2.2. ESTRUCTURA Y FUNCION CELULAR
Hasta el final del s. XIX no se elaboró la teoría celular, que enuncia que la célula es la unidad morfológica, fisiológica y genética de todos los seres vivos, y que además toda célula proviene de otra. Todas las células tienen una estructura común: la membrana plasmática, el citoplasma y el material genético o ADN. Se distinguen dos clases de células: las células procariotas (sin núcleo) y las células eucariotas, mucho más evolucionadas y que presentan núcleo, citoesqueleto en el citoplasma y orgánulos membranosos con funciones diferenciadas.
Forma y tamaño de las células
La célula es una estructura constituida por tres elementos básicos: membrana plasmática, citoplasma y material genético (ADN). Las células tienen la capacidad de realizar las tres funciones vitales: nutrición, relación y reproducción (ver t13).
La forma de las células está determinada básicamente por su función. La forma puede variar en función de la ausencia de pared celular rígida, de las tensiones de uniones a células contiguas, de la viscosidad del citosol, de fenómenos osmóticos y de tipo de citoesqueleto interno.
El tamaño de las células es también extremadamente variable. Los factores que limitan su tamaño son la capacidad de captación de nutrientes del medio que les rodea y la capacidad funcional del núcleo.
Cuando una célula aumenta de tamaño, aumenta mucho más su volumen (V) que su superficie (S) (debido a que V = 4/3pr3 mientras que S = 4/3pr2). Esto implica que la relación superficie/volumen disminuye, lo que es un gran inconveniente para la célula ya que la entrada de nutrientes está en función de su superficie y no del volumen. Por este motivo, la mayoría de las células maduras son aplanadas, prismáticas e irregulares, y pocas son esféricas, de forma que así mantienen la relación superficie/volumen constante. El aumento de volumen de la célula nunca va acompañado del aumento de volumen del núcleo, ni de su dotación cromosómica
Hasta el final del s. XIX no se elaboró la teoría celular, que enuncia que la célula es la unidad morfológica, fisiológica y genética de todos los seres vivos, y que además toda célula proviene de otra. Todas las células tienen una estructura común: la membrana plasmática, el citoplasma y el material genético o ADN. Se distinguen dos clases de células: las células procariotas (sin núcleo) y las células eucariotas, mucho más evolucionadas y que presentan núcleo, citoesqueleto en el citoplasma y orgánulos membranosos con funciones diferenciadas.
Forma y tamaño de las células
La célula es una estructura constituida por tres elementos básicos: membrana plasmática, citoplasma y material genético (ADN). Las células tienen la capacidad de realizar las tres funciones vitales: nutrición, relación y reproducción (ver t13).
La forma de las células está determinada básicamente por su función. La forma puede variar en función de la ausencia de pared celular rígida, de las tensiones de uniones a células contiguas, de la viscosidad del citosol, de fenómenos osmóticos y de tipo de citoesqueleto interno.
El tamaño de las células es también extremadamente variable. Los factores que limitan su tamaño son la capacidad de captación de nutrientes del medio que les rodea y la capacidad funcional del núcleo.
Cuando una célula aumenta de tamaño, aumenta mucho más su volumen (V) que su superficie (S) (debido a que V = 4/3pr3 mientras que S = 4/3pr2). Esto implica que la relación superficie/volumen disminuye, lo que es un gran inconveniente para la célula ya que la entrada de nutrientes está en función de su superficie y no del volumen. Por este motivo, la mayoría de las células maduras son aplanadas, prismáticas e irregulares, y pocas son esféricas, de forma que así mantienen la relación superficie/volumen constante. El aumento de volumen de la célula nunca va acompañado del aumento de volumen del núcleo, ni de su dotación cromosómica
Célula procariota: bacteria Gram positiva.
Célula eucariota. Epitelial secretora.
Estructura de las células
La estructura común a todas las células comprende la membrana plasmática, el citoplasma y el material genético o ADN.
Membrana plasmática: constituida por una bicapa lipídica en la que están englobadas ciertas proteínas. Los lípidos hacen de barrera aislante entre el medio acuoso interno y el medio acuoso externo.
El citoplasma: abarca el medio líquido, o citosol, y el morfoplasma (nombre que recibe una serie de estructuras denominadas orgánulos celulares).
El material genético: constituido por una o varias moléculas de ADN. Según esté o no rodeado por una membrana, formando el núcleo, se diferencian dos tipos de células: las procariotas (sin núcleo) y las eucariotas (con núcleo).
Las células eucariotas, además de la estructura básica de la célula (membrana, citoplasma y material genético) presentan una serie de estructuras fundamentales para sus funciones vitales (ver t27 y t28):
El sistema endomembranoso: es el conjunto de estructuras membranosas (orgánulos) intercomunicadas que pueden ocupar casi la totalidad del citoplasma.
Orgánulos transductores de energía: son las mitocondrias y los cloroplastos. Su función es la producción de energía a partir de la oxidación de la materia orgánica (mitocondrias) o de energía luminosa (cloroplastos).
Estructuras carentes de membranas: están también en el citoplasma y son los ribosomas, cuya función es sintetizar proteínas; y el citoesqueleto, que da dureza, elasticidad y forma a las células, además de permitir el movimiento de las moléculas y orgánulos en el citoplasma.
El núcleo: mantiene protegido al material genético y permite que las funciones de transcripción y traducción se produzcan de modo independiente en el espacio y en el tiempo.
En el exterior de la membrana plasmática de la célula procariota (ver t40) se encuentra la pared celular, que protege a la célula de los cambios externos. El interior celular es mucho más sencillo que en las eucariotas; en el citoplasma se encuentran los ribosomas, prácticamente con la misma función y estructura que las eucariotas pero con un coeficiente de sedimentación menor. También se encuentran los mesosomas, que son invaginaciones de la membrana. No hay, por tanto, citoesqueleto ni sistema endomembranoso. El material genético es una molécula de ADN circular que está condensada en una región denominada nucleoide. No está dentro de un núcleo con membrana y no se distinguen nucleolos
2.2.1 SISTEMA DE MEMBRANA
Las menbranas biológicas se forman por productos almacenados y modificados a partir del aparato de golgi, cosnta de una bicaap de fosfolípidos y una capa de proteínas integrales o intrínsecas por proteínas dotadas de cierta información biológica impartida por el ADN celular, las transportadoras o CARRIER, las receptoras, las de reconocimiento. Las proteínas transportadoras se ubican intercaladas en la bicapa de fosfolípidos, sobresalen y tienen movimientos de traslación y giratorios, a esta organización molecular en las membranas se la denomina modelo de Mosaico fluido, porque sus principales componentes se organizan a la manera de un mosaico y fluído, porque la mambrana plasmática es una estructua fluida o afín al agua en un 80%. Todos los organelos intracelulares membranosos poseen membranas de este tipo de organización, con excepción de los Lisosomas, si bien son organelos membranosos, su membrana biológica carece de la PERMEABILIDAD SELECTIVA( capacidad de seleccionar sustancias del medio externo o interno de la célula,no asi la membrana plasmática y la de los organelos membranosos internos) por su alto contenido en enzimas líticas( fosfatasa ácida) la cual puede dañar severamente a la propia célula. Saludos
RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO (RE)
Es un complejo sistema de tubos, sacos y cisternas constituidos por membranas biológicas y que pueden ocupar una gran parte de
la célula.
Existen dos tipos de retículo endoplasmático:
el retículo endoplasmático liso (REL) y el retículo endoplasmático rugoso o
granular (REG). En el REG se observan adheridos a las membranas unos gránulos: los
ribosomas. En el REL no existen éstos gránulos y sus estructuras tienen formas
más tubulares. También se diferencian en la función.
Las estructuras que forman el retículo
endoplasmático granular se disponen generalmente en capas concéntricas paralelas al
núcleo celular (como las hojas del bulbo de una cebolla). Es de destacar que la envoltura
nuclear es en realidad una estructura derivada del retícu lo endoplasmático.
El retícu lo endoplasmático granular (REG) está muy desarrollado en las células que por
su función deben de realizar una activa labor de síntesis, como es el caso de las células
del páncreas y las células hepáticas. Si un animal es sometido a un ayuno prolongado,
considerablemente. Por el contrario, si se le suministra una rica dieta alimenticia, el REG
se recupera. Esta recuperación se realiza a partir de zonas próximas a la envoltura
nuclear.
RIBOSOMAS
Son pequeños orgánulos invisibles al microscopio óptico y poco visibles al electrónico,
no pudiéndose casi ni adivinar su estructura. Invaden en gran número el
citoplasma y pueden estar libres o adheridos
a las membranas del retículo endoplasmático
granular. Los que están adheridos al REG
intervienen en la síntesis de las proteínas
de las membranas o de aquellas destinadas
al exterior. Los ribosomas están constituidos
básicamente por proteí nas y ARN-r (40% de
proteínas y 60% de ARN ribosomal).
Están formados por dos subunidades: la
subunidad mayor y la subunidad menor. En
el citoplasma ambas están separadas pero
pueden volver a unirse en el momento de la
síntesis de proteí nas.
EL APARATO DE GOLGI (AG)
Está formado por unos conjuntos de sacos
concéntricos muy apretados, mucho más
concentrados y de menor tamaño que los
del retículo endoplasmático granular y sin
ribosomas. Cada conjunto de sacos es un
dictiosoma. El número de dictiosomas por
célula varía entre 5 ó 6 a algunas decenas,
en función del tipo de célula y de su estado
funcional. Todos ellos se encuentran
relacionados física y funcionalmente.
Los dictiosomas presentan dos caras: una
convexa, la cara de formación, y otra
cóncava, la cara de maduración. De esta última se van desprendiendo pequeñas
vacuolas que se independizan y que reciben el nombre de vesículas de secreción.
formación. Sus sáculos se forman de manera continua por su cara de formación a partir
de vesícu las que se desprenden del REG y se desintegran por la cara de maduración
para formar las vesícu las de secreción. El aparato de Golgi se encuentra muy desarrollado en las células que realizan funciones de secreción, como las células secretoras de mucus del epitelio intestinal. Los dictiosomas son el sistema de empaquetamiento de ciertas sustancias químicas, sobre todo de proteínas, para su
almacenamiento o secreción.
LOS LISOSOMAS
Los lisosomas son pequeñas vesículas constituidas por membranas provenientes de
los sistemas de membranas (AG y, ocasionalmente, REG). Se caracterizan por tener
en su interior enzimas hidrolíti cas, enzimas que rompen los enlaces de los polímeros
por adición de H2O. Estas enzimas están empaquetadas e inactivas en los lisosomas
y así se evita que puedan destruir las propias estructuras celulares.
Los lisosomas se originan en los dictiosomas del aparato de Golgi y, en algunos
casos, en ciertas regiones del retículo endoplasmático granular a partir de vesícu las
que se destacan de los sáculos de los dictiosomas. Sólo se encuentran en las células
animales.
LOS PEROXISOMAS
Parecidos a los lisosomas, diferenciándose de estos en que contienen enzimas que
degradan los ácidos grasos y los aminoácidos. Como estos procesos generan
peróxidos, contienen también catalasa, enzima que descompone los peróxidos y en
particular el H2O2 en H2O y O2.
LAS VACUOLAS
Son estructuras celulares variables en número y forma. En general están constituidas
por una membrana y un contenido interno. Hay diferencias entre las vacuolas
de las células vegetales y las de las células animales. Las células vegetales es frecuente
que presenten una única o unas pocas vacuolas de gran tamaño. Las células
animales, en el caso de tener vacuolas, son de pequeño tamaño.
Las vacuolas se originan por la agregación de las pequeñas vesículas formadas a partir
de los dictiosomas de aparato de Golgi o por invaginación de la membrana plasmática
(endocitosis).
Las vacuolas, en general, tienen función de almacenamiento de sustancias de reserva y,
en ciertos casos, de almacenamiento de sustancias tóxicas.
Existen otras estructuras que se llaman también vacuolas pero cuya función es muy
diferente. Así:
-
Las vacuolas pulsátiles, como las que seobservan en muchos organismos unicelulares
de las aguas dulces, por ejemplo, el paramecio.
Este organismo, al vivir en agua dulce, su citoplasma es hipertónico con respecto al
exterior, por lo que se produce una entrada continua de agua. Las vacuolas pulsátiles
extraen el agua del citoplasma y la expulsan al exterior por tansporte activo.
- Las vacuolas digestivas. Se dan en las células que capturan alimentos del medio y
los engloban en una membrana formando una vacuola llamada vacuola digestiva. En
esta vacuola es donde se va a producir la digestión de esas sustancias nutritivas. Una
vez digeridas pasan al interior de la célula y los productos de desecho son eliminados
hacia el exterior.
FUNCIONES DE LOS SISTEMAS DE MEMBRANAS
> Maduración de proteínas: Los sistemas de membranas están relacionados con la
síntesis, maduración y transporte de proteínas y glicoproteínas. Intervienen, sobre
todo, en los procesos subsiguientes a la síntesis de las proteínas de secreción, las
proteínas de las membranas y las enzimas de los lisosomas. Muchas de estas
proteínas son glicoproteínas. La parte protéica se sintetiza en el hialolplasma y de
aquí pasa al interior del REG y del A. Golgi donde unas enzimas les añaden los
oligosacáridos (maduración de las glicoproteínas). Después se dirigirán, por medio de
las vesículas de secreción que se desprenden del Golgi, a formar los lisosomas, a
integrarse en la membrana plasmática o a la exportación.
> Función de los lisosomas: Hemos visto que ciertas células tienen la capacidad de
ingerir sustancias por medio de fenómenos de
Endocitosis. Las sustancias son englobadas por la membrana plasmática que, a
continuación, se invagina formando una vesícula denominada
Fagosoma. El fagosoma se fusiona con los lisosomas formando los
Fagolisosomas. Las grandes moléculas contenidas en el fagosoma: polisacáridos, proteí nas, ácidos nucleicos, etc., son sometidas a la acción del medio ácido de los lisosomas y
a las enzimas, que en este momento ya son activas. Los polímeros son hidrolizados y
transformados en moléculas menores: monosacáridos, aminoácidos, etc., que se difunden a través de la membrana hacia el citoplasma. Quedan en el lisosoma los productos no degradados. Un lisosoma que ya ha actuado recibe el nombre de lisosoma secundario y
conserva aún la capacidad de unirse a
2.2.2 MATERIAL GENETICO
El material genético se emplea para guardar la información genética de una forma de vida orgánica. Para todos los organismos conocidos actualmente, el material genético es casi exclusivamente ácido desoxirribonucleico (ADN o DNA). Algunos virus usan ácido ribonucleico(ARN o RNA) como su material genético.
Se cree generalmente que el primer material genético fue el ARN, inicialmente manifestado por moléculas de el ARN que autoreplican flotando en masas de agua. Este período hipotético en la evolución de la vida celular se llama la hipótesis del mundo de ARN.Esta hipótesis está basada en la capacidad del ARN a actuar como un material genético y como un catalizador, conocido como una ribozima o ribosoma. Sin embargo, cuando las proteínas (que pueden formar enzimas) vinieron a la existencia, la molécula más estable, ADN, se convirtió en el material genético dominante, una situación que continúa hoy. La naturaleza de la doble cadena del ADN deja que las mutaciones se corrijan, y también el ARN es intrínsecamente inestable.
Las células modernas usan el ARN principalmente para construir proteínas de las instrucciones de ADN, en la forma de ARN mensajero, ARN ribosómicoy ARN de transferencia.
El ARN y el ADN son macromoléculas compuestos de nucleótidos, de los cuales hay cuatro en cada molécula. Tres nucleótidos compone un codón, un tipo de "palabra genética", que es como un aminoácido en una proteína. La traducción codón-aminoácido se conoce como Traduccion(genética).
El núcleo celular es una estructura característica de las células eucariotas. Contiene la mayor parte del material genético celular, organizado en cromosomas, basados cada uno en una hebra de ADN con acompañamiento de una gran variedad de proteínas, como las histonas. Los genes que se localizan en estos cromosomas constituyen el genoma nuclear de la célula eucariótica, donde se encuentran otros genomas, propio de algunos orgánulos de origen endosimbiótico. La función del núcleo es mantener la integridad de estos genes y controlar las actividades celulares a través de la expresión génica.
Los principales elementos estructurales son la envoltura nuclear, que corresponde a una doble membrana que lo encierra y separa del citoplasma celular, y la lámina nuclear, que es una red de filamentos intermedios que se encuentra por el interior de la envoltura nuclear la cual da soporte mecánico al igual que lo hace el citoesqueleto en toda la célula. Ya que la membrana nuclear es impermeable a la mayoría de las moléculas, son necesarios poros nucleares para permitir el movimiento de moléculas a través de la envoltura. Estos poros cruzan ambas membranas de la envoltura nuclear, proporcionando un canal que permite el movimiento libre de pequeñas moléculas e iones, mediante difusión simple. El movimiento de las moléculas más grandes como las proteínas es controlado cuidadosamente, y requiere transporte activo facilitado por proteínas transportadoras. El transporte nuclear es de fundamental importancia para la función celular, ya que el movimiento a través de los poros es necesario tanto para la expresión genética como el mantenimiento cromosomal.
Nucleoide (que significa Similar al núcleo y también se conoce como Región nuclear o Cuerpo nuclear) es la región que contiene el ADN en el citoplasma de las células procariotas. Esta región es de forma irregular.
En las células procariotas, el ADN es una molécula única, generalmente circular y de doble filamento, que se encuentra ubicada en un sector de la célula que se conoce con el nombre de nucleoide, que no implica la presencia de membrana nuclear. Dentro del nucleoide pueden existir varias copias de la molécula de ADN.
Este sistema para guardar la información genética contrasta con el sistema existente en células eucariotas, donde el ADN se guarda dentro de un orgánulo con membrana propia llamado núcleo.
El nucleoide puede ser claramente visualizado utilizando técnicas de microscopía electrónica con gran número de aumentos. Aunque la apariencia puede cambiar, resulta claramente visible contra el citosol. A veces incluso, filamentos que podrían ser de ADN son visibles. Utilizando el colorante Feulgen, que tiñe específicamente el ADN, se puede observar el nucleoide mediante microscopio de luz.
2.2.3 Matriz citoplasmática y componentes celulares
El citoplasma es la parte del protoplasma que, en una célula eucariota, se encuentra entre el núcleo celular y la membrana plasmática.[1] [2]Consiste en una emulsión coloidal muy fina de aspecto granuloso, el citosol o hialoplasma, y en una diversidad de orgánulos celulares que desempeñan diferentes funciones.
Su función es albergar los orgánulos celulares y contribuir al movimiento de los mismos. El citosol es la sede de muchos de los procesos metabólicos que se dan en las células.
El citoplasma se divide en ocasiones en una región externa gelatinosa, cercana a la membrana, e implicada en el movimiento celular, que se denomina ectoplasma; y una parte interna más fluida que recibe el nombre de endoplasma y donde se encuentran la mayoría de los orgánulos.[3] El citoplasma se encuentra en las células procariotas así como en las eucariotas y en él se encuentran varios nutrientes que lograron atravesar la membrana plasmática, llegando de esta forma a los orgánulos de la célula.
El citoplasma de las células eucariotas está subdividido por una red de membranas conocidas como retículo endoplasmático (liso y rugoso) que sirven como superficie de trabajo para muchas de sus actividades bioquímicas.
El retículo endoplasmático rugoso está presente en todas las células eucariotas (inexistente en las procariotas)[4] y predomina en aquellas que fabrican grandes cantidades de proteínas para exportar. Es continuo con la membrana externa de la envoltura nuclear, que también tiene ribosomas adheridos.
Ribosomas
Estructura de un ribosoma. Las subunidades mayor (1) y menor (2) están unidas.
Artículo principal: Ribosoma
Los ribosomas son gránulos citoplasmáticos encontrados en todas las células, y miden alrededor de 20 nm. Son portadores, además, de ARN ribosómico.
La síntesis de proteínas tiene lugar en los ribosomas del citoplasma.[8] Los ARN mensajeros (ARNm) y los ARN de transferencia (ARNt) se sintetizan en el núcleo, y luego se transmiten al citoplasma como moléculas independientes. El ARN ribosómico (ARNr) entra en el citoplasma en forma de una subunidad ribosomal. Dado que existen dos tipos de subunidades, en el citoplasma se unen las dos subunidades con moléculas ARNm para formar ribosomas completos activos.[9]
Los ribosomas activos pueden estar suspendidos en el citoplasma o unidos al retículo endoplásmico rugoso.[10] Los ribosomas suspendidos en el citoplasma tienen la función principal de sintetizar las siguientes proteínas:
Proteínas que formarán parte del citosol
Proteínas que construirán los elementos estructurales
Proteínas que componen elementos móviles en el citoplasma.
El ribosoma consta de dos partes, una subunidad mayor y otra menor; estas salen del núcleo celular por separado.[11] Por experimentación se puede inducir que se mantienen unidas por cargas, ya que al bajarse la concentración de Mg+2, las subunidades tienden a separarse.
Mitocondria
Artículo principal: Mitocondria
La mitocondria es un orgánulo que puede ser hallado en todas las células eucariotas, aunque en células muy especializadas pueden estar ausentes. El número de mitocondrias varia según el tipo celular,[23] y su tamaño es generalmente de entre 5 μm de largo y 0,2 μm de ancho.
Están rodeadas de una membrana doble.[23] La más externa es la que controla la entrada y salida de sustancias dentro y fuera de la célula y separa a la organela del hialoplasma. La membrana externa contiene proteínas de transporte especializadas que permiten el paso de moléculas desde el citosol hacia el interior del espacio intermembranoso.[24]
Las membranas de la mitocondria se constituyen de fosfolípicos y proteínas.[23] Ambos materiales se unen formando un retículo lípido proteico. Las mitocondrias tienen distintas funciones:
Oxidación del piruvato a CO2m acoplada a la reducción de los portadores electrónicos nad+ y fad (a nadh y fadh2)
Transferencia de electrones desde el nadh y fadh2 al o2, acoplada a la generación de fuerza protón-motriz
Utilización de la energía almacenada en el gradiente electroquímico de protones para la síntesis de ATP por el complejo f1 f0.
La membrana interna está plegada hacia el centro, dando lugar a extensiones denominadas cristas, algunas de las cuales se extienden a todo lo largo de la organela.[24] Su función principal es ser principalmente el área donde los procesos respiratorios tienen lugar. La superficie de esas cristas tienen gránulos en su longitud.
El espacio entre ambas membranas es el espacio intermembranoso. El resto de la mitocondria es la matriz.[25] Es un material semi-rígido que contiene proteínas, lípidos y escaso ADN.
Lisosomas
Artículo principal: Lisosoma
Los lisosomas son vesículas esféricas,[12] de entre 0,1 y 1 μm de diámetro. Contienen alrededor de 50 enzimas, generalmente hidrolíticas, en solución ácida; las enzimas necesitan esta solución ácida para un funcionamiento óptimo.[13] Los lisosomas mantienen separadas a estas enzimas del resto de la célula, y así previenen que reaccionen químicamente con elementos y orgánulos de la célula.
Los lisosomas utilizan sus enzimas para reciclar las diferentes organelas de la célula,[13] englobándolas, digiriéndolas y liberando sus componentes en el citosol. Este proceso se denomina autofagia, y la célula digiere estructuras propias que no son necesarias. El material queda englobado por vesículas que provienen del retículo endoplásmico y del aparato de Golgi formando un autofagosoma. Al unirse al lisosoma primario forma un autofagolisosoma y sigue el mismo proceso que en el anterior caso.
En la endocitosis los materiales son recogidos del exterior celular y englobados mediante endocitosis por la membrana plasmática, lo que forma un fagosoma. El lisosoma se une al fagosoma formando un fagolisosoma y vierte su contenido en este, degradando las sustancias del fagosoma. Una vez hidrolizadas las moléculas utilizables pasan al interior de la célula para entrar en rutas metabólicas y lo que no es necesario para la célula se desecha fuera de esta por exocitosis.
Los lisosomas también vierten sus enzimas hacia afuera de la célula (exocitosis) para degradar, además, otros materiales.
En vista de sus funciones, su presencia es elevada en glóbulos blancos, debido a que estos tienen la función de degradar cuerpos invasores
Citoesqueleto
Artículo principal: Citoesqueleto
En el citoplasma existe una red de filamentos proteicos, que le confieren forma y organización interna a la célula y permiten su movimiento.[5] A estos filamentos se le denomina citoesqueleto. Existen varios tipos de filamentos:
Microfilamentos o filamentos de actina, típicos de las células musculares.
Microtúbulos, que aparecen dispersos en el hialoplasma o forman estructuras más complejas, como el huso acromático.
Filamentos intermedios como los filamentos de queratina típicos de las células epidérmicas.
A su vez, esta estructuras mantienen una relación con las proteínas, y originan otras estructuras más complejas y estables. Asimismo, son responsables del movimiento citológico.
Citoesqueleto de fibroblastos del embrión de un ratón
Citosol
Artículo principal: Citosol
El medio intracelular está formado por una solución líquida denominada hialoplasma o citosol. Las organelas están contenidas en una matriz citoplasmática. Esta matriz es la denominada citosol o hialoplasma. Es un material acuoso que es una solución o suspensión de biomoléculas vitales celulares. Muchos procesos bioquímicos, incluyendo la glucólisis, ocurren en el citosol.
En una célula eucariota, puede ocupar entre un 50% a un 80% del volumen de la célula. Está compuesto aproximadamente de un 70% de agua mientras que el resto de sus componentes son moléculas que forman una disolución coloidal. Estas moléculas suelen ser macromoléculas.
Al ser un líquido acuoso, el citosol carece de forma o estructura estables, si bien, transitoriamente, puede adquirir dos tipos de formas:
Una forma con consistencia de gel
El estado sol, de consistencia fluida.
Los cambios en la forma del citosol se deben a las necesidades temporales de la célula con respecto al metabolismo, y juega un importante papel en la locomoción celular.[5]
A partir del carbono incorporado ahora los individuos van a tener que por un lado sintetizar todas aquellas moléculas que necesitan, sean estos glúcidos, lípidos y proteínas. Al mismo tiempo que degradarlas con el fin de obtener energía. Todos estos procesos de síntesis y degradación se encuentran perfectamente coordinados en aras de obtener en todo momento las cantidades justas de cada una de ellas. Se trata de unfecto equilibrio entre ellos. Según esto podemos definir como metabolismo de un ser vivo, metabolismo de una célula, al conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en su interior. Las reacciones dirigidas a la elaboración de sustancias (materia orgánica) se le conoce como anabolismo y a las reacciones dirigidas a la destrucción de materia, catabolismo.
En los procesos catabólicos se obtiene la energía (ATP) que será necesaria en los procesos anabólicos. Tanto las reacciones anabólicas como catabólicas que forman las distintas rutas metabólicas están catalizadas por encimas, en muchas ocasiones estas encimas también se encuentran a su vez reguladas por otras (complejos enzimáticos), no solo los encimas intervienen en la regulación de las reacciones metabólicas sino también los cofactores intervendrán en ello.Hay mucho variedad de reacciones:
Reacciones de oxidación reducción (reacciones redox): Son las reacciones en las que una sustancia se oxida y otra se reduce. La oxidación y reducción se produce por intercambio de electrones entre ellas, la sustancia oxidante va a ganar electrones mientras que el reductor los pierde.
Reacciones de hidrólisis: La hidrólisis supone el desdoblamiento de una molécula inicial en sustancias más pequeñas. En las hidrólisis interviene el agua desarrollándose en un medio ácido o básico, hablando de hidrólisis ácida o básica.
Reacciones de polimerización: Unión de moléculas para formar una mas grande, no confundir con la condensación, en esta última se unen dos sustancias para formar una tercera, mientras que en la polimerización la molécula final resultante estará formada por muchas más pequeñas.
Reacciones de esterificación: Intervienen un ácido más un alcohol; el resultado es un ester. La reacción química transcurre entre el hidroxilo del alcohol (OH) y el carboxilo del ácido (COOH).
Estas reacciones son solo un ejemplo, hay muchos otros tipos de reacciones.
El metabolismo celular
Las mitocondrias son las “centrales energéticas” de las células. Allí, algunas moléculas como la glucosa se oxidan y se rompen en trozos más pequeños. En esta reacción se liberan átomos de hidrógeno (se liberan electrones, pero suelen ir acompañados de protones: electrón+protón= 1 átomo de H). Este hidrógeno se une al oxígeno y se forma moléculas de agua.
Reacciones de oxidación-reducción
Las reacciones químicas no son más que transformaciones de energía: la energía que hay en los enlaces de una sustancia se libera y se usa para formar otras moléculas. Se transfieren muchas veces electrones de unos átomos o moléculas a otros, a esto se llama oxidación. La pérdida de un electrón se conoce como oxidación, y se dice que el átomo o molécula que lo pierde se ha oxidado. Pero el oxígeno atrae mucho los electrones, es el “aceptador”. La ganancia de electrones se denomina reducción. Estas reacciones se conocen como reacciones de oxidación-reducción o REDOX. Muchas veces el electrón va acompañado de un protón (1 átomo de H). En tales casos, la oxidación implica una pérdida de átomos de H (no ya sólo de electrones) y la reducción una ganancia de átomos de H.
Por tanto, la principal función de las mitocondrias es llevar a cabo esta reacción.
Sustancias alimenticias + O2! CO2 + H2O + Energía (ATP)
Esta reacción se denomina Fosforilación Oxidativa. Lo que el proceso necesita es ADP, P y O2; se produce la salida de H2O, CO2 y ATP (adenina + ribosa + 3 fosfatos). El ATP es una molécula altamente energética que se sintetiza en el interior de las mitocondrias, y se forma por fosforilación oxidativa. La energía que se almacena en el ATP se va a utilizar en todos los procesos de la célula que necesiten energía. Al dar su energía, el ATP se desintegra en ADP + P.
Las células que requieren grandes cantidades de energía (p. ej.: espermatozoides) contienen grandes cantidades de mitocondrias. En algunas células, las mitocondrias se van a mover hacia lo lugares donde se precisa la energía. El O2 se combina con C para dar CO2, por eso se dice que las mitocondrias son las responsables de la respiración celular. Pero esta reacción incluye muchos pasos, cada uno de ellos regulado por una enzima específica.
En resumen, se puede decir que las mitocondrias son orgánulos transductores de energía. La energía de los alimentos viene en los enlaces. Esta energía se va liberando por degradación, proceso que culmina en las células. La energía no se libera de forma repentina, sino gradualmente, y es utilizada allí donde se necesita. El eslabón común de todos los procesos que requieren energía es el ATP.
Metabolismo celular
Todas las células requieren energía para sus funciones. El alimento es la fuente de energía y también de materiales para construir. En la digestión se van degradando las grandes macromoléculas de alimentos en trozos más pequeños. Estas sustancias degradadas se llevan hasta las células, donde se obtienen la energía y los materiales (el objetivo de la nutrición). Para ello van a sufrir un conjunto de reacciones que se denominan metabolismo. Metabolismo es el conjunto de reacciones por el que se obtiene, a partir de sustancias ya digeridas, energía y materia.
Al proceso de degradación de las grandes macromoléculas en otras mucho más pequeñas se le denomina Catabolismo. Luego hay otro proceso de síntesis de materias orgánicas -con gasto de energía- que se conoce como Anabolismo.
Catabolismo:
degradación (con liberación de energía)
Metabolismo
Anabolismo:
síntesis (con gasto de energía)
La energía liberada en el catabolismo la utiliza la célula para la síntesis -o fabricación- de nuevos compuestos (anabolismo). El eslabón común de todos estos procesos es el ATP.
Pero, ¿qué ocurre con la energía entre las reacciones en que se produce y los procesos en los que se gasta? Si no se almacena de alguna manera, toda ella se disiparía en forma de calor. De hecho, un 50% de la energía lo hace, pero el resto va a ser atrapada por la célula a través de su “mecanismo atrapador de energía”. Este mecanismo viene representado en la reacción reversible por la que se transforma una molécula de ADP en otra de ATP.
El ATP almacena en sus enlaces la energía que se va a utilizar después. Cuando el ATP se rompe, se convierte en ADP + P. Pero el ADP también se puede romper en AMP + P, liberando también energía. Esto ocurre en el proceso de anabolismo.
Por tanto, el ATP es la molécula que relaciona catabolismo y anabolismo. La energía del catabolismo se almacena en forma de ATP, que la libera en el anabolismo. El ATP tiene pues una doble función: por un lado atrapar energía, por el otro darla allí donde sea necesario.
Normalmente las células no almacenan el ATP. Éste se forma y se degrada continuamente; de tal forma que en un día se sintetiza y se degrada una cantidad equivalente al peso corporal.
EL ATP
Las células requieren un continuo suministro de energía. Esta es necesaria para la síntesis de moléculas complejas, la ejecución de trabajo mecánico y el transporte de sustancias a través de sus membranas. La energía es transferida desde las reacciones químicas que la acumulan a las que las consumen, mediante una molécula especial, el ATP (Fig. A). El término ATP es el acrónimo de adenosina trifosfato, con la F de fosfato reemplazada por la P del símbolo químico del fósforo (los intentos de traducir el ATP al castellano llamándolo ATF fracasaron). En las células, la energía que recibe o cede el ATP es la contenida en el enlace entre su último fosfato y el resto de la molécula. El enlace se forma durante la síntesis de ATP: incorporan así energía, la que se cede cuando el enlace se escinde (Fig. B).
Esquema de una molécula de ATP.La estructura en anillo formada por carbonos (C) y oxígeno (O) es la ribosa. La estructura formada por dos anillos que contienen carbono y nitrógeno (N) es la adenina.Ambos constituyen la denosina.Los tres fosfatos (P) forman una cadena que se une a un carbono de la ribosa para constituir la denosina trifosfato.Los fosfatos se muestran con cargas eléctricas negativas porque en las condiciones fisiológicas pierden protones. La unión (-O-) entre los dos fosfatos más alejados de la adenosina es la que se forma o se rompe para acumular o ceder, respectivamente, energía.
No parece desatinado preguntarse si las necesidades de ATP de las células podrían ser cubiertas suministrándolo desde el exterior (por ejemplo, por ingestión o inyección).
La respuesta es que el procedimiento sería extremadamente costoso.
En reposo, un ser humano adulto consume diariamente 40 Kg. de ATP; durante el ejercicio intenso el gasto puede llegar a medio kilogramo por minuto. El ATP purificado tiene un costo de 20 dólares por gramo. Por lo tanto, mantener a un adulto en reposo por suministro exógeno de ATP costaría 800.000 dólares por día; a esta cifra habría que sumarle 10.000 dólares por minuto de actividad física intensa.
Fig. B.La energía de la luz o de la oxidación de sustancias provenientes de los alimentos se transfiere, mediante una cadena transportadora de electrones, a una diferencia de concentración de H+. Esta, a su vez, provee la energía necesaria para sintetizar ATP mediante la incorporación de una molécula de fosfato inorgánico (PI) al ADP (Adenosina difosfato).La escisión del ATP provee energía a todas las actividades celulares que la requieren.
El problema, sin embargo, es sólo un ejercicio de imaginación. El ATP aportado desde el exterior no puede ser utilizado porque es incapaz de atravesar la membrana que rodea a las células. La impermeabilidad de la membrana celular es una adaptación evolutiva fácilmente comprensible. Si no impidiera el pasaje del ATP, las células perderían inútilmente, hacia el medio externo, su principal fuente de energía.
Las células contienen alrededor de un gramo de ATP por kilogramo, cantidad que sólo alcanza para una milésima parte del consumo diario. En consecuencia, para abastecer sus necesidades las células deben producir ATP continuamente. Los dos procesos más importantes que dan lugar a la formación del ATP son la fotosíntesis y la respiración celular. Ambos están asociados con el flujo de electrones a través de una cadena transportadora localizada en una membrana (la tilacoide de los cloroplastos en la fotosíntesis y la membrana interna de otra organela, la mitocondria, en la respiración). En la fotosíntesis los electrones fluyen desde el fotosistema II al fotosistema I, impulsados por la energía radiante que captan los fotosistemas. En la respiración, la energía proviene de la oxidación de sustancias derivadas de los alimentos y la concomitante reducción del oxígeno con formación de agua. La síntesis de ATP cesa si se perturba la integridad de las membranas donde transcurre el flujo de electrones.
El mecanismo mediante el cual la energía transferida a la cadena transportadora de electrones es utilizada para sintetizar ATP fue un misterio que desafió al ingenio de muchos investigadores, que dedicaron sus mejores esfuerzos a buscar sin éxito un intermediario químico que mediara el proceso. La solución fue proporcionada por el bioquímico británico Peter Mitchell. En el año 1961, éste publicó en la revista Nature (v. 191:144) una, para entonces, sorprendente teoría. Según Mitchell, el intermediario químico eludía la persecución de los investigadores porque no existía, ya que el transporte de electrones, en vez de generar un intermediario, inducía un "bombeo" de protones que generaba una diferencia de concentración de protones (H+) y de potencial eléctrico a ambos lados de la membrana que contenía la cadena transportadora de electrones. La energía acumulada en estas diferencias era la que utilizaba la ATP sintetiza para formar ATP a partir de ADP y fosfato inorgánico. La teoría de Mitchell explicaba no solo por qué no se había encontrado el intermediario químico sino, también, por qué la formación de ATP requería la integridad de la membrana que aloja la cadena transportadora de electrones. Inicialmente fue rechazada por muchos grupos de investigación. A medida que pasó el tiempo, se acumularon evidencias a su favor, como la demostración de que diferencias de concentración de H+ a ambos lados de las membranas de cloroplastos y mitocondrias podían ser utilizadas directamente para sintetizar ATP; también que las ATP sintetizas de ambas membranas eran muy similares. La visión de Mitchell, que finalmente demostró ser la correcta y le valió el premio Nobel en Química en 1977, abrió un nuevo campo en el estudio de los mecanismos que los seres vivos utilizan para acumular energía, pues señaló que uno de el los es la conversión reversible de energía acumulada, en uniones químicas, en diferencias de concentración y de potencial eléctrico a ambos lados de una membrana.
El adenosín trifosfato (ATP), es la moneda energética de los seres vivos. Para poder ser sintetizado, los organismos requieren oxidar los sustratos energéticos de la dieta, proteínas, grasas y carbohidratos. Inicialmente estas sustancias tienen vías metabólicas separadas hasta alcanzar en su degradación un metabolito común que es el acetil CoA. A partir de este punto entran al ciclo de Krebs, con producción de CO2 e hidrogeniones, estos últimos se transportan por óxido reducción a la cadena respiratoria donde se formará agua endógena y ATP. Para lograr esta oxidación de los sustratos con alta producción de energía, es indispensable el oxígeno que actúa como comburente en las reacciones.
La energía adquirida por las células se conserva en ellas para ser utilizada principalmente cuando se requiera en forma de adenosín trifosfato (ATP). Tanto si proviene de la luz solar o de la oxidación de compuestos orgánicos, se invierte en la formación de ATP, en una proporción muy alta. El ATP es entonces el "fluido energético" que pondrá en marcha las demás funciones de la célula.
Todos los seres vivos necesitan un aporte continuo de materia y energía, aunque existen grandes diferencias en la forma de obtenerlas y de su utilización. Los vegetales son seres autótrofos, utilizan la energía solar como fuente de energía y como materia usan el agua, el dióxido de carbono (CO2) y los iones orgánicos. En la fotosíntesis los cloroplastos captan la energía solar y tienen la maquinaria para convertirla en energía química (ATP); además extraen los iones de hidrógeno del agua para convertirlos en equivalentes de reducción (NADPH + H). Como producto de esta reacción se libera oxígeno molecular.
Con el ATP, los NAPDH + H y el CO2 en un proceso cíclico forman la glucosa y a partir de esta, con fuentes inorgánicas de nitrógeno, los vegetales tiene la capacidad de sintetizar todas las biomoléculas orgánicas (azúcares, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos).
El hombre y los animales, seres heterótrofos utilizan como fuente de energía y materia las biomoléculas sintetizadas por los vegetales, ingeridas en los alimentos directamente. Las biomoléculas ingeridas por el hombre se degradan metabólicamente hasta convertirse en CO2 y H2O, y derivados nitrogenados, que liberan energía química (ATP). Esta energía se utiliza para la realización de trabajo y la síntesis proteica.
La materia sufre una serie de transformaciones cíclicas, pues pasa de los vegetales al hombre y de estos a través del suelo y la atmósfera de nuevo a los primeros. El flujo de energía solar es unidireccional: se inicia como energía solar y se degrada como energía térmica (calor) pero sin destruirse1.
El conjunto de intercambios y transformaciones de materia y energía que tiene lugar en el ser vivo recibe el nombre de metabolismo. La oxidación de las moléculas complejas, con eliminación de productos de desecho y liberación de energía, se llama catabolismo; y la biosíntesis de sustancia propia a partir de moléculas sencillas, con gasto de energía, se denomina anabolismo.
Los alimentos ingeridos en la dieta son macromoléculas de almidón, proteínas y triglicéridos que en la digestión se hidrolizan a monómeros, como monosacáridos, aminoácidos, ácidos grasos y glicerol. Estos monómeros en las células se absorben y se incorporan o entran para ser oxidados con producción de energía o se derivan a la biosíntesis de nuevo material celular con consumo de energía.
Una vez que se absorbe la glucosa en el hígado, se fosforila y se almacena en forma de glucógeno o se metaboliza y entra en la vía glucolítica, para convertirse en dos moléculas de piruvato y éste en lactato sin que haya necesidad de oxígeno. Pero, en condiciones aeróbicas el piruvato se convierte en acetil CoA que entra al ciclo de Krebs (Figura 1).
Figura 1. Ciclo de Krebs. Producción de acetil CoA, a partir de los diversos sustratos energéticos, oxidación del acetil CoA en el ciclo de Krebs, con producción de dos moléculas de CO2, 3 NADH y 1 FADH y un GTP.
Los destinos de degradación de los aminoácidos son la oxidación a CO2, gluconeogénesis y citogénesis. Luego que se extrae el grupo amino por medio de la transaminación y la desanimación, se da origen a piruvato, acetil CoA y a otros diversos intermediarios en el ciclo de Krebs.
El proceso general por cuyo medio se oxidan los ácidos grasos se llama b-oxidación, pues pierden fragmentos de 2 carbonos (acetil CoA), empezando por el carbono b y se reduce el ácido graso hasta el final de la cadena, para quedar todo convertido en acetil CoA a fin de entrar al ciclo de los ácidos tricarboxílicos.
El acetil CoA es un metabolito intermediario de gran importancia, pues es el punto de confluencia de la oxidación de los azúcares, lípidos y proteínas. El acetil CoA se oxida por completo a CO2 y H2O en presencia de O2, por medio de un proceso enzimático cíclico conocido como ciclo de Krebs, o ciclo de los ácidos tricarboxílicos o ciclo del ácido cítrico2.
El ciclo de Krebs tiene lugar en las mitocondrias de las plantas y animales, mientras que en los procariotas ese ciclo ocurre en el citosol; se hace, pues en todos los organismos aerobios. El punto de entrada de todos los combustibles al ciclo de Krebs a través del intermediario metabólico acetil CoA; éste se condensa con una molécula de oxalacetato, para dar citrato, de allí el nombre de ciclo del ácido cítrico, y como da origen a otros ácidos tricarboxílicos, también se llama ciclo de los ácidos tricarboxílicos. El oxalacetato que se desprende en forma de CO2 corresponde al oxalacetato y no al último acetilo incorporado.
En consecuencia, el oxalacetato que se regenera al final del ciclo no contiene los mismos átomos de carbón que el oxalacetato original. En cada vuelta del ciclo se oxida un residuo acetil CoA a dos moléculas de CO2; simultáneamente se reducen 4 coenzimas 3 NAD+ a 3 NADH y 1 FAD a 1 FADH2. Además se genera un GTP a partir de GDP + fosfato inorgánico que dará posteriormente un ATP3.
Figura 2. Cadena respiratoria. Parte 1.
En la membrana de la mitocondria el NADH cede 2 electrones y 1 protón a un grupo transferidor denominado flavín-mononucleótido (FMN). En este proceso se oxida el NADH, es decir, retorna a la forma de NAD+ y el FMN al haber aceptado 2 electrones y 1 protón, capta un protón adicional del medio interno con lo que se reduce a FMNH2 que tiene completos 2 átomos de hidrógeno. La molécula de FMN está unida a una proteína de gran tamaño que atraviesa por entero la membrana. El FMNH2 transfiere los 2 átomos de hidrógeno desde el interior de la membrana al exterior. Los átomos se ionizan y los protones se liberan al medio extramitocondrial, con lo que se tienen los 2 primeros protones (2H+) liberados. Los 2 electrones se transfieren a la superficie interna de la membrana a través de una ferroproteína sulfurada (FeS). El FMNH2 al ceder 2 protones y 2 electrones retorna a su forma original y puede de nuevo ser reducido por el NADH.
Las ferroproteínas ceden los electrones a 2 moléculas de ubiquinona (Q), o coenzima Q; cada una de ellas adquiere un protón del medio interno y da lugar a la forma semiquinona (QH*). La semiquinona capta 2 electrones más, suministrados por el citocromo ß y con 2 protones más procedentes del medio interno de la mitocondria, da lugar a la forma hidroquinona (QH2) que es el estado más reducido. Cada hidroxiquinona cede un electrón al citocromo C1 que es la siguiente proteína de la cadena respiratoria y libera un protón más, siendo hasta el momento 4 los protones liberados (4H+). Todas las moléculas de ubiquinona se encuentra en el estado de semiquinona (QH*). Completan el ciclo y retorna al estado de máxima oxidación (Q). Cada una cede un protón restante al medio externo y transfiere al citocromo ß el electrón asociado. Así se liberan los otros 2 protones, y se completan los 6 que se deben expulsar de la mitocondria a través de la membrana. Los 2 electrones restantes son devueltos al ciclo por medio del citocromo C1 atraviesan los citocromos C, A, A3, y por último el A3 es oxidado por oxígeno molecular. Los 2 electrones son cedidos a un átomo de oxígeno y 2 protones son captados del medio interno de la mitocondria con lo que se forma una molécula de agua (H2O endógena).
Durante esta larga serie de reacciones de óxido reducción, el par de electrones atraviesa 3 veces la membrana en ambos sentidos y entre 2 protones en cada una de las salidas, en total 6 (6H+), con formación de una molécula de agua al suministrar los 2 electrones al oxígeno.
Así se ha producido un gradiente de protones a través de la membrana mitocondrial. Debido a este gradiente, los protones del exterior experimentan una cierta tendencia a volver al interior del compartimiento. Como la membrana es impermeable a los protones, su entrada se produce mediante la ATP-sintetiza que es una proteína transportadora de H+. Los protones adquirieron un potencial energético al ser transportados fuera de la membrana, en contra del gradiente (Figura 3).
Figura 3. Cadena respiratoria. Parte 2. Fosforilación oxidativa. FiFo = ATP sintetiza
El flujo de protones a favor del gradiente es un proceso exoergónico y la energía liberada se utiliza en parte para la fosforilación del adenosín difosfórico (ADP), y así se forma el ATP. Se genera un ATP por cada 2H+ que atraviesan la membrana; la reoxidación de un NADH produce 3 ATP, mientras que 1 FADH, origina 2 ATP5-8.
El equilibrio energético de las vías oxidativas se puede ejemplificar si se mira la producción de ATP al oxidar una molécula de glucosa que es de 36 ATP. Por ejemplo, el ácido palmítico en su oxidación completa produce 129 ATP. El glutamato, que es el receptor final de casi todos los grupos amino de los aminoácidos, tiene un total de 27 ATP.
Esto permite evaluar el rendimiento energético en la degradación de las diferentes biomoléculas4. El nucleótido adenosín trifosfato (ATP) es el compuesto principal que almacena y transporta la energía libre y lo hace a través de la creación y ruptura de enlaces ricos en energía. Se llama energía de enlace a la energía libre de Gibbs que se desprende al hidrolizar una molécula de ácido fosfórico del ATP1.
El ATP es el producto final de la conservación y la transferencia de energía en el metabolismo exudativo de todos los sustratos y al hidrolizarse liberará la energía almacenada en los procesos anabólicos del organismo. Así se produce el equilibrio entre la producción y el consumo de energía para mantener la vida.
SUMMARY
The adenosine triphosphatase [5 (pyro-) triphosphate of adenosine], ATP, is like the energy currency among living beings. For its synthesis, all the organisms need to oxydize energetic substrata of diet, proteins, lipids and carbohydrates. Initially these substances have separate metabolic ways until during their degradation they reach a common metabolite, acetyl coenzyme A, CoA. From this point on, they enter to Krebs' cycle, producing CO2 and hydrogen ions that will be transported by oxidation-reduction to the respiratory chain where endogen water and ATP will be formed. For obtaining this substratum oxidation, with a high energy production, it is necessary the presence of oxygen acting as a burner at the reactions.
Catabolismo
Es un conjunto de reacciones en que se rompen moléculas de alimento en otras más pequeñas y se libera energía. En la mayoría de los casos el catabolismo tiene lugar en las mitocondrias, que contienen enzimas y facilitan esta ruptura. Esta ruptura tiene lugar de manera escalonada. Si fuera de golpe dañaría las células. La degradación de la glucosa requiere 30 pasos sucesivos. En cada paso actúan enzimas específicas.
Sustancia alimenticia + O2! CO2 + H2O + Energía (ATP)
La velocidad de las enzimas para regular el ciclo depende básicamente de la cantidad de ATP; si hay demasiado, la velocidad de ciclo disminuye y, si por el contrario hay exceso de ADP la velocidad del ciclo aumenta4. El ciclo de Krebs representa la vía final común de la oxidación aeróbica de todos los sustratos de la dieta (proteínas, lípidos y carbohidratos) con producción de CO2 como desecho, reducción de coenzimas que van a transportar átomos de hidrógeno y electrones que se utilizarán en la cadena respiratoria para la formación de ATP y de una molécula de GTP que reaccionará con el ADP y formará ATP. Así se resume la utilidad y la productividad del ciclo.
Cada molécula de NAD+ acepta 2 electrones y 1 protón. El protón y uno de los electrones se une a un átomo de carbono de la molécula de NAD+; el otro electrón neutraliza la carga positiva. Esta forma reducida de NAD+ se denomina NADH. El NADH es el principal intermediario entre el ciclo de Krebs y la cadena respiratoria.
Las enzimas de la membrana interna de la mitocondria que transportan hidrógeno y electrones componen la cadena respiratoria y este conjunto de pasos hasta llevar los electrones al O2 y formar agua, se llama respiración interna5,6. La teoría quimiosmótica7,8 sobre la respiración mitocondrial, que es la más aceptada, explica la formación de ATP de la siguiente manera (Figura 2).
Respiración celular
Son reacciones de oxidación. La energía química de los alimentos se va a transformar en energía para la célula. Esta oxidación de las moléculas orgánicas es como principalmente obtienen energía las células. Ésta puede ser de 2 tipos:
Aerobia: la degradación de las moléculas es completa. La molécula orgánica se degrada hasta formar moléculas inorgánicas. La respiración se realiza con intervención de oxígeno. La liberación de energía es mayor aquí que en la anaerobia.
Anaerobia: se obtiene energía sin intervención de oxígeno. La degradación no es total, se forman compuestos intermedios. Podemos distinguir dos subtipos: anaerobia propiamente dicha y fermentación. La anaerobia se da en todos los organismos, incluido el hombre.
Respiración aerobia!
Glucosa!
CO2, H2O, Energía
Respiración
celular
Fermentación!
Glucosa!
CO2, Alcohol etílico, Energía
Respiración anaerobia!
Glucosa!
CO2, Ácido láctico, Energía
La mayor parte de energía la proporcionan los glúcidos. Es en el interior de las mitocondrias donde los glúcidos se degradan enzimáticamente y se va a liberar energía que sintetizará ATP. El catabolismo de la glucosa es fundamental para los vertebrados. El balance final del catabolismo es:
C6H12O6 + 6O2 ! 6CO2 + 6H2O + ENERGÍA
Se obtienen 686 Kcal por mol de glucosa. La glucosa al oxidarse va a perder átomos de H, y éstos los va a ganar el oxígeno, con lo que se va a liberar agua, y mucha energía para sintetizar ATP. Distinguimos 3 etapas:
Glucólisis
Ciclo de Krebs
Fosforilación oxidativa
En la glucólisis y en el ciclo de Krebs se van a ir liberando átomos de C que se van a unir al O para formar CO2. En la fosforilación oxidativa el H se va a unir con el oxígeno para formar agua, al tiempo que se sintetiza el ATP (ADP+P).
La glucólisis ocurre en el citoplasma, la respiración es dentro de la mitocondria.
Glucólisis
Es un conjunto de reacciones por las que una molécula de glucosa se convierte en 2 moléculas de ácido pirúvico (C3H6O3).
C6H12O6 ! 2CH3-CO-COOH
Esto se da en el citoplasma y siempre en condiciones anaerobias (sin oxígeno). Es universal para todos las células. Se forman 2 moléculas de ATP en la glucólisis. Ocurre en torno a 9 etapas, e interviene enzimas específicas en cada una.
A partir de la glucólisis el ácido pirúvico puede seguir una ruta aerobia o una ruta anaerobia. La aerobia comprende el ciclo de Krebs y la fosforilación oxidativa.
En presencia de O2 el ácido pirúvico va a atravesar la membrana mitocondrial, y dentro de la mitocondria se va a producir su degradación total en pasos escalonados. 2 etapas: ciclo de Krebs (o ciclo del ácido cítrico), que ocurre en el interior de las mitocondrias con intervención de enzimas específicas; y luego ocurre la fosforilación oxidativa.
2CH3-CO-COOH ! 6CO2 + 6H2O + ENERGÍA (38 ATP's)
RESPIRACION
Algunos aspectos básicos de la respiración:
Como sabemos, la respiración es una de las funciones principales de los organismos vivos, por medio de la cual se producen reacciones de oxidación que liberan energía que utilizan los seres vivos para poder realizar su metabolismo. La mayoría de los organismos vivos utilizan el oxígeno para su respiración.En el hombre el más importante aporte de oxígeno se realiza por medio del llamado aparato respiratorio compuesto por las fosas nasales, la boca, la faringe, la laringe, los bronquios y los pulmones.Los pulmones, que son sacos de grandes superficies, ponen en contacto la sangre con el aire por medio de los alvéolos pulmonares, produciendo el intercambio gaseoso. Ingresando oxígeno y expulsando mayoritariamente CO2.
Para un mejor estudio de la respiración, y teniendo en cuenta que en determinados individuos predomina una u otra, podemos clasificar cuatro formas de respiración:
1) Clavicular: es la realizada por la parte superior de los pulmones. Debido a la forma piramidal de los sacos pulmonares, éste es el tipo de respiración que menos cantidad de oxígeno provee al organismo.2) Costal: es la realizada por la parte media de los pulmones a nivel costal. Es raro que este tipo de respiración se produzca sola, estando siempre acompañada de una respiración clavicular o abdominal.3) Abdominal: se realiza en la parte baja de los pulmones, y permite mayor ingreso de oxígeno que las anteriores debido también a la forma piramidal de los sacos pulmonares.4) Respiración completa: Se produce por el total llenado de los pulmones, incluyendo la parte baja, media y alta de los mismos. Se realiza de forma pausada, y sin forzar la capacidad pulmonar.
Nutrición Celular: La Nutrición del Futuro
En general, cuando nos referimos a la nutrición pensamos primeramente en nuestro paladar. No obstante, un cada vez mayor porcentaje de la población piensa que la nutrición también consiste en suministrar al organismo los nutrientes necesarios para estar sanos.
Nos solemos preocupar por no tomar demasiadas grasas con el fin de cuidar el corazón y las arterias, poco azúcar por miedo a las caries y a la obesidad, no demasiada sal por miedo a la tensión alta e incluso podemos optar por los alimentos integrales porque contienen la tan bienvenida fibra. La nutrición se tiende a relacionar más con el aspecto físico y no tanto con la salud de nuestros órganos y tejidos.
El nuevo concepto de nutrición celular nos ayudará a entender como nuestra salud y en definitiva la salud de nuestras células depende en gran medida de lo que ingerimos a través de la dieta y la suplementarían.
Desde hace unos años, y principalmente en Inglaterra, Alemania y Estados Unidos, ha surgido un nuevo concepto de nutrición que abarca no solo la dieta sino también los suplementos nutricionales, que se consideran necesarios para un alto porcentaje de la población.
Este nuevo concepto de nutrición se denomina nutrición ortomolecular. La nutrición ortomolecular tiene en cuenta que todos los tejidos tienen una estructura que depende de la cooperación entre los distintos tipos de células, y por tanto es fundamental para la salud de los tejidos y de los órganos que las células estén sanas.
A partir de la ingestión de alimento tienen lugar unos procesos metabólicos de digestión, absorción y asimilación que terminan con una serie de nutrientes atravesando la pared celular para ser aprovechados por la célula. La nutrición ortomolecular analiza el comportamiento celular, la manera en la que la célula absorbe los nutrientes y cómo los utiliza para determinar que tipo de dieta es la más indicada para el mantenimiento de la salud celular y la prevención de la enfermedad.
La nutrición celular se define entonces como el abastecimiento de nutrientes que las células del organismo necesitan para obtener energía y mantener su estructura y funciones. Por supuesto, las células del organismo necesitan los mismos nutrientes que hasta ahora se han considerado esenciales, lo que diferencia a la nutrición ortomolecular es que defiende el equilibrio entre nutrientes como algo fundamental para el correcto funcionamiento celular. Es decir, que no solamente es necesario que la dieta no sea deficiente en ningún nutriente, sino también que no contenga sustancias en exceso que pueden desequilibrar el comportamiento celular dañando su capacidad para absorber y utilizar estos nutrientes esenciales.
La célula está envuelta en una fina membrana compuesta principalmente por materia grasa y dentro de ella se encuentran moléculas proteicas que desempeñan funciones especializadas. La membrana celular ejerce una función vital ya que controla lo que puede o no puede pasar al interior celular. El interior celular está dividido en compartimentos, entre los que se encuentra el núcleo, dentro del núcleo se encuentra el material genético que lleva toda la información necesaria para la estructura y funcionamiento de la célula.
La célula puede ver su funcionamiento y estructura afectados tanto por una deficiencia de minerales y vitaminas como por un exceso de sustancias como toxinas, sodio, calcio y azúcar. La deficiencia de nutrientes enlentece las funciones celulares y resta energía a la célula.
El exceso de toxinas inhibe o destruye las enzimas, entorpece la producción de energía celular e incapacita a la célula para sintetizar proteínas. Algunas toxinas afectan al material genético y otras pueden dañar la pared celular. El sodio y el azúcar en exceso tienen también un carácter tóxico y afectan a la célula de la misma manera que lo hacen las toxinas.
Desequilibrio del Sodio y Potasio
Aunque todavía hay mucho que aprender, estamos empezando a entender la dinámica de las células del organismo humano. Muchas de las funciones celulares nos recuerdan el comportamiento de una bomba o una pila. De hecho, cada célula tiene su propio sistema eléctrico que consiste en un generador de energía que proporciona electricidad para que funcionen los demás mecanismos. En las células la electricidad es conducida por iones positivos de sodio (llamados Na+). La manera en que la célula genera energía es a través de un mecanismo llamado la bomba de sodio y potasio. En los años 40 y 50 se descubrió este mecanismo de la superficie celular que bombea el sodio hacia el interior y el potasio hacia el exterior produciendo un ambiente intracelular alto en potasio y bajo en sodio. Ya nos podemos imaginar entonces que la relación entre ambos nutrientes es esencial para el funcionamiento celular y que tanto un exceso como una deficiencia de ambos lo pueden descompensar.
Un exceso de sodio en el exterior de la célula debido a una ingesta excesiva hace que a la larga el sodio empiece a penetrar el interior de la célula. La cantidad de sodio o de sal en la dieta que puede ser excesiva para la célula depende de diversos factores y varía de un individuo a otro. Unos individuos estarán mejor capacitados para soportar unos niveles altos de sodio y otros necesitarán restringir la sal al máximo. Si existe una deficiencia de magnesio o de potasio o si la célula está cargada de toxinas, incluso una pequeña cantidad de sodio puede ser peligrosa. Cuando el sodio penetra la célula viene acompañado por un exceso de agua. Este exceso de líquido diluye los contenidos celulares. La bioquímica de la célula deja de funcionar normalmente cuando las enzimas, sustratos y cofactores se reducen a concentraciones menores. El exceso de sodio en el interior de la célula facilita a su vez la entrada de ácidos y toxinas ya que la célula produce menos energía necesaria para la detoxificación al dejar de funcionar eficientemente la bomba de sodio y potasio.
Desequilibrio del Calcio y Magnesio
La bomba de sodio y potasio no solo proporciona energía a la célula sino que también hace funcionar otro mecanismo esencial para la salud de la célula, la bomba de calcio. La bomba de calcio permite que tres iones de sodio entren en la célula y con la energía que se libera sale un ion de calcio. Este tipo de mecanismo existe en la superficie de las células nerviosas y musculares. El calcio disuelto en el interior de la célula debería ser 10,000 veces menor que el que se encuentra en el exterior. Esto es especialmente importante en las células de los músculos ya que un pequeño incremento del calcio intracelular provoca que el músculo se contraiga. Si esto ocurre en los músculos de las arterias, estas se estrechan dando lugar a un incremento de la presión sanguínea. Aun más, un aumento del nivel intracelular de calcio incrementa el crecimiento y la división celular y puede también incrementar la producción de colágeno lo que produce el endurecimiento de los tejidos. Una deficiencia de magnesio en el interior de la célula lleva a una disminución de la actividad de la bomba de sodio y potasio lo que a su vez enlentece la bomba de calcio.
El magnesio no solamente es necesario para el funcionamiento de la bomba de sodio y potasio sino que también estabiliza la membrana celular previniendo que haya huecos por los que pueda entrar el calcio. Todo un dispositivo celular en función del mantenimiento de unos niveles adecuados de calcio, sodio, potasio y magnesio. Debemos ayudar al metabolismo celular con unos niveles adecuados de estos nutrientes en la dieta.
Exceso de Toxinas
En la nutrición ortomolecular se considera toxina a toda aquella sustancia que puede penetrar las células y que entorpece el funcionamiento normal del metabolismo. Hay seis grandes categorías de toxinas que son los residuos de pesticidas, los nitratos, los antibióticos, los residuos de hormonas, los hidrocarbonos policíclicos y los metales pesados. Estas toxinas atacan a la célula en su parte más vulnerable como son sus enzimas, sus membranas y sus ácidos nucleidos. La verdadera nutrición debería abarcar a todo lo que absorbemos del medio ambiente y no solamente a los alimentos. Los avances en los conocimientos de nutrición exigen, hoy en día, una revolución no solo de la industria alimenticia sino también de las prácticas agrícolas y la polución industrial.
Muchas toxinas inhiben o destruyen las enzimas. Los resultados de la intoxicación celular son la falta de vitalidad celular y la incapacidad para sintetizar proteínas celulares esenciales. Estas dos funciones básicas de las células, que son la producción de energía y la capacidad para sintetizar proteínas, se ven más o menos afectadas según el grado de toxicidad. A medida que hay más toxinas se va perdiendo más energía vital y la célula pierde su capacidad para regenerarse. Si el daño es muy extenso la célula puede hasta morir.
Algunas toxinas tienden más a afectar los ácidos nucleicos como el DNA. El daño producido por las toxinas en el DNA de la célula es mucho más peligroso ya que el DNA lleva incorporado una serie de complejos mensajes en código que determinan el tipo de célula y lo que la célula puede o no hacer. Las toxinas que afectan el DNA se llaman mutágenos y el daño al DNA se llama mutación ya que se transmite a todas las células hijas. Hay un tipo de enzimas que se dedican a reparar el daño al DNA, remplazando las secciones dañadas por otras que tienen la estructura correcta. Pero esta increíble capacidad de regeneración se ve también afectada cuando se abusa de ella y también puede ocurrir que las enzimas reparadoras se vean a su vez dañadas por las toxinas.
Otras toxinas afectan a las membranas celulares dañando su estructura y sus funciones, como por ejemplo, la permeabilidad de la membrana o su sensibilidad a los mensajeros químicos. Este tipo de daño celular también puede acabar con la vida de una célula. Las toxinas que afectan a las membranas son aquellas que tienen un carácter lípido o lípido-soluble, es decir que se pueden disolver en las grasas, como por ejemplo los ácidos grasos oxidados (expuestos a la luz o el calor) y también los ácidos grasos trans que se encuentran en las margarinas, los aceites refinados y las grasas saturadas.
La manera en que las toxinas afectan a las células es a través de la generación de radicales libres. Los radicales libres son unas moléculas altamente reactivas que reaccionan rápidamente con cualquier otra molécula que se encuentre en su proximidad. Pueden inactivar una enzima o dañar una estructura celular. Las proteínas dañadas por los radicales libres cargan el metabolismo ya que interfieren con el funcionamiento de otras moléculas. Los radicales libres dañan a las células y enlentecen el metabolismo, el efecto sobre el individuo es el aceleramiento del envejecimiento. Este envejecimiento causado por un exceso de radicales libres no sólo afecta a la persona en su aspecto externo sino que también afecta a los tejidos y órganos. El individuo se vuelve por tanto más susceptible a sufrir enfermedades crónicas de todo tipo. Las enfermedades crónicas que más se relacionan con la exposición alta a radicales libres son el cáncer, la diabetes, la artritis reumatoide, la enfermedad de Parkinson y el Alzheimer.
Exceso de Azúcar y Deficiencia de Nutrientes
El exceso de azúcar en la dieta nos suele preocupar porque origina caries dentales o puede dar lugar a obesidad. Otra razón de peso para restringir el azúcar en la dieta es que el azúcar también puede ser tóxico.
El nivel de glucosa en sangre debe mantenerse entre 70 y 100mg/100ml o sino podemos experimentar síntomas molestos. La glucosa puede reaccionar espontáneamente con las proteínas y cuando el nivel de glucosa en sangre sube por encima de 100mg/100ml esta reacción ocurre a mayor escala con unos resultados destructivos. Las proteínas inactivadas por la glucosa interfieren con el funcionamiento normal del metabolismo. El exceso de azúcar en la dieta también nos roba nutrientes que utilizamos para su metabolismo y a la vez excluye de la dieta a otros alimentos más necesarios.
Las deficiencias de vitaminas y minerales influencian la manera en la que la célula es capaz de soportar el exceso de toxinas. Sin suficiente magnesio la célula no puede producir suficiente energía para sus funciones incluida la detoxificación. La energía celular depende de los macrominerales, calcio, magnesio, sodio y potasio, y la relación entre ellos. Sin la suficiente energía y sin los microminerales que actúan como cofactores en numerosas enzimas los procesos metabólicos se enlentecen. Si no hay suficiente cantidad de vitaminas antioxidantes los radicales libres podrán ejercer mayor daño a la célula.
Por ultimo, me gustaría explicar por qué una misma dieta alta en sodio, en toxinas, o deficiente en minerales afecta a distintas personas de manera diferente, es decir, a un individuo puede llevarle a sufrir una enfermedad crónica mientras que a otro individuo puede no afectarle aparentemente.
¿Cómo es esto posible si las células se tienen que ver afectadas de la misma manera?
Diferentes individuos hacen frente a su carga tóxica de manera diferente dependiendo de los recursos que tengan disponibles, estos recursos vienen determinados por su herencia genética, la dieta que han seguido, su historia médica y su fuerza vital. La fuerza vital o la energía vital se ve afectada por las circunstancias de la vida. La energía vital es un concepto que no puede ser explicado a través de la bioquímica pero que es lo que determina que una falta de ilusión o una circunstancia adversa puedan afectar a nuestra salud. La fuerza vital se puede incrementar con ayuda de las terapias energéticas como pueden ser la acupuntura o la homeopatía o incluso con una mayor ingesta de minerales. Al incrementar la fuerza vital se proporciona energía a la célula que estará mejor capacitada para deshacerse de su carga tóxica y para asimilar los nutrientes.
Nutrición Celular Ideal o Dieta para el Equilibrio Celular
A la célula le hace falta:
Poco sodio. Para ello debemos reducir la sal, reducir los productos lácteos, eliminar Los productos envasados y procesados y los embutidos.
Mucho potasio, suficiente magnesio y calcio, ni poco ni demasiados microminerales, suficientes vitaminas. Para ello debemos incrementar el consumo de verduras, cereales integrales, suficientes tubérculos, frutas, legumbres, frutos secos, semillas, evitar productos lácteos.
Nada de toxinas. Para ello debemos evitar el consumo de tabaco, polución, aditivos, antibióticos, consumir alimentos biológicos (orgánicos), incrementar el consumo de alimentos ricos en antioxidantes.
Nada de azúcar. Para ello debemos evitar el consumo de azúcares simples y carbohidratos refinados.
Tipos de Toxinas
1.- Toxinas de origen externo:
Aditivos alimentarios:- aditivos sintéticos: (tartrazine, nitrato de sodio) nuestros sistemas enzimáticos no están preparados para manejar estas sustancias, ni para llevarlas a través de las membranas ni para eliminarlas.
Aditivos naturales usados fuera de contexto (monosodio glutamato, ácido glutámico): sustancias naturales pero que usadas en concentraciones altas tienen el carácter de un aditivo sintético.
Medicinas y drogas sintéticas
Pesticidas
Inhalación de químicos procedentes de pinturas, barnices o desinfectantes.
2.- Toxinas de origen interno:
Productos de deshecho, el proceso de descomposición de las grasas, carbohidratos y proteínas no es eficiente al 100% y se originan productos de deshecho que si no se eliminan se convierten en toxinas.
Toxinas originadas en el intestino por la putrefacción de los alimentos. Las proteínas de origen animal, así como el azúcar, el café y el chocolate, tienen una especial tendencia a producir este tipo de putrefacción.
Como disminuir la carga tóxica
Aumentando la energía vital ya sea con terapias energéticas o remineralizando el organismo
Evitando la entrada de toxinas externas en el organismo, consumiendo alimentos naturales y no procesados y a ser posible de origen biológico y usando terapias naturales en lugar de medicinas sintéticas.
Mejorando la función intestinal con el uso de prebióticos y reduciendo el consumo de alimentos de origen animal.
Usando terapias naturales que faciliten la eliminación de las toxinas al exterior de la célula primero y luego al exterior del organismo.
Los seres autótrofos (a veces llamados productores) son organismos capaces de sintetizar todas las sustancias esenciales para su metabolismo a partir de sustancias inorgánicas, de manera que para su nutrición no necesitan de otros seres vivos. El término autótrofo procede del griego y significa "que se alimenta por sí mismo".
Los organismos autótrofos producen su masa celular y materia orgánica, a partir del dióxido de carbono, que es inorgánico, como única fuente de carbono, usando la luz o sustancias químicas como fuente de energía. Las plantas y otros organismos que usan la fotosíntesis son fotolito autótrofos; las bacterias que utilizan la oxidación de compuestos inorgánicos como el anhídrido sulfuroso o compuestos ferrosos como producción de energía se llaman quimiolitotróficos.
Tipos
Los seres vivos basan su composición en compuestos en los que el elemento químico definitorio es el carbono (compuestos orgánicos), y los autótrofos obtienen todos el carbono a través un proceso metabólico de fijación del carbono llamado ciclo de Calvin. Sin embargo se distinguen unos de otros por la fuente de energía que emplean para realizar el trabajo de sintetizar sustancias orgánicas; hay dos clases principales, los fotoautótrofos, que emplean la luz para realizar la fotosíntesis, y los quimioautótrofos, que extraen la energía de reacciones químicas entre sustancias inorgánicas, minerales, en el interior de la tierra o en el fondo del océano.
Se llama auxótrofos a aquellos organismos —imperfectamente autótrofos— que sintetizan casi todas sus moléculas a partir de sustancias inorgánicas, pero que necesitan tomar alguna ya hecha de otros seres vivos.
Papel ecológico
Los autótrofos forman el primer eslabón en las cadenas tróficas, en tanto que productores primarios de la materia orgánica que circula través de ellas. Son necesariamente los organismos más abundantes, ya que —dada la eficiencia limitada de los procesos metabólicos— cada eslabón está mucho menos representado que los siguientes.
Los seres autótrofos son una parte esencial en la cadena alimentaría, ya que obtienen los átomos que necesitan de fuentes inorgánicas, como el dióxido de carbono, y las convierten en moléculas orgánicas que son utilizadas para desarrollar funciones biológicas como su propio crecimiento celular y la de otros seres vivos, llamados heterótrofos, que las utilizan como alimento. A la vez, obtienen la energía de fuentes abióticas como la luz solar (fotosíntesis) o reacciones químicas entre sustancias minerales (quimiosíntesis). Los seres heterótrofos como los animales, los hongos, y la mayoría de bacterias y protozoos, dependen de los autótrofos ya que aprovechan su energía y la materia que contienen para fabricar moléculas orgánicas complejas. Los heterótrofos obtienen la energía rompiendo las moléculas que han obtenido de los seres autótrofos por ingestión (animales) o absorción (descomponedores). Por ejemplo, los animales carnívoros dependen de los seres autótrofos porque la energía y la materia obtenidas de sus presas proceden en última instancia de los seres autótrofos (las plantas) que comieron sus presas.
Utiliza la energía química obtenida en la fase luminosa, en reducir C02, nitratos y sulfatos y asimilar los bioelementos C,H, y S, con el fin de sintetizar glucidos, aminoácidos... Las plantas obtienen el CO2 del aire a traves de los estomas de sus hojas. El proceso de reducción del carbono es cíclico y se conoce como el Cilo de Calvin. La fijación del CO2 se produce en tres fases: 1.Carboxilativa: el CO2 se fija a una molécula de 5C, la ribulosa 1'5 difosfato, formándose un compuesto inestable de 6C, que se divide en dos moléculas de acido 3 fosfoglicerido conocido también con las siglas de PGA. 2. Reductiva: el acido 3 fosfoglicerido se reduce a gliceraldheido 3 fosfato, también conocido como PGAL, utilizándose ATP Y NADPH. 3. Regenerativa/sintética: las moléculas de gliceraldheido 3 fosfato formadas siguen diversas rutas; de cada seis moléculas, cinco se utilizan para regenerar la ribulosa 1'5 difosfato y hacer que el ciclo de calvin pueda seguir, y una será empleada para poder sintetizar moléculas de glucosa (vía de las hexosas) ácidos grasos, AA,...y en general todas las moléculas que necesita la célula. En el ciclo para fijar el CO2 intervienen una serie de enzimas, y la mas conocida es la enzima Rebisco (ribulosa 1'5 difosfato carboxilasa/oxidasa) que puede actuar como carboxilasa o como oxidasa, según la concentración de CO2. Si la concentración de CO2 es baja, actúa como oxidasa, y en lugar de ayudar a la fijación de CO2 mediante el ciclo de calvin, se produce la oxidación de glucidos hasta CO2 y H20 y al proceso se le conoce como fotorrespiracion que no debe confundirse con la respiración mitocondrial, la energía se pierde y no se produce ni ATP ni NADPH; y se disminuye el rendimiento de la fotosíntesis, porque solo se produce una molécula de PGA que pasara al ciclo de calvin; en cambio cuando funciona como carboxilasa, se obtienen dos moleculas de PGA. Hipótesis Quimiosmotica de la Fotofosforilacion: la síntesis de ATP en el cloroplasto se explica mediante la hipótesis quimiosmotica de Mitchell, de forma muy semejante como ocurre en la mitocondria. El transporte de electrones en la cadena transportadora de la membrana tilacoidal produce el bombeo de protones desde el estroma hacia el espacio tilacoidal a nivel del complejo citocromo b6-f, lo que genera un gradiente electroquímico. El flujo de protones a favor del gradiente desde el espacio tilacoidal hasta el estroma, a traves del canal de protones de la ATP-sintetiza, activa la síntesis de ATP a partir de ADP y fosfato. Los electrones se emplean para reducir el NADP+ a NADPH.El ATP y el NADPH síntesis, en las que se reducen moleculas sencillas, como el CO2 para formar glucidos. Importancia biología de la fotosíntesis: 1.La síntesis de materia orgánica a partir de la inorgánica se realiza fundamentalmente mediante la fotosíntesis; luego ira pasando de unos seres vivos a otros mediante las cadenas troficas, para ser transformada en materia propia por los diferentes seres vivos. 2. Produce la transformación de la energía luminosa en energía química, necesaria y utilizada por los seres vivos. 3. En la fotosíntesis se libera oxigeno que será utilizado en la respiración aerobia como oxidante. 4. La fotosíntesis fue causante del cambio producido en la atmósfera primitiva, que era anaerobia y reductora. 5. De la fotosíntesis depende también la energía almacenada en combustibles fósiles como carbón, petróleo y gas natural. 6. El equilibrio necesario entre seres autótrofos y heterótrofos no seria posible sin la fotosíntesis. Quimiosintesis consiste en la síntesis de ATP a partir de la energía que se desprende en las reacciones de oxidación de determinadas sustancias inorgánicas. los organismos que realizan estos procesos se denominan quimioautótrofos o quimiolitótrofos. todos ellos son bacterias. Muchos de los compuestos reducidos que se utilizan como el NH3, son sustancias procedentes de la descomposición de la materia orgánica. al oxidarlas se transforman en sustancias minerales que pueden ser absorbidas por las plantas. cierran los ciclos biogeoquímicos, posibilitando la vida en el planeta. se distinguen dos fases una primera fase en la que se obtiene ATP y coenzima reducida, que en las bacterias es NADH en lugar de NADPH, y en la segunda fase en la que se emplea el ATP y el NADH para sintetizar compuestos orgánicos a partir de sustancias inorgánicas. en la primera fase la reacción de oxidación de las sustancias inorgánicas constituye la fuente de energía para la fosforilación del ADP, en la cadena respiratoria, proceso denominado fosforilación oxidativa. parte de este ATP se emplea para provocar un transporte inverso de electrones en la propia cadena respiratoria para la obtención de NADH. en la segunda fase las vías metabólicas seguidas coinciden con las de la fase oscura de la fotosíntesis.
LA IMPORTANCIA DE LOS PROCESOS FOTOSINTETICOS PARA LOS SERES.
La preocupación por conocer el origen de los seres vivos que nos rodean es, sin duda, tan antigua como el momento mismo en que las primeras sociedades humanas iniciaron el proceso de racionalización de sus relaciones de dependencia con la naturaleza y las empezaron a transformar en relaciones de dominio.
Para los primeros recolectores de frutos, para los cazadores y los agricultores primitivos, era una experiencia común observar cómo los animales podían engendrar descendencia semejante a los progenitores.
De estas observaciones surgió la idea de la generación espontánea, que habría de resultar una explicación útil, no sólo para comprender un fenómeno que era observado cotidianamente, sino que incorporado a los sistemas religiosos, se convirtió en el instrumento de creación de la vida en la Tierra que utilizó la multitud de dioses de las mitologías de todos los tiempos.
Estas ideas creacionistas, impregnadas de un fuerte carácter idealista, fueron enriquecidas por las culturas mesopotámica y egipcia, y transmitidas a los filósofos jónicos que habitaban en las ciudades griegas del Asia Menor.
Las teorías de la generación espontánea fueron desarrolladas por los griegos, pero aquellos que fundaron o pertenecían a las corrientes materialistas del pensamiento suprimieron de ellas los elementos místicos, o intentaron reducirlos a su mínima expresión. Para Tales de Mileto, Anaximandro, Jenófanes y Demócrito, la vida podía surgir del lodo, de la combinación del agua con el fuego, del mar, o de cualquier otra combinación de los elementos; pero en todo este proceso los dioses no intervenían, ya que habían sido suprimidos o relegados a planos de menor importancia.
Este punto de vista habría de encontrarse con la oposición obstinada de los idealistas y en particular de Platón, quien, dos siglos más tarde, predicaría en Atenas un sistema filosófico de carácter idealista con el que pretendería encadenar al hombre y a la naturaleza misma a un mundo supernatural regido por los dioses.
Es difícil apreciar en toda su magnitud el valor de la obra de Aristóteles en las ciencias, y en particular en la biología; algunas de sus observaciones no sólo subsistieron durante toda la antigüedad, sino que siguen siendo válidas hasta nuestros días. Pero sus ideas sobre el origen de la vida fueron menos acertadas y reflejan claramente el carácter idealista de su filosofía
Es cierto que surgieron luego otras concepciones materialistas que se oponían a estos esquemas idealistas.
Sin embargo, los puntos de vista aristotélicos se afianzaron y permanecieron casi indiscutibles durante cerca de dos mil años; el establecimiento de la Iglesia cristiana en el Imperio Romano y las hábiles piruetas filosóficas de los Concilios y los neoplatónicos, incorporaron las ideas creacionistas de Platón y Aristóteles a los dogmas teológicos, transformando y reagrupando algunos conceptos, como el de la entelequia, que pronto pasó a ser equivalente al del alma.
La Iglesia aceptó de buen grado la idea de la generación espontánea, ligándola a la mitología bíblica, y las obras e ideas de los materialistas fueron olvidadas o perseguidas
NUTRICION HETEROTROFA.
Los organismos heterótrofos (del griego hetero, otro, desigual, diferente y trofo, que se alimenta), en contraste con los organismos autótrofos, son aquellos que deben alimentarse con las sustancias orgánicas sintetizadas por otros organismos, bien autótrofos o heterótrofos a su vez. Entre los organismos heterótrofos se encuentra multitud de bacterias y predominantemente los animales.
Un organismo heterótrofo es aquel que obtiene su carbono y nitrógeno de la materia orgánica de otros y también en la mayoría de los casos obtiene su energía de esta manera. A este grupo pertenecen todos los integrantes del reino animal, los hongos, gran parte de los moneras y de las arqueobacterias
Algunos organismos heterótrofos pueden obtener energía de otras fuentes. Según la fuente de energía los subtipos serían:
Fotoheterótrofos: estos organismos fijan la energía de la luz. Constituyen un grupo muy reducido de organismos que comprenden la bacteria purpúrea y familia de seudomonadales. Sólo realizan la síntesis de energía en presencia de luz y en medios carentes de oxígeno
Quimioheterótrofos: utilizan la energía química extraída de la materia inorgánica u orgánica.
Los autótrofos (plantas, cianobacterias, etc.) y los heterótrofos se necesitan mutuamente para poder existir.
HOLOZOICA.
Cuando el alimento se obtiene como partículas sólidas que deben comerse, digerirse, absorberse, como ocurre en casi todos los animales, el fenómeno recibe el nombre de nutrición holozoica. Los organismos holozoicos deben constantemente buscar, atrapar y comer otros organismos; para ello han creado. Gran variedad de estructuras sensitivas, nerviosas y musculares, para encontrar alimento, así como varios tipos de sistemas digestivos para transformar estos alimentos en moléculas bastante pequeñas para ser absorbidas. Plantas insectívoras como Dionea Venus, rocío de sol y Sarracenea purpúrea complementan su capacidad fotosintética atrapando y digiriendo insectos y otros animales pequeños (hecho sorprendente en el mundo vegetal). De esto las plantas obtienen aminoácidos y otros compuestos nitrogenados para el crecimiento.
Los animales herbívoros comen plantas y obtienen sus compuestos energéticos del contenido de las células vegetales, compuestos constituidos por la planta que usa energía de la luz solar. Otros animales son carnívoros, comen animales (que, a su vez, comen plantas). Omnívoros son animales que comen material vegetal o animal. Todos los organismos heterotróficos obtienen finalmente sus nutrientes energéticos de organismos autotróficos que atraparon la energía radiante de la luz solar para sintetizar dichos compuestos.
SAPROFITA.
Saprofita Grupo de microorganismos que viven en el cuerpo humano de forma natural, como la flora del colon, vagina, cavidad oral, piel, etc.… La flora saprofita que se encuentra normalmente en el intestino, impide que otros microorganismos, que causan daño se instalen allí. El mecanismo de acción es por competencia de nutrientes, es decir como la pared intestinal ya está ocupada por la flora saprofita, no quedan nutrientes disponibles para la flora patógena, la que hace daño. Por eso los niños pequeños que aún no han desarrollado una flora intestinal normal, son más proclives a la infección intestinal. Por otro lado, el consumo no controlado de antibióticos, puede afectar la flora saprofita, dejando lugar al crecimiento de la flora patógena. El 99% de la flora intestinal saprofita, situada predominantemente en el último tramo del intestino delgado y en el colon, está constituida por microorganismos anaerobios (Bacteroides, Clostridium, Peptostreptococcus, Peptococcus y muchos otros). Otras bacterias, como E. coli, Proteus, Klebsiella y Enterococcus, representan el 1% restante. Los microorganismos oportunistas forman parte de la flora saprofita. No obstante en determinadas ocasiones y coincidiendo con un descenso en las defensas del hospedador pueden provocar procesos infecciosos.
PARASITA.
Una planta parásita es una que obtiene alguna o todas las sustancias nutrientes que necesita para su desarrollo de otra planta. Se conocen con estas características a unas 4.100 especies en aproximadamente 19 familias de plantas de flor. Las plantas parásitas tienen una raíz modificada, ustorio, que penetra la planta anfitrión y conecta con su xilema, floema, o con ambos.
Clases de parasitismos
Las plantas parásitas se caracterizan como sigue:
1a. Parásita Obligada - un parásito que no puede terminar su ciclo vital sin un anfitrión.
1b. Parásita Facultativa - un parásito que puede terminar su ciclo vital independientemente de un anfitrión.
2a. Parásitas de Tallos - parásita que se fija al tallo del anfitrión.
2b. Parásitas de Raíces - parásita que se fija a la raíz del anfitrión.
3a. Holoparásita - una planta que es totalmente parásita en otras plantas y no tienen ninguna clorofila.
3b. Hemiparásita - una planta que es parásita bajo condiciones naturales y es también fotosintética en un cierto grado. Las hemiparasitas puede apenas obtener los alimentos del agua y del mineral de la planta anfitrión. Muchos obtienen también por lo menos parte de sus nutrientes orgánicos del anfitrión.
En las hemiparásitas, uno de los tres sistemas de términos se puede aplicar a la misma especie, e.g.
Nuytsia floribunda es una hemiparásita obligada de raíces.
Rhinanthus es una hemiparásita facultativa de raíces.
Mistletoe es una hemiparásita obligada de los tallos.
En las Holoparásitas se obligan siempre dos términos necesarios, e.g.
Cuscuta europea es holoparásita de tallo.
Hydnora spp. son holoparásitas de raíces.
Entre las plantas consideradas holoparásitas se incluyen Orobanches, algunas especies de Cuscuta, Rafflesia, y Hydnoraceae. Entre las plantas consideradas hemiparásitas se encuentran Castilleja, muérdagos, Nuytsia floribunda y Rhinanthus minor
Respiración aerobia
La respiración aerobia es el fenómeno por el que los seres vivos incorporan a su célula o células el oxígeno proveniente del aire o el oxígeno proveniente del agua a los seres que cumplen con esta respiración se los denomina aerobios el oxígeno que ingresa por la membrana celular, va al citoplasma, se introduce en la mitocondria. Oxida la glucosa y de esta combustión se obtiene agua, dióxido de carbono, y energía.
Organismo anaerobio
Se llama anaerobios a los organismos que no necesitan oxígeno (O2) para desarrollarse, a diferencia de los organismos aerobios.
Clasificación
Pueden dividirse en: organismos anaerobios estrictos, que mueren en presencia de oxígeno; organismos anaerobios facultativos, que pueden usar el oxígeno si está presente; y organismos aerotolerantes, que pueden vivir en presencia de oxígeno pero no hacen uso de él en forma alguna.
Los organismos anaerobios utilizan la respiración anaerobia, más comúnmente llamada fermentación, para obtener energía química. Existen diferentes tipos de fermentación en función de la ruta metabólica utilizada por los organismos anaerobios. Así, se denomina fermentación alcohólica a aquella en la que se genera etanol, fermentación láctica, en la que se genera ácido láctico, fermentación ácido-mixta, cuyos productos principales son el ácido láctico, el etanol y el ácido propiónico, fermentación butírica, en la que se genera ácido butírico, y fermentación metanogénica, en la cual, a partir de hidrógeno, acetato o bicarbonato, se genera gas metano. En cualquier caso, los productos finales en la ruta completa anaerobia son el metano y el dióxido de carbono.
Se encuentra estos organismos en rellenos sanitarios cuando se confina el parte orgánico de los residuos sin ningún tratamiento. Por la compactación se establece un ambiente anoxio en los cual los organismos anaerobios transfieren los partes orgánicos en décadas a gases de efecto invernadero: metano y dióxido de carbono.
Estos gases son de los más importantes causantes del cambio climático. El Protocolo de Kyoto estableció un Mecanismo de desarrollo limpio MDL que permite operadoras de rellenos sanitarios, cuales disminuyen las emisiones de biogás, elaborar y comercializar bonos de carbono.
Fermentación
Esquema básico: usar una molécula orgánica producida durante el proceso metabólico como aceptor.El término fermentación, en su acepción estricta, se refiere a la obtención de energía en ausencia de oxígeno y generalmente lleva agregado el nombre del producto final de la reacción.
Pasteur la denominó "la vie Sans l'air" o "la vida sin aire".
El piruvato (o moléculas derivadas del piruvato) se encuentra disponible luego del proceso de glicólisis (ver diagrama) Muchas células los usan como aceptor terminal, creando productos de desecho que se excretan de la célula. Nota: estos residuos se excretan en enormes cantidades dado que , en razón del bajo rendimiento, son necesarias muchas moléculas de glucosa para producir la energía que necesita la célula. Estos residuos todavía contienen energía aprovechable.Si bien este sistema no es tan eficiente como la respiración, permite que el catabolismo continúe, y esto es mejor que nada.
En los procesos catabólicos se obtiene la energía (ATP) que será necesaria en los procesos anabólicos. Tanto las reacciones anabólicas como catabólicas que forman las distintas rutas metabólicas están catalizadas por encimas, en muchas ocasiones estas encimas también se encuentran a su vez reguladas por otras (complejos enzimáticos), no solo los encimas intervienen en la regulación de las reacciones metabólicas sino también los cofactores intervendrán en ello.Hay mucho variedad de reacciones:
Reacciones de oxidación reducción (reacciones redox): Son las reacciones en las que una sustancia se oxida y otra se reduce. La oxidación y reducción se produce por intercambio de electrones entre ellas, la sustancia oxidante va a ganar electrones mientras que el reductor los pierde.
Reacciones de hidrólisis: La hidrólisis supone el desdoblamiento de una molécula inicial en sustancias más pequeñas. En las hidrólisis interviene el agua desarrollándose en un medio ácido o básico, hablando de hidrólisis ácida o básica.
Reacciones de polimerización: Unión de moléculas para formar una mas grande, no confundir con la condensación, en esta última se unen dos sustancias para formar una tercera, mientras que en la polimerización la molécula final resultante estará formada por muchas más pequeñas.
Reacciones de esterificación: Intervienen un ácido más un alcohol; el resultado es un ester. La reacción química transcurre entre el hidroxilo del alcohol (OH) y el carboxilo del ácido (COOH).
Estas reacciones son solo un ejemplo, hay muchos otros tipos de reacciones.
El metabolismo celular
Las mitocondrias son las “centrales energéticas” de las células. Allí, algunas moléculas como la glucosa se oxidan y se rompen en trozos más pequeños. En esta reacción se liberan átomos de hidrógeno (se liberan electrones, pero suelen ir acompañados de protones: electrón+protón= 1 átomo de H). Este hidrógeno se une al oxígeno y se forma moléculas de agua.
Reacciones de oxidación-reducción
Las reacciones químicas no son más que transformaciones de energía: la energía que hay en los enlaces de una sustancia se libera y se usa para formar otras moléculas. Se transfieren muchas veces electrones de unos átomos o moléculas a otros, a esto se llama oxidación. La pérdida de un electrón se conoce como oxidación, y se dice que el átomo o molécula que lo pierde se ha oxidado. Pero el oxígeno atrae mucho los electrones, es el “aceptador”. La ganancia de electrones se denomina reducción. Estas reacciones se conocen como reacciones de oxidación-reducción o REDOX. Muchas veces el electrón va acompañado de un protón (1 átomo de H). En tales casos, la oxidación implica una pérdida de átomos de H (no ya sólo de electrones) y la reducción una ganancia de átomos de H.
Por tanto, la principal función de las mitocondrias es llevar a cabo esta reacción.
Sustancias alimenticias + O2! CO2 + H2O + Energía (ATP)
Esta reacción se denomina Fosforilación Oxidativa. Lo que el proceso necesita es ADP, P y O2; se produce la salida de H2O, CO2 y ATP (adenina + ribosa + 3 fosfatos). El ATP es una molécula altamente energética que se sintetiza en el interior de las mitocondrias, y se forma por fosforilación oxidativa. La energía que se almacena en el ATP se va a utilizar en todos los procesos de la célula que necesiten energía. Al dar su energía, el ATP se desintegra en ADP + P.
Las células que requieren grandes cantidades de energía (p. ej.: espermatozoides) contienen grandes cantidades de mitocondrias. En algunas células, las mitocondrias se van a mover hacia lo lugares donde se precisa la energía. El O2 se combina con C para dar CO2, por eso se dice que las mitocondrias son las responsables de la respiración celular. Pero esta reacción incluye muchos pasos, cada uno de ellos regulado por una enzima específica.
En resumen, se puede decir que las mitocondrias son orgánulos transductores de energía. La energía de los alimentos viene en los enlaces. Esta energía se va liberando por degradación, proceso que culmina en las células. La energía no se libera de forma repentina, sino gradualmente, y es utilizada allí donde se necesita. El eslabón común de todos los procesos que requieren energía es el ATP.
Metabolismo celular
Todas las células requieren energía para sus funciones. El alimento es la fuente de energía y también de materiales para construir. En la digestión se van degradando las grandes macromoléculas de alimentos en trozos más pequeños. Estas sustancias degradadas se llevan hasta las células, donde se obtienen la energía y los materiales (el objetivo de la nutrición). Para ello van a sufrir un conjunto de reacciones que se denominan metabolismo. Metabolismo es el conjunto de reacciones por el que se obtiene, a partir de sustancias ya digeridas, energía y materia.
Al proceso de degradación de las grandes macromoléculas en otras mucho más pequeñas se le denomina Catabolismo. Luego hay otro proceso de síntesis de materias orgánicas -con gasto de energía- que se conoce como Anabolismo.
Catabolismo:
degradación (con liberación de energía)
Metabolismo
Anabolismo:
síntesis (con gasto de energía)
La energía liberada en el catabolismo la utiliza la célula para la síntesis -o fabricación- de nuevos compuestos (anabolismo). El eslabón común de todos estos procesos es el ATP.
Pero, ¿qué ocurre con la energía entre las reacciones en que se produce y los procesos en los que se gasta? Si no se almacena de alguna manera, toda ella se disiparía en forma de calor. De hecho, un 50% de la energía lo hace, pero el resto va a ser atrapada por la célula a través de su “mecanismo atrapador de energía”. Este mecanismo viene representado en la reacción reversible por la que se transforma una molécula de ADP en otra de ATP.
El ATP almacena en sus enlaces la energía que se va a utilizar después. Cuando el ATP se rompe, se convierte en ADP + P. Pero el ADP también se puede romper en AMP + P, liberando también energía. Esto ocurre en el proceso de anabolismo.
Por tanto, el ATP es la molécula que relaciona catabolismo y anabolismo. La energía del catabolismo se almacena en forma de ATP, que la libera en el anabolismo. El ATP tiene pues una doble función: por un lado atrapar energía, por el otro darla allí donde sea necesario.
Normalmente las células no almacenan el ATP. Éste se forma y se degrada continuamente; de tal forma que en un día se sintetiza y se degrada una cantidad equivalente al peso corporal.
EL ATP
Las células requieren un continuo suministro de energía. Esta es necesaria para la síntesis de moléculas complejas, la ejecución de trabajo mecánico y el transporte de sustancias a través de sus membranas. La energía es transferida desde las reacciones químicas que la acumulan a las que las consumen, mediante una molécula especial, el ATP (Fig. A). El término ATP es el acrónimo de adenosina trifosfato, con la F de fosfato reemplazada por la P del símbolo químico del fósforo (los intentos de traducir el ATP al castellano llamándolo ATF fracasaron). En las células, la energía que recibe o cede el ATP es la contenida en el enlace entre su último fosfato y el resto de la molécula. El enlace se forma durante la síntesis de ATP: incorporan así energía, la que se cede cuando el enlace se escinde (Fig. B).
Esquema de una molécula de ATP.La estructura en anillo formada por carbonos (C) y oxígeno (O) es la ribosa. La estructura formada por dos anillos que contienen carbono y nitrógeno (N) es la adenina.Ambos constituyen la denosina.Los tres fosfatos (P) forman una cadena que se une a un carbono de la ribosa para constituir la denosina trifosfato.Los fosfatos se muestran con cargas eléctricas negativas porque en las condiciones fisiológicas pierden protones. La unión (-O-) entre los dos fosfatos más alejados de la adenosina es la que se forma o se rompe para acumular o ceder, respectivamente, energía.
No parece desatinado preguntarse si las necesidades de ATP de las células podrían ser cubiertas suministrándolo desde el exterior (por ejemplo, por ingestión o inyección).
La respuesta es que el procedimiento sería extremadamente costoso.
En reposo, un ser humano adulto consume diariamente 40 Kg. de ATP; durante el ejercicio intenso el gasto puede llegar a medio kilogramo por minuto. El ATP purificado tiene un costo de 20 dólares por gramo. Por lo tanto, mantener a un adulto en reposo por suministro exógeno de ATP costaría 800.000 dólares por día; a esta cifra habría que sumarle 10.000 dólares por minuto de actividad física intensa.
Fig. B.La energía de la luz o de la oxidación de sustancias provenientes de los alimentos se transfiere, mediante una cadena transportadora de electrones, a una diferencia de concentración de H+. Esta, a su vez, provee la energía necesaria para sintetizar ATP mediante la incorporación de una molécula de fosfato inorgánico (PI) al ADP (Adenosina difosfato).La escisión del ATP provee energía a todas las actividades celulares que la requieren.
El problema, sin embargo, es sólo un ejercicio de imaginación. El ATP aportado desde el exterior no puede ser utilizado porque es incapaz de atravesar la membrana que rodea a las células. La impermeabilidad de la membrana celular es una adaptación evolutiva fácilmente comprensible. Si no impidiera el pasaje del ATP, las células perderían inútilmente, hacia el medio externo, su principal fuente de energía.
Las células contienen alrededor de un gramo de ATP por kilogramo, cantidad que sólo alcanza para una milésima parte del consumo diario. En consecuencia, para abastecer sus necesidades las células deben producir ATP continuamente. Los dos procesos más importantes que dan lugar a la formación del ATP son la fotosíntesis y la respiración celular. Ambos están asociados con el flujo de electrones a través de una cadena transportadora localizada en una membrana (la tilacoide de los cloroplastos en la fotosíntesis y la membrana interna de otra organela, la mitocondria, en la respiración). En la fotosíntesis los electrones fluyen desde el fotosistema II al fotosistema I, impulsados por la energía radiante que captan los fotosistemas. En la respiración, la energía proviene de la oxidación de sustancias derivadas de los alimentos y la concomitante reducción del oxígeno con formación de agua. La síntesis de ATP cesa si se perturba la integridad de las membranas donde transcurre el flujo de electrones.
El mecanismo mediante el cual la energía transferida a la cadena transportadora de electrones es utilizada para sintetizar ATP fue un misterio que desafió al ingenio de muchos investigadores, que dedicaron sus mejores esfuerzos a buscar sin éxito un intermediario químico que mediara el proceso. La solución fue proporcionada por el bioquímico británico Peter Mitchell. En el año 1961, éste publicó en la revista Nature (v. 191:144) una, para entonces, sorprendente teoría. Según Mitchell, el intermediario químico eludía la persecución de los investigadores porque no existía, ya que el transporte de electrones, en vez de generar un intermediario, inducía un "bombeo" de protones que generaba una diferencia de concentración de protones (H+) y de potencial eléctrico a ambos lados de la membrana que contenía la cadena transportadora de electrones. La energía acumulada en estas diferencias era la que utilizaba la ATP sintetiza para formar ATP a partir de ADP y fosfato inorgánico. La teoría de Mitchell explicaba no solo por qué no se había encontrado el intermediario químico sino, también, por qué la formación de ATP requería la integridad de la membrana que aloja la cadena transportadora de electrones. Inicialmente fue rechazada por muchos grupos de investigación. A medida que pasó el tiempo, se acumularon evidencias a su favor, como la demostración de que diferencias de concentración de H+ a ambos lados de las membranas de cloroplastos y mitocondrias podían ser utilizadas directamente para sintetizar ATP; también que las ATP sintetizas de ambas membranas eran muy similares. La visión de Mitchell, que finalmente demostró ser la correcta y le valió el premio Nobel en Química en 1977, abrió un nuevo campo en el estudio de los mecanismos que los seres vivos utilizan para acumular energía, pues señaló que uno de el los es la conversión reversible de energía acumulada, en uniones químicas, en diferencias de concentración y de potencial eléctrico a ambos lados de una membrana.
El adenosín trifosfato (ATP), es la moneda energética de los seres vivos. Para poder ser sintetizado, los organismos requieren oxidar los sustratos energéticos de la dieta, proteínas, grasas y carbohidratos. Inicialmente estas sustancias tienen vías metabólicas separadas hasta alcanzar en su degradación un metabolito común que es el acetil CoA. A partir de este punto entran al ciclo de Krebs, con producción de CO2 e hidrogeniones, estos últimos se transportan por óxido reducción a la cadena respiratoria donde se formará agua endógena y ATP. Para lograr esta oxidación de los sustratos con alta producción de energía, es indispensable el oxígeno que actúa como comburente en las reacciones.
La energía adquirida por las células se conserva en ellas para ser utilizada principalmente cuando se requiera en forma de adenosín trifosfato (ATP). Tanto si proviene de la luz solar o de la oxidación de compuestos orgánicos, se invierte en la formación de ATP, en una proporción muy alta. El ATP es entonces el "fluido energético" que pondrá en marcha las demás funciones de la célula.
Todos los seres vivos necesitan un aporte continuo de materia y energía, aunque existen grandes diferencias en la forma de obtenerlas y de su utilización. Los vegetales son seres autótrofos, utilizan la energía solar como fuente de energía y como materia usan el agua, el dióxido de carbono (CO2) y los iones orgánicos. En la fotosíntesis los cloroplastos captan la energía solar y tienen la maquinaria para convertirla en energía química (ATP); además extraen los iones de hidrógeno del agua para convertirlos en equivalentes de reducción (NADPH + H). Como producto de esta reacción se libera oxígeno molecular.
Con el ATP, los NAPDH + H y el CO2 en un proceso cíclico forman la glucosa y a partir de esta, con fuentes inorgánicas de nitrógeno, los vegetales tiene la capacidad de sintetizar todas las biomoléculas orgánicas (azúcares, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos).
El hombre y los animales, seres heterótrofos utilizan como fuente de energía y materia las biomoléculas sintetizadas por los vegetales, ingeridas en los alimentos directamente. Las biomoléculas ingeridas por el hombre se degradan metabólicamente hasta convertirse en CO2 y H2O, y derivados nitrogenados, que liberan energía química (ATP). Esta energía se utiliza para la realización de trabajo y la síntesis proteica.
La materia sufre una serie de transformaciones cíclicas, pues pasa de los vegetales al hombre y de estos a través del suelo y la atmósfera de nuevo a los primeros. El flujo de energía solar es unidireccional: se inicia como energía solar y se degrada como energía térmica (calor) pero sin destruirse1.
El conjunto de intercambios y transformaciones de materia y energía que tiene lugar en el ser vivo recibe el nombre de metabolismo. La oxidación de las moléculas complejas, con eliminación de productos de desecho y liberación de energía, se llama catabolismo; y la biosíntesis de sustancia propia a partir de moléculas sencillas, con gasto de energía, se denomina anabolismo.
Los alimentos ingeridos en la dieta son macromoléculas de almidón, proteínas y triglicéridos que en la digestión se hidrolizan a monómeros, como monosacáridos, aminoácidos, ácidos grasos y glicerol. Estos monómeros en las células se absorben y se incorporan o entran para ser oxidados con producción de energía o se derivan a la biosíntesis de nuevo material celular con consumo de energía.
Una vez que se absorbe la glucosa en el hígado, se fosforila y se almacena en forma de glucógeno o se metaboliza y entra en la vía glucolítica, para convertirse en dos moléculas de piruvato y éste en lactato sin que haya necesidad de oxígeno. Pero, en condiciones aeróbicas el piruvato se convierte en acetil CoA que entra al ciclo de Krebs (Figura 1).
Figura 1. Ciclo de Krebs. Producción de acetil CoA, a partir de los diversos sustratos energéticos, oxidación del acetil CoA en el ciclo de Krebs, con producción de dos moléculas de CO2, 3 NADH y 1 FADH y un GTP.
Los destinos de degradación de los aminoácidos son la oxidación a CO2, gluconeogénesis y citogénesis. Luego que se extrae el grupo amino por medio de la transaminación y la desanimación, se da origen a piruvato, acetil CoA y a otros diversos intermediarios en el ciclo de Krebs.
El proceso general por cuyo medio se oxidan los ácidos grasos se llama b-oxidación, pues pierden fragmentos de 2 carbonos (acetil CoA), empezando por el carbono b y se reduce el ácido graso hasta el final de la cadena, para quedar todo convertido en acetil CoA a fin de entrar al ciclo de los ácidos tricarboxílicos.
El acetil CoA es un metabolito intermediario de gran importancia, pues es el punto de confluencia de la oxidación de los azúcares, lípidos y proteínas. El acetil CoA se oxida por completo a CO2 y H2O en presencia de O2, por medio de un proceso enzimático cíclico conocido como ciclo de Krebs, o ciclo de los ácidos tricarboxílicos o ciclo del ácido cítrico2.
El ciclo de Krebs tiene lugar en las mitocondrias de las plantas y animales, mientras que en los procariotas ese ciclo ocurre en el citosol; se hace, pues en todos los organismos aerobios. El punto de entrada de todos los combustibles al ciclo de Krebs a través del intermediario metabólico acetil CoA; éste se condensa con una molécula de oxalacetato, para dar citrato, de allí el nombre de ciclo del ácido cítrico, y como da origen a otros ácidos tricarboxílicos, también se llama ciclo de los ácidos tricarboxílicos. El oxalacetato que se desprende en forma de CO2 corresponde al oxalacetato y no al último acetilo incorporado.
En consecuencia, el oxalacetato que se regenera al final del ciclo no contiene los mismos átomos de carbón que el oxalacetato original. En cada vuelta del ciclo se oxida un residuo acetil CoA a dos moléculas de CO2; simultáneamente se reducen 4 coenzimas 3 NAD+ a 3 NADH y 1 FAD a 1 FADH2. Además se genera un GTP a partir de GDP + fosfato inorgánico que dará posteriormente un ATP3.
Figura 2. Cadena respiratoria. Parte 1.
En la membrana de la mitocondria el NADH cede 2 electrones y 1 protón a un grupo transferidor denominado flavín-mononucleótido (FMN). En este proceso se oxida el NADH, es decir, retorna a la forma de NAD+ y el FMN al haber aceptado 2 electrones y 1 protón, capta un protón adicional del medio interno con lo que se reduce a FMNH2 que tiene completos 2 átomos de hidrógeno. La molécula de FMN está unida a una proteína de gran tamaño que atraviesa por entero la membrana. El FMNH2 transfiere los 2 átomos de hidrógeno desde el interior de la membrana al exterior. Los átomos se ionizan y los protones se liberan al medio extramitocondrial, con lo que se tienen los 2 primeros protones (2H+) liberados. Los 2 electrones se transfieren a la superficie interna de la membrana a través de una ferroproteína sulfurada (FeS). El FMNH2 al ceder 2 protones y 2 electrones retorna a su forma original y puede de nuevo ser reducido por el NADH.
Las ferroproteínas ceden los electrones a 2 moléculas de ubiquinona (Q), o coenzima Q; cada una de ellas adquiere un protón del medio interno y da lugar a la forma semiquinona (QH*). La semiquinona capta 2 electrones más, suministrados por el citocromo ß y con 2 protones más procedentes del medio interno de la mitocondria, da lugar a la forma hidroquinona (QH2) que es el estado más reducido. Cada hidroxiquinona cede un electrón al citocromo C1 que es la siguiente proteína de la cadena respiratoria y libera un protón más, siendo hasta el momento 4 los protones liberados (4H+). Todas las moléculas de ubiquinona se encuentra en el estado de semiquinona (QH*). Completan el ciclo y retorna al estado de máxima oxidación (Q). Cada una cede un protón restante al medio externo y transfiere al citocromo ß el electrón asociado. Así se liberan los otros 2 protones, y se completan los 6 que se deben expulsar de la mitocondria a través de la membrana. Los 2 electrones restantes son devueltos al ciclo por medio del citocromo C1 atraviesan los citocromos C, A, A3, y por último el A3 es oxidado por oxígeno molecular. Los 2 electrones son cedidos a un átomo de oxígeno y 2 protones son captados del medio interno de la mitocondria con lo que se forma una molécula de agua (H2O endógena).
Durante esta larga serie de reacciones de óxido reducción, el par de electrones atraviesa 3 veces la membrana en ambos sentidos y entre 2 protones en cada una de las salidas, en total 6 (6H+), con formación de una molécula de agua al suministrar los 2 electrones al oxígeno.
Así se ha producido un gradiente de protones a través de la membrana mitocondrial. Debido a este gradiente, los protones del exterior experimentan una cierta tendencia a volver al interior del compartimiento. Como la membrana es impermeable a los protones, su entrada se produce mediante la ATP-sintetiza que es una proteína transportadora de H+. Los protones adquirieron un potencial energético al ser transportados fuera de la membrana, en contra del gradiente (Figura 3).
Figura 3. Cadena respiratoria. Parte 2. Fosforilación oxidativa. FiFo = ATP sintetiza
El flujo de protones a favor del gradiente es un proceso exoergónico y la energía liberada se utiliza en parte para la fosforilación del adenosín difosfórico (ADP), y así se forma el ATP. Se genera un ATP por cada 2H+ que atraviesan la membrana; la reoxidación de un NADH produce 3 ATP, mientras que 1 FADH, origina 2 ATP5-8.
El equilibrio energético de las vías oxidativas se puede ejemplificar si se mira la producción de ATP al oxidar una molécula de glucosa que es de 36 ATP. Por ejemplo, el ácido palmítico en su oxidación completa produce 129 ATP. El glutamato, que es el receptor final de casi todos los grupos amino de los aminoácidos, tiene un total de 27 ATP.
Esto permite evaluar el rendimiento energético en la degradación de las diferentes biomoléculas4. El nucleótido adenosín trifosfato (ATP) es el compuesto principal que almacena y transporta la energía libre y lo hace a través de la creación y ruptura de enlaces ricos en energía. Se llama energía de enlace a la energía libre de Gibbs que se desprende al hidrolizar una molécula de ácido fosfórico del ATP1.
El ATP es el producto final de la conservación y la transferencia de energía en el metabolismo exudativo de todos los sustratos y al hidrolizarse liberará la energía almacenada en los procesos anabólicos del organismo. Así se produce el equilibrio entre la producción y el consumo de energía para mantener la vida.
SUMMARY
The adenosine triphosphatase [5 (pyro-) triphosphate of adenosine], ATP, is like the energy currency among living beings. For its synthesis, all the organisms need to oxydize energetic substrata of diet, proteins, lipids and carbohydrates. Initially these substances have separate metabolic ways until during their degradation they reach a common metabolite, acetyl coenzyme A, CoA. From this point on, they enter to Krebs' cycle, producing CO2 and hydrogen ions that will be transported by oxidation-reduction to the respiratory chain where endogen water and ATP will be formed. For obtaining this substratum oxidation, with a high energy production, it is necessary the presence of oxygen acting as a burner at the reactions.
Catabolismo
Es un conjunto de reacciones en que se rompen moléculas de alimento en otras más pequeñas y se libera energía. En la mayoría de los casos el catabolismo tiene lugar en las mitocondrias, que contienen enzimas y facilitan esta ruptura. Esta ruptura tiene lugar de manera escalonada. Si fuera de golpe dañaría las células. La degradación de la glucosa requiere 30 pasos sucesivos. En cada paso actúan enzimas específicas.
Sustancia alimenticia + O2! CO2 + H2O + Energía (ATP)
La velocidad de las enzimas para regular el ciclo depende básicamente de la cantidad de ATP; si hay demasiado, la velocidad de ciclo disminuye y, si por el contrario hay exceso de ADP la velocidad del ciclo aumenta4. El ciclo de Krebs representa la vía final común de la oxidación aeróbica de todos los sustratos de la dieta (proteínas, lípidos y carbohidratos) con producción de CO2 como desecho, reducción de coenzimas que van a transportar átomos de hidrógeno y electrones que se utilizarán en la cadena respiratoria para la formación de ATP y de una molécula de GTP que reaccionará con el ADP y formará ATP. Así se resume la utilidad y la productividad del ciclo.
Cada molécula de NAD+ acepta 2 electrones y 1 protón. El protón y uno de los electrones se une a un átomo de carbono de la molécula de NAD+; el otro electrón neutraliza la carga positiva. Esta forma reducida de NAD+ se denomina NADH. El NADH es el principal intermediario entre el ciclo de Krebs y la cadena respiratoria.
Las enzimas de la membrana interna de la mitocondria que transportan hidrógeno y electrones componen la cadena respiratoria y este conjunto de pasos hasta llevar los electrones al O2 y formar agua, se llama respiración interna5,6. La teoría quimiosmótica7,8 sobre la respiración mitocondrial, que es la más aceptada, explica la formación de ATP de la siguiente manera (Figura 2).
Respiración celular
Son reacciones de oxidación. La energía química de los alimentos se va a transformar en energía para la célula. Esta oxidación de las moléculas orgánicas es como principalmente obtienen energía las células. Ésta puede ser de 2 tipos:
Aerobia: la degradación de las moléculas es completa. La molécula orgánica se degrada hasta formar moléculas inorgánicas. La respiración se realiza con intervención de oxígeno. La liberación de energía es mayor aquí que en la anaerobia.
Anaerobia: se obtiene energía sin intervención de oxígeno. La degradación no es total, se forman compuestos intermedios. Podemos distinguir dos subtipos: anaerobia propiamente dicha y fermentación. La anaerobia se da en todos los organismos, incluido el hombre.
Respiración aerobia!
Glucosa!
CO2, H2O, Energía
Respiración
celular
Fermentación!
Glucosa!
CO2, Alcohol etílico, Energía
Respiración anaerobia!
Glucosa!
CO2, Ácido láctico, Energía
La mayor parte de energía la proporcionan los glúcidos. Es en el interior de las mitocondrias donde los glúcidos se degradan enzimáticamente y se va a liberar energía que sintetizará ATP. El catabolismo de la glucosa es fundamental para los vertebrados. El balance final del catabolismo es:
C6H12O6 + 6O2 ! 6CO2 + 6H2O + ENERGÍA
Se obtienen 686 Kcal por mol de glucosa. La glucosa al oxidarse va a perder átomos de H, y éstos los va a ganar el oxígeno, con lo que se va a liberar agua, y mucha energía para sintetizar ATP. Distinguimos 3 etapas:
Glucólisis
Ciclo de Krebs
Fosforilación oxidativa
En la glucólisis y en el ciclo de Krebs se van a ir liberando átomos de C que se van a unir al O para formar CO2. En la fosforilación oxidativa el H se va a unir con el oxígeno para formar agua, al tiempo que se sintetiza el ATP (ADP+P).
La glucólisis ocurre en el citoplasma, la respiración es dentro de la mitocondria.
Glucólisis
Es un conjunto de reacciones por las que una molécula de glucosa se convierte en 2 moléculas de ácido pirúvico (C3H6O3).
C6H12O6 ! 2CH3-CO-COOH
Esto se da en el citoplasma y siempre en condiciones anaerobias (sin oxígeno). Es universal para todos las células. Se forman 2 moléculas de ATP en la glucólisis. Ocurre en torno a 9 etapas, e interviene enzimas específicas en cada una.
A partir de la glucólisis el ácido pirúvico puede seguir una ruta aerobia o una ruta anaerobia. La aerobia comprende el ciclo de Krebs y la fosforilación oxidativa.
En presencia de O2 el ácido pirúvico va a atravesar la membrana mitocondrial, y dentro de la mitocondria se va a producir su degradación total en pasos escalonados. 2 etapas: ciclo de Krebs (o ciclo del ácido cítrico), que ocurre en el interior de las mitocondrias con intervención de enzimas específicas; y luego ocurre la fosforilación oxidativa.
2CH3-CO-COOH ! 6CO2 + 6H2O + ENERGÍA (38 ATP's)
RESPIRACION
Algunos aspectos básicos de la respiración:
Como sabemos, la respiración es una de las funciones principales de los organismos vivos, por medio de la cual se producen reacciones de oxidación que liberan energía que utilizan los seres vivos para poder realizar su metabolismo. La mayoría de los organismos vivos utilizan el oxígeno para su respiración.En el hombre el más importante aporte de oxígeno se realiza por medio del llamado aparato respiratorio compuesto por las fosas nasales, la boca, la faringe, la laringe, los bronquios y los pulmones.Los pulmones, que son sacos de grandes superficies, ponen en contacto la sangre con el aire por medio de los alvéolos pulmonares, produciendo el intercambio gaseoso. Ingresando oxígeno y expulsando mayoritariamente CO2.
Para un mejor estudio de la respiración, y teniendo en cuenta que en determinados individuos predomina una u otra, podemos clasificar cuatro formas de respiración:
1) Clavicular: es la realizada por la parte superior de los pulmones. Debido a la forma piramidal de los sacos pulmonares, éste es el tipo de respiración que menos cantidad de oxígeno provee al organismo.2) Costal: es la realizada por la parte media de los pulmones a nivel costal. Es raro que este tipo de respiración se produzca sola, estando siempre acompañada de una respiración clavicular o abdominal.3) Abdominal: se realiza en la parte baja de los pulmones, y permite mayor ingreso de oxígeno que las anteriores debido también a la forma piramidal de los sacos pulmonares.4) Respiración completa: Se produce por el total llenado de los pulmones, incluyendo la parte baja, media y alta de los mismos. Se realiza de forma pausada, y sin forzar la capacidad pulmonar.
Nutrición Celular: La Nutrición del Futuro
En general, cuando nos referimos a la nutrición pensamos primeramente en nuestro paladar. No obstante, un cada vez mayor porcentaje de la población piensa que la nutrición también consiste en suministrar al organismo los nutrientes necesarios para estar sanos.
Nos solemos preocupar por no tomar demasiadas grasas con el fin de cuidar el corazón y las arterias, poco azúcar por miedo a las caries y a la obesidad, no demasiada sal por miedo a la tensión alta e incluso podemos optar por los alimentos integrales porque contienen la tan bienvenida fibra. La nutrición se tiende a relacionar más con el aspecto físico y no tanto con la salud de nuestros órganos y tejidos.
El nuevo concepto de nutrición celular nos ayudará a entender como nuestra salud y en definitiva la salud de nuestras células depende en gran medida de lo que ingerimos a través de la dieta y la suplementarían.
Desde hace unos años, y principalmente en Inglaterra, Alemania y Estados Unidos, ha surgido un nuevo concepto de nutrición que abarca no solo la dieta sino también los suplementos nutricionales, que se consideran necesarios para un alto porcentaje de la población.
Este nuevo concepto de nutrición se denomina nutrición ortomolecular. La nutrición ortomolecular tiene en cuenta que todos los tejidos tienen una estructura que depende de la cooperación entre los distintos tipos de células, y por tanto es fundamental para la salud de los tejidos y de los órganos que las células estén sanas.
A partir de la ingestión de alimento tienen lugar unos procesos metabólicos de digestión, absorción y asimilación que terminan con una serie de nutrientes atravesando la pared celular para ser aprovechados por la célula. La nutrición ortomolecular analiza el comportamiento celular, la manera en la que la célula absorbe los nutrientes y cómo los utiliza para determinar que tipo de dieta es la más indicada para el mantenimiento de la salud celular y la prevención de la enfermedad.
La nutrición celular se define entonces como el abastecimiento de nutrientes que las células del organismo necesitan para obtener energía y mantener su estructura y funciones. Por supuesto, las células del organismo necesitan los mismos nutrientes que hasta ahora se han considerado esenciales, lo que diferencia a la nutrición ortomolecular es que defiende el equilibrio entre nutrientes como algo fundamental para el correcto funcionamiento celular. Es decir, que no solamente es necesario que la dieta no sea deficiente en ningún nutriente, sino también que no contenga sustancias en exceso que pueden desequilibrar el comportamiento celular dañando su capacidad para absorber y utilizar estos nutrientes esenciales.
La célula está envuelta en una fina membrana compuesta principalmente por materia grasa y dentro de ella se encuentran moléculas proteicas que desempeñan funciones especializadas. La membrana celular ejerce una función vital ya que controla lo que puede o no puede pasar al interior celular. El interior celular está dividido en compartimentos, entre los que se encuentra el núcleo, dentro del núcleo se encuentra el material genético que lleva toda la información necesaria para la estructura y funcionamiento de la célula.
La célula puede ver su funcionamiento y estructura afectados tanto por una deficiencia de minerales y vitaminas como por un exceso de sustancias como toxinas, sodio, calcio y azúcar. La deficiencia de nutrientes enlentece las funciones celulares y resta energía a la célula.
El exceso de toxinas inhibe o destruye las enzimas, entorpece la producción de energía celular e incapacita a la célula para sintetizar proteínas. Algunas toxinas afectan al material genético y otras pueden dañar la pared celular. El sodio y el azúcar en exceso tienen también un carácter tóxico y afectan a la célula de la misma manera que lo hacen las toxinas.
Desequilibrio del Sodio y Potasio
Aunque todavía hay mucho que aprender, estamos empezando a entender la dinámica de las células del organismo humano. Muchas de las funciones celulares nos recuerdan el comportamiento de una bomba o una pila. De hecho, cada célula tiene su propio sistema eléctrico que consiste en un generador de energía que proporciona electricidad para que funcionen los demás mecanismos. En las células la electricidad es conducida por iones positivos de sodio (llamados Na+). La manera en que la célula genera energía es a través de un mecanismo llamado la bomba de sodio y potasio. En los años 40 y 50 se descubrió este mecanismo de la superficie celular que bombea el sodio hacia el interior y el potasio hacia el exterior produciendo un ambiente intracelular alto en potasio y bajo en sodio. Ya nos podemos imaginar entonces que la relación entre ambos nutrientes es esencial para el funcionamiento celular y que tanto un exceso como una deficiencia de ambos lo pueden descompensar.
Un exceso de sodio en el exterior de la célula debido a una ingesta excesiva hace que a la larga el sodio empiece a penetrar el interior de la célula. La cantidad de sodio o de sal en la dieta que puede ser excesiva para la célula depende de diversos factores y varía de un individuo a otro. Unos individuos estarán mejor capacitados para soportar unos niveles altos de sodio y otros necesitarán restringir la sal al máximo. Si existe una deficiencia de magnesio o de potasio o si la célula está cargada de toxinas, incluso una pequeña cantidad de sodio puede ser peligrosa. Cuando el sodio penetra la célula viene acompañado por un exceso de agua. Este exceso de líquido diluye los contenidos celulares. La bioquímica de la célula deja de funcionar normalmente cuando las enzimas, sustratos y cofactores se reducen a concentraciones menores. El exceso de sodio en el interior de la célula facilita a su vez la entrada de ácidos y toxinas ya que la célula produce menos energía necesaria para la detoxificación al dejar de funcionar eficientemente la bomba de sodio y potasio.
Desequilibrio del Calcio y Magnesio
La bomba de sodio y potasio no solo proporciona energía a la célula sino que también hace funcionar otro mecanismo esencial para la salud de la célula, la bomba de calcio. La bomba de calcio permite que tres iones de sodio entren en la célula y con la energía que se libera sale un ion de calcio. Este tipo de mecanismo existe en la superficie de las células nerviosas y musculares. El calcio disuelto en el interior de la célula debería ser 10,000 veces menor que el que se encuentra en el exterior. Esto es especialmente importante en las células de los músculos ya que un pequeño incremento del calcio intracelular provoca que el músculo se contraiga. Si esto ocurre en los músculos de las arterias, estas se estrechan dando lugar a un incremento de la presión sanguínea. Aun más, un aumento del nivel intracelular de calcio incrementa el crecimiento y la división celular y puede también incrementar la producción de colágeno lo que produce el endurecimiento de los tejidos. Una deficiencia de magnesio en el interior de la célula lleva a una disminución de la actividad de la bomba de sodio y potasio lo que a su vez enlentece la bomba de calcio.
El magnesio no solamente es necesario para el funcionamiento de la bomba de sodio y potasio sino que también estabiliza la membrana celular previniendo que haya huecos por los que pueda entrar el calcio. Todo un dispositivo celular en función del mantenimiento de unos niveles adecuados de calcio, sodio, potasio y magnesio. Debemos ayudar al metabolismo celular con unos niveles adecuados de estos nutrientes en la dieta.
Exceso de Toxinas
En la nutrición ortomolecular se considera toxina a toda aquella sustancia que puede penetrar las células y que entorpece el funcionamiento normal del metabolismo. Hay seis grandes categorías de toxinas que son los residuos de pesticidas, los nitratos, los antibióticos, los residuos de hormonas, los hidrocarbonos policíclicos y los metales pesados. Estas toxinas atacan a la célula en su parte más vulnerable como son sus enzimas, sus membranas y sus ácidos nucleidos. La verdadera nutrición debería abarcar a todo lo que absorbemos del medio ambiente y no solamente a los alimentos. Los avances en los conocimientos de nutrición exigen, hoy en día, una revolución no solo de la industria alimenticia sino también de las prácticas agrícolas y la polución industrial.
Muchas toxinas inhiben o destruyen las enzimas. Los resultados de la intoxicación celular son la falta de vitalidad celular y la incapacidad para sintetizar proteínas celulares esenciales. Estas dos funciones básicas de las células, que son la producción de energía y la capacidad para sintetizar proteínas, se ven más o menos afectadas según el grado de toxicidad. A medida que hay más toxinas se va perdiendo más energía vital y la célula pierde su capacidad para regenerarse. Si el daño es muy extenso la célula puede hasta morir.
Algunas toxinas tienden más a afectar los ácidos nucleicos como el DNA. El daño producido por las toxinas en el DNA de la célula es mucho más peligroso ya que el DNA lleva incorporado una serie de complejos mensajes en código que determinan el tipo de célula y lo que la célula puede o no hacer. Las toxinas que afectan el DNA se llaman mutágenos y el daño al DNA se llama mutación ya que se transmite a todas las células hijas. Hay un tipo de enzimas que se dedican a reparar el daño al DNA, remplazando las secciones dañadas por otras que tienen la estructura correcta. Pero esta increíble capacidad de regeneración se ve también afectada cuando se abusa de ella y también puede ocurrir que las enzimas reparadoras se vean a su vez dañadas por las toxinas.
Otras toxinas afectan a las membranas celulares dañando su estructura y sus funciones, como por ejemplo, la permeabilidad de la membrana o su sensibilidad a los mensajeros químicos. Este tipo de daño celular también puede acabar con la vida de una célula. Las toxinas que afectan a las membranas son aquellas que tienen un carácter lípido o lípido-soluble, es decir que se pueden disolver en las grasas, como por ejemplo los ácidos grasos oxidados (expuestos a la luz o el calor) y también los ácidos grasos trans que se encuentran en las margarinas, los aceites refinados y las grasas saturadas.
La manera en que las toxinas afectan a las células es a través de la generación de radicales libres. Los radicales libres son unas moléculas altamente reactivas que reaccionan rápidamente con cualquier otra molécula que se encuentre en su proximidad. Pueden inactivar una enzima o dañar una estructura celular. Las proteínas dañadas por los radicales libres cargan el metabolismo ya que interfieren con el funcionamiento de otras moléculas. Los radicales libres dañan a las células y enlentecen el metabolismo, el efecto sobre el individuo es el aceleramiento del envejecimiento. Este envejecimiento causado por un exceso de radicales libres no sólo afecta a la persona en su aspecto externo sino que también afecta a los tejidos y órganos. El individuo se vuelve por tanto más susceptible a sufrir enfermedades crónicas de todo tipo. Las enfermedades crónicas que más se relacionan con la exposición alta a radicales libres son el cáncer, la diabetes, la artritis reumatoide, la enfermedad de Parkinson y el Alzheimer.
Exceso de Azúcar y Deficiencia de Nutrientes
El exceso de azúcar en la dieta nos suele preocupar porque origina caries dentales o puede dar lugar a obesidad. Otra razón de peso para restringir el azúcar en la dieta es que el azúcar también puede ser tóxico.
El nivel de glucosa en sangre debe mantenerse entre 70 y 100mg/100ml o sino podemos experimentar síntomas molestos. La glucosa puede reaccionar espontáneamente con las proteínas y cuando el nivel de glucosa en sangre sube por encima de 100mg/100ml esta reacción ocurre a mayor escala con unos resultados destructivos. Las proteínas inactivadas por la glucosa interfieren con el funcionamiento normal del metabolismo. El exceso de azúcar en la dieta también nos roba nutrientes que utilizamos para su metabolismo y a la vez excluye de la dieta a otros alimentos más necesarios.
Las deficiencias de vitaminas y minerales influencian la manera en la que la célula es capaz de soportar el exceso de toxinas. Sin suficiente magnesio la célula no puede producir suficiente energía para sus funciones incluida la detoxificación. La energía celular depende de los macrominerales, calcio, magnesio, sodio y potasio, y la relación entre ellos. Sin la suficiente energía y sin los microminerales que actúan como cofactores en numerosas enzimas los procesos metabólicos se enlentecen. Si no hay suficiente cantidad de vitaminas antioxidantes los radicales libres podrán ejercer mayor daño a la célula.
Por ultimo, me gustaría explicar por qué una misma dieta alta en sodio, en toxinas, o deficiente en minerales afecta a distintas personas de manera diferente, es decir, a un individuo puede llevarle a sufrir una enfermedad crónica mientras que a otro individuo puede no afectarle aparentemente.
¿Cómo es esto posible si las células se tienen que ver afectadas de la misma manera?
Diferentes individuos hacen frente a su carga tóxica de manera diferente dependiendo de los recursos que tengan disponibles, estos recursos vienen determinados por su herencia genética, la dieta que han seguido, su historia médica y su fuerza vital. La fuerza vital o la energía vital se ve afectada por las circunstancias de la vida. La energía vital es un concepto que no puede ser explicado a través de la bioquímica pero que es lo que determina que una falta de ilusión o una circunstancia adversa puedan afectar a nuestra salud. La fuerza vital se puede incrementar con ayuda de las terapias energéticas como pueden ser la acupuntura o la homeopatía o incluso con una mayor ingesta de minerales. Al incrementar la fuerza vital se proporciona energía a la célula que estará mejor capacitada para deshacerse de su carga tóxica y para asimilar los nutrientes.
Nutrición Celular Ideal o Dieta para el Equilibrio Celular
A la célula le hace falta:
Poco sodio. Para ello debemos reducir la sal, reducir los productos lácteos, eliminar Los productos envasados y procesados y los embutidos.
Mucho potasio, suficiente magnesio y calcio, ni poco ni demasiados microminerales, suficientes vitaminas. Para ello debemos incrementar el consumo de verduras, cereales integrales, suficientes tubérculos, frutas, legumbres, frutos secos, semillas, evitar productos lácteos.
Nada de toxinas. Para ello debemos evitar el consumo de tabaco, polución, aditivos, antibióticos, consumir alimentos biológicos (orgánicos), incrementar el consumo de alimentos ricos en antioxidantes.
Nada de azúcar. Para ello debemos evitar el consumo de azúcares simples y carbohidratos refinados.
Tipos de Toxinas
1.- Toxinas de origen externo:
Aditivos alimentarios:- aditivos sintéticos: (tartrazine, nitrato de sodio) nuestros sistemas enzimáticos no están preparados para manejar estas sustancias, ni para llevarlas a través de las membranas ni para eliminarlas.
Aditivos naturales usados fuera de contexto (monosodio glutamato, ácido glutámico): sustancias naturales pero que usadas en concentraciones altas tienen el carácter de un aditivo sintético.
Medicinas y drogas sintéticas
Pesticidas
Inhalación de químicos procedentes de pinturas, barnices o desinfectantes.
2.- Toxinas de origen interno:
Productos de deshecho, el proceso de descomposición de las grasas, carbohidratos y proteínas no es eficiente al 100% y se originan productos de deshecho que si no se eliminan se convierten en toxinas.
Toxinas originadas en el intestino por la putrefacción de los alimentos. Las proteínas de origen animal, así como el azúcar, el café y el chocolate, tienen una especial tendencia a producir este tipo de putrefacción.
Como disminuir la carga tóxica
Aumentando la energía vital ya sea con terapias energéticas o remineralizando el organismo
Evitando la entrada de toxinas externas en el organismo, consumiendo alimentos naturales y no procesados y a ser posible de origen biológico y usando terapias naturales en lugar de medicinas sintéticas.
Mejorando la función intestinal con el uso de prebióticos y reduciendo el consumo de alimentos de origen animal.
Usando terapias naturales que faciliten la eliminación de las toxinas al exterior de la célula primero y luego al exterior del organismo.
Los seres autótrofos (a veces llamados productores) son organismos capaces de sintetizar todas las sustancias esenciales para su metabolismo a partir de sustancias inorgánicas, de manera que para su nutrición no necesitan de otros seres vivos. El término autótrofo procede del griego y significa "que se alimenta por sí mismo".
Los organismos autótrofos producen su masa celular y materia orgánica, a partir del dióxido de carbono, que es inorgánico, como única fuente de carbono, usando la luz o sustancias químicas como fuente de energía. Las plantas y otros organismos que usan la fotosíntesis son fotolito autótrofos; las bacterias que utilizan la oxidación de compuestos inorgánicos como el anhídrido sulfuroso o compuestos ferrosos como producción de energía se llaman quimiolitotróficos.
Tipos
Los seres vivos basan su composición en compuestos en los que el elemento químico definitorio es el carbono (compuestos orgánicos), y los autótrofos obtienen todos el carbono a través un proceso metabólico de fijación del carbono llamado ciclo de Calvin. Sin embargo se distinguen unos de otros por la fuente de energía que emplean para realizar el trabajo de sintetizar sustancias orgánicas; hay dos clases principales, los fotoautótrofos, que emplean la luz para realizar la fotosíntesis, y los quimioautótrofos, que extraen la energía de reacciones químicas entre sustancias inorgánicas, minerales, en el interior de la tierra o en el fondo del océano.
Se llama auxótrofos a aquellos organismos —imperfectamente autótrofos— que sintetizan casi todas sus moléculas a partir de sustancias inorgánicas, pero que necesitan tomar alguna ya hecha de otros seres vivos.
Papel ecológico
Los autótrofos forman el primer eslabón en las cadenas tróficas, en tanto que productores primarios de la materia orgánica que circula través de ellas. Son necesariamente los organismos más abundantes, ya que —dada la eficiencia limitada de los procesos metabólicos— cada eslabón está mucho menos representado que los siguientes.
Los seres autótrofos son una parte esencial en la cadena alimentaría, ya que obtienen los átomos que necesitan de fuentes inorgánicas, como el dióxido de carbono, y las convierten en moléculas orgánicas que son utilizadas para desarrollar funciones biológicas como su propio crecimiento celular y la de otros seres vivos, llamados heterótrofos, que las utilizan como alimento. A la vez, obtienen la energía de fuentes abióticas como la luz solar (fotosíntesis) o reacciones químicas entre sustancias minerales (quimiosíntesis). Los seres heterótrofos como los animales, los hongos, y la mayoría de bacterias y protozoos, dependen de los autótrofos ya que aprovechan su energía y la materia que contienen para fabricar moléculas orgánicas complejas. Los heterótrofos obtienen la energía rompiendo las moléculas que han obtenido de los seres autótrofos por ingestión (animales) o absorción (descomponedores). Por ejemplo, los animales carnívoros dependen de los seres autótrofos porque la energía y la materia obtenidas de sus presas proceden en última instancia de los seres autótrofos (las plantas) que comieron sus presas.
Utiliza la energía química obtenida en la fase luminosa, en reducir C02, nitratos y sulfatos y asimilar los bioelementos C,H, y S, con el fin de sintetizar glucidos, aminoácidos... Las plantas obtienen el CO2 del aire a traves de los estomas de sus hojas. El proceso de reducción del carbono es cíclico y se conoce como el Cilo de Calvin. La fijación del CO2 se produce en tres fases: 1.Carboxilativa: el CO2 se fija a una molécula de 5C, la ribulosa 1'5 difosfato, formándose un compuesto inestable de 6C, que se divide en dos moléculas de acido 3 fosfoglicerido conocido también con las siglas de PGA. 2. Reductiva: el acido 3 fosfoglicerido se reduce a gliceraldheido 3 fosfato, también conocido como PGAL, utilizándose ATP Y NADPH. 3. Regenerativa/sintética: las moléculas de gliceraldheido 3 fosfato formadas siguen diversas rutas; de cada seis moléculas, cinco se utilizan para regenerar la ribulosa 1'5 difosfato y hacer que el ciclo de calvin pueda seguir, y una será empleada para poder sintetizar moléculas de glucosa (vía de las hexosas) ácidos grasos, AA,...y en general todas las moléculas que necesita la célula. En el ciclo para fijar el CO2 intervienen una serie de enzimas, y la mas conocida es la enzima Rebisco (ribulosa 1'5 difosfato carboxilasa/oxidasa) que puede actuar como carboxilasa o como oxidasa, según la concentración de CO2. Si la concentración de CO2 es baja, actúa como oxidasa, y en lugar de ayudar a la fijación de CO2 mediante el ciclo de calvin, se produce la oxidación de glucidos hasta CO2 y H20 y al proceso se le conoce como fotorrespiracion que no debe confundirse con la respiración mitocondrial, la energía se pierde y no se produce ni ATP ni NADPH; y se disminuye el rendimiento de la fotosíntesis, porque solo se produce una molécula de PGA que pasara al ciclo de calvin; en cambio cuando funciona como carboxilasa, se obtienen dos moleculas de PGA. Hipótesis Quimiosmotica de la Fotofosforilacion: la síntesis de ATP en el cloroplasto se explica mediante la hipótesis quimiosmotica de Mitchell, de forma muy semejante como ocurre en la mitocondria. El transporte de electrones en la cadena transportadora de la membrana tilacoidal produce el bombeo de protones desde el estroma hacia el espacio tilacoidal a nivel del complejo citocromo b6-f, lo que genera un gradiente electroquímico. El flujo de protones a favor del gradiente desde el espacio tilacoidal hasta el estroma, a traves del canal de protones de la ATP-sintetiza, activa la síntesis de ATP a partir de ADP y fosfato. Los electrones se emplean para reducir el NADP+ a NADPH.El ATP y el NADPH síntesis, en las que se reducen moleculas sencillas, como el CO2 para formar glucidos. Importancia biología de la fotosíntesis: 1.La síntesis de materia orgánica a partir de la inorgánica se realiza fundamentalmente mediante la fotosíntesis; luego ira pasando de unos seres vivos a otros mediante las cadenas troficas, para ser transformada en materia propia por los diferentes seres vivos. 2. Produce la transformación de la energía luminosa en energía química, necesaria y utilizada por los seres vivos. 3. En la fotosíntesis se libera oxigeno que será utilizado en la respiración aerobia como oxidante. 4. La fotosíntesis fue causante del cambio producido en la atmósfera primitiva, que era anaerobia y reductora. 5. De la fotosíntesis depende también la energía almacenada en combustibles fósiles como carbón, petróleo y gas natural. 6. El equilibrio necesario entre seres autótrofos y heterótrofos no seria posible sin la fotosíntesis. Quimiosintesis consiste en la síntesis de ATP a partir de la energía que se desprende en las reacciones de oxidación de determinadas sustancias inorgánicas. los organismos que realizan estos procesos se denominan quimioautótrofos o quimiolitótrofos. todos ellos son bacterias. Muchos de los compuestos reducidos que se utilizan como el NH3, son sustancias procedentes de la descomposición de la materia orgánica. al oxidarlas se transforman en sustancias minerales que pueden ser absorbidas por las plantas. cierran los ciclos biogeoquímicos, posibilitando la vida en el planeta. se distinguen dos fases una primera fase en la que se obtiene ATP y coenzima reducida, que en las bacterias es NADH en lugar de NADPH, y en la segunda fase en la que se emplea el ATP y el NADH para sintetizar compuestos orgánicos a partir de sustancias inorgánicas. en la primera fase la reacción de oxidación de las sustancias inorgánicas constituye la fuente de energía para la fosforilación del ADP, en la cadena respiratoria, proceso denominado fosforilación oxidativa. parte de este ATP se emplea para provocar un transporte inverso de electrones en la propia cadena respiratoria para la obtención de NADH. en la segunda fase las vías metabólicas seguidas coinciden con las de la fase oscura de la fotosíntesis.
LA IMPORTANCIA DE LOS PROCESOS FOTOSINTETICOS PARA LOS SERES.
La preocupación por conocer el origen de los seres vivos que nos rodean es, sin duda, tan antigua como el momento mismo en que las primeras sociedades humanas iniciaron el proceso de racionalización de sus relaciones de dependencia con la naturaleza y las empezaron a transformar en relaciones de dominio.
Para los primeros recolectores de frutos, para los cazadores y los agricultores primitivos, era una experiencia común observar cómo los animales podían engendrar descendencia semejante a los progenitores.
De estas observaciones surgió la idea de la generación espontánea, que habría de resultar una explicación útil, no sólo para comprender un fenómeno que era observado cotidianamente, sino que incorporado a los sistemas religiosos, se convirtió en el instrumento de creación de la vida en la Tierra que utilizó la multitud de dioses de las mitologías de todos los tiempos.
Estas ideas creacionistas, impregnadas de un fuerte carácter idealista, fueron enriquecidas por las culturas mesopotámica y egipcia, y transmitidas a los filósofos jónicos que habitaban en las ciudades griegas del Asia Menor.
Las teorías de la generación espontánea fueron desarrolladas por los griegos, pero aquellos que fundaron o pertenecían a las corrientes materialistas del pensamiento suprimieron de ellas los elementos místicos, o intentaron reducirlos a su mínima expresión. Para Tales de Mileto, Anaximandro, Jenófanes y Demócrito, la vida podía surgir del lodo, de la combinación del agua con el fuego, del mar, o de cualquier otra combinación de los elementos; pero en todo este proceso los dioses no intervenían, ya que habían sido suprimidos o relegados a planos de menor importancia.
Este punto de vista habría de encontrarse con la oposición obstinada de los idealistas y en particular de Platón, quien, dos siglos más tarde, predicaría en Atenas un sistema filosófico de carácter idealista con el que pretendería encadenar al hombre y a la naturaleza misma a un mundo supernatural regido por los dioses.
Es difícil apreciar en toda su magnitud el valor de la obra de Aristóteles en las ciencias, y en particular en la biología; algunas de sus observaciones no sólo subsistieron durante toda la antigüedad, sino que siguen siendo válidas hasta nuestros días. Pero sus ideas sobre el origen de la vida fueron menos acertadas y reflejan claramente el carácter idealista de su filosofía
Es cierto que surgieron luego otras concepciones materialistas que se oponían a estos esquemas idealistas.
Sin embargo, los puntos de vista aristotélicos se afianzaron y permanecieron casi indiscutibles durante cerca de dos mil años; el establecimiento de la Iglesia cristiana en el Imperio Romano y las hábiles piruetas filosóficas de los Concilios y los neoplatónicos, incorporaron las ideas creacionistas de Platón y Aristóteles a los dogmas teológicos, transformando y reagrupando algunos conceptos, como el de la entelequia, que pronto pasó a ser equivalente al del alma.
La Iglesia aceptó de buen grado la idea de la generación espontánea, ligándola a la mitología bíblica, y las obras e ideas de los materialistas fueron olvidadas o perseguidas
NUTRICION HETEROTROFA.
Los organismos heterótrofos (del griego hetero, otro, desigual, diferente y trofo, que se alimenta), en contraste con los organismos autótrofos, son aquellos que deben alimentarse con las sustancias orgánicas sintetizadas por otros organismos, bien autótrofos o heterótrofos a su vez. Entre los organismos heterótrofos se encuentra multitud de bacterias y predominantemente los animales.
Un organismo heterótrofo es aquel que obtiene su carbono y nitrógeno de la materia orgánica de otros y también en la mayoría de los casos obtiene su energía de esta manera. A este grupo pertenecen todos los integrantes del reino animal, los hongos, gran parte de los moneras y de las arqueobacterias
Algunos organismos heterótrofos pueden obtener energía de otras fuentes. Según la fuente de energía los subtipos serían:
Fotoheterótrofos: estos organismos fijan la energía de la luz. Constituyen un grupo muy reducido de organismos que comprenden la bacteria purpúrea y familia de seudomonadales. Sólo realizan la síntesis de energía en presencia de luz y en medios carentes de oxígeno
Quimioheterótrofos: utilizan la energía química extraída de la materia inorgánica u orgánica.
Los autótrofos (plantas, cianobacterias, etc.) y los heterótrofos se necesitan mutuamente para poder existir.
HOLOZOICA.
Cuando el alimento se obtiene como partículas sólidas que deben comerse, digerirse, absorberse, como ocurre en casi todos los animales, el fenómeno recibe el nombre de nutrición holozoica. Los organismos holozoicos deben constantemente buscar, atrapar y comer otros organismos; para ello han creado. Gran variedad de estructuras sensitivas, nerviosas y musculares, para encontrar alimento, así como varios tipos de sistemas digestivos para transformar estos alimentos en moléculas bastante pequeñas para ser absorbidas. Plantas insectívoras como Dionea Venus, rocío de sol y Sarracenea purpúrea complementan su capacidad fotosintética atrapando y digiriendo insectos y otros animales pequeños (hecho sorprendente en el mundo vegetal). De esto las plantas obtienen aminoácidos y otros compuestos nitrogenados para el crecimiento.
Los animales herbívoros comen plantas y obtienen sus compuestos energéticos del contenido de las células vegetales, compuestos constituidos por la planta que usa energía de la luz solar. Otros animales son carnívoros, comen animales (que, a su vez, comen plantas). Omnívoros son animales que comen material vegetal o animal. Todos los organismos heterotróficos obtienen finalmente sus nutrientes energéticos de organismos autotróficos que atraparon la energía radiante de la luz solar para sintetizar dichos compuestos.
SAPROFITA.
Saprofita Grupo de microorganismos que viven en el cuerpo humano de forma natural, como la flora del colon, vagina, cavidad oral, piel, etc.… La flora saprofita que se encuentra normalmente en el intestino, impide que otros microorganismos, que causan daño se instalen allí. El mecanismo de acción es por competencia de nutrientes, es decir como la pared intestinal ya está ocupada por la flora saprofita, no quedan nutrientes disponibles para la flora patógena, la que hace daño. Por eso los niños pequeños que aún no han desarrollado una flora intestinal normal, son más proclives a la infección intestinal. Por otro lado, el consumo no controlado de antibióticos, puede afectar la flora saprofita, dejando lugar al crecimiento de la flora patógena. El 99% de la flora intestinal saprofita, situada predominantemente en el último tramo del intestino delgado y en el colon, está constituida por microorganismos anaerobios (Bacteroides, Clostridium, Peptostreptococcus, Peptococcus y muchos otros). Otras bacterias, como E. coli, Proteus, Klebsiella y Enterococcus, representan el 1% restante. Los microorganismos oportunistas forman parte de la flora saprofita. No obstante en determinadas ocasiones y coincidiendo con un descenso en las defensas del hospedador pueden provocar procesos infecciosos.
PARASITA.
Una planta parásita es una que obtiene alguna o todas las sustancias nutrientes que necesita para su desarrollo de otra planta. Se conocen con estas características a unas 4.100 especies en aproximadamente 19 familias de plantas de flor. Las plantas parásitas tienen una raíz modificada, ustorio, que penetra la planta anfitrión y conecta con su xilema, floema, o con ambos.
Clases de parasitismos
Las plantas parásitas se caracterizan como sigue:
1a. Parásita Obligada - un parásito que no puede terminar su ciclo vital sin un anfitrión.
1b. Parásita Facultativa - un parásito que puede terminar su ciclo vital independientemente de un anfitrión.
2a. Parásitas de Tallos - parásita que se fija al tallo del anfitrión.
2b. Parásitas de Raíces - parásita que se fija a la raíz del anfitrión.
3a. Holoparásita - una planta que es totalmente parásita en otras plantas y no tienen ninguna clorofila.
3b. Hemiparásita - una planta que es parásita bajo condiciones naturales y es también fotosintética en un cierto grado. Las hemiparasitas puede apenas obtener los alimentos del agua y del mineral de la planta anfitrión. Muchos obtienen también por lo menos parte de sus nutrientes orgánicos del anfitrión.
En las hemiparásitas, uno de los tres sistemas de términos se puede aplicar a la misma especie, e.g.
Nuytsia floribunda es una hemiparásita obligada de raíces.
Rhinanthus es una hemiparásita facultativa de raíces.
Mistletoe es una hemiparásita obligada de los tallos.
En las Holoparásitas se obligan siempre dos términos necesarios, e.g.
Cuscuta europea es holoparásita de tallo.
Hydnora spp. son holoparásitas de raíces.
Entre las plantas consideradas holoparásitas se incluyen Orobanches, algunas especies de Cuscuta, Rafflesia, y Hydnoraceae. Entre las plantas consideradas hemiparásitas se encuentran Castilleja, muérdagos, Nuytsia floribunda y Rhinanthus minor
Respiración aerobia
La respiración aerobia es el fenómeno por el que los seres vivos incorporan a su célula o células el oxígeno proveniente del aire o el oxígeno proveniente del agua a los seres que cumplen con esta respiración se los denomina aerobios el oxígeno que ingresa por la membrana celular, va al citoplasma, se introduce en la mitocondria. Oxida la glucosa y de esta combustión se obtiene agua, dióxido de carbono, y energía.
Organismo anaerobio
Se llama anaerobios a los organismos que no necesitan oxígeno (O2) para desarrollarse, a diferencia de los organismos aerobios.
Clasificación
Pueden dividirse en: organismos anaerobios estrictos, que mueren en presencia de oxígeno; organismos anaerobios facultativos, que pueden usar el oxígeno si está presente; y organismos aerotolerantes, que pueden vivir en presencia de oxígeno pero no hacen uso de él en forma alguna.
Los organismos anaerobios utilizan la respiración anaerobia, más comúnmente llamada fermentación, para obtener energía química. Existen diferentes tipos de fermentación en función de la ruta metabólica utilizada por los organismos anaerobios. Así, se denomina fermentación alcohólica a aquella en la que se genera etanol, fermentación láctica, en la que se genera ácido láctico, fermentación ácido-mixta, cuyos productos principales son el ácido láctico, el etanol y el ácido propiónico, fermentación butírica, en la que se genera ácido butírico, y fermentación metanogénica, en la cual, a partir de hidrógeno, acetato o bicarbonato, se genera gas metano. En cualquier caso, los productos finales en la ruta completa anaerobia son el metano y el dióxido de carbono.
Se encuentra estos organismos en rellenos sanitarios cuando se confina el parte orgánico de los residuos sin ningún tratamiento. Por la compactación se establece un ambiente anoxio en los cual los organismos anaerobios transfieren los partes orgánicos en décadas a gases de efecto invernadero: metano y dióxido de carbono.
Estos gases son de los más importantes causantes del cambio climático. El Protocolo de Kyoto estableció un Mecanismo de desarrollo limpio MDL que permite operadoras de rellenos sanitarios, cuales disminuyen las emisiones de biogás, elaborar y comercializar bonos de carbono.
Fermentación
Esquema básico: usar una molécula orgánica producida durante el proceso metabólico como aceptor.El término fermentación, en su acepción estricta, se refiere a la obtención de energía en ausencia de oxígeno y generalmente lleva agregado el nombre del producto final de la reacción.
Pasteur la denominó "la vie Sans l'air" o "la vida sin aire".
El piruvato (o moléculas derivadas del piruvato) se encuentra disponible luego del proceso de glicólisis (ver diagrama) Muchas células los usan como aceptor terminal, creando productos de desecho que se excretan de la célula. Nota: estos residuos se excretan en enormes cantidades dado que , en razón del bajo rendimiento, son necesarias muchas moléculas de glucosa para producir la energía que necesita la célula. Estos residuos todavía contienen energía aprovechable.Si bien este sistema no es tan eficiente como la respiración, permite que el catabolismo continúe, y esto es mejor que nada.
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