Fundamentos de Biología Celular y Metabolismo Energético

Definiciones Clave en Biología Celular y Molecular

Genes Ligados

Son dos o más genes que se localizan en el mismo cromosoma y, por lo tanto, tienden a heredarse juntos durante la división celular (meiosis), a menos que ocurra un entrecruzamiento.

Fragmoplasto

Estructura que se forma durante la citocinesis en células vegetales. Consiste en un tabique o placa celular que se desarrolla en el ecuador de la célula y que dará origen a la nueva pared celular que separa las dos células hijas.

Quiasmas

Puntos de entrecruzamiento o recombinación genética que se observan entre cromátidas no hermanas de cromosomas homólogos durante la profase I de la meiosis. En estos puntos, se produce un intercambio de segmentos cromosómicos.

Tinción de Gram

Un método de tinción diferencial utilizado para clasificar bacterias (células procariotas) en dos grandes grupos: Gram positivas y Gram negativas, basándose en las características de su pared celular. Las bacterias Gram positivas retienen el colorante cristal violeta y aparecen de color morado/azul, mientras que las Gram negativas no lo retienen y se tiñen de rosa/rojo con la safranina.

Inhibición Reversible Competitiva

Tipo de inhibición enzimática reversible donde una molécula, el inhibidor, compite con el sustrato por la unión al centro activo de la enzima. Al ser reversible, la unión del inhibidor es temporal; cuando este se disocia, el sustrato puede unirse y la enzima recupera su actividad.

Fermentación Alcohólica

Proceso metabólico anaeróbico realizado principalmente por levaduras y algunas bacterias, en el que el piruvato (producto de la glucólisis) se convierte en etanol y dióxido de carbono (CO2). Consta de dos etapas principales: 1. Descarboxilación del piruvato para formar acetaldehído y CO2. 2. Reducción del acetaldehído a etanol utilizando NADH, catalizada por la enzima alcohol deshidrogenasa.

Herencia de la Hemofilia: Un Caso de Herencia Ligada al Sexo

En el estudio de la herencia de la hemofilia, una enfermedad ligada al cromosoma X, se utilizan las siguientes notaciones:

• X: Alelo normal (individuo sano)
• Xp: Alelo mutado (individuo afectado o portador)

La hemofilia es una enfermedad genética ligada al cromosoma X. Debido a este patrón de herencia, las mujeres (XX) pueden ser sanas (X X), portadoras (X Xp) o, en casos muy raros, enfermas (Xp Xp). Los hombres (XY), al tener un solo cromosoma X, son sanos (X Y) o enfermos (Xp Y).

Localización de Procesos Metabólicos Clave

• Cadena Transportadora de Electrones: Membrana interna de la mitocondria
• Ciclo de Krebs: Matriz mitocondrial
• Oxidación del Ácido Pirúvico a Acetil-CoA: Matriz mitocondrial
• Glucólisis: Citoplasma
• Ciclo de Calvin: Estroma de los cloroplastos
• Esquema en Z de la Fotosíntesis: Membrana tilacoidal

El Ciclo de Krebs: Central de la Respiración Celular

El Ciclo de Krebs (también conocido como ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos) es un conjunto cíclico de reacciones metabólicas que culmina en la oxidación completa del acetil-CoA hasta dióxido de carbono (CO2). Es una etapa crucial de la respiración celular aeróbica.

En una vuelta completa del Ciclo de Krebs se obtienen:

• Tres moléculas de NADH y una de FADH2, coenzimas reducidas que posteriormente cederán sus electrones en la cadena transportadora de electrones para la síntesis de ATP mediante la fosforilación oxidativa.
• Una molécula de GTP (guanosín trifosfato), que es directamente convertible en ATP.
• Dos moléculas de CO2, que representan los átomos de carbono del acetil-CoA completamente oxidados.

El Ciclo de Calvin: Fijación del Carbono en la Fotosíntesis

El Ciclo de Calvin, también conocido como ciclo C3, es la vía metabólica principal para la fijación del carbono en la mayoría de las plantas. Tiene lugar durante la fase de fijación del carbono (anteriormente conocida como fase oscura) de la fotosíntesis, específicamente en el estroma de los cloroplastos. Se identifica por la actuación de la enzima RuBisCO y la incorporación de CO2 atmosférico. Es un proceso anabólico, ya que a partir de moléculas simples (CO2) se sintetizan moléculas orgánicas más complejas (azúcares).

El ciclo se puede dividir en tres fases principales:

1. Fijación del Carbono (Carboxilación): Una molécula de ribulosa-1,5-bifosfato (RuBP), un azúcar de cinco carbonos, se une a una molécula de CO2 atmosférico. Esta reacción es catalizada por la enzima RuBisCO y forma un compuesto intermedio inestable de seis carbonos, que rápidamente se escinde en dos moléculas de 3-fosfoglicerato (3-PGA).
2. Reducción: Las moléculas de 3-PGA son fosforiladas por ATP y luego reducidas por NADPH (provenientes de la fase luminosa de la fotosíntesis) para formar gliceraldehído-3-fosfato (G3P). Parte de este G3P se utiliza para sintetizar glucosa y otros compuestos orgánicos.
3. Regeneración de la RuBP: El resto de las moléculas de G3P se utilizan para regenerar la RuBP, un proceso que requiere el consumo de ATP, permitiendo que el ciclo continúe.

Para la síntesis de una molécula de glucosa (un azúcar de seis carbonos), el ciclo de Calvin debe dar seis vueltas, fijando seis moléculas de CO2. En cada vuelta, se incorpora una molécula de CO2 a una de RuBP.

El balance energético final para la síntesis de una molécula de glucosa es de 18 moléculas de ATP y 12 moléculas de NADPH consumidas.

La Respiración Aeróbica: Obtención de Energía Celular

La respiración aeróbica es un proceso metabólico que implica la oxidación completa de moléculas orgánicas (como la glucosa) en presencia de oxígeno, liberando una gran cantidad de energía en forma de ATP. El producto final de esta oxidación es dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O). Se produce principalmente en las mitocondrias de las células eucariotas y consta de varias etapas:

1. Glucólisis: Aunque no es estrictamente aeróbica, es la primera etapa de la degradación de la glucosa y ocurre en el citoplasma, produciendo piruvato.
2. Formación de Acetil-CoA: El piruvato (proveniente de la glucólisis) es transportado a la matriz mitocondrial, donde sufre una descarboxilación oxidativa. En este proceso, se convierte en acetil-CoA, liberando CO2 y produciendo NADH. Por cada molécula de glucosa, se forman dos moléculas de acetil-CoA y dos de NADH.
3. Ciclo de Krebs: El acetil-CoA entra en el Ciclo de Krebs (descrito anteriormente), que tiene lugar en la matriz mitocondrial. En este ciclo, el acetil-CoA se oxida completamente, liberando más CO2 y generando coenzimas reducidas (NADH y FADH2), además de una pequeña cantidad de ATP (o GTP).
4. Fosforilación Oxidativa: Es la etapa final y más productiva de la respiración aeróbica, donde se sintetiza la mayor parte del ATP. Tiene lugar en la membrana interna mitocondrial. Las coenzimas reducidas (NADH y FADH2) transfieren sus electrones a la cadena transportadora de electrones, creando un gradiente de protones que impulsa la síntesis de ATP a través de la ATP sintasa. La molécula final aceptora de electrones es el oxígeno (O2), que se reduce a agua.