El Ciclo Celular y Procesos Bioquímicos Esenciales

Fases del Ciclo Celular

Las células normales son activas en la Interfase:

• Los cromosomas se encuentran en el núcleo o zona nuclear.
• Producen ARNm.
• Durante la interfase se produce también la replicación del ADN que da lugar a dos copias de cada cromosoma.

En la interfase pueden distinguirse tres etapas o fases:

1. Fase G1 (gap, lapso)

   • La célula tiene una copia de cada cromosoma.
   • Examina su estado y entorno para ver si es adecuado para la reproducción. Si es adecuado, pasa a la fase S.

2. Fase S (síntesis)

   • Se replican los cromosomas.
   • El ADN se duplica, quedando cada cromosoma con dos copias iguales unidas por el centrómero.

3. Fase G2

   • La célula tiene dos copias de cada cromosoma.
   • Es una fase de espera y verificación de que la replicación ha funcionado y la célula se encuentra en condiciones adecuadas para la división.

La célula puede permanecer en fase G1 o fase G2 un tiempo más o menos largo. Generalmente, el periodo G1 es más extenso. En la fase S se realiza la replicación completa de los cromosomas y la célula no puede detenerse en esta etapa. En las células eucariotas el origen de replicación es múltiple, en procariotas es único. Tras la fase G2 se puede producir la mitosis, pero nunca en las fases G1 o S. En células en rápida división, la fase G2 puede ser prácticamente inexistente.

En las células se desarrollan mecanismos que desencadenan el proceso de división que, una vez iniciado, ha de completarse, aunque hay puntos intermedios de control del proceso. Algunos desencadenantes del proceso de división:

1. Volumen del citoplasma.
2. Relación entre volumen de citoplasma y núcleo.
3. Factores ambientales.
4. Hormonas.
5. Contacto o ausencia de contacto con otras células.

Tipos de división según el tamaño y número de las células hijas:

1. Bipartición: Las células hijas son aproximadamente iguales.
2. Pluripartición: Se generan varias células aproximadamente iguales.
3. Gemación: Se producen dos células de tamaños muy diferentes.
4. Esporulación.

Tipos de división según el tipo celular y genoma resultante:

1. Mitosis: División normal de las células eucariotas. Conserva el número de cromosomas.
2. Meiosis: División reduccional de las células eucariotas. Disminuye a la mitad el número de cromosomas.
3. División bacteriana: División de células procariotas. Cada célula hereda un cromosoma.

Quiasma

Estructuras en las que los cromosomas homólogos intercambian cromátidas por lugares al azar (sobrecruzamiento). Se aprecia en las fases de Paquiteno (es una figura observable al microscopio óptico) y Diploteno.

Fotosíntesis

La poseen los litotrofos que utilizan energía luminosa para realizar biosíntesis de sus compuestos.

• Arqueas fotosintéticas (Halobacterium).
• Bacterias fotosintéticas (verdes del azufre, verdes filamentosas, purpúreas del azufre).
• Cianobacterias.
• Eucariotas fotosintéticos (Rodófitos, Euglenofitos, Dinoflagelados, Feófitos, Xantofitos, Risofitos, Bacilarofitos, Clorófitos – Plantas).

El proceso más común de la fotosíntesis actualmente es la síntesis de la glucosa con desprendimiento de O₂.

El proceso fotosintético es muy complejo en bacterias y cloroplastos, más sencillo en arqueas. Parece haber surgido independientemente en arqueas y el resto de los organismos fotolitotrofos.

Arqueas

Bomba que expulsa protones del citoplasma en presencia de luz. Bacteriorodopsina (máxima absorción en el verde y azul). ATP sintetasa que obtiene ATP por entrada de protones. La energía se utiliza para reducir materia orgánica.

Bacterias y Cloroplastos

Se realiza en Cloroplastos en eucariotas y en lamelas en procariotas. Consta de dos fases diferentes:

1. Captación de la energía electromagnética. Fase luminosa: Se crean nucleótidos reducidos a partir de la energía de la luz y de un dador de H (DH₂). El dador puede ser agua, SH₂ o un compuesto orgánico. Se obtiene energía en forma de ATP.
2. Síntesis de compuestos orgánicos. Fase oscura: Reducción de compuestos inorgánicos a orgánicos, principalmente Carbono.

Fase Luminosa

Se produce en la membrana de los tilacoides de cloroplastos eucariotas o en lamelas procariotas. Muy semejante en muchos sentidos a la cadena respiratoria, pero en sentido inverso.

• Captación de energía de la luz.
• Obtención de electrones y reducción de un dador H₂O u otro.
• Transporte de electrones que reducen NADP a NADPH₂.
• Bombeo de protones dentro de la membrana.
• ATP asa cloroplástica es capaz de obtener ATP.

Fase Oscura

Tiene lugar en el citoplasma de bacterias litotrofas o en el estroma de los cloroplastos eucariotas. Se utiliza el ATP y NADPH₂ obtenidos en la fase luminosa para reducir compuestos inorgánicos a orgánicos. El principal compuesto que se reduce es el CO₂; menor importancia tiene la reducción de NO₃ y SO₄.

Quimiosíntesis

Algunas bacterias obtienen energía de reacciones químicas a partir de moléculas inorgánicas. Habitan en lugares donde existen estas sustancias capaces de oxidarse para obtener energía. Obtienen ATP de las reacciones químicas. Pueden hacer funcionar la cadena respiratoria al revés. Tienen rutas biosintéticas semejantes a la fase oscura de la fotosíntesis: Ciclo de Calvin.

Los Organismos Quimiosintéticos

• Son procariotas autótrofas. Solamente algunas bacterias poseen metabolismo quimiosintético.
• Viven de una fuente inorgánica: agua, sales, O₂, CO₂ y compuestos inorgánicos.
• Obtienen la energía de una reacción química específica. Solamente crecen con compuestos específicos de origen inorgánico, o producidos por la actividad de otros organismos (descomposición, excreción).
• Son aerobios. Utilizan el oxígeno como último aceptor de electrones.
• Sintetizan materia orgánica por medio del ciclo de Calvin.

Se clasifican según el sustrato del que obtienen energía:

1. Bacterias incoloras del azufre (Sulfobacterias): Oxidan sulfhídrico a azufre y este a sulfato.
2. Bacterias del nitrógeno: Oxidan compuestos nitrogenados.
3. Bacterias del hierro (Ferrobacterias): Oxidan hierro ferroso a férrico.
4. Bacterias del hidrógeno: Oxidan hidrógeno.
5. Bacterias oxidadoras de metano: Oxidan metano a CO₂.

Citoplasma

Todas las células poseen citoplasma.

El Citoplasma Tiene una Composición Compleja

1. Agua.
2. Sales minerales.
3. Metabolitos: (Monosacáridos, Aminoácidos, Nucleótidos, Precursores de compuestos celulares, Intermediarios de rutas metabólicas).
4. Gases disueltos.
5. Desechos.
6. Mensajeros intracelulares (AMPc).
7. Ácidos nucleicos (ARNm, ARNt) (ADN cromosómicos y plásmidos en procariotas).
8. Proteínas: Enzimas, Proteínas estructurales, Reguladoras de procesos celulares, Proteínas que realizan su acción en núcleo, Protección contra virus y parásitos intracelulares.
9. Polisacáridos de reserva.
10. Lípidos de reserva.

Estructura

Medio líquido de viscosidad variable. El citoplasma puede variar la viscosidad polimerizando proteínas:

• Con las proteínas disueltas se comporta como un líquido (estado sol).
• Con las proteínas polimerizadas en filamentos aumenta la viscosidad (estado gel).

Determinados mensajeros celulares modifican este estado. En zonas próximas a la membrana plasmática suele ser más viscoso que en el interior.

Funciones

1. Medio interno celular: Transporte de sustancias entre orgánulos, movimientos citoplásmicos y de vesículas internas.
2. Metabolismo de sustancias: La mayoría de las rutas metabólicas se producen en el citoplasma.
3. Acumulación de sustancias de reserva: Lípidos, glúcidos y otras sustancias.
4. Esqueleto celular: Presión hidrostática que da volumen a la célula.

Citoesqueleto

El citoesqueleto consiste en una serie de filamentos proteínicos de diversos tipos que poseen las células eucariotas en su interior.

Composición

1. Proteínas internas capaces de formar fibras.
2. Algunas son capaces de polimerizarse y despolimerizarse.
3. Estructuras gruesas y rígidas: Microtúbulos.
4. Estructuras finas y flexibles: Microfilamentos.

Tipos de Orgánulos que Forman el Citoesqueleto

1. Microtúbulos: Proteína (Tubulina). Proteínas citoplásmicas globulares y polares: Síntesis y degradación interna de la célula.
2. Centriolos, cilios y Flagelos: Proteína (Tubulina y otras).
3. Microfilamentos: Proteína (Actina). Proteínas citoplásmicas globulares y polares: Síntesis y degradación interna de la célula.
4. Filamentos intermedios: Proteínas (Varias). Proteínas citoplásmicas fibrosas: Permanentes.

Funciones

1. Estructura celular: Forma general de la célula por andamiaje de microtúbulos. Resistencia a la tracción por filamentos intermedios. Viscosidad próxima a la membrana plasmática por microfilamentos.
2. Movimientos celulares: Cilios y flagelos con tubulina y otras proteínas. Fibras musculares: Actina y miosina.
3. Reparto de sustancias: Vesículas ligadas a microtúbulos. División celular.
4. Fijación de sustancias: Encaje de proteína de membrana a fibras de actina. Anclaje de orgánulos a fibras de actina.