Historia de la Teoría Celular

• 1665. Robert Hooke: Observó el tejido del corcho, notando la repetición de una estructura a modo de «celdilla». La denominó célula.
• 1675. Anton van Leeuwenhoek: Realizó las primeras observaciones de glóbulos rojos y espermatozoides.
• 1838. Matthias Schleiden: Postuló que la célula es la unidad básica de la que están formadas las plantas.
• 1839. Theodor Schwann: Extendió la teoría, afirmando que los animales también están formados por células.
• 1858. Rudolf Virchow: Estableció que todas las células proceden de otra célula preexistente (Omnis cellula e cellula).

Diferencias entre Microscopios

Los microscopios son herramientas esenciales para la observación de estructuras celulares. Existen principalmente dos tipos:

Microscopio Óptico

• Utiliza un haz de luz que atraviesa la muestra.
• Las células se tiñen con colorantes para mejorar la visibilidad.
• Su resolución máxima es de aproximadamente 1500 veces.
• Permite ver algunas estructuras celulares básicas.

Microscopio Electrónico

• Utiliza un haz de electrones.
• Su resolución es significativamente mayor, alcanzando hasta 1.000.000 de veces.
• Permite ver con gran detalle todo tipo de células y sus orgánulos.
• Existen dos tipos principales: el de transmisión (TEM) y el de barrido (SEM).

Metabolismo Celular: Catabolismo y Anabolismo

El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que ocurren en las células para mantener la vida. Se divide en dos procesos principales:

Catabolismo

El catabolismo incluye rutas metabólicas degradativas, es decir, aquellas en las que los compuestos químicos complejos se van rompiendo en fragmentos más pequeños.

Las reacciones catabólicas son exotérmicas, lo que significa que producen energía. En una ruta catabólica:

• Se obtiene la energía química liberada en las reacciones, que podrá ser utilizada en diferentes procesos celulares.
• Se obtienen también moléculas sencillas, materias primas que la célula puede emplear para construir moléculas más complejas.

Anabolismo

El anabolismo incluye rutas metabólicas de síntesis de compuestos, es decir, aquellas en las que, a partir de moléculas sencillas, se obtienen compuestos de mayor complejidad.

Las reacciones anabólicas son endotérmicas, lo que significa que requieren energía para poder llevarse a cabo. En una ruta anabólica:

• La célula sintetiza sus propias moléculas estructurales y vitales.
• Además, la célula construye complejos de moléculas con alto contenido energético que le sirven como fuente de reserva de energía.

Adenosín Trifosfato (ATP): La Moneda Energética Celular

Algunas moléculas son capaces de acumular energía, durante un cierto tiempo, en enlaces químicos. La principal molécula que realiza esta importante función en la célula es el adenosín trifosfato (ATP).

Durante las reacciones metabólicas, el ATP se transforma en ADP (adenosín difosfato) cuando la célula necesita energía; y el ADP, en ATP, cuando la célula obtiene energía y la almacena para un uso posterior. Así, se puede considerar que las moléculas de ATP son baterías cargadas, y las de ADP, las mismas baterías descargadas.

Reacciones Redox

Las reacciones redox (reducción-oxidación) son un tipo de reacción química en las cuales hay un intercambio de electrones entre dos sustancias o especies químicas.

• Hay una especie química que se reduce (gana electrones y su número de oxidación disminuye).
• Y otra que se oxida (pierde electrones y su número de oxidación aumenta).

Moléculas Transportadoras de Electrones: NADH y FADH₂

El NADH (nicotinamida adenina dinucleótido) y el FADH₂ (flavina adenina dinucleótido) son coenzimas esenciales en el metabolismo celular. Su función principal es transportar electrones y protones en diversas rutas metabólicas, como la respiración celular, facilitando la transferencia de energía.

Tipos de Metabolismo según Fuente de Energía y Carbono

Los organismos se clasifican según cómo obtienen su energía y su carbono:

Según la fuente de energía:

• Fotótrofos: Utilizan la luz solar como fuente de energía.
• Quimiótrofos: Utilizan reacciones químicas para obtener energía.

Según la fuente de carbono:

• Autótrofos: Utilizan compuestos inorgánicos (como el CO₂) como fuente de carbono.
• Heterótrofos: Toman el carbono de compuestos orgánicos.

Tipos de Fermentación

La fermentación es un proceso metabólico anaeróbico que ocurre en ausencia de oxígeno. Los tipos principales son:

• Fermentación alcohólica: En ella, el piruvato (ácido pirúvico) obtenido en la glucólisis se transforma en etanol y CO₂. El aceptor final de electrones es el acetaldehído, que se reduce a etanol.
• Fermentación láctica: En ella, el piruvato se transforma en lactato (o ácido láctico). El aceptor final de electrones es el propio piruvato, que se reduce a lactato.

Fotosíntesis: El Proceso de Creación de Energía

La fotosíntesis es el proceso mediante el cual las plantas, algas y algunas bacterias convierten la energía luminosa en energía química, produciendo compuestos orgánicos. La ecuación general es:

6 CO₂ + 6 H₂O + energía luminosa → Glucosa (C₆H₁₂O₆) + 6 O₂

La fotosíntesis consta de dos fases principales:

Fase Luminosa

Durante esta etapa, que tiene lugar en las membranas de los tilacoides de los cloroplastos (en células eucariotas), la energía luminosa se transforma en energía química, obteniéndose ATP, O₂ y NADPH (con función similar al NADH y FADH₂).

El proceso comienza con la captación de luz por la clorofila, cuya energía se utiliza para la fotólisis del agua. A continuación, se produce un transporte electrónico, similar al de la respiración aerobia.

Ecuación simplificada:

(NADP⁺) + ADP + H₂O + Luz → NADPH + ATP + O₂

Fase Oscura (Ciclo de Calvin)

Durante esta etapa, que tiene lugar en el estroma de los cloroplastos y no depende directamente de la luz, el CO₂ inorgánico se transforma en carbono orgánico, en forma de glucosa, mediante una ruta cíclica denominada ciclo de Calvin. Para esta transformación, se necesitan el NADPH y el ATP generados en la fase luminosa.

Ecuación simplificada:

6 CO₂ + 18 ATP + 12 NADPH → Glucosa (C₆H₁₂O₆) + 18 ADP + 18 P_i + 12 NADP⁺ + 6 H₂O

El Ciclo Celular

El ciclo celular es el conjunto de procesos que tienen lugar desde que una célula se genera por división de otra célula hasta que ella misma se reproduce. Consta de una interfase (crecimiento y preparación) y una fase de división celular (mitosis o meiosis).

Ciclos Biológicos de Reproducción

Los organismos presentan diferentes ciclos de vida en función de la alternancia de fases haploides y diploides:

Ciclo Haplonte

Este ciclo vital se caracteriza porque, durante la mayor parte del ciclo, los organismos tienen una dotación cromosómica haploide (n). Esto se debe a que la meiosis tiene lugar después de la formación del cigoto, lo que se denomina meiosis cigótica. Este ciclo es característico de organismos sencillos, como las algas y algunos hongos.

Ciclo Diplonte

El ciclo diplonte se caracteriza porque los organismos presentan una dotación cromosómica diploide (2n) durante la mayor parte de su ciclo vital. Por tanto, la meiosis se produce en la línea germinal del individuo adulto, para generar gametos haploides (n). Es la denominada meiosis gamética. Este ciclo lo presentan la mayoría de los animales.

Diferencias Clave en el Metabolismo Energético

Respiración Anaerobia vs. Fermentación

Aunque ambos son procesos que ocurren en ausencia de oxígeno, presentan diferencias fundamentales:

• En la respiración anaerobia, las moléculas orgánicas se degradan completamente, mientras que en la fermentación, la degradación es incompleta.
• En la respiración anaerobia, el aceptor final de electrones es una molécula inorgánica diferente del oxígeno (ej. nitrato, sulfato). En la fermentación, el aceptor final de electrones es una molécula orgánica (ej. piruvato, acetaldehído).

Estructuras Celulares Exclusivas

Aunque muchas estructuras son comunes a las células eucariotas, algunas son distintivas de los tipos animal o vegetal:

Célula Eucariota Animal:

• Centriolos: Implicados en la división celular y la formación de cilios y flagelos.
• Cilios y Flagelos: Estructuras de locomoción o movimiento de fluidos.

Célula Eucariota Vegetal:

• Cloroplastos: Orgánulos donde se realiza la fotosíntesis.
• Grandes Vacuolas: Almacenan agua, nutrientes y productos de desecho, manteniendo la turgencia celular.
• Pared Celular: Capa externa rígida que proporciona soporte estructural y protección.

Función de los Orgánulos Celulares

Cada orgánulo celular desempeña una función específica vital para la célula:

• Membrana plasmática: Permite el intercambio selectivo de sustancias entre el interior y el exterior celular.
• Citoplasma: Es el medio donde se encuentran inmersos los orgánulos celulares y donde ocurren muchas reacciones metabólicas.
• Ribosomas: Son los sitios de síntesis de proteínas.
• Núcleo: Contiene el material genético (ADN) y es responsable de mantener la integridad de los genes y regular las actividades celulares.
• Citoesqueleto: Proporciona forma a la célula, soporte mecánico y permite su movimiento y el transporte intracelular.
• Retículo Endoplasmático Rugoso (RER): Involucrado en la síntesis de determinadas proteínas (especialmente las destinadas a secreción o a orgánulos).
• Retículo Endoplasmático Liso (REL): Sintetiza y transporta lípidos, detoxifica la célula y almacena calcio.
• Aparato de Golgi: Modifica, clasifica y empaqueta las sustancias sintetizadas en el RE en vesículas para su transporte.
• Mitocondrias: Son las «centrales energéticas» de la célula, donde se obtiene la mayor parte de la energía (ATP) mediante la respiración celular.
• Vesículas: Pequeños sacos membranosos que se utilizan para transportar y almacenar sustancias dentro de la célula.
• Lisosomas: Contienen enzimas digestivas y son responsables de digerir partículas, desechos celulares u orgánulos deteriorados.

Representación de las Etapas de la Respiración Aerobia

Aquí se incluiría un diagrama o ilustración detallada de las fases de la respiración celular aerobia (glucólisis, ciclo de Krebs y cadena de transporte de electrones).