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Allí, las moléculas de perforina se co­lime rizan, es decir, se unen entre ellas ar- O s mando largas cadenas en forma de cilin- ' . / t ^ v dros huecos. Estos cilindros son "balas ^ mortales" que perforan la membrana de la J L ^ v ’ p ; célula peligrosa, la cual termina llena de j ? ! agujeros lo suficientemente grandes como , % / j para que penetren el agua y diversas sales, \ , \ ,/ 1$ ^ % ^ hasta que la célula estalla. Los linfocitos T, \ -v. ’ I \ ^ f por su parte, después de cumplir su tarea, se ■? 1 O / alejan en busca de otro blanco. ' /'A J N-

De la misma manera que en una guerra, es imprescindible distinguir entre el enemigo a eliminar y el amigo a proteger. Si la perforina segregada por los linfocitos perforara cualquier célula común del cuerpo, se­ría peor el remedio que la enfermedad. El sistema inmunológico lo ha previsto: las moléculas de perforina sólo actúan sobre las membra­nas de las células peligrosas. Esas moléculas, sueltas, son totalmente inofensivas, y a ninguna célula le pasará nada, salvo a aquella a la que está adherida el linfocito.

Los científicos sospechan que, probablemente, hay otros mecanismos de defensa que el cuer­po utiliza para destruir las células dañinas. Uno de ellos sería menos mecánico y más químico, el linfocito envía una señal química a la célula invasora, esa señal se propaga en el interior de esta y, cuando llega al núcleo, lo hace estallar. Células asesinas, complejos mecanismos de defensa... son sólo algunas de las tantas sorpresas que esconde la siempre sorprendente maquinaria de la vida.

El sida es una de las enfermedades más terribles de nuestro tiempo y, contra ella, el sistema inmunológico no consigue ganar la batalla. La razón es que el sida tiene una relación directa con el sistema inmunológico. Averigüen cuál es.

¿Por qué es tan importante una membrana para la célula? ¿Por qué es tan “ letal” la perforina? * ;

¿Por qué se dice que “ no es extraño que la evolución haya perfeccionado un sis­tema eficiente” ? ¿En qué sentido no es extraño? ¿Soluciona la evolución todos los problemas, como si actuara inteligentemente? Ojo con esta pregunta.

Metabolismo celular

presión as para da del ue la isla y prcci- na ma- rm ada un tipo

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Si bien todos !los seres vivos son capaces desintetizar aminoácidos, muchos de ellos no tienen la posibilidad de sintetizar todos los que necesi­

tan para su vida. En el caso del

I hombre, existen ocho aminoá­cidos esenciales. El término

esencial no significa que sean los únicos necesarios, sino que

son indispensables en su alimenta­ción, ya que el ser humano no lospuede elaborar.

Aminoácidos y proteínasLas proteínas constituyen la mayor parte de la masa de las cé

lulas y cumplen funciones importantes en la mayoría de las activi­dades biológicas.

A continuación, se mencionan algunas de las funciones más importantes. Catalizadores biológicos.

Las enzimas son proteínas que actúan acelerando la velocidad de las reacciones químicas.

LVOS

Aminoácidos esenciales

Sostén. El colágeno, por ejemplo, es una proteína que se encuentra en car­tílagos y en tendones; la queratina, en el pelo y las uñas.

nan-

Movimiento. La miosina p mite la contracción de los músculos.;enta

7oria Transporte. En los gló­bulos rojos, la hemoglobina trans porta el oxígeno a los tejidos.ncio-

Los am inoácidos son las unidades con las que se construyen las proteínas. Además, son las precursoras de otras clases de molé­culas, como hormonas, neurotransmisores y pigmentos.

Las proteínas son macromoléculas compuestas por largas cade­nas de aminoácidos. Todas las proteínas de los seres vivos están formadas por un conjunto de veinte aminoácidos distintos. La diferencia que existe entre las distintas proteínas es que cada una tiene un número y una secuencia de aminoácidos particular.

s que bono, idró-

¿Qué son los bioelementos y cuáles son los más importantes?

¿Qué son las biomoléculas y de qué forma se clasifican?

¿A qué se llama polímero? Ejem­plifiquen.

¿Cuáles son los monómeros que forman a tas proteínas? ¿Qué otras funciones cumplen?

¿Cuál es la importancia biológi­ca de las proteínas?

¿Qué significa que una proteína se desnaturalice?

El orden lineal o la secuencia de aminoácidos dentro de la proteína constituye el primer nivel de organi zación. Las interacciones entre los aminoácidos de la cadena pueden ocasionar plegamientos o dobleces, lo que le confiere una estructura espacial particular o conformación tridimensional.

c a p ít u lo 5 Metabolismo celular 73

Las células y sus componentes IIGlúcidos o hidratos de carbono

Los glúcidos son compuestos comúnmente denominados azú­cares. Algunos de ellos son muy conocidos, como el azúcar de me­sa y el almidón. Los glúcidos se clasifican en distintas clases, según el largo de su cadena.

Los m onosacáridos o azúcares simples son moléculas forma­das por cadenas de entre tres y siete átomos de carbono, además de átomos de hidrógeno y de oxígeno. Los monosacáridos de seis carbonos se llaman hexosas, como la glucosa, la galactosa y la fructosa, cuya función biológica es aportar la energía que las célu­las necesitan para cumplir diversas funciones. La glucosa es el principal combustible celular de la mayoría de las células.

Las pentosas son monosacáridos de cinco átomos de carbono, como la ribosa y la desoxirribosa, que forman parte de moléculas más complejas, llamadas nucleótidos.

Los oligosacáridos se originan por la unión de unas pocas mo­léculas de unidades de monosacáridos. Los más abundantes son los disacáridos, como la sacarosa o azúcar común, formada por una molécula de glucosa y por una de fructosa; la lactosa o azúcar de la leche, compuesta por una glucosa y por una molécula de galactosa, y la maltosa, formada por dos moléculas de glucosa. En general, los oligosacáridos que tienen tres o más unidades de monosacáridos no se encuentran libres, sino que se unen a lípidos, para formar gluco- lípidos, o a proteínas, para formar glucoproteínas.

Los polisacáridos son cadenas largas, ramificadas o lineales, de cientos o miles de unidades de monosacáridos. Algunos polisa­cáridos, como el almidón en las células vegetales y el glucógeno en las células animales, tienen como función almacenar energía que se utilizará cuando se requiera. Otros cumplen una función estructural, como la celulosa, que forma parte de las paredes celulares de s \ las células vegetales, y la quitina, que se en- -mcuentra en la pared celular de los hongos y en el exoesqueleto de los artrópodos.

Sacarosa o azúcar de mesa.

La fructosa es el azúcar presente en las frutas.

La lactosa es un disacárido presente en la leche.

El exoesqueleto de los artró­podos y las paredes celulares de las células de los hongos contienen quitina.

Las paredes celulares de las células vegetales contienen celulosa.

74 Metabolismo celular c a p í t u l o 5 *

X

LípidosLos lípidos constituyen un grupo de compuestos orgánicos di­

versos que cumplen distintas funciones biológicas y que tienen en común ser insolubles en agua.

Los ácidos grasos, asociados a una molécula de glicerol, forman las grasas y los aceites, dos tipos de moléculas que almacenan energía.

Los ácidos grasos también forman parte de los fosfolípídos, componentes fundamentales de las membranas celulares.

Las ceras constituyen un grupo de lípidos de función protecto­ra y estructural. La cera que secretan las glándulas de la piel de los mamíferos y de las aves es un ejemplo de la función de protección, mientras que la cera con la que las abejas construyen el panal es un ejemplo de función estructural.

Los esteroides son un grupo variado de lípidos. Entre ellos se pueden mencionar el colesterol, que forma parte de las membranas celulares de las células animales; los ácidos biliares, presentes en la bilis; las hormonas sexuales (testosterona, estrógenos y progeste- rona); las hormonas producidas por la corteza suprarrenal (cortisol y aldosterona), y la vitamina D.

Los terpenos son las unidades a partir de las cuales se forman las vitaminas A, E y K, y los pigmentos vegetales como los carote­nos y las xantofilas.

Nucleótidos y ácidos nucleicosLos nucleótidos son las unidades que conforman los ácidos

nucleicos AD N (ácido desoxirribonucleico) y A RN (ácido ribonu­cleico). Estas son moléculas que contienen la información genética de la célula.

Cada nucleótido está formado por tres componentes: una base nitrogenada (molécula en forma de anillo, que tiene nitrógeno), una pentosa (ribosa o desoxirribosa) y uno, dos o tres grupos fos­fatos. Los nucleótidos, además de ser las unidades de construcción de los ácidos nucleicos, cumplen otras funciones biológicas relacio­nadas con el transporte de energía.

Grupofosfato

Esquema general de un nucleótido.

Los aceites de origen vegetal son muy utilizados en la alimentación humana.

¿Qué son los monosacáridos?¿Qué son las hexosas y cuál es

su función? Den ejemplos.¿Qué función cumplen las pen-

tosas? Den ejemplos.¿Cuáles glúcidos son polímeros?

Den ejemplos.¿Qué función cumplen los áci­

dos grasos? ¿De qué lípidos for­man parte?

¿Qué lípidos forman parte de las membranas celulares?

¿Qué funciones cumplen tos nucleótidos?

Los ácidos nucleicos, ¿son polí­meros? Justifiquen su respuesta.

c a p ít u l o 5 Metabolismo celular 75

Las abejas emplean cera para construir sus panales.

Ruptura de los y er -¡res químicos.

Energía

; grupos

La energía de los compuestos orgánicosFormar moléculas complejas a partir de moléculas simples,

acumular y retener sustancias en el interior de las células, contraer los músculos, entre otras, son actividades que requieren energía.

La glucosa es el principal combustible celular de muchas célu­las. También los ácidos grasos y los aminoácidos son, en menor medida, fuentes de energía.

La energía que poseen estas moléculas es energía quím ica y es­tá contenida en los enlaces o uniones químicas que hay entre los átomos que forman la molécula. La energía guardada o contenida en los enlaces químicos se libera cuando estos se rompen. Parte de esa energía se utiliza y otra parte se disipa o se pierde en forma de calor.

La energía que la célula puede utilizar no queda libre o “suel­ta”, sino que se “guarda” temporalmente en las uniones químicas de otras moléculas, llamadas transportadoras de energía. Estas moléculas transportadoras de energía se conocen por sus siglas.El principal transportador de energía se llama adenosín trifosfato o A T P, que es un nucleótido compuesto por la base nitrogenada adenina, el azúcar de cinco carbonos ribosa y tres grupos fosfato.

Esquema de la molécula de A TP. MetabolismoEl m etabolismo es la suma de todos los procesos o las trans­

formaciones químicas que se producen en una célula. Es una acti­vidad muy coordinada que les permite a las células:

• obtener energía a partir de la luz solar (autótrofos) o median­te la degradación de nutrientes ricos en energía provenientes del ambiente (heterótrofos);

• formar moléculas complejas (proteínas, ácidos nucleicos, polisacáridos, lípidos) a partir de moléculas precursoras;

• sintetizar y degradar biomoléculas necesarias para realizar funciones celulares especializadas.

La mayoría de las reacciones químicas que se producen en las células puede clasificarse en catabólicas y en anabólicas.

Las reacciones catabólicas son aquellas en las que se degradan o se rompen moléculas complejas para liberar energía. Estas reacciones, en las que se libera energía química, se denominan exergónicas.

Las reacciones anabólicas son aquellas en las que se sinteti­zan, construyen o fabrican moléculas complejas a partir de molé­culas más simples, para lo cual es necesario un aporte de energía. Esta energía es provista, fundamentalmente, por las moléculas de ATP. Este tipo de reacciones, en las que se consume energía, se denominan endergónicas.

Todas las reacciones del metabolismo celular se llevan a cabo en distintas etapas, en las cuales interviene un grupo de proteínas, llamadas enzimas.

7 6 Metabolismo celular c a p í t u l o 5

Azúcar pentosa (ribosa)

Base nitrogenada (adenina)

Desechos Pérdida deenergía (calor)

Metabolismo general de una célula.

Moléculasprecursoras

Moléculas complejas

Guía de lectura

EnzimaLas enzimas VLas enzimas son proteínas altamente especializadas, que ac­

túan como catalizadores de las reacciones químicas que se llevan a cabo en los seres vivos. La única excepción son las ribozimas, que son moléculas de ARN en lugar de proteínas.

¿Por qué es necesaria la actividad de las enzimas para los seres vivos? Las reacciones bioquímicas, en las condiciones del interior de las células, sin la presencia de catalizadores tienden a ser dema­siado lentas para las necesidades de los organismos.

Para que una reacción química se inicie o se desencadene, es necesario un aporte de energía que active las moléculas que parti­cipan en ella y que se denomina energía de activación. La energía que hace falta para el inicio de la reacción y para el aumento de su velocidad puede lograrse elevando la temperatura, pero esto no es posible en las células, que deben mantener temperaturas modera­das y estables. Las enzimas aumentan la velocidad de una reacción pues disminuyen la energía de activación.

Las moléculas sobre las que actúan las enzimas se denominan sustratos o reactivos. Las moléculas que se obtienen como resul­tado de la reacción se llaman productos.

Las enzimas poseen un sitio activo, que es el lugar de la molé­cula que se une temporariamente al sustrato. De esta manera, se forma el complejo enzim a-sustrato, una asociación que facilita la reacción y la formación de uno o más sustratos a partir de uno o varios productos.

En un principio, los científicos creían que el sustrato “encajaba” en el sitio activo de la enzima como una llave en la cerradura. Estudios posteriores determinaron que el sitio activo de las enzimas no es rígido como una cerradura, sino flexible, y posibilita un cambio en la conformación (forma) de la enzima.Se produce así un “encaje” o “ajuste inducido” entre la enzima y el sustrato, que favorece la reacción.

SustratoEncaje

llave-cerradura i n i

Reactivos

Energía de activación Productos

Acción de una enzima

Sustrato o reactivo

Enzimas

Productos

Glosa

Catalizador: sustancia que acelera una reacción química sin modificarse ni sufrir ninguna alteración.

Complejo

enzima-sustrato

¿En qué forma se encuentra la energía en las moléculas?

¿Por qué el ATP es un interme­diario energético?

¿A qué se llama metabolismo?Señalen las características de

las reacciones catabólicas y ana­bólicas.

¿Qué es una enzima?¿Podrían los seres vivos existir

sin la actividad de las enzimas? ¿Por qué?

Sustrato

Encaje" inducido

i Complejo 1 enzima-sustrato

Las enzimas aceleran entre cien y mil veces las velocidades de las reacciones. Una enzima típica puede transformar unas mil mo­léculas de sustrato por segundo. Otra característica es que aceleran reacciones químicas específicas, es decir que cada enzima actúa so­bre un sustrato determinado, catalizando una reacción y no otra.

c a p í t u lo 5 Metabolismo celular 7 7

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Célula eucariota vista con un microscopio electrónico (3.000 aumentos)

Mitocondria (20.000 aumentos)

Las células obtienen energía para sus actividades, degradando moléculas combustibles y liberando la energía contenida en sus uniones químicas. El principal combustible celular es la glucosa, que puede ser degradada en forma incompleta o en forma completa.

La degradación completa de la glucosa consta de dos etapas: la primera es la glucó- lisis y la segunda es la respiración celular.

La glucólisis se produce en el citoplasma. Como no requiere la presencia de oxígeno, se denomina auaeróbica. Para algunos organismos, como muchas bacterias, las levaduras y las células de algunos tejidos, esta etapa es la única forma de obtención de energía.'

La respiración celular se produce en las mitocondrias. Consta de dos fases: el ciclo de Krebs y la cadena de transporte de electrones. Como esta etapa requiere de oxígeno, •se denomina aeróbica. Además de la glucosa y de otros monosacáridos, las células pueden obtener energía utilizando ácidos grasos y aminoácidos como combustibles.

-■Atomo de carbono

Ciclo de KrebsEl ácido pirúvico obtenido de la glucólisis ingresa en la mi­tocondria, en cuya matriz continúa degradándose. Primero, pierde un átomo de carbono, que se libera como dióxido de carbono, y se transforma en una molécula de dos carbonos. Esta molécula se degrada totalmente a través de una serie compleja de reacciones, hasta producir dióxido de carbono, que sale de la mitocondria y luego abandona la célula por difusión. Durante este proceso, se libera más energía, que se utiliza para sintetizar más ATP. En estas reaccio­nes, que dan como producto final el dióxido de carbono, se liberan átomos de hidrógeno que van a las moléculas aceptaras de hidrógenos,

Durante esta etapa, la molécula de glucosa, que tiene seis átomos de carbono, se convierte en dos molé­culas de ácido pirúvico, cada una con tres átomos de carbono. Como resultado de este proceso, parte de la energía cedida por la molé­cula de glucosa se utiliza para sin­tetizar dos moléculas de ATP. Ade­más, se liberan átomos de hidró­geno que van a ser captados por una molécula “aceptora” .

Ecuación gcncrsi d0 13 <degradación completa de la glucosa

| Glucosa + Oxígeno —i Dióxido de carbono + Agua + Energía I

¡ Q^12®6 6 02 — ----------► 6 C02 + H20 + 36 ATP

Cadena de transporte de electrones

> Por cada molécula de glucosa i que se degrada en forma com-

í pieta, se consumen seis molé­is ■ cutas de oxígeno, y se forman ,!■ W seis moléculas de dióxido de

carbono, seis de agua y 36 mo- Wm_ téculas de ATP.

La energía química contenida " W en las moléculas de glucosa se

; libera y queda atrapada en las moléculas de ATP, que se em-

I plearán para aportar la energía i necesaria para las actividades ¡i biológicas de la célula.

Muchas bacterias obtienen energía ma través de la fermentación láctica. <■ ' i * -

la ferme.Para las células que obtienen energía en forma aerábica, la glucólisis es sólo el comienzo de la degradación de la glucosa. En el caso de tos organismos anaeróbicos, y para las células de algunos tejidos, como las que forman el músculo esquelético (que puedeniencontrarse momentáneamente sin oxígeno dispo nible), la glucólisis se convierte en la fuente principal de ATP de la célula. En es tos casos, tas moléculas de ácido pirúvico no son degradadas en las mitocondrias, sino que permanecen en el citoplasma, donde pueden transformarse en ácido láctico, como sucede en las células de los músculos esqueléticos y en distintas bacterias, o en etanol y en dióxido de carbono, como ocurre en tas levaduras. Estas reacciones se llaman fermentaciones.

Las levaduras obtienen energía por medio de la fermentación alcohólica.

Membrana interna de la mitocondria

Membrana externa de la mitocondria

Cadena de transporte de electronesLa última etapa de la respiración celular se produce en las crestas de las mitocondrias. A través de distintos pasos, tas moléculas que aceptaron los átomos de lú- drógeno durante las etapas an­teriores, los liberan y estos reac­cionan con el oxígeno molecular (el mismo que se toma del aire durante la inspiración) produ­ciendo más ATP v agua.

Los organismos hete- rótrofos utilizan la energía que poseen las uniones químicas de las moléculas orgánicas que com ponen los alimentos. Pero como esas moléculas son producidas por los organismos fotosintetiza- dores, es el Sol la fuente de ener­gía para todos los seres vivos, tanto para los autótrofos como para los heterótrofos.

Tilacoide

La fotosíntesisLa fotosín tesis es un proceso anabólico, de sín tesis o cons­

trucción. Los organismos fotosintetizadores o autótrofos utilizan la energía de la luz solar para fabricar materia orgánica (glúcidos y otras moléculas) a partir de dióxido de carbono y de agua. En este proceso, liberan oxígeno a la atmósfera. Los organismos heterótro­fos utilizan el oxígeno para degradar hasta dióxido de carbono y agua los productos orgánicos ricos en energía que se formaron du­rante la fotosíntesis y obtener energía en forma de ATP, que se utiliza en las distintas actividades celulares. Por lo tanto, el dióxi­do de carbono producido durante la respiración celular regresa a la atmósfera para ser utilizado, nuevamente, durante la fotosíntesis.

La fotosíntesis se lleva a cabo en los cloroplastos, organelas especializadas que se encuentran en las células de las plantas y de las algas, es decir, en los eucariotas autótrofos. Sin embargo, tam­bién existen organismos procariotas que son fotosintéticos, aunque no posean cloroplastos, como las cianobacterias o algas verdeazula- das y algunas bacterias.

La fotosíntesis se realiza en dos etapas o fases: la etapa lumi­nosa o fotodependiente y la etapa oscura o fotoindependíente.

fotosintéticos

El principal pigmento fotosintético es la clorofila, pero también existen otros pigmentos fotosintéticos acce­sorios. La fynción de los pigmentos es absorber o “atrapar” la energía de la luz solar, que se utiliza para formar ATP.

Fase fotodependienteEn esta etapa, se llevan a cabo las reacciones activadas por la

luz solar: se rompen moléculas de agua (hidrólisis) obtenidas del ambiente y, como resultado, se libera oxígeno a la atmósfera y se obtienen hidrógenos (que son captados por moléculas “aceptoras”) y ATP que se van a usar en la etapa siguiente.

Hoja de una planta.

CloroplastoEstroma Los cloroplastos se encuentran, princi­palmente, en las células de las hojas de las plantas. En ellos están presentes las enzimas y los pigmentos necesarios para la fase fotodependiente, que tiene lugar en los tilacoides.

Grana (grupo de tilacoides)

Cadena de trans­porte de electrones

Moléculasaceptoras

A la fasefotoindependíente

Luz solar

Fotosistema ICélula vegetal.Fotosistema II

A la atmósfera

80 Metabolismo celular c a p í t u l o 5

Ba;j

tesis ca. F lum:maci

I

únic

Las reacciones de esta fase pueden llevarse a cabo tanto cc ~ luz como en la oscuridad y en conjunto reciben el nombre de ciciclo de Calvin.

Este tiene lugar en el estrom a de los cloroplastos, donde se en­cuentran todas las enzimas necesarias para la "fijación” del dióxido de carbono. En esta fase se sintetiza materia orgánica a partir de materia inorgánica (dióxido de carbono y agua) proveniente del ambiente.

1. El dióxido de carbono de la atmós­fera, que ingresa por difusión a tra­vés de los estomas de la planta, es incorporado a una molécula de cin­co átomos de carbono, presente en el estroma del cloroplasto.

2. En estas reac­ciones se utilizan los hidrógenos del agua, que estaban

en las moléculas aceptoras, y el ATP

producido durante la etapa luminosa.

3. Se forma una molécu­la de seis átomos de car­bono muy inestable que, a través de sucesivas transformaciones, forma una molécula de tres átomos de carbono.

4. Parte de las moléculas de tres car­bonos formadas se emplean para sintetizar aEmidón, una macromolécula de reserva de energía de las plantas.El resto de las moléculas de tres carbonos pasan al citoplasma de la célula, donde son utilizadas para elaborar glucosa y otros glúcidos. Los glúci­dos se exportan desde las hojas, a través de los vasos de conducción, hacia las células de la planta que no realizan fotosíntesis.

Balance del procesoLa energía del Sol absorbida en la primera etapa de la fotosín­

tesis se-emplea en la segunda etapa para construir materia orgáni­ca. Por lo tanto, como consecuencia de la fotosíntesis, la energía lumínica del Sol se transforma en energía química que queda al­macenada en las uniones químicas de las moléculas orgánicas.

La fotosíntesis es la principal fuente de materia orgánica y la única fuente de oxígeno para los seres vivos.

co2 + h2o ► c6h12o6 + 02

Dióxido de carbono + Agua Glucosa + Oxígeno

En los cloroplastos, además de la fotosíntesis, se realizan otros pro­cesos de biosíntesis. Algunos ami­noácidos y todos los ácidos grasos de la célula, por ejemplo, son fa­bricados en el estroma de los clo­roplastos. Por lo tanto, la impor­tancia de estas organelas no se li­mita a su papel en la fotosíntesis.

Guía de lectura

; i' .’¿Cuáles son los elementos a

partir de los cuales los autótrofos fotosintetizadores construyen ma­teria orgánica?

¿Por qué es fundamental la foto­síntesis para la vida en el planeta?

¿Dónde se lleva a cabo y qué sucede durante la etapa fotode­pendiente?

¿En qué consiste la etapa oscura y dónde se produce?

¿Qué sucede con el producto obtenido de la fotosíntesis?

¿Qué otros procesos, además de la fotosíntesis, se producen en los cloroplastos?

La fotosíntesis y ¡a biosíntesis son reacciones anabólicas, ¿por qué?

Fase fotoindependíente

c a p ít u lo 5 Metabolismo celular 81

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El origen de las mitocondrias y de los cloroplastos

La mayoría de los seres vivos actuales está formada por células eucariotas que poseen, entre otras organelas, mitocondrias especiali­zadas en la producción de energía en forma aeróbica. Las células fo- tosintéticas de las plantas y de las algas tienen, además, cloroplastos, donde se lleva a cabo la fotosíntesis. Pero esto no siempre fue así.

Los procariotas originalesLas primeras células surgieron en el agua hace más de 3.600 millones de años y eran de tipo

procariota. En la atmósfera existente en esa época, no había oxígeno libre, por lo cual estas prime­ras formas de vida, que eran heterótrofas, obtenían energía por algún mecanismo anae-

róbico. A partir de estas células, evolucionaron un grupo de organismos fotosintéti- cos: las cianobacterias. Este grupo de procariotas fotosintéticos es considerado el

1 "responsable” de haber producido el oxígeno que, desde hace unos 2.500 millo­nes de años, se fue acumulando en la atmósfera. Con

’í el paso del tiempo, algunas bacterias pudieron utili­zar el oxígeno producido por las cianobacterias para

degradar totalmente las moléculas de nutrientes y obtener así energía, dando origen a las primeras células aeróbicas.

En consecuencia, los primeros organismos con metabo­lismo aeróbico fueron procariotas.

ADN mitocondrial

Cianobacterias o algas verdeazuladas.

Membrana interna

Membrana externaLos primeros eucariotasLas primeras células eucariotas, con un núcleo en el interior del cual se

encuentra el material hereditario, aparecieron hace alrededor de 1.500 millones de años y eran anaeróbicas.

Existen evidencias que sugieren que las mitocondrias y los clo­roplastos que poseen las células eucariotas actuales evolucionaron a partir de bacterias aeróbicas y de cianobacterias, que fueron “comidas” por células eucariotas primitivas, que obtenían energía en forma anaeróbica. Esta idea, propuesta por Lynn Margulis hace 30 años, y apoyada actualm ente por la mayoría de los biólogos, se conoce co mo h ip ó tesis endosím biótica.

Cuando se comparan las mitocondrias y los cloroplastos con las bacterias actuales, se encuentran muchas coincidencias que refuerzan la hipótesis de la endosimbiosis:

.* las bacterias se originan por división simple; tanto las mitocon­drias como los cloroplastos que poseen las células eucariotas se multi­plican de la misma forma y, aparentemente, no pueden ser fabricados, como otras organelas, por la célula que los posee;

• las m itocondrias y los cloroplastos tienen ADN sem ejante al de las bacterias y cianobacterias; a su vez, el ADN de los cloroplastos es semejante al de un grupo de cianobacterias;

• las mitocondrias y los cloroplastos contienen todas las enzimas necesarias para formar las proteínas que están codificadas en su ADN.

iMitocondria de origen

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Duplicación del ADN

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Mitocondrias resultantes de la división

Metabolismo celular <

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¿Cómo pudieron bacterias libres llegar a formar parte de células eucariotas?

Los genes para la síntesis de las proteínas de las m ito- condrias y de los cloroplastos se encuentran en el ADN del núcleo de las células y no en el ADN de las organelas.Durante el curso de la evolución, estos genes deben haber sido transportados desde el ADN de la organela hacia el ADN del núcleo de la célula.

Muchos organismos unicelulares se alimentan por fagocitosis. Ingieren presas rodeándolas con su membra

na y formando en su interior una vesícula o vacuola, dentro de la cual queda el alimento. Posteriormente, la vacuola alimenticia se fusiona con un lisosoma

(organela que posee en su interior enzimas diges­tivas) que degrada a la presa.

Es posible que bacterias aeróbicas fueran fagocita das por células eucariotas primitivas y que, en lugar de ser digeridas, quedaran en el interior de la célula “hos- pedadora”. Para la bacteria aeróbica, el citoplasma de su “anfitrión” era rico en nutrientes. A su vez,

' >: | i / al degradar estos nutrientes, la bacteria le suminis- v 11111 j // traba a la célula hospedadora grandes cantidades

de ATP. Ambas formas de vida podían verse benefi­ciadas por esta nueva situación. De este modo, se ha-

Cloroplasto brían formado las primeras células eucariotas aeróbicas.

Por un mecanismo semejante, algunas de estas nuevas células con mitocondrias (ex bacterias aeróbicas de vida libre) pudieron capturar cianobacterias, que habrían de transformarse en huéspe­des permanentes, que hoy se denominan cloroplastos.

Según Lynn Margulis, "todo ser vivo de la actualidad tiene su an­tepasado en las bacterias... Siempre pensamos que venimos de los si­mios, pero nuestras células vienen realmente del mundo bacteriano".

Célula procariota aeróbica

Célula procariota anaeróbica

ADN libre en el citoplasma

páfíF

EndosimbionteADN dentro de una membrana (núcleo)

Mitocondria Célula eucariota actual

Guía de lectura

¿Qué características tenían los primeros organismos que habita­ron el planeta?

¿Qué importancia tienen las cia­nobacterias en la evolución de la atmósfera?• ¿Cuándo surgieron tas primeras células eucariotas y de qué mane­ra obtenían energía?

¿Qué propone la hipótesis endo- simbiótica?

¿Qué evidencias apoyan esta hipótesis?

¿Qué mecanismo habría posibili­tado a los futuros cloroplastos y a las mitocondrias llegar al interior de sus hospedadores definitivos?

CAPiTU Metabolismo celular

Encía; dentro.Gen: secuencia de nucleótidos deter­minada, o unidad hereditaria, que posee la información para una carac­terística particular.Sim biosis; asociación íntima y pro­longada entre organismos diferentes.

Bacteria vista con el microscopio electrónico.

3. Los siguientes términos están relacionados con las reacciones del metabolismo celular. Agrúpenlos en dos columnas, según corresponda.Anabólicas - Endergónicas - Transformación de sustancias complejas en simples - Catabólicas - E^ergónicas - Transformación de sustancias simples en complejas

1. Señalen la respuesta correcta y justifíquenla.

a) La hemoglobina es_J un polisacárido estructural.. . . j un lípido._1 una proteína.U Ninguna es correcta.

b) Las unidades que forman a las proteínas se llaman U ácidos grasos. _Jmonosacáridos.J aminoácidos._ J Ninguna es correcta.

c) La celulosa es □ una proteína._ J un polisacárido estructural. _J un lípido.■_j Ninguna es correcta.

2. Esquematicen una molécula de ATP. Coloquen las referencias de las unidades que lo forman» indiquen la sigla mediante la cual se lo designa y describan cuál es su función.

4. Respondan brevemente las siguientes preguntas.a) ¿De qué manera pueden las células obtener energía a partir de las moléculas combustibles?b) ¿Qué diferencia existe entre la respiración celular y la fermentación?c) ¿Cuál es la primera etapa de la respiración celular» en qué lugar de la célula se lleva a cabo y qué se obtiene de ella?d) ¿Qué sucede en el interior dé las mitocondrias con las sustancias producidas durante la glucólisis?e) ¿Cuáles son los productos finales de la respiración celular?f) ¿Qué tipos de fermentación existen y cuáles son sus productos finales?g) ¿Qué proceso produce más energía, la respiración celular o la fermentación? ¿Por qué?h) ¿Por qué la respiración celular y la fermentación son reacciones catabólicas?

c a p ít u lo 5 Metabolismo celular

RESPIRACIÓN

Para poner en practica

Coloquen agua de cal en cada una de las cajas de Petri.

Procedimientos de trabajo Relación entre la respiración

y la fotosíntesis en las plantasTal como analizamos en este capítulo, las plantas realizan fotosínte­

sis, es decir, utilizan la energía lumínica que absorbe la clorofila, para fa­bricar materia orgánica a partir de dióxido de carbono (C02) y agua (H20). Pero las plantas, igual que gran parte de los seres vivos, respiran aeróbi- camente, es decir, degradan materia orgánica hasta dióxido de carbono y agua para obtener energía utilizando oxígeno (02). A partir de esta acti­vidad experimental, es probable analizar qué sucede con el dióxido de carbono que la plantas desprenden durante la respiración.

4 * --------------------F O TO S IN TES IS

tos materiales que van a necesitar para esta experiencia son: dos plantas pequeñas, dos cajas de Petri, dos bandejas de telgopor, vela o cinta de embalaje, tela oscura o cartulina negra, dos peceras o dos frascos de vidrio de boca ancha, agua de cal, pipeta y tubo de ensayo.

NotaEl agua de cal o hidróxido de calcio (Ca(OH)2) es incolora, pero cuando se combina con dióxido de carbono, forma una sal llamada carbonato de calcio (CaCO- ) que precipita y enturbia el agua. Para verificarlo, viertan agua de cal en un tubo de ensayo, coloquen una pipeta en su interior y soplen varias veces.

m• Ubiquen sobre cada ban­deja de telgopor una ma­ceta y una cápsula de Petri con el agua de cal.

Tapen con la pecera o con el frasco y sellen tos bordes con vela o cinta de embalaje,• Cubran uno de los dispositivos, de tal manera que no reciba luz (pueden ubicarlo en el interior de un armario).• Coloquen el otro dispositivo en un lugar bien iluminado.• Observen qué cambios se producen en cada uno de los dispositivos luego de 48 horas.

¿Qué variable se modifica en esta actividad experimental?¿Qué proceso no puede llevar a cabo la planta tapada?¿En cuál de los dispositivos varió el aspecto del agua de cal? Expliquen a qué se debe dicho cambio.¿Por qué en el dispositivo que estuvo iluminado, el agua de cal permanece incolora a pesar de que la planta libera C02 durante la respiración?

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