Practica No. 7 respiración grupos de Biología IV y V de la Mtra. Biciego

El proceso por el cual las células degradan las moléculas de alimento para obtener energía recibe el nombre de RESPIRACIÓN CELULAR.

La respiración celular es una reacción exergónica, donde parte de la energía contenida en las moléculas de alimento es utilizada por la célula para sintetizar ATP. Decimos parte de la energía porque no toda es utilizada, sino que una parte se pierde.

Aproximadamente el 40% de la energía libre emitida por la oxidación de la glucosa se conserva en forma de ATP. Cerca del 75% de la energía de la nafta se pierde como calor de un auto; solo el 25% se convierte en formas útiles de energía. La célula es mucho más eficiente.

La respiración celular es una combustión biológica y puede compararse con la combustión de carbón, bencina, leña. En ambos casos moléculas ricas en energía son degradadas a moléculas más sencillas con la consiguiente liberación de energía.

Tanto la respiración como la combustión son reacciones exergónicas.

Sin embargo, existen importantes diferencias entre ambos procesos. En primer lugar la combustión es un fenómeno incontrolado en el que todos los enlaces químicos se rompen al mismo tiempo y liberan la energía en forma súbita; por el contrario la respiración es la degradación del alimento con la liberación paulatina de energía. Este control está ejercido por enzimas específicas.

En segundo lugar, la combustión produce calor y algo de luz. Este proceso transforma energía química en calórica y luminosa. En cambio, la energía liberada durante la respiración es utilizada fundamentalmente para la formación de nuevos enlaces químicos (ATP).

La respiración celular puede ser considerada como una serie de reacciones de óxido-reducción en las cuales las moléculas combustibles son paulatinamente oxidadas y degradadas liberando energía. Los protones perdidos por el alimento son captados por coenzimas.

La respiración ocurre en distintas estructuras celulares. La primera de ellas es la glucólisis que ocurre en el citoplasma. La segunda etapa dependerá de la presencia o ausencia de O2 en el medio, determinando en el primer caso la respiración aeróbica (ocurre en las mitocondrias), y en el segundo caso la respiración anaeróbica o fermentación (ocurre en el citoplasma).

RESPIRACIÓN AERÓBICA

En presencia de oxígeno, la etapa siguiente de la degradación de la glucosa es la respiración, es decir la oxidación escalonada del ácido pirúvico a dióxido de carbono y agua.

La respiración aeróbica se cumple en dos etapas: el ciclo de Krebs y el transporte de electrones y la fosforilación oxidativa (estos dos últimos procesos transcurren acopladamente).

En las células eucariotas estas reacciones tienen lugar dentro de las mitocondrias; en las procariotas se llevan acabo en estructuras respiratorias de la membrana plasmática.

Estructura de las Mitocondrias

Las mitocondrias están rodeadas por dos membranas, una externa que es lisa y una interna que se pliega hacia adentro formando crestas. Dentro del espacio interno de la mitocondria en torno a las crestas, existe una solución densa (matriz o estroma) que contiene enzimas, coenzimas, agua, fosfatos y otras moléculas que intervienen en la respiración.

La membrana externa es permeable para la mayoría de las moléculas pequeñas, pero la interna sólo permite el paso de ciertas moléculas como el ácido pirúvico y ATP y restringe el paso de otras. Esta permeabilidad selectiva de la membrana interna, tiene una importancia crítica porque capacita a las mitocondrias para destinar la energía de la respiración para la producción de ATP.

La mayoría de las enzimas del ciclo de Krebs se encuentran en la matriz mitocondrial. Las enzimas que actúan en el transporte de electrones se encuentran en las membranas de las crestas.

Las membranas internas de las crestas están formadas por un 80 % de proteínas y un 20 % de lípidos.

En las mitocondrias, el ácido pirúvico proveniente de la glucólisis, se oxida a dióxido de carbono y agua, completándose así la degradación de la glucosa.

El 95 % del ATP producido se genera, en la mitocondria.

Las mitocondrias son consideradas organoides semiautónomos, porque presentan los dos ácidos nucleicos (del tipo procarionte) las crestas mitocondriales aparecen cubiertas por partículas en forma de hongo, que tienen un tallo más fino que las unen a la membrana. Estas estructuras son las llamadas partículas F1 y representan una porción de la ATP asa especial que interviene en el acoplamiento entre la oxidación y la fosforilación. Las partículas F1 se encuentran en la membrana interna, del lado relacionado con la matriz; le confieren una asimetría característica relacionada con la función de la ATP asa.

Para concluir, es importante destacar que el ciclo de Krebs se lleva a cabo en la matriz mitocondrial; mientras que el transporte de electrones y la fosforilación oxidativa se producen a nivel de las crestas mitocondriales.

En la fotosíntesis, la energía lumínica se convierte en química y se fija carbono en compuestos orgánicos.

Los fotosintetizadores o autótrofos elaboran hidratos de carbono a partir de CO2 y agua y liberan O2 a la atmósfera. Son estos organismos los que mantienen estables las concentraciones de CO2, y O2 atmosféricos.

En la respiración aeróbica los compuestos orgánicos son degradados a CO2 y H2O con la concomitante producción de energía química bajo la forma de ATP.

FOTOSÍNTESIS

En la primera etapa o etapa lumínica, la energía del sol es captada por la clorofila y otros pigmentos accesorios, provocando una serie de reacciones de óxido--reducción que propulsan la síntesis de ATP; la reducción de la coenzima NADP a NADPH y la oxidación de moléculas de H2O liberando O2 al medio. En la siguiente etapa o ciclo de Calvin el NADPH y el ATP (productos de la anterior etapa) se utilizan para reducir al CO2 que el vegetal toma del medio, a carbono orgánico. Si falta alguno de estos sustratos, el proceso se detiene.

Son necesarias 6 vueltas al ciclo para formar una molécula de glucosa partir de 2 moléculas de PGAL.

Este compuesto también se puede utilizar como material inicial para  elaborar otros compuestos orgánicos que la célula necesita.

RESPIRACIÓN

La oxidación de la glucosa es una fuente principal de energía en la mayoría de las células.

La primera fase de este proceso es la glucólisis, en la cual la molécula de glucosa (6C), se escinde en dos moléculas de ácido pirúvico (3C). Este paso produce un rendimiento neto de 2 moléculas de ATP y dos moléculas de NADH.

La segunda fase de la degradación de la glucosa es la respiración aeróbica que ocurre en tres etapas: ciclo de Krebs, transporte de electrones y fosforilación oxidativa.

En ausencia deO2 el ácido pirúvico de la glucólisis se convierte en etanol o ácido láctico mediante fermentación. En el curso de la respiración las moléculas de ácido pirúvico se fraccionan en grupos acetilos; los cuales ingresan al ciclo de Krebs. En este ciclo los grupos acetilos se oxidan por completo a CO2, se reducen cuatro aceptores de electrones (tres NAD+ y Un  FAD) y se forma GTP.

La etapa final de la respiración es el transporte de electrones y la fosforilación oxidativa (se dan acopladamente). En este paso intervienen una cadena de transportadores de electrones que transportan los electrones de alta energía aceptados por el NADH y el FADH2 viajando cuesta abajo hacia el oxígeno.

Puedes descargar el formato de la práctica de Biología IV del siguiente link: la práctica de Biología V la descargas de este enlace.

Ciclo celular y reproducción celular grupo 504

Fases del ciclo celular

Para dividirse, una célula debe completar varias tareas importantes: debe crecer, copiar su material genético (ADN) y dividirse físicamente en dos células hijas. Las células realizan estas tareas en una serie de pasos organizada y predecible que conforma el ciclo celular. El ciclo celular es un ciclo, y no un camino lineal, porque al final de cada ronda las dos células hijas pueden iniciar el mismo proceso exacto otra vez desde el inicio.

En las células eucariontes, o células con un núcleo, las etapas del ciclo celular se dividen en dos fases importantes: la interfase y la fase mitótica (M).

·         Durante la interfase, la célula crece y hace una copia de su ADN.

·         Durante la fase mitótica (M), la célula separa su ADN en dos grupos y divide su citoplasma para formar dos nuevas células.

Interfase

Entremos al ciclo celular justo cuando se forma una célula por división de su célula madre. ¿Qué debe hacer ahora esta célula recién nacida si desea seguir su vida y dividirse? La preparación para la división sucede en tres pasos:

·         Fase G_1. Durante la fase G_1​, también llamada fase del primer intervalo, la célula crece físicamente, copia los organelos y hace componentes moleculares que necesitará en etapas posteriores. 

·         Fase S. En la fase S, la célula sintetiza una copia completa del ADN en su núcleo. También duplica una estructura de organización de microtúbulos llamada centrosoma. Los centrosomas ayudan a separar el ADN durante la fase M.

·         Fase G_2​. Durante la fase del segundo intervalo, o fase G_2​, la célula crece más, hace proteínas y organelos, y comienza a reorganizar su contenido en preparación para la mitosis. La fase G_2​ termina cuando la mitosis comienza.

Las fases G_1​, S y G_2 se conocen en conjunto como interfase. El prefijo inter significa entre, lo cual refleja que la interfase ocurre entre una fase mitótica (M) y la siguiente.

Fase M

Durante la fase mitótica (M), la célula divide su ADN duplicado y su citoplasma para hacer dos nuevas células. La fase M implica dos procesos distintos relacionados con la división: mitosis y citocinesis.

En la mitosis, el ADN nuclear de la célula se condensa en cromosomas visibles y es separado por el huso mitótico, una estructura especializada hecha de microtúbulos. La mitosis ocurre en cuatro etapas: profase (que a veces se divide en profase temprana y prometafase), metafase, anafase y telofase. Puedes aprender más sobre estas etapas en el video sobre mitosis.

En la citocinesis, el citoplasma de la célula se divide en dos, lo que forma dos nuevas células. La citocinesis generalmente comienza apenas termina la mitosis, con una pequeña superposición. Es importante notar que la citocinesis ocurre de forma diferente en células animales y vegetales.

·         En los animales, la división celular ocurre cuando una banda de fibras citoesqueléticas llamadas anillo contráctil se contrae hacia adentro y separa la célula en dos, proceso llamado citocinesis contráctil. La hendidura producida a medida que el anillo se contrae se llama surco de división. Las células animales pueden partirse en dos porque son relativamente suaves y blandas.

·         Las células vegetales son mucho más rígidas que las células animales; están rodeadas por una pared celular rígida y tienen alta presión interna. Debido a esto, las células vegetales se dividen en dos al construir una nueva estructura en el centro de la célula. Esta estructura, conocida como placa celular, consta de membrana plasmática y componentes de la pared celular que llegan en vesículas, y divide la célula en dos.

Salida del ciclo celular y G_0

¿Qué pasa con las dos células hijas producidas en una ronda del ciclo celular? Esto depende de qué tipo de células son. Algunos tipos de células se dividen rápidamente y en esos casos las células hijas podrían sufrir inmediatamente otra ronda de división celular. Por ejemplo, muchos tipos de células en un embrión temprano se dividen rápidamente, al igual que las células en un tumor.

Otros tipos de células se dividen lentamente o simplemente no lo hacen. Estas células pueden salir de la fase de G_1​ y entran en un estado de reposo llamado fase G_0​. En G_0​, una célula no se está preparando activamente para la división, solo está llevando a cabo su trabajo. Por ejemplo, podría conducir señales como una neurona (como la del siguiente dibujo) o almacenar los carbohidratos como una célula del hígado. G_0 es un estado permanente para algunas células, mientras que otras pueden reiniciar la división si reciben las señales correctas.

¿Cuánto tiempo dura el ciclo celular?

La duración del ciclo celular varía entre las diferentes células. Una célula humana típica puede tardar unas 24 horas para dividirse, pero las células mamíferas de ciclo rápido, como las que recubren el intestino, pueden terminar un ciclo cada 9-10 horas cuando crecen en medios de cultivo$.$

Los distintos tipos de células dividen su tiempo entre las varias fases del ciclo celular de diferentes maneras. Por ejemplo, en embriones tempranos de rana, las células casi no pasan tiempo en G$_1$​ y G$_2$​, sino que circulan rápidamente entre las fases S y M, lo que resulta en la división de una célula grande, el zigoto, en muchas células pequeñas$. A continuación puedes ver un video acelerado de embriones de rana en división.$

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$$Revisa la siguiente página electrónica para que desarrolles la actividad sugerida:

https://www.hhmi.org/es/biointeractive/el-ciclo-celular-eucarionte-y-el-cancer

Descarga el siguiente archivo en formato PDF para resolver la actividad.

Practica No. 8 respiración celular grupo 504

Entre los procesos metabólicos más importantes a nivel celular, podemos mencionar a la respiración, tal y como revisamos en clase, este proceso esta conformado por varias etapas.

En esta práctica correlacionaremos la glucólisis, el ciclo de krebs y la cadena respiratoria, debemos analizar los cambios que podemos observar mediante una prueba colorimétrica.

En el siguiente link, podrás descargar el formato de la práctica correspondiente.

El metabolismo en las células vegetales grupo 504

Las hojas: donde ocurre la fotosíntesis

Las plantas son los autótrofos más comunes en los ecosistemas terrestres. Todos los tejidos verdes de las plantas pueden fotosintetizar pero, en la mayoría de las plantas, la mayor parte de la fotosíntesis ocurre en las hojas. Las células de una capa intermedia de tejido foliar llamada mesófilo son el principal lugar donde ocurre la fotosíntesis.

En casi todas las plantas hay unos pequeños poros llamados estomas en la superficie de las hojas, los cuales permiten que el dióxido de carbono se difunda hacia el mesófilo y el oxígeno hacia el exterior.

Cada célula mesófila contiene organelos llamados cloroplastos, que se especializan en llevar a cabo las reacciones de la fotosíntesis. Dentro de cada cloroplasto, las estructuras similares a discos llamadas tilacoides están dispuestas en pilas que se asemejan a panqueques y se conocen como granas. Las membranas de los tilacoides contienen un pigmento de color verde llamado clorofila, que absorbe la luz. El espacio lleno de líquido alrededor de las granas se llama estroma, mientras que el espacio interior de los discos tilacoides se conoce como espacio tilacoidal. Se producen distintas reacciones químicas en las diferentes partes del cloroplasto.

Las reacciones dependientes de la luz y el ciclo de Calvin

La fotosíntesis en las hojas de las plantas implica muchos pasos, pero puede dividirse en dos etapas: las reacciones dependientes de la luz y el ciclo de Calvin.

· Las reacciones dependientes de la luz se producen en la membrana de los tilacoides y necesitan un suministro continuo de energía luminosa. La clorofila absorbe esta energía luminosa, que se convierte en energía química mediante la formación de dos compuestos: $ATP$ una molécula de almacenamiento de energía y $NADPH$, un portador de electrones reducido. En este proceso, las moléculas de agua también se convierten en oxígeno.

·El ciclo de Calvin, también llamado reacciones independientes de la luz, se lleva a cabo en el estroma y no necesita luz directamente. El ciclo de Calvin utiliza el $ATP$ y $NADPH$ de las reacciones dependientes de la luz para fijar el dióxido de carbono y producir azúcares de tres carbonos —moléculas de gliceraldehído-3-fosfato, o G3P— que se unen para formar la glucosa.

En general, las reacciones dependientes de la luz capturan energía luminosa y la almacenan de forma temporal en las formas químicas de $ATP$ y $NADPH$. Allí, el $ATP$ se descompone para liberar energía, y el $NADPH$ dona sus electrones para convertir las moléculas de dióxido de carbono en azúcares. Al final, la energía que empezó como luz acaba atrapada en los enlaces de los azúcares.

El siguiente link te permitirá descargar la presentación vista en clase.

El metabolismo celular, grupo 504

En la red metabólica de la célula, algunas reacciones químicas liberan energía y pueden suceder espontáneamente (sin aporte de energía). Sin embargo, otras necesitan que se agregue energía para poder llevarse. a cabo. De la misma forma como necesitas alimentarte continuamente para reponer lo que usa tu cuerpo, también las células necesitan una entrada continua de energía para impulsar sus reacciones químicas que requieren energía

Las vías metabólicas se pueden dividir en general en dos categorías según sus efectos. La fotosíntesis, que fabrica azúcares a partir de moléculas más pequeñas, es una vía "de construcción" o anabólica. En contraste, la respiración celular descompone el azúcar en moléculas más pequeñas y es una vía "de degradación" o catabólica.

Las vías anabólicas construyen moléculas complejas a partir de moléculas sencillas y usualmente necesitan el aporte de energía. La fabricación de glucosa a partir de dióxido de carbono es un ejemplo. Otros ejemplos incluyen la síntesis de proteínas a partir de aminoácidos, o la producción de cadenas de ADN a partir de nucleótidos, que son los componentes fundamentales de los ácidos nucleicos. Estos procesos biosintéticos son cruciales para la vida de las células, se realizan continuamente y utilizan energía contenida en el ATP y otras moléculas que almacenan energía de corto plazo.

Las vías catabólicas involucran la degradación de moléculas complejas en moléculas más sencillas y usualmente liberan energía. La energía almacenada en los enlaces de las moléculas complejas, tales como la glucosa y los lípidos, se libera en las vías catabólicas. Luego se extrae en formas que impulsan el trabajo de la célula, por ejemplo, a través de la síntesis de ATP.

Una nota final pero importante: las reacciones químicas en las vías metabólicas no suceden automáticamente, sin alguna dirección. Por el contrario, cada reacción en una vía es facilitada o catalizada por una proteína llamada enzima. 

En el siguiente enlace podrás descargar la presentación del tema.