Repaso PCM I - Examen I Parcial

Fundamentos de la Biología Celular y la Célula

• La célula se define como la unidad estructural y funcional básica de todos los seres vivos.
• Existen dos categorías principales de células basadas en su organización estructural:
  • Células Procariotas: Se caracterizan por la ausencia de un núcleo definido. El material genético se encuentra libre en el citoplasma. Un ejemplo representativo son las bacterias.
  • Células Eucariotas: Poseen un núcleo verdadero rodeado por una membrana nuclear. Estas células contienen organelos especializados y se encuentran en organismos como animales y vegetales.

La Membrana Celular y el Modelo de Mosaico Fluido

• Estructura: Está constituida por una bicapa fosfolipídica, siguiendo el modelo de mosaico fluido.
• Componentes Clave:
  • Proteínas: Se dividen en proteínas integrales (que atraviesan la bicapa) y proteínas periféricas.
  • Carbohidratos: Se encuentran en la superficie externa formando el glucocálix.
  • Lípidos: Principalmente fosfolípidos que forman la barrera básica.
• Propiedades y Funciones:
  • Actúa como una barrera selectiva con permeabilidad selectiva, regulando el paso de sustancias.
  • Participa activamente en el transporte de moléculas.
  • Es fundamental para el reconocimiento celular y los procesos de señalización.

Comparativa Detallada: Procariotas vs. Eucariotas

Existen diferencias fundamentales en la organización y función de estos dos tipos celulares:

• Núcleo: Las procariotas carecen de núcleo definido; las eucariotas poseen un núcleo verdadero.
• Material Genético: Las procariotas tienen ADN circular; las eucariotas poseen ADN lineal organizado en cromosomas dentro del núcleo.
• Organelos: Las procariotas no presentan organelos membranosos; las eucariotas tienen una amplia variedad de organelos especializados (mitocondrias, RE, etc.).
• Tamaño y Complejidad: Las células eucariotas son generalmente más grandes y estructuralmente más complejas que las procariotas.
• Reproducción y División:
  • Procariotas: Se dividen principalmente por fisión binaria.
  • Eucariotas: Se dividen mediante procesos de mitosis (células somáticas) o meiosis (células germinales).

Organelos Celulares y sus Funciones Específicas

• Núcleo: Repositorio principal del material genético (ADN).
• Mitocondria: Responsable de la respiración celular y la producción de energía en forma de trifosfato de adenosina ($ATP$).
• Ribosomas: Organelos encargados de la síntesis de proteínas.
• Retículo Endoplasmático (RE):
  • RE Rugoso: Asociado con ribosomas; se encarga de la producción de proteínas.
  • RE Liso: Responsable de la síntesis de lípidos y procesos de detoxificación celular.
• Aparato de Golgi: Actúa como un centro de modificación, empaquetamiento y transporte de proteínas y lípidos.
• Lisosomas: Vesículas que contienen enzimas para la digestión celular.
• Cloroplastos: Presentes exclusivamente en células vegetales; realizan la fotosíntesis.
• Membrana Plasmática: Estructura que controla el flujo de sustancias hacia adentro y hacia afuera de la célula.

Mecanismos de Transporte de Membrana

El transporte a través de la membrana se divide según el gasto energético y la dirección del gradiente:

• Transporte Pasivo:

  • No requiere energía ($ATP$).
  • El movimiento ocurre a favor del gradiente de concentración.
  • Difusión Simple: Paso directo a través de la bicapa.
  • Difusión Facilitada: Requiere proteínas de canal o transportadoras.
  • Ósmosis: Movimiento específico de agua a través de una membrana semipermeable.

• Transporte Activo:

  • Requiere gasto de energía en forma de $ATP$.
  • Se realiza contra un gradiente electroquímico o de concentración.
  • Transporte Activo Primario: Ejemplo clásico es la bomba de sodio-potasio.
  • Transporte en Masa: Incluye la endocitosis y la exocitosis.

Procesos de Endocitosis y Exocitosis

Endocitosis

Proceso de incorporación de sustancias envolviéndolas con la membrana plasmática para formar vesículas intracelulares.

• Fagocitosis ("Comer célula"): La célula engulle partículas de gran tamaño (bacterias, restos celulares). Es común en macrófagos del sistema inmune. Forma una vacuola fagocítica que se une a lisosomas.
• Pinocitosis ("Beber célula"): Incorporación no específica de líquidos y moléculas pequeñas disueltas.
• Endocitosis mediada por receptores: Proceso altamente selectivo donde receptores específicos reconocen moléculas (como hormonas o colesterol) para formar vesículas recubiertas.

Exocitosis

Proceso de expulsión de sustancias mediante la fusión de vesículas internas con la membrana plasmática.

• Funciones: Liberación de hormonas, neurotransmisores o enzimas; eliminación de residuos; reposición de la membrana celular.
• Pasos:
  1. Formación de vesículas (usualmente en el aparato de Golgi).
  2. Transporte hacia la periferia celular.
  3. Fusión con la membrana plasmática.
  4. Liberación del contenido al espacio extracelular.

Biomoléculas Esenciales

• Carbohidratos:

  • Compuestos por $C$, $H$ y $O$.
  • Monómeros: Monosacáridos (glucosa, fructosa, galactosa).
  • Enlaces: Enlaces glucosídicos.
  • Polímeros: Almidón (reserva vegetal), glucógeno (reserva animal), celulosa (estructural).

• Proteínas:

  • Macromoléculas formadas por aminoácidos unidos por enlaces peptídicos.
  • Niveles de Organización: Primaria, secundaria, terciaria y cuaternaria.
  • Funciones: Enzimática, estructural, transporte y regulación.

• Lípidos:

  • Moléculas hidrofóbicas con funciones energéticas y estructurales.
  • Grasas y Aceites: Almacenamiento de energía.
  • Fosfolípidos: Formación de bicapas membranosas.
  • Esteroides: Precursores de hormonas.
  • Ácidos Grasos: Pueden ser saturados o insaturados.

Pruebas de Identificación Bioquímica

• Prueba de Almidón: Se utiliza el reactivo de Lugol; un resultado positivo se identifica por la formación de un complejo de color azul oscuro.
• Prueba de Azúcares Reductores: Se utiliza el reactivo de Benedict. El fundamento es la reducción de los iones cúpricos a cuprosos ($Cu^{2+} \rightarrow Cu^{+}$), formando un precipitado de color rojo ladrillo.

Metabolismo Celular y Glucólisis

• Metabolismo:

  • Catabolismo: Degradación de moléculas para la liberación de energía.
  • Anabolismo: Síntesis de moléculas complejas con consumo de energía.

• Glucólisis:

  • Proceso anaeróbico (sin oxígeno) que ocurre en el citoplasma.
  • Reacción General: $1 \text{ molécula de glucosa (6C)} \rightarrow 2 \text{ moléculas de piruvato (3C)}$.
  • Rendimiento neto: $2 \text{ ATP}$ y $2 \text{ NADH}$.
  • Fases: Fase de inversión de energía y fase de ganancia.
  • Enzimas Regulatorias: Hexoquinasa, fosfofructoquinasa-1 (PFK-1) y piruvato quinasa.

• Destino del Piruvato:

  • Con Oxígeno (Aeróbico): Entra a la mitocondria para el ciclo de Krebs.
  • Sin Oxígeno (Anaeróbico/Fermentación): Se convierte en ácido láctico (humanos) o etanol (levaduras) para regenerar el $NAD^{+}$ necesario para mantener la glucólisis.

Ciclo de Krebs y Fosforilación Oxidativa

• Ciclo de Krebs (Ciclo del Ácido Cítrico):

  • Ocurre en la matriz mitocondrial.
  • Procesa el acetil-CoA derivado de la oxidación del piruvato.
  • Es una ruta anfibólica.
  • Producción por cada molécula de glucosa: $6 \text{ NADH}$, $2 \text{ FADH}_2$, $4 \text{ CO}_2$, $2 \text{ GTP/ATP}$.

• Cadena de Transporte de Electrones (CTE):

  • Localizada en la membrana interna de la mitocondria.
  • Utiliza los electrones del $NADH$ y $FADH_2$ a través de los complejos I-IV.
  • Crea un gradiente de protones que impulsa la ATP sintasa.
  • Fosforilación Oxidativa: Produce hasta $32 \text{ ATP}$ por glucosa.
  • Aceptor Final: El oxígeno ($O_2$) acepta electrones y protones para formar agua ($H_2O$).

División Celular: Mitosis y Meiosis

• Mitosis:

  • Ocurre en células somáticas.
  • Etapas: Profase, Metafase, Anafase, Telofase, seguido de citocinesis.
  • Resultado: Dos células hijas diploides ($2n$) genéticamente idénticas a la madre.
  • Función: Crecimiento y reparación de tejidos.

• Meiosis:

  • Ocurre en células germinales para la formación de gametos.
  • Consiste en dos divisiones sucesivas (Meiosis I y Meiosis II).
  • Resultado: Cuatro células hijas haploides ($n$) genéticamente distintas.
  • Importancia: Genera variabilidad genética mediante el entrecruzamiento (crossing-over).

Comparación de Procesos

Microbiología: Bacterias Gram Positivas y Gram Negativas

• Gram Positivas:

  • Pared celular gruesa de peptidoglicano.
  • Presencia de ácidos teicoicos que otorgan mayor resistencia.
  • Se tiñen de color azul o morado con el cristal violeta.
  • Alta sensibilidad a la penicilina y otros beta-lactámicos.

• Gram Negativas:

  • Pared delgada de peptidoglicano.
  • Poseen una membrana externa adicional con lipopolisacáridos ($LPS$).
  • Presencia de espacio periplásmico.
  • Se tiñen de color rojo o rosado.
  • Baja sensibilidad a los beta-lactámicos debido a la complejidad de su pared.