Procesos Celulares Esenciales: ATP, Catabolismo, Fotosíntesis y Proteínas

ATP: La Moneda Energética de la Célula

El ATP (adenosín trifosfato) es un nucleótido esencial para la vida, compuesto por una base nitrogenada (adenina), un azúcar (ribosa) y tres grupos fosfato. Los enlaces que unen estos grupos fosfato son conocidos como enlaces de alta energía, ya que son inestables y liberan una gran cantidad de energía al hidrolizarse. Esta energía liberada se utiliza en procesos celulares que requieren un aporte energético. Por otro lado, la formación de ATP a partir de ADP (adenosín difosfato) y fosfato inorgánico requiere energía. El ATP actúa como la principal molécula de transferencia de energía en los seres vivos, permitiendo la realización de sus actividades vitales.

Catabolismo: Obtención de Energía a partir de la Glucosa

El catabolismo es una fase del metabolismo que comprende las rutas degradativas. En estas rutas, las moléculas orgánicas, principalmente la glucosa, se oxidan para obtener energía en forma de ATP, necesaria para las funciones vitales. La oxidación de la glucosa comienza en el citoplasma celular. El primer paso, que no requiere oxígeno, se denomina glucólisis.

Glucólisis: Primera Etapa del Catabolismo

La glucólisis ocurre en el citoplasma de la célula. Durante este proceso, la glucosa (C₆H₁₂O₆) se divide en dos moléculas de ácido pirúvico o piruvato (CH₃-CO-COOH). La energía liberada en esta reacción se utiliza para sintetizar dos moléculas de ATP.

Fermentación: Una Vía Alternativa de Obtención de Energía

La fermentación es un proceso catabólico con menor rendimiento energético que la respiración celular. Al no utilizar oxígeno, produce una oxidación incompleta de las moléculas orgánicas, y las moléculas de 3 carbonos no se reducen a CO₂. Ocurre en células musculares (produciendo ácido láctico) y en algunas bacterias y hongos. Se utiliza en la producción de alimentos como el yogur y el queso (fermentación láctica) o el vino y la cerveza (fermentación alcohólica).

Respiración Celular: Máxima Eficiencia Energética

La respiración celular es un tipo de catabolismo aeróbico, es decir, utiliza oxígeno para la oxidación completa de moléculas orgánicas a CO₂ y agua. Este proceso tiene una alta eficiencia energética y es realizado por muchas bacterias, la mayoría de los hongos, las células animales, las plantas y los protoctistas. En las células eucariotas, la respiración celular ocurre en las mitocondrias. A nivel global, la glucólisis puede considerarse como el primer paso de la respiración celular.

La respiración celular se divide en las siguientes etapas:

1. Transformación del ácido pirúvico en acetil-coenzima A (acetil-CoA): El acetil-CoA se incorpora al ciclo de Krebs.
2. Ciclo de Krebs: Una serie de reacciones en las que el grupo acetilo se degrada completamente en dos moléculas de CO₂ e hidrógenos.
3. Fosforilación oxidativa o cadena respiratoria: Ocurre en la membrana mitocondrial interna. Es el mecanismo de síntesis de ATP en la respiración, gracias a la oxidación de coenzimas producidas en las etapas anteriores. Además, el hidrógeno que contenía la materia orgánica se une al oxígeno formando agua.

Fotosíntesis: Conversión de Energía Lumínica en Energía Química

La fotosíntesis es el proceso mediante el cual se transforma la materia inorgánica en orgánica utilizando energía lumínica. Se lleva a cabo en los cloroplastos y se desarrolla en dos fases:

Fase Luminosa

Ocurre en la membrana de los tilacoides y solo puede realizarse en presencia de luz. En esta fase, la energía captada por la clorofila se utiliza para:

• Sintetizar moléculas de ATP.
• Romper las moléculas de agua, obteniendo hidrógeno para la siguiente fase y oxígeno que se libera al medio.

Fase Oscura

Ocurre en el estroma, puede realizarse en ausencia de luz y necesita los productos obtenidos en la fase luminosa (ATP y NADPH).

Relación Celular: Estímulos y Respuestas

La función de relación en las células se produce gracias a la percepción de estímulos y la generación de respuestas a los mismos. Los estímulos o señales pueden ser recibidos por las células tanto del medio que las rodea como de su propio interior. Pueden ser de naturaleza física (como la luz) o química (como sustancias liberadas por otras células).

La respuesta de las células es la forma en que estas reaccionan ante el estímulo o señal. En ella siempre hay tres procesos involucrados:

1. Recepción de la señal.
2. Unión de la señal a un receptor específico.
3. Cambio en la actividad celular, como la secreción de sustancias, el movimiento o la multiplicación y división celular.

Reproducción Celular: El Ciclo Celular

La reproducción celular es una secuencia de etapas por las que pasa la vida de una célula con capacidad de dividirse. En las células eucariotas, presenta dos fases principales: la interfase (fase de no división) y la fase M, que comprende la mitosis y la citocinesis, en la que la célula se divide.

Interfase: Es el periodo comprendido entre dos divisiones. Durante la interfase, hay una intensa actividad metabólica, la célula crece y se prepara para dividirse. Se puede dividir en tres fases: G₁, S y G₂.

• Fase G₁: Se produce el crecimiento celular, la formación de orgánulos y la síntesis de proteínas y ARN. Puede durar desde horas hasta años. Las células que dejan de dividirse, como las neuronas, permanecen de manera indefinida en G₁ (denominada en este caso G₀).
• Fase S: Se produce la replicación del ADN.
• Fase G₂: La célula se prepara para la división, iniciándose la condensación de la cromatina para formar los cromosomas.

Aminoácidos: Los Bloques Constructores de las Proteínas

Un aminoácido es el monómero que constituye una proteína. Es un compuesto orgánico que tiene, sobre un mismo átomo de carbono llamado carbono α, un grupo amino (-NH₂) y un grupo carboxilo (-COOH). Las otras dos valencias del carbono α están ocupadas por un átomo de hidrógeno (H) y un radical o cadena lateral (R), que es diferente en cada aminoácido y determina sus propiedades.

Estructura y Función de las Proteínas

Cada proteína se pliega y adquiere una estructura tridimensional característica de la cual depende su función. La forma en que se pliega una proteína está determinada por su secuencia de aminoácidos. Su estabilidad se debe a enlaces débiles entre grupos de átomos de la cadena.

Desnaturalización de Proteínas

La desnaturalización de una proteína es la pérdida de su estructura tridimensional y, como consecuencia, de sus propiedades y su función. Los factores que pueden causar la desnaturalización incluyen un aumento de temperatura, cambios en el pH o en la concentración salina. Dependiendo de cómo se produjo la desnaturalización, el proceso puede ser reversible si se restablecen las condiciones originales. En un proceso de desnaturalización, se rompen los enlaces que mantenían plegada a la proteína, pero no los enlaces peptídicos que unen los aminoácidos.

Diferencia entre Polipéptido y Proteína

No es lo mismo un polipéptido que una proteína. Las proteínas tienen una estructura tridimensional a la que deben su función, mientras que un polipéptido no tiene una estructura tridimensional definida. Además, las proteínas son específicas, es decir, cada ser vivo tiene proteínas diferentes a los demás. Dentro de la misma especie, las proteínas son más parecidas que entre especies diferentes (esto explica el rechazo en órganos trasplantados).