Notas Respiración celular y Fotosíntesis

La célula almacena 40% de energía de la glucosa en ATP y la demás es liberada en calor.
Glucólisis:
I.
Activación de la glucosa
a) Hexokinasa añade un P en el primer Carbono (glucosa 6-fosfato) → (fructosa 6 fosfato)
b) Fosfo-fructokinasa añade otro P en el Carbono 6 (fructosa 1,6-bifosfato)
c) La molécula se divide en 2 G3P (una se forma primero en DHAP)
Mediante una serie de reacciones se llega al producto final de la glicólisis: 2 piruvatos (3C), 2 NADH, 4
ATP (ganancia neta de 2 ATP)
II.
Compensación energética
a) Se producen 4 ATP, con una compensación neta de 2 ATP.
*Durante la glicólisis no se produce 𝑪𝑶𝟐
Oxidación piruvato:
a)
b)
c)
d)
Piruvato se decarboxila (pierde 𝐶𝑂2 )
Se forma grupo acetil
Reacciona con la coenzima A
La molécula resultante (Acetil CoA) tiene 2 Carbonos)
Durante esta reacción, dos electrones energizados y un ión hidrógeno se transfieren al NAD+ para
formar NADH. (1 NADH por piruvato = 2 NADH por cada molécula de glucosa)
Ciclo de Krebs:
a) AcetilCoA (con 2 Carbonos), se une con una molécula de 4C (Oxalocetato) y produce citrato.
(Se libera la coenzima)
b) Se degrada el acetilo y se liberan los 2 𝐶𝑂2 del mismo. / Se regenera la molécula de 4C.
Productos finales: 2 ATP, 6 NADH, 2 FADH2
Cadena de transporte de electrones:
a) La energía transportada por los NAPH y FAPH2 es liberada en los complejos I y II
respectivamente.
b) Ubiquinona (Q10) → Complejo III → Citocroma C → Complejo IV
*Al final de este complejo se encuentra el aceptador final de electrones, oxígeno, el cual contribuye
en la síntesis de agua y despeja la ETC de e- sin energía. 2e- + 𝟐𝑯+ + 𝑶𝟏/𝟐 = 𝑯𝟐 O
Fermentación:
a) La misma es importante para la regeneración del NAD+ en condiciones anaeróbicas.
b) Se donan electrones del NADH para el piruvato.
c) No se degrada completamente la glucosa, ni se utiliza energía del NADH para la producción de ATP.
Esto implica el consumo de mayores cantidades de glucosa para la producción de ATP suficiente.
Fermentación láctica:
a) Ionización del ácido láctico = lactato.
b) Ocurre en músculos tan activos que consumen todo el Oxígeno disponible.
Diversos organismos se valen de la fermentación láctica, como las bacterias que convierten la leche
en yogur, crema ácida y queso. Como los ácidos tienen un sabor amargo, el ácido láctico contribuye al sabor
distintivo de estos alimentos. El ácido también desnaturaliza la proteína de la leche, pues altera su
estructura tridimensional. Por esto la leche se espesa y la textura de la crema ácida y la leche es semisólida.
Fermentación alcohólica:
Muchos microorganismos, como la levadura
(hongo unicelular), realizan la fermentación alcohólica en
condiciones anaeróbicas.
Durante la fermentación alcohólica, con el H+ y los
electrones del NADH se usan para convertir el piruvato en
etanol y CO2 (y no en lactato). Esto libera NADH, que luego
queda listo para aceptar más electrones energizados en la
glucólisis.
6𝐶𝑂2 + 6𝐻2 O + energía solar → 𝐶6 𝐻12 𝑂6 + 𝑂2
✓ La fotosíntesis se da en las plantas, protistas fotosintéticos y algunas bacterias (citosol).
✓ Se da en los cloroplastos que contienen las células del mesófilo; más específicamente en los
tilacoides y el estroma.
Morfología hojas:
1. Forma aplanada = mayor superficie para absorber luz. / Delgadez = permite que la luz penetre hasta
los cloroplastos.
2. Epidermis = superficie superior e interior de células.
3. Cutícula = cubierta cerosa, transparente e impermeable. Reduce evaporación del agua.
4. Estomas = poros ajustables en la epidermis. Mediante estos se adquieren el 𝐶𝑂2 y otros gases.
5. Haces vasculares = nervadura de la hoja. Suministran agua y nutrientes a las células y distribuyen
los carbohidratos producidos.
6. Vaina perivascular = células que rodean los haces. Carece de cloroplastos.
Las células del mesófilo contienen de 40 a 50 cloroplastos. (5 µm c/u)
Morfología cloroplastos:
1.
2.
3.
4.
Membrana externa
Membrana interna
Estroma (fluido)
Tilacoides (conjunto = grana) → Espacio tilacoidal (contiene fluido)
La fotosíntesis consiste en reacciones luminosas (foto-dependientes) y el ciclo de Calvin
(reacciones foto-independientes)
Reacciones luminosas (foto-dependientes):
✓ Moléculas ubicadas en los cloroplastos captan energía solar y la convierten en energía química
almacenada en enlaces de ATP y NADPH+.
✓ Mediante la fotólisis se libera oxígeno como subproducto.
Clorofila α- principal pigmento en los cloroplastos. Absorbe rojo, azul y violeta; refleja verde.
Pigmentos accesorios- absorben largos de onda distinto y transmiten energía a la Clorofila α. Disminuyen
el daño por luz. Ejemplos:
1) Clorofila b: absorbe azul y rojo-naranja que no captó la α. Refleja verde y amarillo.
2) Carotenoides: absorben azul y verde; reflejan naranja y amarillo. (Se ven al degradarse la α) Al
consumirse se convierte en Vitamina A (compone los pigmentos que permiten captar luz (vista)).
o
o
Las reacciones dependientes de la luz se llevan a cabo en la membrana tilacoidal. En la misma se
encuentran los fotosistemas (PS II680 y PS I700), los cuales contienen los pigmentos que absorben
la luz.
Cada fotosistema es seguido de una cadena de transporte de electrones (ETC II y ETC I).
Por tanto:
PS II → ETC II → PS I → ETC I → NADP+
a) Fotones son absorbidos por los pigmentos en PS II.
b) Los 𝑒 _ excitados llegan finalmente al centro de reacción, en donde se alojan en una molécula
especializada de clorofila α.
c) La molécula de clorofila lanza un 𝑒 _ energizado al aceptador primario de electrones (incrustado en
un complejo protéico).
*El fotosistema debe reemplazar constantemente los electrones que pierde mediante fotólisis:
rompimiento de los enlaces en 𝐻2 𝑂 para obtener electrones y oxígeno (2 𝐻2 𝑂 = 𝑂2 ). Se liberan 𝐻 + que
crean el gradiente necesario para la síntesis de ATP.
d) Del aceptador primario el electrón pasa al ETC II, donde va perdiendo energía al pasar de una
molécula transportadora a otra. (Continúa la creación del gradiente hacia el espacio tilacoidal)
Produce ATP.
e) El electrón sin energía entra al PS I, donde reemplaza al electrón lanzado al aceptador primario de
ese complejo.
f)
Los electrones del PS I/ETC I llegan al aceptador final (NADP+), el cual toma 2 electrones y un ión
de hidrógeno. Produce NADPH.
Reacciones oscuras (foto-independientes)
Ciclo de Calvin:
*Por cada 𝟑𝑪𝑶𝟐 se produce 1G3P.*
a) ATP y NADPH en el estroma impulsan la síntesis de G3P a partir de 𝐶𝑂2 .
Etapa #1: fijación del Carbono (Ruta 𝐶3 )
1) 3RuBP + rubisco + 3𝐶𝑂2 = molécula inestable de 6 Carbonos.
2) Esta rápidamente se divide en 2 moléculas de 3 Carbonos (PGA). (en total 6 moléculas de 3
Carbonos)
Etapa #2: Síntesis G3P
a) La energía de 6 ATP y 6 NADPH se utiliza para convertir las moléculas de PGA en P3G. (6 en total)
b) Un G3P sale del ciclo para sintetizar glucosa. (se necesitan 2 G3P para una glucosa y otras
moléculas)
Etapa #3: Regeneración RuBP
a) Con la energía de 3 ATP se convierten los 5 G3P restantes en 3RuBP para reiniciar el ciclo.
*La síntesis de toda molécula a partir de G3P y/o glucosa ocurre fuera de los cloroplastos. Luego, las Rutas
moléculas de glucosa se degradan mediante la respiración celular para producir ATP.
Fotorespiración:
o
Ocurre cuando las plantas cierran sus estomas durante mucho tiempo. El 𝐶𝑂2 dentro de la planta
disminuye y aumenta la cantidad de oxígeno. (Inhibidor competitivo en este caso)
o
La enzima rubisco se enlaza entonces a esta molécula, ocasionando que el Ciclo de Calvin no pueda
sintetizar carbohidratos (descarrila la fotosíntesis). La planta puede morir ya que no produce
energía suficiente.
o
Rubisco es la enzima más abundante e importante para la vida en el planeta, catalizando la reacción
por la que el Carbono entra a la Tierra.
o
Se piensa que la enzima no es selectiva porque en el pasado había mucha más cantidad que
Carbono que Oxígeno, por lo que no había necesidad de desarrollar la afinidad hacia una sobre
otra.
o
Es por esto que las plantas desarrollaron dos rutas alternas: la 𝐶4 y la CAM
o
Es utilizada por el 5% de las plantas y es una alternativa en condiciones cálidas y secas.
o
Las plantas 𝐶4 tienen cloroplastos en la vaina perivascular.
o
Los cloroplastos del mesófilo de las plantas C4 carecen de las enzimas usadas en el ciclo de Calvin;
sólo los cloroplastos de la vaina perivascular de las plantas C4 poseen estas enzimas.
Ruta C4: (ej: caña de azúcar)
a)
Las células del mesófilo de las plantas C4 fijan el carbono con una
enzima llamada PEP carboxilasa.
b)
Esta se une con una molécula de 3 Carbonos (PEP /
fosfoenolpiruvato).
c)
Se crea oxalocetato (4C).
d)
Se convierte en malato (4C).
e)
En la vaina perivascular se libera un Carbono y se forma el piruvato
3C.
f)
El Carbono liberado pasa a formar parte del Ciclo de Calvin en la
vaina, mientras que el piruvato regresa al mesófilo (mediante transporte
activo) para convertirse en PEP 3C.
PREGUNTA ¿Por qué las plantas C3 tienen una ventaja sobre las plantas C4 en tiempo que no es cálido y
seco?
Ruta CAM: (ej: planta piña)
a) Tanto como la fijación de carbono (noche) como la síntesis de glucosa (día) ocurren en la célula del
mesófilo.
I.
Durante la noche:
a) Los estomas se abren y entra el 𝐶𝑂2 por difusión; es
captado por el mesófilo.
b) 𝐶𝑂2 + PEP carboxilo + PEP (3C) → Oxalocetato → Malato →
ácido málico (vacuola central)
II.
Durante el día:
a)
b)
c)
d)
e)
Se cierran los estomas.
El ácido málico sale de la vacuola, vuelve a ser malato.
Se degrada el malato a piruvato, se libera 𝐶𝑂2 .
Este 𝐶𝑂2 entra en el Ciclo de Calvin para producir glucosa.
El piruvato se regenera como PEP usando energía del ATP.
Factores que afectan la fotosíntesis:
1. Cantidad disponible de agua
2. Temperatura
3. Cantidad de luz disponible
DNA, RNA y proteínas
•
•
•
•
Genes: transportan la información hereditaria; se encuentran en los cromosomas.
Cromosomas: compuestos de ácido desoxirribonucleico (DNA) y proteínas.
DNA: CHON + Fósforo
Proteínas: CHON + azufre
Alfred Hershey y Martha Chase: experimentaron marcanco el DNA de bacteriófagos con fósforo radioactivo
y sus proteínas con azufre radioactivo.
Frederick Griffith: trabajó con dos cepas (S & R) de Streptococcus Pneumoniae
➢ S causaba neumonía
➢ R no causaba neumonía
Si se inyectaba la S muerta junto con la R, la transformaba y se volvía patógena.
Oswald Avery, Colin MacLeod, and Maclyn McCarty: aislaron DNA de la cepa S, la mezclaron con la cepa R
y obtuvieron la cepa S.
Avery: utilizó enzimas para destruir proteínas, RNA y DNA. Cuando se destruía el último, la transformación
no ocurría.
La estructura del DNA es de doble hélice.
Rosalind Franklin y Maurice Wilkins estudiaron la estructura a través de la difracción por rayos-x.
Se dedujo:
a)
b)
c)
d)
Largo y fino.
Ancho uniforme de 2nm.
Hélice
Subunidades repetidas.
James Watson y Francis Crick dedujeron la composición de la estructura:
1. Dos “strands” de nucleótidos.
2. Grupo PO + azúcar desoxirribosa
3. Unidos por enlaces fosfodiéster.
Regla de Chargaff: DNA se compone de nucleótidos. A iguala T (2 puentes); C iguala G (3 puentes). Purinas
con pirimidinas. Unión = puentes de Hidrógeno.
“Strands” antiparalelos.
Numeración 1-6 (Citosina y Timina, un solo anillo)
Numeración 1-9 (Adenina y Guanina, dos anillos)
Numeración 1’-5’ (Átomos glucosa, no la base)
Extremo 5’ (Grupo PO libre)
Extremo 3’ (Azúcar) (Grupo –OH libre)
Azúcar tiene un PO unido al 5’ y otro al 3’ (Grupo –OH libre)
DNA Replication
Produce dos cadenas dobles, cada una con un strand nuevo y otro parental. (Modelo semiconservativo)
Ingredientes:
1. DNA parental
2. Nucleótidos libres
3. Enzimas para el rompimiento parental y la sintetización de una cadena nueva.
Datos:
1. El DNA necesita replicarse antes de la división celular.
2. Se copia durante la fase S (interfase).
3. Las células hijas deben tener una copia exacta del genoma.
o
o
El proceso comienza en los orígenes de replicación. Se abre y forma un tenedor de replicación. Ahí es que
comienzan a sintetizarse las nuevas cadenas.
Se forman las burbujas de replicación. Procariotas (1 burbuja) / Eucariotas (más de 1)
1. La enzima Helicasa rompe los puentes de hidrógeno. Proteínas de unión mantienen las 2 hebras
separadas una de otra.
2. La Topoisomerasa se adhiere a los tenedores para liberar tensión. (desenreda)
3. Primers de RNA se adhieren al extremo 3’; indican desde dónde comenzará a sintetizarse la hebra
nueva. (RNA Primasa / añade de 5 a 10 nucleótidos)
4. DNA Polimerasa 3 comienza a añadir nucleótidos y los sella. (50 n/s en humanos; 500 n/s en
bacterias)
5. DNA Polimerasa 1 sustituye al RNA.
6. Ligasa une el fragmento sustituido.
Tipos de hebras:
a) Leading strand (CONTINUA): Se sintetiza desde el origen de replicación hacia la abertura del
tenedor.
b) Lagging strand (DISCONTINUA): sintetizada discontinuamente (hecha de segmentos de Primasa y
Polimerasa) hacia el origen de replicación. “Fragmentos de Okazaki”, unidos por Ligasa. 100-200
pares de nucleótidos.
Proofreading
1.
2.
3.
4.
DNA Polimerasa 3 comete 1 error en 10,000 pareando bases.
Hay enzimas que leen las secuencias y la corrigen.
La nucleasa entonces repara la secuencia.
Polimerasa y Ligasa colocan y sellan la secuencia correcta.
El DNA puede afectarse por factores como la exposición a agentes físicos o químicos.
Mutaciones:
1.
2.
3.
4.
5.
Sustitución nucleótidos. (Puntual)
Inserción. (Par de nucleótidos)
Supresión. (Par eliminado)
Inversión. (Segmento cortado, invertido e implantado nuevamente)
Translocación. (Cambio en ubicación de segmentos y cromosomas)
Síntesis de proteínas (RNA)
Diferencias: azúcar (ribosa), base nitrogenada (uracilo), una sola hebra.
Fases:
a) Transcripción
b) Transducción
Transcripción:
a) Iniciación
1. RNA Polimerasa2 separa el DNA.
2. Se adhiere a la región promotora de DNA. (TATAAA Box)
b) Elongación
Factores de transcripción y RNA Polimerasa2 se adhieren al DNA y añade nucleótidos de ribosa
complementarios a la hebra de DNA.
c) Terminación
RNA encuentra la señal de terminación. Se desprende la enzima y la hebra.
d) Conclusión de transcripción
mRNA inmaduro madura y luego sale al citoplasma para la transducción.
Casquete 5’ y Cola de poli-A se añaden a los extremos de la hebra. Ayudan a su movimiento al citoplasma
y protege de la degradación. No son proteínas ni constituyen regiones 5’ o 3’.
Procesamiento del Pre-mRNA:
1.
2.
3.
4.
Ocurre en el núcleo.
Está compuesto de intrones (no codifican para proteínas) y exones (sí).
Esplisozoma quita intrones y los segmentos de exones se unen.
Resulta el mRNA maduro que sale al citosol.
mRNA: lleva la información para una proteína; 500-1,000 nucleótidos de largo; secuencias de bases
(codones)
Traducción: (síntesis de proteínas)
•
•
Cada tres bases se expresa un aminoácido. (20) / 64 codones
Los ribosomas las leen como codones. Cada codón expresa un aminoácido en específico.
mRNA (Activación, elongación, terminación)
•
•
mRNA tiene un codón de inicio (AUG) y uno de tres codones finales: UAG, UAA, UGA.
La lectura de estos codones es tarea del tRNA y los ribosomas.
tRNA (RNA de transporte)
•
•
•
Cada tRNA tiene tres bases expuestas (Anti codón), que son complementarias con bases del mRNA.
Se une mediante puentes de hidrógeno.
75-80 nucleótidos
Adquiere aminoácidos correspondientes del citoplasma y los lleva al mRNA.
rRNA (RNA ribosomal)
•
•
•
100-3000 nucleótidos.
Se fabrica en el núcleo.
Se asocia con proteínas para formar ribosomas.
Ribosomas:
•
•
•
•
Compuesto de una unidad grande y otra pequeña.
40% rRNA, 60% proteínas.
Posee dos sitios de reconocimiento para tRNA (P / A)
Une los aminoácidos mediante enlaces peptídicos.
Resumen:
1)
2)
3)
4)
El mRNA se encuentra en la unidad pequeña.
Llega el tRNA con el anticodón y se ubica en el sitio P (unidad grande).
Llega otro tRNA y se ubica en A.
Los aminoácidos se unen mediante enlaces peptídicos y el primero queda liberado mientras que el
segundo pasa al sitio P.
5) Un nuevo aminoácido se ensambla en el sitio A.
DNA a cromosomas (compactación)
o
El DNA está enroscado alrededor de histones.
Histones: proteínas básicas que se asocian con el DNA en el núcleo y ayudan a que se condensen en
cromatina. (Nombre que se le da mientras la célula no se divide, no es visible)
Niveles de compactación:
1. DNA doble hélice
2. DNA se enrosca alrededor de histones para formar nucleosoma. (8 histones, DNA rodea 1.65
veces)
3. Cromatosomas (nucleosoma + H1 histone) se enroscan hasta formar cromatina.
4. Compresion y condensación cromatina.
5. Cromosomas.
o
o
o
o
El DNA de procariotas es un anillo asociado a la membrana celular.
En los eucariotas, la información genética se encuentra en los cromosomas (de 10 a 50) de la
célula.
46 cromosomas, 23 pares.
Cada cromosoma está compuesto de una molécula simple de DNA enroscada.
Cromosomas duplicados = cromátidas (están unidas por el centrómero)
Cariotipo: totalidad de los cromosomas de un organismo.
Los primeros 22 = autosomas
23 = cromosoma del sexo (XY hombre; XX mujer)
Tipos de reproducción:
1. Asexual- una célula se divide y produce dos células hijas idénticas. (Mitosis y fisión binaria)
2. Sexual- envuelve dos gametos (huevo y espermatozoide), forman el cigoto. El producto no es
idéntico a los progenitores. (Meiosis)
División celular en procariotas:
•
•
•
La célula parental produce 2 células hijas por fisión binaria.
Un cromosoma simple se copia.
Una pared celular se forma y divide a la progenie.
Ej: E. coli (20 minutos)
Ciclo celular
Fases:
✓ 𝐺1
✓ Fase S
✓ 𝐺2
(Componen la interfase)
✓ Mitosis
✓ Citocinesis
Interfase
Fase 𝑮𝟏 :
• Fase de crecimiento y fabricación de citosol.
• Diferenciación o especialización.
Fase S: (síntesis)
•
Copia y replicación del DNA
.
Fase 𝑮𝟐 :
• Segunda fase de crecimiento.
• Se fabrican las estructuras necesarias para la división (centriolos) y proteínas. Preparación para la
mitosis.
Mitosis (cariocinesis)
•
•
•
•
División del núcleo.
Ocurre exclusivamente en eucariotas.
No ocurre en células como las cerebrales y las cardíacas.
Tiene 4 etapas.
I.
Profase
1) Los cromosomas se condensan. (Se hacen visibles)
2) Se comienza a formar el huso.
3) Las fibras del huso se mueven a los polos y se unen a los cinetocoros.
II.
Metafase
1) Fibras del cinetocoro se adhieren a los centriolos y alinean los cromosomas (Ecuador).
III.
Anafase
1) Las cromátidas hermanas se separan hacia los polos.
IV.
Telofase
1) Un juego de cromosomas llega a cada extremo y comienza a extenderse (cromatina).
2) Reaparecen los nucléolos, la envoltura nuclear, desaparece el huso.
3) Las células comienzas a dividirse por el Ecuador. (citocinesis)
Mitosis
Células hijas mitosis:
➢ Misma cantidad de cromosomas (idénticas)
➢ Deben crecer para dividirse (g1).
➢ Mitosis descontrolada lleva a tumores cancerosos.
Oncogenes: Proteínas que aumentan la probabilidad de que una célula se vuelva cancerígena.
Apoptosis: muerte celular provocada por el organismo en un intento de controlar desarrollo y crecimiento.
*La célula también posee puntos de cotejo, los cuales aseguran que la misma es apta para continuar los
procesos de replicación y división.
Ejemplos:
✓ En 𝐺1 : verificación del DNA para su replicación.
✓ En 𝐺2 : confirmación de que el DNA se replicó correctamente.
✓ Metafase/Anafase: asegura que todos los cromosomas están adheridos al huso y centralizados en el
Ecuador.
Citocinesis (división del citoplasma)
▪
▪
▪
La célula se divide en 2 partes iguales.
Plantas: placa celular se forma y divide las dos nuevas células.
Animales: surco de segmentación se acentúa cada vez más.
Meiosis (formación gametos) (Espermatogénesis y Ovogénesis)
➢ Precedida por la interfase.
➢ Tiene 2 fases: Meiosis I y Meiosis II.
➢ Célula original diploide (2n).
➢ Células hijas contienen la mitad del número original de cromosomas. (Haploides / 1n)
*La Meiosis es la base de la reproducción sexual.
*Dos haploides se unen para formas un cigoto diploide.
Replicación cromosomática:
•
•
Duplicacion del cromosoma previo a la división celular.
Las copias se conocen como cromátidas hermanas (unidas por el
centrómero).
Alelo: cada una de las posibles formas de un gen. (A, a, AA, aa, Aa…)
Las cromátidas hermanas poseen el mismo gen y el mismo alelo.
Las cromátidas homólogas poseen el mismo gen pero distinto alelo. Se separan en Meiosis I.
Meiosis I
I.
Profase I
a) Sinapsis (formación Tétradas).
b) Entrecruzamiento (intercambio de fragmentos = recombinación)
c) Condensación cromosomas y formación del huso.
I.
Metafase I
a) Alineamiento de homólogos.
II.
Anafase I
a) Cada cromosoma homólogo se separa a lados opuestos.
b) Cromátidas hermanas siguen unidas al centrómero
III.
Telofase I
a) Re ensamblaje envoltura nuclear.
b) Huso desaparece.
c) Citocinesis propicia división.
Meiosis II
Solo un homólogo está presente en cada célula.
Produce gametos con una copia de cada cromosoma (una copia de cada gen).
Notas adicionales:
1. Casi todos los eucariontes poseen 3 tipos de células:
a) Células madre: tienen dos características importantes: se renuevan ellas mismas y poseen
la capacidad de diferenciarse en varios tipos de células.
b) Otras células capaces de dividirse: estas son especializadas.
c) Células diferenciadas permanentemente: son especializadas, pero no se regeneran.
2. El ciclo celular está regulado por enzimas CDK. Cinasa fosforila, dependientes de ciclina.
3. Autosomas- iguales en machos y hembras; cromosomas sexuales- diferentes.