Citocinesis

Tras la mitosis y meiosis, el citoplasma se divide en un proceso de citocinesis o citodiéresis que puede transcurrir de tres maneras diferentes:

1. La bipartición. Se forman dos individuos iguales. Se dan protoctistas. Es la forma más corriente de citocinesis.
   
2. La gemación. Los núcleos hijos migran a la membrana plasmática que se evagina, crece y se separa.
   
3. La difivisión múltiple o esporulación. Divisiones sucesivas del núcleo, pero no del citoplasma. Se produce la escisión del citoplasma según el número de núcleos formados y rotura posterior de la membrana plasmática de la célula madre.
   

Importancia de las divisiones

• La mitosis:

1. En los unicelulares, es su principal forma de reproducción.
2. En los pluricelulares es el proceso de formación de nuevas células en el crecimiento y desarrollo, para la sustitución de células muertas, la regeneración de partes del cuerpo perdidas o destruidas, para producir células especiales para la reproducción.

• La meiosis:

1. Es necesaria para la reproducción sexual.
2. Gracias a la meiosis, el número de cromosomas se mantiene constante a lo largo de sucesivas generaciones.
3. La meiosis origina gametos que al fecundarse originan un cigoto 2n.
4. Los tres efectos de la meiosis son:

           -Reducir el número de 2n de cromosomas a la mitad, n.
           -Modificar los cromosomas por recombinación, introduciendo más variabilidad genética.
           -Distribuir los cromosomas entre los gametos que se forman.

Meiosis

La meiosis sólo puede producirse en una célula diploide. Sus características:

• A partir de una célula 2n se obtienen 4 células n
• División reduccional, puesto que las células hijas tienen la mitad de cromosomas que la célula madre
• Sólo la experimentan algunas células, siempre diploides. Por ejemplo, en nuestro organismo sólo la sufren las células madres de los gametos
• Consiste en 2 divisiones celulares consecutivas sin duplicación del ADN entre ambas. Se denominan, División meiótica I y división meiótica II

Mitosis

Existen dos tipos de división celular, la mitosis y la meiosis. La mitosis se caracteriza por:

• De una célula madre se originan dos células hijas con el mismo número y mismo tipo de cromosomas que la célula madre.
• La sufren células 2n o n
• Se llama División conservativa
• Antes de la división se duplica el ADN, de manera que de cada fibra de cromatina se forma una copia. Esto es necesario para poder repartir el material genético entre dos células hijas.
• Los cromosomas se visualizan con dos cromátidas al comenzar la división:

FASES DE LA MITOSIS

Reproducción celular

El objetivo de la reproducción es la perpetuación de la especie mediante divisiones de la célula madre que origina dos o más células hijas.

El periodo en el que el núcleo está en reposo, entre dos divisiones, se denomina INTERFASE. El núcleo interfásico se caracteriza por:

• La cromatina está dispersa en el jugo nuclear.
• Los cromosomas no están visibles.
• Cada filamento de cromatinas se enrolla fuertemente cuando la célula va a entrar en división, formando una cromátida.
• En la división cada cromosoma está formado por dos cromátidas, puesto que durante la interfase el material genético se ha duplicado.
• Los cromosomas visibles durante la división celular, fotografiados, recortados y ordenados, forman el cariotipo
• El número de cromosomas es constante para cada especie

 Por el número de cromosomas que presenta una especie, ésta puede ser:

• Diploide, 2n, si presenta pares de cromosomas homólogos. Los cromosomas son homólogos dos a dos. Esto no significa que sean iguales, sino que tienen genes para los mismos caracteres. Cada uno procede de un progenitor.

• Haploide, n, cuando de cada cromosoma sólo hay un ejemplar. No hay parejas de cromosomas homólogos, sino que todos los cromosomas son para diferentes caracteres.

Relación celular

La célula se comunica con su ambiente, captando estímulos y elaborando respuestas.

-Los estímulos pueden ser: la gravedad, la luz, el contacto, sustancias químicas, temperatura, electricidad...

-Las respuestas pueden ser también muy variadas: cambios en el metabolismo, secreción de sustancias, enquistamientos, movimientos y división celular.

• LOS MOVIMIENTOS CELULARES

Pueden ser de tres tipos:

1. Contracción. Cuando se produce el acortamiento de la célula en una dirección, sin desplazamiento.
   
2. El movimiento ameboide. Cuando la célula emite unas prolongaciones pasajeras llamadas pseudópodos. Lo presentan muchas células libres como las amebas, y células de nuestro organismo como los macrófagos.
   
3. El movimiento vibrátil. El que se realiza mediante cilios y flagelos. Estructuras semejantes que se diferencian en que los cilios son cortos y numerosos, mientras que los flagelos son largos y aparecen en pequeño número, normalmente uno o dos.

Catabolismo

Los procesos catabólicos son semejantes en todos los seres vivos. La digestión o hidrólisis de polisacáridos, triglicéridos y proteínas, para liberar monómeros: monosacáridos, glicerina, ácidos grasos y aminoácidos, respectivamente, son procesos catabólicos.

• RESPIRACIÓN CELULAR

Proceso catabólico que supone la destrucción, por oxidación, de las sustancias orgánicas, con la consiguiente liberación de energía que se almacena en forma de ATP. El proceso tiene lugar en la mitocondria.

A partir de ácidos grasos, aminoácidos y monosacáridos (principalmente glucosa), se forman moléculas de Acetil-coenzima A, que sufre una serie de reacciones en la matriz mitocondrial, que se conocen como Ciclo de Krebs.

En el proceso se produce energía en forma de ATP y poder reductor en forma de NADH. Los electrones del NADH sufren un transporte en la llamada "cadena de transporte de electrones" o "cadena respiratoria", liberándose energía que bombea protones desde la matriz hacia el espacio intermembrana.Estos protones salen de nuevo al estroma a través de las partículas F1 de las crestas mitocondriales, produciendo ATP a partir de ADP y Pi.

Como el aceptor final de los electrones es el oxígeno, se formarán moléculas de agua. Por esto, se conoce como respiración aeróbica.

Otros procesos de síntesis

La construcción de polisacáridos a partir de monosacáridos, de triglicéridos a partir de glicerina y ácidos grasos, y de proteínas a partir de aminoácidos, son rutas anabólicas, en las que se requiere un aporte de energía.

Para que se lleve a cabo la fabricación de las proteínas que forman parte de la célula, tanto proteínas estructurales como reguladoras y enzimáticas, tienen que tener lugar los siguientes procesos:

• La información genética que está en el ADN del núcleo, se tiene que transcribir en un ARNm, mensajero que puede salir del núcleo al citoplasma, portando dicha información. Este proceso es la transcripción.

 

• Luego el mensajero es leído por los ribosomas y los ARNt, que llevan los aminoácidos, que se colocarán en la secuencia correcta que forma la proteína.

 

Procesos anabólicos: la fotosíntesis

Nuestra vida en el planeta Tierra depende de la función de unos seres vivos muy especiales, que son capaces de fabricar su propia materia a partir de la luz. Se trata de plantas verdes y algas que realizan la fotosíntesis. Los organismos fotosintéticos utilizan la luz del sol y transforman su energía luminosa en energía para formar glúcidos y otras moléculas orgánicas. Estas moléculas orgánicas forman sus tejidos que sirven de alimento a los seres vivos no fotosintetizadores.
La fotosíntesis permite que las células capten la energía luminosa del sol y la transformen en energía química, la única energía útil para cualquier ruta metabólica. La energía es aprovechada para la síntesis de moléculas y la que no se utiliza se almacena en moléculas energéticas. El proceso de transformación de energía del sol en energía química se realiza en los cloroplastos.
Para que la energía de la luz sirva para algo en el ser vivo, debe ser capturada por moléculas que sean capaces de absorberla. Estas sustancias que capturan la luz se llaman pigmentos y se encuentran en los tilacoides de los cloroplastos. Estos pigmentos pueden ser clorofilas a y b, xantofilas, carotenoides, etc.

La fotosíntesis consta de dos fases:

• La fase lumínica que depende de la luz y se realiza en los tilacoides de los cloroplastos. Los electrones liberados por la fotolisis del agua, se usa para formar NADPH y en el transporte de esos electrones se libera la energía que se utiliza para la síntesis de ATP.
• La fase oscura, independiente de la luz. Se realiza en el estroma y en ella se usa la energía y el poder reductor del NADPH de la fase luminosa para fijar dióxido de carbono y obtener moléculas orgánicas.

El resultado de la fotolisis del agua es la producción de oxígeno que se libera a la atmósfera. La fijación de dióxido de carbono se traduce en la formación de glúcidos y otras sustancias orgánicas. Y el conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en la fase oscura, se conoce como Ciclo de Calvin. La fórmula general de la fotosíntesis:

Importancia de la fotosíntesis:

• Es exclusiva de los seres autótrofos
• Los vegetales fabrican la materia orgánica de la que se alimentan los heterótrofos
• Toda la energía de los seres vivos procede del sol
• Se libera al ambiente el oxígeno necesario para casi todos los seres vivos
• Se forman el ozono estratosférico que permite que la vida se organice sobre los continentes, al evitar la llegada de peligrosos rayos UV.

Excreción y secreción

Mediante la excreción y la secreción, la célula elimina sustancias, bien de desecho, bien procedentes del anabolismo celular. Las diferencias entre excreción y secreción:

Síntesis y degradación de ATP

• Cuando el ATP -> ADP + Pi (fosfato inorgánico), se libera una energía que la célula utilizará para llevar a cabo sus funciones, como pueden ser las reacciones de síntesis o el movimiento. Esta reacción química se conoce como defosforilación.
• Cuando el ADP + Pi -> ATP, se necesita de un aporte de energía, que quedará almacenada en el nuevo enlace. Este proceso sucede ligado a la degradación de nutrientes, como puede ser la degradación oxidativa de la gllucosa. Es decir, se emplea la energía liberada en las reacciones catabólicas. A esta reacción se le llama fosforilación.

Adenosínfosfatos

Son nucleótidos que la célula utiliza como fuente directa de energía.

 

Los enlaces que unen los ácidos fosfóricos son ricos en energía. Se acumula energía cuando se forman los enlaces, y se libera cuando se rompen.

Metabolismo

Conjunto de reacciones químicas que sufren los nutrientes en el interior celular. Implican transformaciones de la materia y la energía.

Esquema transporte de moléculas

Transcitosis

Cuando una célula permite el paso por su citoplasma de una vesícula producida por endocitosis, que posteriormente sufre exocitosis en otro punto de su membrana, el proceso se conoce como transcitosis. Tiene lugar, por ejemplo, en las células endoteliales de los capilares sanguíneos. Permite el paso de partículas desde el medio sanguíneo hacia los tejidos.

Exocitosis

El proceso contrario a la endocitosis es la exocitosis. Endocitosis y exocitosis son dos procesos que están regulados por la célula para mantener constante la membrana plasmática, ya que permiten su regeneración pues los fagosomas que contienen las moléculas fagocitadas se forman a partir de membrana plasmática y cuando el proceso de digestión celular llevado a cabo por los lisosomas finaliza se lleva a cabo la excreción celular por exocitosis recuperándose la membrana utilizada para la formación del fagosoma.

Endocitosis

La endocitosis es un proceso por el cual la célula introduce moléculas grandes o partículas, y lo hace englobándolas en una invaginación de la membrana citoplasmática, formando una vesícula que termina por desprenderse de la membrana para incorporarse al citoplasma. Cuando la endocitosis da lugar a la captura de partículas se denomina fagocitosis, y cuando son solamente porciones de líquido las capturadas, se denomina pinocitosis.

El mecanismo de endocitosis más común es la fagocitosis, este consiste en la introducción de una molécula de gran tamaño al medio intracelular. Primero la molécula se apoya en una zona de la membrana celular produciéndose una invaginación, al entrar dentro de la célula la molécula queda envuelta en membrana plasmática dando lugar a una vesícula denominada fagosoma. El fagosoma será digerido por los orgánulos encargados de realizar la digestión celular: los lisosomas.
La endocitosis mediada por receptores solo incluye al receptor y a aquellas moléculas que se unen a dicho receptor, es decir, es un tipo de endocitosis muy selectivo.

Profundizar con animaciones

Pincha en el link para profundizar con una animación del transporte pasivo:
http://www.bionova.org.es/animbio/anim/pasivo1.swf

Pincha en el link para estudiar la bomba de sodio potasio a partir de una animación:
http://www.mhhe.com/sem/Spanish_Animations/sp_sodium_potassium.swf

Transporte activo

Se realiza contra gradiente y con gasto de energía. Un ejemplo es el funcionamiento de la bomba de sodio potasio:

La bomba de sodio potasio forma parte del transporte activo de membrana, por tanto, actúa con aporte de energía en forma de ATP, y para evitar que los iones de sodio y potasio equilibren sus concentraciones a uno y otro lado de la membrana. Lo que generará una diferencia de potencial, llamada potencial de membrana, que permite la actividad normal de la membrana.

Solo actúa en la membrana plasmática, nunca en otra membrana de orgánulos membranosos internos de la célula, y lo hace de la siguiente manera:

• La hidrólisis de una molécula de ATP implica un cambio de conformación de esta proteína de transmembrana, de manera que se produce la unión de 3 iones de sodio en la cara interna, que se provocan el cambio conformacional con salida de estos iones al medio extracelular.
• A continuación se unen 2 iones de potasio que se introducen al citoplasma, con nuevo cambio conformacional, de modo que los cationes de potasio se introducen al citoplasma contra gradiente y con gasto de energía.

Transporte pasivo

Se realiza a favor de gradiente y sin gasto de energía. Podemos distinguir:

• Transporte simple, que se realiza a favor de gradiente de concentración, para pequeñas moléculas como el agua y las moléculas apolares, fácilmente solubles en la bicapa lipídica. Al proceso se le llama también difusión simple. Características de este proceso:

1. A favor de gradiente de concentración, significa que pasarán desde el lugar donde la concentración es mayor, a donde la concentración es menor, hasta llegar a un equilibrio o igualdad de concentración a uno y otro lado de la membrana. 
2. Solo las moléculas pequeñas y no polares, como el oxígeno, nitrógeno, o bien las polares sin carga, como el dióxido de carbono, así como las moléculas solubles en lípidos, como hormonas esteroideas, atraviesan la bicapa lipídica por simple difusión, sin mediación de proteínas de membrana.
3. Para el resto intervienen las llamadas proteínas canal. Canales acuosos siempre abiertos que permiten el paso de diversos iones.
4. El agua también pasa a través de estas proteínas canal, llamadas acuoporinas (AQP). El paso de agua por estos poros se realiza por ósmosis.

• Transporte facilitado, que se realiza también a favor de gradiente, pero para moléculas que son polares, y que, por tanto, no se disuelven bien en la bicapa lipídica. Características de la difusión facilitada:

1. Las proteínas transportadoras son específicas y se denominan permeasas. Se unen a la molécula que va a ser transportada.
2. Estas proteínas, que se conocen también como carriers, gracias a cambios conformacionales, toman una molécula de un lado y lo transportan al otro lado de la membrana. Siempre a favor de gradiente de concentración.

Ingestión

La ingestión de sustancias y partículas se realiza a través de la membrana plasmática.
La membrana plasmática tiene permeabilidad selectiva, regulando los intercambios que se dan entre la célula y su medio externo. El paso de moléculas de bajo peso molecular, a través de la membrana se puede realizar con gasto de energía (transporte activo) o sin gasto energético (transporte pasivo).

Funciones de nutrición celulares

El intercambio de materia y energía con el medio externo a la célula, constituye la función de nutrición celular.

Los nutrientes son fuente de materia y energía y son incorporados por la célula en un proceso de ingestión. El verdadero meollo de la nutrición sucede en el interior celular, donde un conjunto de reacciones químicas le permite a la célula fabricar sus nuevos materiales y componentes celulares, y obtener la energía para todos sus procesos. Este conjunto de reacciones químicas se conoce como metabolismo.

Resultado de las reacciones metabólicas, se produce materia tóxica e inútil, como el dióxido de carbono y otros desechos celulares, que son eliminados en los procesos de excreción. Pero la célula también expulsa al medio exterior algunas sustancias que van a ser útiles en otras zonas del organismo, son las sustancias de secreción.

Resultado del metabolismo, también se libera calor.