadenin dinucleótido fosfato (NADP+) y formar NADPH.

Entre los fotosistemas I y II existen cadenas de transporte de electrones. El electrón energizado aceptado por el fotosistema II, pasa de un portador a otro en la cadena, perdiendo energía en cada paso. Esta energía no se pierde sino que es utilizada para la activación de la bomba de protones, que forma un gradiente de protones a través de la membrana del tilacoide hacia el espacio tilacoidal para la síntesis de ATP Los protones son acumulados en el espacio tilacoidal al mismo tiempo que las moléculas de agua son rotas. Como los protones son iones de hidrógeno el pH en el espacio tilacoidal, cae a 5 comparado con el pH del estroma, que es de 8. Esta diferencia de pH de 3 significa que la concentración de iones de hidrógeno difiere en 1, 000 veces.

La membrana del tilacoide es impermeable a los iones de hidrógeno. Éstos solamente pueden pasar por medio de canales formados por la enzima ATP sintetaza. Por medio de procesos de difusión a favor del gradiente los iones de hidrógeno pasan por los canales de ATP sintetasa para fosforilar al ADP.

Muchos procariontes sólo tienen un fotosistema: el fotosistema II (si bien fue el primero en la evolución, fue el segundo en descubrirse, de allí la denominación de II). Los eucariontes usan el fotosistema II, además del fotosistema I.

Las reacciones "independientes de la luz" utilizan el ATP y NADPH, obtenidos de las reacciones luminosas para formar carbohidratos. Estas reacciones ocurren en el estroma y son conocidas como Ciclo de Calvin – Benson o de los tres carbonos (C3). Los varios procesos del ciclo están divididos en tres fases: 1. captación de carbono, 2. reducción de carbono y 3. recuperación de ribulosa difosfato abreviada RuBP

1. En la captación de carbono ocurre una reacción sencilla en la que una molécula de CO; reacciona con una molécula de cinco carbonos (RuBP) que ha sido fosforilada. Esta reacción es catalizada en la superficie de las membranas tilacoideas por la enzima RuBP carboxilasa, probablemente la proteína más abundante del mundo y conocida como rubisco.

El producto de esta reacción posee seis carbonos y, debido a que es inestable, se rompe inmediatamente formando dos moléculas de fosfoglicerato (PGA) con tres carbonos cada una. Las plantas que fijan el carbono de esta manera C3.

2. En la reducción del carbono ocurren reacciones, mismas en las que la energía obtenida, a partir del ATP y NADPH |de las reacciones luminosas), es usada para convertir el PGA en moléculas de glice-raldehído con tres fosfatos (G3P). Estas moléculas son precursoras de la glucosa y la fructuosa.

3. Para la regeneración del RuBP se utilizan diez de las moléculas de G3P (para dar un total de 30 carbonos). A partir de 10 reacciones se reacomodan los 30 carbonos en seis moléculas de ribulosa fosfato, cada una de las cuales se fosforila, utilizando ATP para obtener de nuevo el RuBP necesario para continuar el ciclo.

IMPORTANCIA DE LA FOTOSÍNTESIS

Los organismos fotosintéticos son la base de todas las cadenas y redes alimenticias ya que entre los organismos autótrofos y los heterótrofos se establece una relación de transferencia de materia y energía que es vital para el metabolismo de todos los seres vivos.

También cambiaron la atmosfera primitiva que era de tipo reductor, es decir rica en hidrogeno, y paso a ser rica en oxigeno. Además de que proporcionan oxigeno para los organismos que realizan una respiración aerobia. También absorben el CO₂ que para la humanidad se ha convertido en un contaminante.