Biología Celular (primera entrega) by Ana Pahola Paz Barahona

Diario científico Ana Pahola Paz Barahona, 202203957 Dayana Rosmary Atz Bar, 202200921 Jandy Joel Montenegro Ramírez, 202206452 María Daniela Salguero Yat, 202203287 Escuela de Biología, Universidad de San Carlos de Guatemala Biología General 1 Licda. Rosalito Barrios 21 de marzo de 2022

Tema: Biología Celular (primera entrega) Período de tiempo que abarca el diario científico (del 7 de febrero al 17 de marzo) Coordinador: Ana Paz Secretario: Dayana Atz

Índice Semana 4: Organización celular La célula: unidad básica de la vida Células procariotas y eucariotas Núcleo celular El citoesqueleto Cubiertas celulares

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Semana 5: Membranas biológicas Estructura de las membranas Funciones de las membranas Estructura y permeabilidad de la membrana celular Transporte pasivo Transporte activo Exocitosis y endocitosis Uniones celulares

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Semana 6: Rutas de liberación de energía, el ATP Reacciones Redox Etapas de la respiración anaeróbica Producción de energía a partir de otros nutrientes Respiración anaeróbica y fermentación

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Semana 7: Fotosíntesis Luz y fotosíntesis Cloroplastos Fotosíntesis: reacciones dependientes de la luz Fotosíntesis: reacciones de fijación de carbono

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Glosario Referencias

28 30

Organización celular La célula unidad básica de la vida La célula es la unidad fundamental de todos los organismos vivos que contiene todo el material necesario para mantener los procesos vitales. La célula adapta diferentes formas de acuerdo a la función que realice. En los seres vivos unicelulares es frecuente la forma de esfera. Las células pueden ser por su forma: cubicas, poliédricas, alargadas, irregulares, con forma geométrica. En general el tamaño de la célula es muy pequeño se encuentra entre las bacterias, sin embargo, existen algunas células que se lares: lu e c s o p ti s e d pueden observar a simple vista. n a r g Existen dos opia de los r p : ta io r a c o r p la  -Célu elular), que ic n (u s te n io r a c o r p las de comprende las célu s. Estos estudios y los realizados posteriormente permitieron establecer en el siglo XIX arqueas y bacteria de los ia p o r p : ta io r a c u e lo que se conoce como Teoría Celular, que dice lo siguiente:  -Célula o la célula m o c s le ta s, te n 1. Todo ser vivo está formado por una o más células. io r euca etal, y animal, célula veg 2. 2- La célula es lo más pequeño que tiene vida propia: es la unidad anatómica y s. a st os y proti fisiológica del ser vivo. las células de hong 3. Toda célula procede de otra célula preexistente. 4. El material hereditario pasa de la célula madre a las hijas.

Teoría celular

La célula unidad básica de la vida

Aspecto de la estructura celular La membrana plasmática Representa el límite entre el medio extracelular y el intracelular. Es de gran importancia para los organismos, ya que a su través se transmiten mensajes que permiten a las células realizar numerosas funciones. Los componentes moleculares son los lípidos (40%). proteínas (50%) y glúcidos (10%). Alguna de las funciones que realiza esta membrana es aislar y la intervención en el intercambio de medio celular a extracelular.

Lípidos Están los fosfolípidos, el colesterol y los glucolípidos. Son moléculas antifáticas, por lo que en un medio acuoso se orientan formando una bicapa lipídica, que tiende al autosellado, esto hace que la membrana sea flexible, es fluida y es asimétrica. El colesterol contribuye a regular la fluidez de la membrana y le da estabilidad mecánica.

Proteínas Las proteínas son características de cada especie y dan a la membrana sus funciones específicas integrales y periféricas. Están limitadas a zonas específicas.

La membrana plasmática Representa el límite entre el medio extracelular y el intracelular. Es de gran importancia para los organismos, ya que a su través se transmiten mensajes que permiten a las células realizar numerosas funciones. Los componentes moleculares son los lípidos (40%). proteínas (50%) y glúcidos (10%). Alguna de las funciones que realiza esta membrana es aislar y la intervención en el intercambio de medio celular a extracelular.

La célula unidad básica de la vida

Célula procariota y eucariota

Células Eucariotas Tienen el genoma dentro del núcleo. Se caracteriza por poseer un núcleo definido rodeada por la membrana nuclear, Pueden vivir aisladas como organismos unicelulares. Poseen núcleo, membrana y citoplasma. Por lo general, estas células son más grandes que las células procariotas y se encuentran principalmente en organismos pluricelulares; los organismos con este tipo de células se denominan eucariontes y van desde los hongos hasta los seres humanos. Las células eucariotas también contienen otros orgánulos aparte del núcleo. Un orgánulo es una estructura dentro del citoplasma que cumple un trabajo específico en la célula.

https://flexbooks.ck12.org/cbook/ck-12-conceptosbiologia/section/2.2/primary/lesson/c%C3%A9lulasprocariotas-y-eucariotas/

Características:  La célula es más compleja.  Tiene un núcleo.  Está rodeada de una membrana nuclear.  Contiene cloroplastos (únicamente en células vegetales.  Contienen complejo de Golgi.  Tienen pared celular de celulosa (únicamente en células vegetales).  Contienen cromoplastos.  Contienen clorofila.

Célula Eucariotas y procariotas

Célula procariota y eucariota

Células Procariotas Su material genético se encuentra disperso. Tienen el genoma citoplasma. Se caracteriza por no tener núcleo organizado, ya que se encuentra inmerso en el protoplasma celular. La mayor parte del ADN de las procariotas se encuentra en una región central de la célula llamada el nucleoide que típicamente se conforma de un gran bucle único conocido como el cromosoma circular.

https://flexbooks.ck12.org/cbook/ck-12-conceptosbiologia/section/2.2/primary/lesson/c%C3%A9lulas-procariotas-yeucariotas/

Características: Son relativamente unicelulares. No existe un núcleo definido. Contienen ADN. Tiene membrana (la cual protege y da forma). Contiene ribosomas. (los cuales sintetizan la energía). Contiene apéndices (que le permiten movilizarse).  Tiene flagelos (estructuras para movimiento).

Célula Eucariotas y procariotas

Núcleo celular Es un orgánulo membranoso que se encuentra en el interior de las células eucariotas. El núcleo celular funciona como un centro de información ya que se encarga de mantener el material genético y hacerlo funcionar cuando sea necesario. Fue el primer orgánulo celular descubierto a través del microscopio. Es necesario para el buen funcionamiento de la célula, indispensable para alcanzar altos niveles de complejidad de la vida, como somos los seres pluricelulares.

Núcleo celular. (s. f.). [Imagen]. Concepto. https://concepto.de/wpcontent/uploads/2018/08/celula-humana-min-2-e1535468901370.jpg

Las funciones del núcleo son: - Contener y guardar los cromosomas que transportan la información genética (genes), sobre todo durante procesos de reproducción. - Organizar los genes en cromosomas específicos, lo cual permite la división celular y facilita la labor de transcripción de su contenido. - Permitir el transporte de moléculas entre el núcleo y el citoplasma, de manera selectiva de acuerdo al tamaño de las células. - Transcribir el ARN mensajero (ARNm) a partir de la matriz del ADN, que transporta la secuencia genética al citoplasma y sirve de matriz para la síntesis de las proteínas que se lleva a cabo dentro de la célula. - Producir ribosomas indispensables para crear el ARN Ribosómico (ARNr).

Núcleo celular

El citoesqueleto

Las células normalmente tienen estructuras internas llamadas orgánulos u organelos que están especializados para realizar funciones específicas. Mitocondrias: lugar donde ocurre la mayoría de las reacciones de la respiración celular; transformación de la energía que procede de la glucosa o de lípidos en energía de ATP. Las mitocondrias están formadas por dos partes: Matriz o Membrana interna.

Membrana plasmática: encierra el contenido celular; regula el de materiales dentro y fuera de la célula; ayuda a mantener la forma de la célula; se comunica con otras células (también está presente en procariotas).

Ribosomas: son los encargados de ensamblar uno a uno los aminoácidos que componen cada proteína, son los operarios más complejos en el proceso de mantener la vida de las células. Los ribosomas pueden estar libres, es decir, que flotan en el citoplasma, adheridos al retículo endoplásmico o a la parte exterior de la envoltura nuclear.

El citoesqueleto

Retículo endoplásmico (RE): sintetiza lípidos y modifica muchas proteínas; es el lugar de origen de las vesículas de transporte intracelular que llevan las proteínas. Una de sus funciones es la de entregar las proteínas sintetizadas al aparato de Golgi que las transformará y enviará al resto de organismos.

Complejo de Golgi: este orgánulo se encarga del procesamiento, empaquetamiento, clasificación, distribución hacia las vacuolas u otros orgánulos y modificación de proteínas y lípidos, especialmente de aquellas proteínas destinadas a ser exportadas por la célula.

Lisosomas: son orgánulos celulares en forma de burbujas dentro del citoplasma en las que están contenidas diferentes enzimas digestivas. Se forman a partir del Retículo endoplásmico rugoso y posteriormente las enzimas son empaquetadas por el Complejo de Golgi. Su función principal es descomponer las moléculas complejas (proteínas, lípidos, ácidos nucleicos y carbohidratos) en moléculas más simples o proteínas deteriorados o que ya no se necesitan.

Plastidios (ej. cloroplastos): los cloroplastos son los lugares donde se realiza la fotosíntesis; la clorofila captura la energía de la luz; se forma ATP y otros compuestos ricos en energía que se utilizan para convertir el CO2 en carbohidratos.

Peroxisomas: lugar en el que ocurren muchas reacciones metabólicas diversas; por ejemplo, degradación de ácidos grasos.

Vacuolas: almacenan materiales, residuos, agua; mantienen la presión hidrostática.

El citoesqueleto

Cubiertas celulares Pared celular La pared celular en la célula vegetal es una zona límite en donde contacta el mundo exterior. Sus funciones principales son: Proteger a la célula de daños mecánicos. Dar una forma definida. Mantener su balance osmótico. Limitar el movimiento celular. Limitar la entrada y salida de materiales. Participar en los procesos de crecimiento y desarrollo de la planta. Participar en los procesos de transpiración, secreción y absorción. Formar la madera. Mantener erguidas a las plantas.

Matriz extracelular Es una capa de glucoproteínas que ayuda a mantener juntas a las células, y su función es protección, comunicación y sostén. La interacción entre la matriz y la membrana celular es esencial para la migración y diferenciación celular. En este proceso, se han identificado diversos mecanismos que permiten a ciertas células encontrar el camino adecuado o bien, unirse a células apropiadas por medio de proteínas adhesivas.

Cápsula celular En algunas bacterias, como las que causan enfermedades, existe una cubierta externa llamada cápsula, que rodea a la célula y la protege aún más. Además, la cápsula participa en la adhesión de las bacterias a cualquier superficie, incluyendo la de su huésped. Se cree que la cápsula es como un disfraz que evita que el huésped la detecte. La cápsula la protege de los ataques del sistema inmunológico.

Noticia científica: https://www.investigacionyciencia.es/noticias/identifican-las-clulas-madre-creadoras-de-clulas-sanguneas-con-mayor-poder-regenerativo20745 Identifican las células madre creadoras de células sanguíneas con mayor poder regenerativo. Conocer las características de estas células troncales permitirá avanzar en su aplicación terapéutica contra enfermedades de la sangre. (Esther Samper, 2022)

Cubiertas celulares

Estructura

Membranas Biológicas

Bicapa fosfolipiídica: es la estructura básica de la membrana y constituye una barrera relativamente impermeable al agua. los fosfolípidos. Éstos se caracterizan por tener una parte de su molécula cargada, denominada “cabeza”, que se corresponde con la posición del grupo fosfato negativo; y otra parte, denominada “cola”, formada por dos cadenas de ácidos grasos sin carga. El extremo polar, con carga, es una porción hidrofílica debido a su interacción con moléculas de agua también polares. El extremo no polar es hidrofóbico por su falta de relación con el agua. Este tipo de moléculas se ensamblan de manera automática formando la bicapa lipídica, donde las colas hidrofóbicas se sitúan mirando hacia el centro de la bicapa, alejándose de las moléculas de agua, y las cabezas polares, quedan orientadas hacia el exterior en contacto con el agua tanto extracelular como intracelular.

Proteínas y Glúcidos intercalados Fluidez Asimettría Autorreparantes Autoagregantes

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cell_membrane_de tailed_diagram_en.svg

Funciones Las membranas biológicas son dinámicas y esenciales para la funcionalidad celular. Compartimentalización: la membrana plasmática define y limita la célula y mantiene las diferencias entre el contenido citosólico y el exterior celular; las membranas de orgánulos (retículo endoplásmico, aparato de Golgi, mitocondria, etc.) también establecen características diferenciales entre esos orgánulos y el citosol.

Control del intercambio de moléculas entre interior y exterior celular mediante su permeabilidad selectiva, puesto que son impermeables para los iones y para la mayoría de las moléculas polares, y los procesos de transporte desolutos específicos. Reconocimiento y transducción de señales externas.

Protección de la célula frente a posibles agresiones externas.

Establecimiento de interacciones intercelulares o con componentes de la matriz extracelular.

Mantenimiento de la presión osmótica.

Determinantes de la forma celular y condicionantes de la motilidad y los procesos de secreción y endocitosis.

Catálisis de ciertas reacciones llevada a cabo por proteínas de membrana especializadas.

Estructura y permeabilidad de la membrana celular La membrana celular se compone de dos capas de lípidos anfipáticos, cuyas cabezas polares hidrófilas (afinidad por el agua) se orientan hacia adentro y hacia afuera de la célula, manteniendo en contacto sus partes hidrófobas (que rechazan el agua), de forma semejante a un sándwich. Estos lípidos son primordialmente colesterol, pero también fosfoglicéridos y esfingolípidos. También posee un 20 % de proteínas integrales y periféricas, que cumplen funciones de conexión, transporte, recepción y catálisis. Las proteínas integrales de la membrana están incrustadas en la bicapa con sus superficies hidrófilas expuestas al entorno acuoso y sus superficies hidrófobas en contacto con el interior hidrófobo de la bicapa. Las proteínas transmembrana son proteínas integrales que atraviesan completamente el espesor de la membrana. Las proteínas periféricas de la membrana se asocian con la superficie de la bicapa, normalmente se unen a las regiones expuestas de proteínas integrales y se separan con facilidad sin perturbar la estructura de la membrana. Gracias a ellas se da también el reconocimiento celular, una forma de comunicación bioquímica. Por último, la membrana celular posee componentes glúcidos (azúcares), ya sean polisacáridos u oligosacáridos, que se hallan en la parte exterior de la membrana formando un glicocalix. Estos azúcares representan apenas el 8 % del peso seco de la membrana y sirven como material de soporte, como identificadores en la comunicación intercelular y como protección de la superficie de la célula de agresiones mecánicas y químicas.

https://mmegias.webs.uvigo.es/5celulas/3-propiedades1.php

Permeabilidad de la membrana celular

La membrana ejerce una permeabilidad altamente selectiva para el paso de sustancias entre el exterior, sea éste el medio intercelular u otra célula, y el interior; permeabilidad selectiva que resulta muy importante por tres razones: Para proteger la integridad de la célula Para mantener las condiciones químicas de forma que el metabolismo celular pueda llevarse a cabo Para coordinar la actividad del conjunto de células que forman un organismo pluricelular. Aunque al referirse a membrana se va a, pensar en la membrana plasmática, habrá de tenerse en cuenta que lo que se mencione es también de aplicación para el conjunto de membranas que constituyen los diferentes orgánulos celulares y la membrana nuclear. Las membranas celulares son selectivamente permeables o semipermeables, pues permiten el paso de determinadas moléculas o iones y restringen el de otros: Algunas moléculas no polares de pequeño tamaño (como el oxígeno y el nitrógeno molecular), moléculas polares sin carga (como el agua o el dióxido de carbono) o solubles en lípidos (ácidos grasos y alcoholes) pueden atravesar la membrana libremente. Las moléculas con carga, como los ácidos orgánicos, aminoácidos y otros iones (H+, Na+, Cl-, K+, etc.), no pueden atravesar la membrana y tienen que utilizar proteínas de transporte específicas.

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cell_membr ane_scheme.png

Transporte pasivo Es el proceso que permite el paso de moleculas e iones a través de la membrana celular sin una fuente de energía. Rememora que la membrana celular es semipermeable. No posibilita que todo pase. Varias moléculas pueden pasar de forma sencilla por medio de tus membranas celulares, en lo que otras poseen más complejidad. En ocasiones moléculas requieren el apoyo de proteínas especiales de transporte para desplazarse por medio de la membrana celular. Varias moléculas inclusive requieren un ingreso de energía para ayudarles a cruzar la membrana celular.

El desplazamiento de moléculas por medio de la membrana sin ingreso de energía es conocido como transporte pasivo. El transporte pasivo requiere una entrada de energía. Un ejemplo de transporte pasivo es la difusión, el movimiento de moléculas desde un área de alta concentración a un área de baja concentración. Las proteínas de transporte y los canales proteicos están involucrados en la difusión facilitada.

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Transporte Activo En contraste con la difusión proporcionada, que no necesita energía y lleva moléculas o iones hacia un gradiente de concentración, el transporte activo bombea moléculas e iones en oposición a un gradiente de concentración. Algunas veces, un organismo requiere trasladar algo en oposición a un gradiente de concentración. La exclusiva forma en que esto puede ocurrir es por medio del transporte activo, que Usa la energía que se crea por la respiración (ATP). En el transporte activo, las partículas se mueven por medio de una membrana celular de una menor concentración a una más grande concentración. El transporte activo es el proceso que necesita energía para bombear moléculas e iones por medio de membranas "cuesta arriba", en oposición a un gradiente de concentración. El transporte activo de moléculas pequeñas o iones por medio de una membrana celular se realiza principalmente por las proteínas de transporte que se hallan en la membrana. Las moléculas mayores, como por ejemplo el almidón además tienen la posibilidad de ser transportadas activamente por medio de la membrana celular por procesos denominados endocitosis y exocitosis.

La Homeostasis hace referencia al balance o equilibrio en la célula o de un organismo. Es la función de un organismo para conservar un ambiente interno constante. La homeostasis es un equilibrio dinámico en vez de un estado inmodificable. Los procesos celulares analizados en los conceptos de Difusión y Transporte activo desempeñan un papel fundamental en la regulación homeostática. Vas a aprender más sobre la homeostasis en otros conceptos. El transporte activo es un proceso que necesita energía para bombear moléculas e iones por medio de membranas en oposición a un gradiente de concentración. Los procesos de transporte activo ayudan a conservar la homeostasis. Los gradientes electroquímicos creados mediante transporte activo primario almacenan energía, que puede liberarse a medida que los iones se mueven otra vez por sus gradientes. El transporte activo secundario utiliza la energía almacenada en estos gradientes para mover otras sustancias contra sus propios gradientes

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Active_Transport_-_Protein_Pumps.png

Exocitosis y Endocitosis Endocitosis Es el proceso de captura de una sustancia o partícula a partir de fuera de la célula envolviéndola con la membrana celular.

Exocitosis Explica el proceso de fusión de vesículas con la membrana plasmática y de liberación de contenido al exterior de la célula.

Tipos principales de endocitosis: - La fagocitosis, o ingesta de alimentos celular, se genera una vez que los materiales disueltos acceden en la célula. La membrana plasmática envuelve el material sólido, conformando una vesícula fagocítica. - La pinocitosis, o hidratación celular, se genera una vez que la membrana plasmática se pliega hacia adentro para conformar un canal que posibilita el ingreso de sustancias disueltas en la célula. Una vez que el canal está cerrado, el líquido es encerrado en una vesícula pinocítica.

La exocitosis se produce cuando una célula produce sustancias para exportar, tal como una proteína o cuando la célula se deshace de un desecho o de una toxina. Las proteínas de la membrana recién hechas y los lípidos de la membrana se mueven en la parte superior de la membrana plasmática por exocitosis.

Uniones Celulares Uniones de anclaje: Encargados de transmitir tensiones y son sostenidas por filamentos del citoesqueleto intracelular, mantienen la estructura de epitelio y unidas a las células incrementando resistencia y rigidez de líquidos. Desmosomas: Sellan los espacios entre células epiteliales constituyendo una barrera impermeable, actúan como puntos de soldadura y están compuestos de un complejo de proteínas, algunas de las cuales se extienden a través de la membrana. Uniones adherentes: Unión de red de filamentos de actina entre células adyacentes a través de glicoproteínas de membrana, denominadas cadherinas. Además, forman uniones entre citoesqueletos de células epiteliales.

Uniones estrechas: Crean un sello a prueba de agua entre dos células animales adyacentes, las células se mantienen unidas firmemente por muchos grupos individuales de proteínas, que interactúa con un grupo compañero en la membrana plasmática opuesta. Su propósito es evitar que el agua escape entre las células, permitiendo que una capa de células actúe como una barrera impermeable. Uniones en hendidura: Se forman cuando un conjunto de seis proteínas llamadas conexinas, forman una estructura alargada parecida a una dona llamada conexón, son complejos moleculares a modo canales que se disponen en las membranas plasmáticas de células contiguas, permitiendo comunicación directa entre los citoplasmas, al igual el transporte de iones, agua y otras sustancias. Plasmodesmos: Se hallan en la pared celular, están recubiertos de membrana plasmática, permiten el intercambio citoplásmico directo entre dos células.

Noticia Científica En un estudio publicado en Cell, los investigadores del MDC muestran cómo una célula es capaz de procesar cientos de señales simultáneamente. Andreas Bock y sus colegas creen que sus hallazgos abrirán todo un nuevo campo de investigación en biología celular ( Bonity, s.f.). Bonity. (s.f.). Fábricas emergentes bajo la membrana celular. https://www.bionity.com/es/noticias/1175217/fbricas-emergentes-bajo-la-membrana-celular.html

Reacciones Redox Una reacción redox es aquella en la que una molécula pierde electrones y se oxida, mientras que otra molécula gana electrones y se reduce, en esta reacción se incluye la electroquímica, que es la rama de la química que estudia la conversión entre energía eléctrica y química, los procesos electroquímicos en la cual su energía liberada por una reacción espontánea se convierte en electricidad que aprovecha para una reacción química espontánea. Anabolismo: Consiste en fabricar y almacenar energía, contribuye al crecimiento de células nuevas, mantenimiento, reparación y crecimiento tisular y crecimiento de moléculas orgánicas complejas a partir de otras simples. Oxidación: Es toda transformación química en la que se produce un aumento del número de oxidación. Reducción: Produce una disminución del número de oxidación. Agente oxidante: Aquel que produce la oxidación de otro elemento. Agente reductor: Produce la reducción de otro elemento. Bomba de sodio-potasio: Es un transportador ABC, una proteína de transporte específica en la membrana plasmática, utiliza la energía ATP para bombear iones de sodio fuera de la célula y iones de potasio dentro de la célula.

File: Reacciones redox. png, De Zwickipedia, Dominio Público https://commons.wikimedia.org/w/inde x.php? title=User:Zwickipedia&action=edit&re dlink=1

Etapas de la respiración aeróbica 2ADP 2ATP

Glucólisis

Piruvato

https://sciencebitesperu.weebly.com/science-bites/respiracion-aerobica

Fermentación lactática

2NADH+ 2 NADH

Fermentación alcohólica

Lactato

Alcohol

Producción de energía a partir de otros nutrientes La producción de glucosa como fuente de energía se realiza a partir de proteínas, carbohidratos y grasas.

Alimentos

según el catabolismo celular

Obtención de energía

nutrientes

Se produce

moléculas de desecho H20 CO2 https://www.pxfuel.com/es/free-photo-jmhbk

Residuos de nitrógeno

energía

Respiración anaérobia y fermentación La respiración anaérobia es el proceso metabólico de oxidorreducción de azúcares, es decir se oxida la glucosa para obtener energía, consiste en oxido reducción de monosacáridos y otros compuestos en que el aceptor terminal de electrones es una molécula inorgánica distinta del oxígeno, y más raramente una molécula orgánica, pasa a través de una cadena de transporte de electrones para impulsar la síntesis de ATP.

La fermentación es la vía de la respiración anaeróbica que no requiere oxígeno para degradar glucosa, se realiza en varias células y organismos, la única vía de extracción de energía que solicita es la glucólisis, con una o dos reacciones extras al final. Hay dos tipos de fermentación que son: alcohólica y lactacto.

Noticia científica Metabolismo: tu cuerpo visto como una central de energía Un examen del genoma humano revela el desempeño de distintos genes en la producción y consumo de energía. El estudio ofrece una nueva visión del metabolismo celular con grandes implicaciones en el tratamiento de diversas enfermedades ( National Geographic España, 2020).

File: Fermentación -alcohólica.svg. PNG, De Alejandro Porto Dominio público https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bacterial_Anaerobic_Cor rosion-es.svg

https://www.nationalgeographic.com.es/ciencia/metabolismo-tucuerpo-visto-como-central-energia_15856

Fotosíntesis

Luz y fotosíntesis

La fotosíntesis es un proceso que transforma la energía de la luz del sol en energía química. A partir del CO2 (dióxido de carbono), el agua y los minerales, y con la ayuda de la luz solar, la planta elabora azúcares que son su alimento. Las reacciones de la fotosíntesis ocurren en las células de las hojas en un orgánulo denominado cloroplasto. El primer producto de la fotosíntesis es la glucosa (carbohidrato simple); de ahí, con ayuda de los elementos absorbidos del suelo y utilizando la energía almacenada en moléculas receptoras, se realizan síntesis de numerosos compuestos orgánicos ricos en energía (calorías), tales como carbohidratos complejos (almidón, celulosa), grasas (aceites, ácidos grasos), proteínas, vitaminas, pigmentos y muchas sustancias más. El oxígeno y el vapor de agua son los desechos de esta “fábrica”. Este gas se utiliza para la respiración de todos los organismos, incluso de la misma planta. El proceso de fotosíntesis se divide en dos fases: Fase luminosa Fase oscura

File:Reacciones de la fotosíntesis.PNG, De Maulucioni, Dominio público https://commons.wikimedia.org/ wiki/File:Reacciones_de_la_fotos %C3%ADntesis.PNG

Cloroplastos

Los cloroplastos se encuentran en las células de plantas y algas, pero no en las de animales y hongos y son orgánulos teñidos con una serie de pigmentos conocidos como clorofilas. La clorofila, además de ser la responsable del color verde de las plantas, tiene la capacidad de absorber la energía de la luz y utilizarla para llevar a cabo la fotosíntesis. Los cloroplastos producen tanto las moléculas nutritivas como el oxígeno que utilizan las mitocondrias.

FFile:Chloroplast (borderless version)-es.svg , De Kelvinsong, Dominio público https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chloroplast_(borderl ess_vers

Los cloroplastos son orgánulos con forma de disco. Cada cloroplasto está recubierto por una membrana doble. El cloroplasto contiene en su interior una sustancia básica denominada estroma, la cual está atravesada por una red compleja de discos conectados entre sí, llamados lamelas. Muchas de las lamelas se encuentran apiladas como si fueran platillos; a estas pilas se les llama grana. Las moléculas de clorofila están unidas a las lamelas. Los cloroplastos también contienen gránulos pequeños de almidón donde se almacenan los productos de la fotosíntesis de forma temporal.

Fotosíntesis: reacciones dependientes de la luz

Fase luminosa

En esta etapa, la luz solar llega hasta los cloroplastos, de forma que las clorofilas convierten esta energía en energía química. La energía que se genera proviene de la rotura de la molécula de agua (H2O), de forma que libera libera oxígeno (O2) a la atmósfera. Las reacciones dependientes de la luz usan la energía lumínica para formar dos moléculas necesarias para la siguiente etapa de la fotosíntesis: la molécula de almacenamiento de energía ATP y el portador de electrones reducido NADPH. En las plantas, las reacciones de la luz ocurren en la membrana de los tilacoides de los cloroplastos. Los fotosistemas, grandes complejos de proteínas y pigmentos (moléculas que absorben la luz) que son óptimos para recolectar luz, son clave en las reacciones luminosas. En un proceso llamado fotofosforilación no cíclica (la forma "estándar" de las reacciones dependientes de la luz), se toman electrones del agua y pasan a través del PSII y PSI antes de terminar en NADPH.

File:Simple photosynthesis overview gl.svg , De Daniel Mayer, Dominio público https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sim ple_photosynthesis_overview_gl.svg

Fotosíntesis: reacciones dependientes de la luz

Este proceso requiere que se absorba luz dos veces, una vez en cada fotosistema, y crea ATP. De hecho, se llama fotofosforilación porque implica el uso de energía de la luz (foto) para crear ATP a partir de ADP (fosforilación). Pasos a continuación:

Absorción de la luz en PSII Cuando uno de los muchos pigmentos del fotosistema II absorbe luz, la energía pasa de un pigmento a otro hacia el interior hasta alcanzar el centro de reacción.

Síntesis de ATP El electrón de alta energía recorre una cadena de transporte de electrones y pierde energía a medida que avanza. Parte de la energía liberada impulsa el bombeo de iones H+ del estroma hacia el interior de los tilacoides y forma grandiantes. A medida que los inones H+ fluyen a favor de su gradiente hacia el estroma, pasan a través de la ATP sintasa, que estimula la producción de ATP en un proceso conocido como quimiosmosis.

Absorción de la luz en PSI El electrón llega al fotosistema I y se une al par especial de clorofilas P700 en el centro de reacción.

Formación de NADPH El electrón de alta energía recorre un segundo tramo breve de la cadena de transporte de electrones. Al final de la cadena, el electrón pasa al NADP+ para formar NADPH.

Fotosíntesis: reacciones dependientes de la luz

Fotosintesis. (s. f.-b). [Ilustración]. Khan Academy. https://cdn.kastatic.org/ka-perseus-images/5fe047dca66ee8a1a047ac42aa3d1371e2e3fb39.png

Fotosíntesis: reacciones de fijación de carbono

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 el 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. La fijación del carbono es el primer paso de las reacciones oscuras. El carbono proveniente del CO2 es "fijado" dentro de un gran carbohidrato. La enzima RuBisCo cataliza la carboxilación de difosfato de ribulosa, o sea, la fijación del dióxido de carbono para formar PGA (Ácido 3-Fosfoglicérico). Tres pueden ser los caminos que existen para que este tipo de reacción ocurra: Fijación del carbono C3, fijación del carbono C4, y CAM.

Noticia científica: https://www.dicyt.com/noticias/la-fotosintesis-artificial-clave-para-mitigar-elcalentamiento-global

File:Esquema fotosíntesis .png, De VanhRivera, Dominio público https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Esquema_fotos%C3%ADntesis _.png

"Esa publicación será el punto inicial para el diseño de sistemas avanzados con el fin de producir hidrógeno de forma eficiente y, por lo tanto, son clave para los futuros sistemas de almacenamiento de energía y para el entendimiento del misterio que hace la fotosíntesis tan especial" (Agencia DiCYT, 2021).

Glosario ATP (trifosfato de adenosina): molécula de energía. Bicapa fosfolipídica: estructura básica de la membrana. Cítrico: oerteneciente al ácido cítrico y a los frutos que lo contienen. Clorofila: pigmento de color verde que se halla presente en las hojas y tallos de muchos vegetales y que es responsable del proceso de fotosíntesis; se emplea en farmacia y cosmética. Cloroplastos: son organelos que se encuentran en las células del brócoli, así como las de otras plantas y algas. Contracción: acortamiento y engrosamiento repentino de las fibras de un músculo, debido a alguna excitación. Cromatina: sustancia que se utiliza para crear los cromosomas. Cromoplastos se caracterizan por contener los pigmentos que le dan a las flores y a los frutos de las plantas los colores Difusión: distribución espontánea de moléculas en un medio. Endocitosis: es el proceso de captura de una sustancia o partícula a partir de fuera de la célula envolviéndola con la membrana celular.

Esencial: qué es principal, sustancial o necesario. Estroma: matriz que rodea la grana en la membrana interna de los cloroplastos. Etanol: alcohol etílico. Exocitosis: explica el proceso de fusión de vesículas con la membrana plasmática y de liberación de contenido al exterior de la célula. Extracelular: significa "fuera de la célula" y es utilizado en biología celular, biología molecular y campos relacionados. Fagocitosis: ingesta de alimentos celular. Fosfolípidos: son lípidos anfipáticos, que se encuentran en todas las membranas celulares de plantas y animales, disponiéndose como bicapas lipídicas. Fotosíntesis: proceso que transforma la energía de la luz del sol en energía química. Fotosistema: complejos donde están organizados los pigmentos junto con proteínas. Glucoproteínas son proteínas que contienen cadenas de oligosacáridos (los glicanos) unidas covalentemente a los aminoácidos; la glicosilación (la unión enzimática de los azúcares) es la modificación postraduccional más frecuente de las proteínas.

Glosario Granas: estructuras que se encuentran dentro de los cloroplastos y que se visualizan al microscopio óptico como gránulos verdes y al microscopio electrónico como una serie de apilamientos de tilacoides. Hidrófilo: afinidad por el agua. Hidrófobo: que rechazan el agua. Hidrostática es la rama de la hidráulica que estudia los fenómenos asociados a los fluidos que se encuentran en estado de reposo. Homeostasis: hace referencia al balance o equilibrio en la célula o de un organismo. Es la función de un organismo para conservar un ambiente interno constante. Lactato: sal de ácido láctico. Lamelas: estructura en forma de disco en los cloroplastos. Líquido extracelular: constituye aproximadamente un tercio del líquido corporal, los dos tercios restantes son líquido intracelular dentro de las células. Membranoso: que tiene membranas o que tiene las características de una membrana. NADPH: portador de electrones de alta energía que se utiliza en la reducción.

Pinocitosis: hidratación celular.reacciones captadoras de luz de la fotosíntesis y de la fotofosforilación. Piruvato: es un compuesto de importancia crucial en la bioquímica, ya que es el producto final de la glucólisis. Quimiósmosis: es la difusión de iones a través de una membrana. Redox: reacción química, que se caracteriza por la oxidación de una reactante y la reduccióon del otro. Ribosoma es una partícula celular hecha de ARN y proteína que sirve como el sitio para la síntesis de proteínas en la célula. Síntesis: formación artificial de un cuerpo compuesto mediante la combinación de elementos. Tilacoides: sacos aplanados que son independientes de la membrana interna del cloroplasto, sitio de las Bicapa fosfolipídica: estructura básica de la membrana. Transferir: trasladar una cosa de un lugar a otro. Transporte Activo: es un proceso que necesita energía para bombear moléculas e iones por medio de membranas en oposición a un gradiente de concentración. Transporte Pasivo: es el proceso que permite el paso de moleculas e iones a través de la membrana celular sin una fuente de energía.

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