Procesos Fundamentales de División y Energía Celular: Mitosis, Meiosis, Glucólisis y Respiración

Mitosis: División Ecuacional

En la mitosis, no se forman parejas de cromosomas homólogos. Como resultado, se obtienen dos células hijas genéticamente idénticas a la célula madre. Las células pueden sufrir sucesivas divisiones mitóticas. Este proceso ocurre en las células somáticas (todas las células del organismo excepto las germinales) y abarca toda la vida de los organismos pluricelulares.

Meiosis

La meiosis consta de dos divisiones celulares consecutivas:

• Primera división meiótica: Es reduccional, ya que se separan los cromosomas homólogos.
• Segunda división meiótica: Es ecuacional, similar a una mitosis, donde se separan las cromátidas hermanas.

Durante la meiosis, sí se forman parejas de cromosomas homólogos (bivalentes) y ocurre el entrecruzamiento. Se obtienen cuatro células hijas genéticamente diferentes entre sí y con la mitad de cromosomas que la célula madre (gametos en animales o esporas en otros organismos). Las células resultantes de la meiosis no pueden sufrir otra meiosis, pero sí pueden dividirse por mitosis (dependiendo del ciclo vital). La meiosis ocurre exclusivamente en células germinales durante la formación de gametos o esporas, generalmente asociada a la madurez sexual.

Glucólisis

La glucólisis es un proceso catabólico anaerobio (no requiere oxígeno). Es una ruta metabólica relativamente sencilla que se produce en el hialoplasma (citosol) de la célula. Está presente en prácticamente todos los seres vivos. Desde el punto de vista energético, es poco eficiente, ya que la ganancia neta por cada molécula de glucosa es de solo dos moléculas de ATP (y 2 NADH). Su producto final principal es el piruvato.

Respiración Celular

La respiración celular es un conjunto de procesos metabólicos cuya función principal es oxidar compuestos orgánicos para obtener energía utilizable por la célula (ATP), necesaria para el trabajo celular y la biosíntesis. Es fundamentalmente una ruta catabólica aerobia (requiere oxígeno como aceptor final de electrones), llevada a cabo por la mayoría de las células eucariotas (animales y vegetales) y muchas procariotas.

En las células eucariotas, las etapas clave (Ciclo de Krebs y Fosforilación Oxidativa) ocurren en las mitocondrias. En las procariotas aerobias, estos procesos suceden en el citosol y la membrana plasmática.

Las moléculas orgánicas (derivadas principalmente de la glucosa) se oxidan gradualmente, cediendo electrones a coenzimas transportadoras como el NADH y el FADH2. Estos transportadores ceden finalmente los electrones al oxígeno molecular a través de la cadena de transporte electrónico. Durante esta transferencia de electrones, se libera energía que se utiliza para sintetizar ATP. Los productos finales de la oxidación completa de la glucosa son dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O).

Fase 1: Formación de Acetil-CoA (Descarboxilación oxidativa del piruvato)

El piruvato, proveniente de la glucólisis, ingresa a la matriz mitocondrial (en eucariotas). Allí, sufre una descarboxilación (pierde un grupo carboxilo como CO2) y una oxidación (cede hidrógenos al NAD+, formando NADH + H+). El grupo acetilo resultante (CH3-CO-) se une a la Coenzima A (CoA-SH) para formar Acetil-CoA (CH3-CO-S-CoA). El CoA actúa como transportador del grupo acetilo hacia la siguiente fase.

Fase 2: Ciclo de Krebs (o Ciclo del Ácido Cítrico)

El Acetil-CoA ingresa al ciclo de Krebs en la matriz mitocondrial. En cada vuelta del ciclo:

• Los dos átomos de carbono del grupo acetilo se oxidan completamente y se liberan como dos moléculas de CO2.
• Se producen procesos de oxidación-reducción que generan poder reductor: 3 moléculas de NADH + 3 H+ y 1 molécula de FADH2 por cada molécula de Acetil-CoA que entra.
• Se genera una molécula de GTP (guanosín trifosfato), energéticamente equivalente al ATP, mediante fosforilación a nivel de sustrato.

Características del Ciclo de Krebs:

• Requiere condiciones aerobias de forma indirecta, ya que necesita que el NAD+ y el FAD se regeneren a partir de NADH y FADH2 en la cadena respiratoria, lo cual depende del oxígeno.
• Es un ciclo catalítico: el oxalacetato, que acepta al Acetil-CoA al inicio, se regenera al final de cada vuelta.
• Es una ruta anfibólica, lo que significa que participa tanto en procesos catabólicos (degradación) como anabólicos (síntesis), ya que sus intermediarios pueden ser utilizados como precursores en otras vías biosintéticas.

Balance por molécula de Acetil-CoA en el Ciclo de Krebs:

• Entra: Acetil-CoA + 3 NAD+ + 1 FAD + GDP + Pi + 2 H2O
• Sale: 2 CO2 + 3 NADH + 3 H+ + 1 FADH2 + GTP + CoA-SH

Fase 3: Fosforilación Oxidativa

Es la etapa final de la respiración celular y donde se produce la mayor cantidad de ATP. Ocurre en la membrana mitocondrial interna (en eucariotas).

El NADH + H+ y el FADH2 producidos en la glucólisis, la formación de Acetil-CoA y el ciclo de Krebs, ceden sus electrones de alta energía a la cadena de transporte de electrones. Esta cadena está formada por un conjunto de proteínas transportadoras que se oxidan y reducen sucesivamente, liberando energía gradualmente.

La energía liberada se utiliza para bombear protones (H+) desde la matriz mitocondrial hacia el espacio intermembrana, creando un gradiente electroquímico (fuerza protón-motriz). El oxígeno actúa como el aceptor final de electrones, reduciéndose para formar agua.

Finalmente, los protones acumulados en el espacio intermembrana fluyen de regreso a la matriz a través de un complejo enzimático llamado ATP sintasa. Este flujo de protones (proceso conocido como quimiosmosis) impulsa la síntesis de grandes cantidades de ATP a partir de ADP y fosfato inorgánico (Pi).