Tema 2. Biología celular

///////////// Índice de contenidos //////////

1. Introducción a las células
   1. La Teoría Celular
   2. Características comunes de todas las células
   3. Los organismos unicelulares
      1. Funciones vitales en organismos celulares: Plasmodium y Chlamydomonas
   4. Limitaciones en el tamaño de la célula
   5. Organismos pluricelulares.
   6. La diferenciación celular
   7. Exprexión de genes y diferenciación celular
   8. Las células madre
2. Ultraestructura de las células
   1. Microscopios electrónicos
   2. La célula procariota
   3. La célula eucariota
3. Las membranas celulares
   1. Bicapa de fosfolípidos
   2. Proteínas de membrana
   3. Colesterol de las membranas
4. Transporte de membrana
   1. Endocitosis
   2. Movimiento de vesículas
   3. Exocitosis
   4. Difusión simple
   5. Difusión facilitada
   6. Ósmosis
   7. Transporte activo
5. El origen de las células
   1. La división celular y el origen de las células
   2. Origen de las primeras células
   3. Endosimbiosis
6. División celular
   1. El ciclo celular
   2. Mitosis
   3. Meiosis
   4. Las ciclinas y el control del ciclo celular
   5. El cáncer y la formación de tumores
7. Replicación, transcripción y traducción del ADN

1. Introducción a la célula

1.1 La teoría celular

En el S. XIX Schleiden y Schwann comenzaron a dar forma a la teoría celular. Esta teoría fue completada por otros investigadores y actualmente se resume en:

• La célula es la unidad estructural y funcional.
• Todos los organismos están formados por una o más células.
• Cada célula procede de otra preexistente
• La actividad de un organismo, como un todo, se entiende como el conjunto de actividades colectivas e interaccionada de sus células.

Tres casos excepcionales de células . Cuestionamiento de la Teoría Celular ***

Ejemplos de células excepcionalmente grandes o con varios núcleos. Existen más ejemplos, pero estudiaremos estos tres.

I. Hifas aseptadas de algunos hongos

Las hifas son células filamentosas que forman el cuerpo de los hongos.

Las hifas son células filamentosas que forman el cuerpo de los hongos.

Las hifas pueden tener septos (tabiques) que separan unas hifas de otras. Sin embargo, hay hifas aseptadas, es decir, sin septos, por lo que en ellas encontraremos varios núcleos

Hif

II. Algas unicelulares de gran tamaño

Acetabularia es un género de alga unicelular de gran tamaño.

Aunque no lo parezca está formado por una sola célula.

1.3 Organismos unicelulares

Limitaciones al tamaño de la célula

La relación superficie/volumen explica muchas adaptaciones de los seres vivos:

• Aumentar la la superficie expuesta: mayor intercambio de calor, Oxígeno…
• Reducir la ratio superficie/volumen para reducir la pérdida de calor

1.5 Organismos pluricelulares

1.5 Organismos pluricelulares

La diferenciación de las células mediante la inactivación de genes:

https://www.genome.gov/es/genetics-glossary/Regulacion-genica

Vídeo con el que tenéis que trabajar para la clase del miércoles 28 de noviembre:

Las células son muy diversas. Por ejemplo, en el cuerpo humano hay unas 200 células diferentes. Esta enorme diversidad refleja la gran variedad de funciones que pueden realizar.

A pesar de la enorme diversidad que podemos encontrar en las células, son muy semejantes en muchos aspectos y todas tienen las siguientes características comunes:

2. Ultraestructura de la célula

La aparición de la vida en la Tierra. Células procariotas y eucariotas

2.1 La célula procariota

Escherichia coli es un ejemplo clásico de bacteria que debes conocer.

Tenéis que saber identificar células eucariotas en micrografías

Debéis dominar la habilidad de hacer dibujos de células procariotas. Vuestros dibujos deben incluir:

2.2 La célula eucariota

La principal diferencia entre las células procariotas y eucariotas es que la célula eucariota está compartimentada.

Ventajas de la compartimentación:

• Adecuación de las concentraciones de enzimas y sustratos
• Separación de sustancias dañinas
• Adecuación del pH
• Movimiento de los orgánulos por la célula

1. El núcleo

Identificar el núcleo en micrografías

• Verás una línea gruesa que corresponde con la membrana nuclear
• En su interior habrá zonas más oscuras, formando acumulaciones: son la heterocromatina y los poros nucleares.
• En el resto del interior es más claro, con algunos puntos o zonas negros. No verás líneas atravesándolo como en las mitocondrias.
• Alrededor puedes ver el reticulo endoplasmático

2. Retículo endoplasmático

3.Aparato de Golgi

• Cisternas aplanadas
• Procesa moléculas del Retículo Endoplasmático: Formación de glucoproteínas, glucolípidos
• Síntesis, distribución y secreción de biomoléculasç

El aparato de Golgi tiene dos caras con distintas funciones: cis y trans. La cara cis está más cerca del retículo endoplasmático y la cara trans orientada hacia la membrana plasmática.

El aparato de Golgi visto al microscopio:

4. Lisosomas

• Esféricos con una membrana
• Contienen enzimas digestivas como las hidrolasas
• Su función es la descomposición de moléculas, orgánulos o incluso la célula entera.

Para entender la función y disposición del retículo endoplasmático, aparato de Golgi y lisosomas es muy útil imaginarse el viaje de una molécula por todos estos orgánulos:

Identificación de orgánulos en micrografías

5. Mitocondrias

Orgánulo de forma variada, generalmente alargada u ovalada. Está formado por una doble membrana (externa e interna). Entre ambas está el espacio intermembrana, muy importante en la respiración celular, como veremos cuando estudiemos el metabolismo. La membrana interna se encuentra replegada, formando invaginaciones que se denominan crestas mitoncondriales. Las crestas incrementan la superficie disponible en el interior de la mitocondria por lo que se suele decir que son “superficies de trabajo” para las proteínas. En el interior de la mitocondria está la matriz mitoncondrial en la cual encontramos: numerosas proteínas (por ejemplo las involucradas en la respiración celular y el catabolismo de los lípidos), ADN propio, ribosomas y gránulos.

La función de la mitocondria es energética, en ella se sintetiza la mayor parte del ATP de las células. El ATP se obtiene de la respiración celular de la glucosa (ciclo de Krebs y cadena transportadora de electrones) y en la B-oxidación de los ácidos grasos (“beta oxidación de los ácidos grasos”). La B- oxidación de los ácidos grasos en la degradación (oxidación) de los ácidos grasos para obtener ATP (de la misma manera que en la respiración se degrada -oxida- glucosa).

Las mitocondrias tienen un origen endosimbiótico, como revelan los siguientes indicios:ç

• La presencia de ADN propio que codifica algunas de las proteínas de la mitocondria. Este ADN se transmite sólo por vía materna, es decir, así como recibidmos la mitad de nuestros genes por vía paterna y la otra mitad por vía materna, el ADN de la mitoncrias son aportados en exclusiva por la madre.
• Los ribosomas son muy parecidos a los procarióticos.
• El tamaño de la mitocondria es similar al de las bacterias (recuerda que las células eucariotas son más grandes que las procariotas).

Identifica las mitocondrias en micrografías

• Las mitocondrias tendrán forma alargada u ovalada (pueden ser casi esféricas).
• La membrana se suele ver bien ya que es doble.
• Verás líneas trasversales atravesando el interior de la membrana: las crestas mitocondriales.
• No puedes confundirlo con el retículo endoplasmático ya que éste no está rodeado de membrana. Lo mismo aplica para el aparato de Golgi, que además está formado por sacos curvados.
• Tampoco puedes confundirlo con el núcleo, ya que éste no estará atravesado por líneas.

6. Clorloplastos

¿Mitocondria o cloroplasto?

7. Microtúbulos y centriolos

8. Ribosomas

Ribosomas en la membrana nuclear

Ribosomas en el citoplasma

Ribosomas en el retículo endoplasmático rugoso

¿Qué orgánulos y componentes celulares eres capaz de identificar?

3. Estructura de las membranas

Todas las membranas celulares están formadas por una doble capa de fosfolípidos. Esta bicapa se forma gracias a una propiedad muy importante de estas biomoléculas.

Los fosfolípidos son ANFIPÁTICOS. Una parte de la molécula es polar (soluble en agua) y otra es apolar (insoluble en agua). Esta propiedad hace que en disolución se dispongan de la siguiente manera: la cabeza polar en contacto con el agua y las colas apolares hacia el interior, sin cotacto con el agua. Se pueden formar pequeñas esferas, bicapas, bicapas formando una esfera (con un espacio acuoso en su interior)

Lo

Los modelos de la membrana plasmática a lo largo de la historia (debéis estudiar con atención el recuadro del libro)

Composición de la membrana

La membrana plasmática está formada por:

• Lípidos (fosfolípidos)
• Proteínas
• Glúcidos. Glucolípidos y glicoproteínas.

1. Proteínas

Sus funciones son:

• •Receptores
• •Enzimas
• •Adherencia para formar uniones
• •Comunicación celular
• •Canales de transporte pasivo (difusión facilitada)
• •Bombas de transporte activo

Diferenciamos dos tipos de proteínas de membrana:

2. Lípidos

Además de los fosfolípidos que forman la bicapa encontramos otros lípidos como el colesterol.

El colesterol es un lípido no saponifiblacle, es decir, no está formado por ácidos grasos como los triglicéridos o los fosfolípidos. Como puedes ver en la imagen superior, su estructura es muy diferente. Está formado por varios anilos de carbono unidos, con una cadena de hidrocarbonada en un extremo y un grupo hidroxilo (-OH) en el otro. La mayor parte de la molécula es hidrofóbica (anillos de carbono y cadena hidrocarbonada), pero el extremo hidroxilo es hidrófílico.

El colesterol también podemos representarlo de la siguiente manera:

El colesterol tiene gran importancia en la membrana celular, ya que controla:

• Fluidez de la membrana
• Reduce la permeabilidad a partículas hidrofílicas.
• Ayuda a la formación de vesículas en la endocitosis

Estructura de la membrana: el modelo de mosaico fluido

4. Transporte de membrana

Endocitosis

• Invaginación de la membrana
• Se forma una vesícula en el interior de la membrana con las sustancias dentro.
• Hay gasto de ATP
• Se puede transportar partículas grandes.

Algunos ejemplos:

• Placenta: absorción de proteínas de la sangre de la madre
• Amoeba, Paramecium. Partículas grandes de alimentos no digeridos
• Glóbulos blancos: captación y destrucción de patógenos

Exocitosis

• Secreción de sustancias útiles: enzimas sintetizadas en el RE,
• Expulsar sustancias de desecho. Ej: eliminación de agua en org. Unicelulares. * Paramecium

Difusión simple

La membrana plasmática es selectivamente permeable, es decir, es permeable para algunas moléculas e impermeable para otras.

Contenido interactivo: el transporte de membrana: https://www.wiley.com/college/boyer/0470003790/animations/membrane_transport/membrane_transport.htm

2. Ultraestructura de la célula

Difusión simple

En la difusión el movimiento de las moléculas ocurre siempre de menor a mayor concentración. Por ejemplo cuando vertemos una gota de tinta en un vaso de agua, las moléculas de tinta se distribuyen por todo el volumen de agua:

Difusión facilitada

•No necesita energía

•Canales que permiten el paso específico de moléculas que no pueden atravesar la membrana plasmática

Por ejemplo, las acuaporinas:

http://biomodel.uah.es/biomodel-misc/anim/memb/uniporte.html

Ósmosis

•flujo neto de agua que atraviesa una membrana semipermeable que separa dos compartimentos acuosos

•Se debe a la diferente concentración de solutos a ambos lados de la membrana

Osmolaridad: Concentración de solutos osmóticamente activos. Ver ejercicio de preguntas basadas en datos.

Importancia de la ósmosis en las células:

Transporte activo

•Proteínas globulares •Necesita energía, normalmente ATP.

•El ATP provoca un cambio de conformación en la proteína –> la molécula puede pasar

Un ejemplo muy importantes es la bomba de sodio-potasio (Na-K)

http://biomodel.uah.es/biomodel-misc/anim/memb/tas.html

Ósmosis

5. El origen de las células

La generación espontánea y los experimentos de Redi y Spallanzani.

Los experimentos de Louis Pasteur

Empleó matraces con cuello de cisne

Hipótesis de cómo podrían haber sucedido las primeras etapas de la aparición de las células:

Experimento de Urey y Miller en una atmósfera primitiva.

En 1953 Miller y Urey llevaron a cabo un experimento para demostrar que se pueden formar moléculas orgánicas a partir de sustancias inorgánicas si se dan las condiciones ambientales adecuadas.

En su experimento simularon las condiciones ambientales de la Tierra primitiva, para demostrar que así fue como se pudo originar la vida. Emplearon agua, metano (CH4), hidrógeno, amoníaco (NH3) y dióxido de carbono (CO2)  en un recipiente esterilizado y sellado que fue sometido a altas temperaturas para que el agua entrara en ebullición y descargas eléctricas. Tras la condensación de los vapores obtuvieron cianuro de hidrógeno(HCN) formaldehído (CH2O), aminoácidos, azúcares, purinas y pirimidinas.

El origen de la célula eucariota. La teoría de la endosimbiosis seriada.

6. División celular

1. El ciclo celular
2. Mitosis
3. Meiosis
4. Las ciclinas y el control del ciclo celular
5. El cáncer y la formación de tumores

Mitosis vs meiosis

6.1 El ciclo celular

Interfase

6.2 Mitosis

La mitosis es un proceso continuo que podemos dividir en 4 fases diferentes: profase, metafase, anafase y telofase. La mitosis termina en la telofase, tras ella se produce la citocinesis, que es la división de la célula en dos. La citocinesis es diferente en animales y en plantas.

Animación de la mitosis:

http://www.johnkyrk.com/mitosis.html

Citocinesis

Diferencias entre la citocinesis animal (formación del surco de segmentación y estrangulación) y la citocinesis vegetal (por tabicación, con la formación de un fragmoplasto)

En la célula vegetal see forma una placa en el ecuador del huso mitótico, denominada placa celular. Se forman las nuevas membranas plasmáticas y pared celular. El aparato de Golgi interviene formando vesículas con el material para las nuevas  membranas y paredes.

Duración del ciclo celular

Animación de la meiosis: http://www.johnkyrk.com/meiosis.html

Duración del ciclo celular

La duración del ciclo celular en una célula típica es de 16 horas:

•5 horas para G1,

•7 horas para S,

•3 horas para G2

•1 hora para la división

Estas duraciones son orientativas, varía según el tipo de célula.

How the Cell Cycle works:

En resumen, LA INTERFASE:

• Es una fase muy activa. La célula crece y suceden muchas reacciones metabólicas
• La replicación del ADN y la síntesis de proteínas suceden sólo en la interfase.
• Durante la interfase también se dividen las mitocondrias y los cloroplastos, que se repartirán entre las células hija.
• La respiración celular tiene lugar durante todo el ciclo celular

LA MITOSIS:

• Una célula diploide (2n, dos copias de cada cromosoma) origina 2 células diploides (2n) con el mismo número de cromosomas.
• Los cromosomas de las dos células hija son idénticos, contienen la misma combinación de alelos
• No se introduce variedad genética, salvo mutaciones

• La célula necesita tener completo el conjunto de cromosomas y genes para funcionar
• Por ello, antes de la mitosis, todo el material genético se duplica en el proceso denominado REPLICACIÓN del ADN
• Cada célula hija tiene que tener el número correcto de cromosomas. Esto se consigue gracias a la MITOSIS

Ejercicio:

Ordena las siguientes micrografías según sucedan en la mitosis

Células diploides y haploides (y núcleos haploides y diploides)

Recuerda que la fase M (tras la interfase) comprende la mitosis (división del núcleo) y la citocinesis (división del citoplasma).

Ejercicio: identifica si las siguientes células son haploides o diploides. Asígnales la nomenclatura correcta.

Índice mitótico

El índice mitótico es la relación entre el número de células en mitosis en un tejido y el número total de células observadas.

6.3 Meiosis

Animación de la meiosis celular

Mecanismo para reducir a la mitad el número de cromosomas, quedando siempre un representante de cada par de cromosomas homólogos. La mitosis consiste en dos divisiones celulares sucesivas (meiosis I y meiosis II) precedidas de una única replicación de ADN. De esta manera se obtienen 4 células haploides.

La meiosis tiene dos propósitos muy importantes:

1. Reducir el número de cromosomas a la mitad para que tras la fertilización de los dos gametos haploides el cigoto tenga una carga cromosómica normal.
2. Generar variabilidad genética.

• Un núcleo diploide (2n) se divide dos veces para dar 4 núcleos haploides (n). La carga genética se reduce a la mitad.
• Las células hija son genéticamente diferentes.
• Se produce variabilidad genética.

La meiosis no puede considerarse como dos mitosis sucesivas, ya que el reparto de los cromosomas y las cromátidas hermanas tiene lugar de manera diferente. En la siguiente figura se puede observar.

Primera división. Meiosis I

Antes de la meiosis I el material genético se ha replicado (aunque la célula sigue siendo 2n). A continuación se producen: profase I, metafase I, anafase I y telofase II.

El punto en el cual se produce un sobrecruzamiento se denomina quiasma.

El sobrecruzamiento genera variabilidad genética en la formación de gametos. Sin los sobrecruzamientos todos los gametos producidos el individuo serían AB ó ab.

El sobrecruzamiento en la profase I permite generar gametos “híbridos” Ab y aB.

Segunda division. Meiosis II

Meiosis. Fuente: BIOMODEL UAH (Universidad de Alcalá de Henares)

Índice mitótico

7. Replicación, transcripción y traducción

1. Experimentos de Meselson y Stahl.
2. Replicación
3. Transcripción
4. Traducción.
5. El código genético
6. Codones y anticodones

7.1 Los experimentos de Meselson y Stahl.

Podemos poner a disposición de la célula ¹⁵N para que ésta los incluya en su doble hélice de ADN.

Las hebras con N pesado serán más densas que las compuestas por N normal.

¹⁵N es un isótopo estable y no radiactivo del nitrógeno. El isótopo más abundante del nitrógeno es el ¹⁴N

ISÓTOPO: átomos del mismo elemento con diferente número de electrones en su núcleo y por tanto diferente número másico.

7.2 Replicación

Replicación del ADN:

I. La Replicación

La replicación es la duplicación del ADN: de una molécula de ADN se obtienen dos copias idénticas. En las células eucariotas la replicación tiene lugar en el núcleo.

En la replicación intervienen numerosas enzimas, pero nosotros en B.I. estudiamos el papel de solo dos: la helicasa y la ADN polimerasa (ADN pol)

ADN polimerasa

ADN polimerasa

• •Avanza sólo en un sentido, SIEMPRE en sentido 3’ –>5’
• •Añade los nucleótidos en el extremo 3’ de la hebra de nueva síntesis. La hebra nueva se sintetiza en sentido 5′ –>3′.

• •Cuando un nucleótido encaja (por complementariedad de bases) se forman los puentes de hidrógeno.
• •La ADN pol cataliza el enlace covalente entre el fosfato(5’) del nucleótido libre y la pentosa (3’)de la hebra de nueva síntesis

En el siguiente vídeo se puede observar cómo se produce la replicación. Fíjate en:

• Cómo la helicasa abre las hebras de ADN.
• La ADN polimerasa se une a una de las hebras y va añadiendo los nucleótidos.
• En el BI no lo vamos a estudiar, pero en la otra hebra también se sintetiza ADN, aunque de manera un poco diferente: la síntesis se produce en pequeños fragmentos (recuerda que los núcleótidos se añaden en el extremo 3′ de la cadena que se está sintetizando).

Recuerda que las hebras de ADN tienen dos extremos: el 3′ y el 5′

La PCR. Reacción en cadena de la polimerasa

1.Desnaturalización. 95ºC

2.Alineamiento

3.Extensión. 54ºC (polimerización) 72ºC

El primer es complementario al inicio del fragmento que queremos amplificar. Es decir, debemos conoce (al menos parcialmente) la secuencia del fragmento que queremos amplificar

Thermus aquaticus

Bacterias que habitan en fuentes termales y  están  adaptadas a vivir en condiciones extremas de Tª: 50-80ºC.

Las enzimas de T.aquaticus resisten estas altas temperaturas, también las ADN polimerasa que utiliza para replicar su ADN.

En la PCR se emplea la ADN pol de T.aquaticus ya que resiste temperaturas de 95ºC SIN DESNATURALIZARSE, aunque su temperatura óptima es de 72ºC

De ADN a proteína

Replicación – Trasncripción – Traducción: el Dogma Central de la Biología (Crick, 1970)

El Dogma de Crick fue modificado y actualizado, puesto que se encontraron virus cuyo material genético es ARN, virus capaces de realizar la conversión de ARN a ADN (transcripción inversa), etc.

2. La transcripción

La transcripción es la síntesis del ARN mensajero (ARNm) a partir del ADN. En células eucariotas tiene lugar en el núcleo.

La célula no expresa constantemente todos sus genes, es decir, no todo el ADN de la célula se transcribe a ARN mensajero. Sólo se transcribe a ARNm los genes que se activan. Posteriormente, el ARNm será traducido a una proteína en el proceso denominado traduccción.

En la transcripción la enzima encargada de añadir los nucleótidos es la ARN polimerasa.

•El ARNm es monocatenario (una sola cadena), por lo que solo se transcribe una hebra de ADN en ARNm

En el siguiente vídeo puedes observar el proceso. Fíjate en:

• El empaquetamiento del material genético: cromosomas- histonas- doble hélice.
• La apertura de la hélice para que la ARN polimerasa pueda trabajar
• Que sólo se transcribe a ARNm un pequeño fragmento de la doble hélice de ADN
• Los nucleótidos se van añadiendo por complementariedad de bases: A-U C-G. En lugar de timina tenemos Uracilo.
• Una vez finalizada la transcripción el ARNm sale del núcleo por los poros nucleares.

•Empareja nucleótidos del ARN con las bases complementarias del ADN molde.

 A-U

C-G

•Forma enlaces covalentes entre los nucleótidos

•Al llegar al final del gen la transcripción y la ARN pol se libera.

•Se vuelve a formar la doble hélice de ADN

• Los nucleótidos se añaden en el extremo 3’ del ARN
• La ARN polimerasa avanza en sentido3’–>5’
• Las bases del ARN son complementarias a las bases de la cadena que se utiliza como molde(=cadena antisentido) , e iguales a las bases de la hebra de ADN que no se ha utilizado = “cadena sentido”

3. La traducción

Es la síntesis de una proteína a partir de un ARN mensajero. La síntesis de las proteínas es realizada por los ribosomas.

Cada triplete de nucleótidos del ARNm corresponde con un aminoácido.

Para añadir los aminoácidos correspondientes el ribosoma necesita un intermediario: el ARN transferente. El ARNt lleva hasta el ribosoma el aminoácido correcto para que se una a la cadena peptídica que se está sintetizando

 El ARN transferente es una cadena de ARN que se une en un extremo a los distintos aminoácidos y en uno de sus codos tiene una secuencia concreta de 3 bases nitrogenadas. Estas 3 bases nitrogenadas son las que encajarán por complementariedad en el ARNm que se quiere traducir.

Ribosomas

Traducción. En color marrón las 2 subunidades del ribosoma, en amarillo el ARNt.

En la siguiente figura puedes ver la cadena de ARN mensajero (mRNA 5′—-3′)a la cual se van uniendo los ARN transferentes cuyas bases complementan. Por ejemplo, donde hay CCG, se unirá el ARN transferente con GGC, que lleva unida el aminoácido prolina (pro).

El anticodón es la parte del ARN transferente que se unirá a las bases del ARN mensajero.

La unión de los aminoácidos al ARN de transferencia no es aleatoria, cada aminoácido se une a un ARN de transferencia con unos nucleótidos concretos en su anticodón. Es lo que se conoce con el código genético. Tres nucleótidos corresponden con un aminoácido.

Por ejemplo UUU — fenilalanina, UCU — serina, CGA Arginina, etc.

Características del código genético:

• Es universal, pues lo utilizan casi todos los seres vivos conocidos. Solo existen algunas excepciones en unos pocos tripletes en bacterias.
• No es ambigüo, pues cada triplete tiene su propio significado
• Todos los tripletes tienen sentido, bien codifican un aminoácido o bien indican terminación de lectura.
• Está degenerado, pues hay varios tripletes para un mismo aminoácido, es decir hay codones sinónimos.
•  Carece de solapamiento, es decir los tripletes no comparten bases nitrogenadas.
• – Es unidireccional, pues los tripletes se leen en el sentido 5´-3´.

El proceso puedes verlo en el vídeo anterior, a partir del minuto 1:37https://www.youtube.com/embed/gG7uCskUOrA?version=3&rel=1&showsearch=0&showinfo=1&iv_load_policy=1&fs=1&hl=en&autohide=2&wmode=transparent

Replicación, transcripción y traducción en micrografías:

1. Replicación:

Observamos la burbuja de replicación

2. Transcripción y traducción.

Recuerda que en procariotas (como las bacterias) el ARN se traduce según se transcribe. En las micrografías observamos el ARNm con varias ARN polimerasas que sintetiza ARNm. Sobre este ARNm se observan los ribosomas, que van traduciendo a polipéptidos. Los polipéptidos no se ven en las micrografías

En la siguiente micrografía (izquierda) se observa en rojo el ADN. Las ARN pol son las masas globosas azuladas.

Micrografía de un fragmento de ADN siendo transcrito.
La “punta de flecha” indica el sentido de avance de la ARN polimerasa: de izquierda a derecha.

8. Respiración celular

•Es la degradación de la glucosa. Se obtienen productos más pequeños y sencillos  en un proceso que libera energía

–> Ejemplos:

Humanos/animales: descomponemos los alimentos que ingerimos para obtener energía.

  – Glúcidos (glucosa), lípidos. También aminoácidos.

Plantas y organismos autótrofos: descomponen materia orgánica (glúcidos, lípidos) que previamente han sintetizado

• La respiración es una ruta metabólica catalizada por diversas enzimas, que permiten obtener, en sucesivos pasos, la energía química liberada de los enlaces en forma de ATP.
• El ATP no se transfiere de célula a célula, por lo que cada célula debe obtenerlo continuamente.
• Los compuestos orgánicos utilizados en la respiración son compuestos ricos en energía (con numerosos enlaces). El resultado de la respiración celular es:

1. ATP
2. Compuestos pobres en energía que serán desechados.

El ATP

• Molécula cuyos enlaces contienen gran cantidad de energía.
• Esta energía es liberada en reacciones de hidrólisis (rotura por agua)

La hidrólisis de ATP produce ADP (molécula con dos grupos fosfato) y una molécula de fosfato (P ó Pi, fosfato inorgánico)

En las reacciones que se libera energía (como la respiración celular) se emplea esta energía para formar ATP a partir de ADP y fosfato (P)

La célula necesita energía para:

•Síntesis de biomoléculas: ADN, ARN, proteínas…

•Transporte activo: bombeo de moléculas a través de membranas. •Movimiento de sustancias y componentes, contracción…

En resumen:

• El ATP no puede atravesar la membrana plasmática. No es un almacén estable de energía a largo plazo.
• Los almacenes energéticos son los glúcidos (glucógeno, almidón) y los lípidos (triglicéridos).
• Cuando se requiere energía éstos se utilizan en la respiración celular para obtener energía.
• El ATP se produce según los procesos celulares lo demandan
• Las células con alta demanda de energía tienen más mitocondrias para poder satisfacer dicha demanda.

Tipos de respiración celular: aeróbica y anaeróbica

8.1 Respiración anaeróbica

8.2 Respiración aeróbica

RESPIRÓMETROS

9. Fotosíntesis

El espectro electromagnético

Espectro de emisión del Sol y radiación que recibidmos en la superficie de la Tierra:

De toda la radiación que emite el Sol sólo una parte llega a la superficie de la Tierra. Parte de esta radiación es absorbida por los gases de la atmósfera (ozono, dióxido de carbono, vapor de agua…). La radiación absorbida por la atmósfera está indicada en color naranja.

Los cuerpos absorben y reflejan radiación.

Cuando la radiación incide sobre un cuerpo puede ser absorbida o reflejada. Gracias a esto los objetos que vemos tienen colores. Por ejemplo, los objetos verdes los vemos verdes porque absorben la luz de color rojo, azul, amarillo y reflejan la luz de color verde.

Los pigmentos fotosintéticos

Los pigmentos son sustancias que absorben parte de la radiación y reflejan otra. Las plantas poseen pigmentos por ejemplo en sus pétalos y son responsables de su color.

Las plantas poseen también pigmentos fotosintéticos, capaces de absorber radiación y ponerla a disposición del aparato fotosintético.

Espectro de absorción y espectro de acción de un pigmento

El espectro de absorción representa la intensidad de radiación que absorbe un pigmento para cada longitud de onda:

La clorofila b tiene su máximo de absorción muy cerca de los 450 nm (longitud de onda)

También podemos representar la actividad fotosintética o porcentaje de fotosíntesis máxima para cada longitud de onda:

¿Por qué crees que la tasa de fotosíntesis y el espectro de absorción presentan tanta similitud?

Reacción global de la fotosíntesis

Reacción anabólica:

-Moléculas sencillas se convierten en moléculas complejas

-Se requiere energía (energía lumínica, radiación solar)

En la fotosíntesis la energía lumínica (radiación solar) se transforma en energía química (energía almacenada en los compuestos orgánicos sintetizados, ricos en energía)

Fotólisis del agua

Es una de las reacciones que tiene lugar en la fotosíntesis. Consiste en la rotura de la molécula de agua en iones de hidrógeno y oxígeno, liberando dos electrones que son empleados posteriormente en la maquinaria fotosintética.

Se descompone la molécula de agua en protones H⁺ y oxígeno (O₂), liberando electrones que son necesarios para la fotosíntesis.

No es necesario que nos aprendamos el proceso completo, pero en la siguiente figura puedes observar cómo los electrones van siendo transferidos por los diferentes componentes del aparato fotosintético (rodeados por el círculo rojo)

Efectos de la fotosíntesis en la Tierra

Cianobacterias y la fotosíntesis

Factores limitantes

La tasa de fotosíntesis puede verse afectada por:

• Temperatura
• Intensidad lumínica
• Concentración de dióxido de carbono.

Aquel factor que esté por debajo de su nivel óptimo se denomina factor limitante. Ante una combinación de Tª, intensidad lumínica y concentración de CO2, realmente sólo uno de ellos está limitando el crecimiento. Si modificamos dicho factor limitante para acercarlo a su valor óptimo aumentará la tasa de fotosíntesis.

Obviamente, el factor limitante depende del valor al que se encuentre cada factor, por lo que puede ir variando: por ejemplo, a lo largo del día la temperatura y la intensidad lumínica varían, por lo que es esperable que en un mismo día el factor que limite la fotosíntesis vaya variando.

El concepto de factor limitante se puede aplicar a cualquier otro factor que sea necesario para el crecimiento del organismo. Por ejemplo, los nutrientes. En la siguiente figura se representa el concepto de factor limitante aplicado a los nutrientes que necesita una planta:

7.2 Replicación

3. La traducción

Ribosomas